1. Тип урока: урок усвоения новых знаний.
2. Оборудование:
- плакаты "Типы связей между элементами хтс";
- карточки-задания для самостоятельной работы студентов;
- листы ватмана для схем;
- карандаши, фломастеры, линейки.
3. Цели урока.
- Обучающая: изучение основных типов связей между элементами хтс, формирование умений применения полученных знаний на конкретных примерах с учетом регионального компонента.
- Развивающая: формирование способности к анализу, сравнению и формулированию выводов при проведении творческой деятельности. развитие логического мышления при выполнении самостоятельных заданий.
- Воспитательная: формирование познавательного и профессионального интереса через выявление практической значимости знаний, умений работать индивидуально и в группе, воспитание коллективизма, взаимопомощи и ответственности за общую работу.
4. Ход урока.
4.1. Организационная часть.
4.2. Изложение нового материала.
В основе любого современного производства лежит определенная химико-технологическая система (хтс). Рассмотрение схем хтс показывает, что существует определенное взаимодействие между отдельными элементами хтс.
Технолог должен уметь хорошо разбираться в технологических схемах, знать способы соединения аппаратов между собой, составлять схемы расположения аппаратов технологической линии, обосновывать выбор технологии, а значит должен знать типы связей между аппаратами в химико-технологических системах. Поскольку, исходя из знаний , полученных в ходе ознакомительной практики на коксохимическом производстве, вам наиболее знакомы схемы цехов этого производства, поэтому примеры по изучению нового материала мы будем приводить также, опираясь на эти знания. Сегодня мы рассмотрим основные типы связей между элементами хтс.
Различают следующие технологические связи:
1. Последовательная технологическая связь.
2. Последовательно-обводная технологическая
связь (байпасная).
3. Параллельная технологическая связь.
4. Обратная технологическая связь
(рециклическая).
5. Комбинированная.
1. Последовательная технологическая
связь – т.е. типичная схема с открытой
цепью, характерна тем, что выходящий из элемента
хтс поток целиком поступает в следующий элемент,
т.е. выходящий из элемента поток является
входящим для следующего.
Все технологические потоки пребывают в элементе
только один раз и не возвращаются в него.
Этот тип технологической связи наиболее распространен. В общем случае применяется, когда степень превращения вещества в каждом предшествующем аппарате достаточно велика для эффективной работы всех последующих аппаратов.
А также:
А) применяется, когда необходимо повысить степень превращения вещества:
Пример: кубы-реакторы при окислении стп (среднетемпературного пека в втп (высокотемпературный пек ) в ПКЦ, скруббера бензольного отделения ЦУХП.
Б) при проведении обратимых экзотермических процессов для приближения к оптимальному температурному режиму ( между аппаратами устанавливаются теплообменники):
В) когда требуется обеспечить промежуточный отвод продуктов реакции (абсорбционное отделение производства серной кислоты):
Последовательная технологическая связь применяется, например, в производстве соляной и серной кислоты, минеральных удобрений, при абсорбции нитрозных газов в производстве азотной кислоты.
Вопрос студентам: применяя знания, полученные в ходе ознакомительной практики в цехах коксохимического производства, приведите примеры данного типа связи в цехах КХП. (Цех ректификации сырого бензола.)
(Здесь и далее ответы студентов могут содержать варианты применения данного типа связи в разных цехах.)
2. Последовательно-обводная технологическая связь (байпасная)
Эта связь характеризуется тем, что часть
технологического потока минует один или
несколько аппаратов по ходу технологической
схемы. Байпас позволяет эффективно управлять
температурным и концентрационным режимами
работы аппаратов.
Поступающий в систему поток m1 называется
прямым. Он разветвляется на 2 части: m2 –
поступает в аппарат – это главный поток, он
определяет ход процесса в реакторах, другая
часть потока m3 (побочный поток ) – обходит
аппараты и соединяется с главным потоком.
Направления потоков совпадают. Каждый поток
проходит через элементы только один раз.
Применяется для создания оптимального
температурного режима при проведении обратимых
экзотермических реакций. Температуру необходимо
снижать по ходу процесса.
Главный поток, проходящий через реактор,
нагревается в результате экзотермической
реакции и выходит из реактора с высокой
температурой. Перед подачей в следующий реактор
этот поток должен быть охлажден. Снижение
температуры происходит за счет смешения
горячего главного потока с холодным побочным,
чтобы на входе в следующий реактор температура
была оптимальной.
Этот вид связи может оказывать еще одно
благоприятное воздействие на систему. Побочный
поток ( m3) имеет высокую концентрацию
исходного вещества. Смешение потоков позволяет
иметь высокую концентрацию исходных реагентов
при температуре, которая является оптимальной на
входе в следующий реактор.
Пример: подача азотоводородной смеси в колонну при синтезе аммиака (байпас), (для регулирования температуры на выходе из теплообменного узла).
3. Параллельная технологическая связь.
Такая связь, когда выходящий из первого
элемента поток разбивается на несколько
параллельных подпотоков. Выходящие из элементов
потоки могут объединяться в один поток, а могут
выходить из системы раздельно. Через каждый
аппарат поток проходит один раз.
Данный тип связи применяется в следующие
случаях:
1) Для повышения мощности, надежности хтс.(
мощность увеличивается с увеличением количества
работающих элементов; в случае поломки,
неисправности или выхода из строя одного
элемента хтс будет продолжать работать).
2) При параллельном получении на базе одного
исходного вещества двух или нескольких
продуктов.
Пример: из природного газа в результате
его переработки получают аммиак и диоксид
углерода Аммиак может быть использован для
производства нитрата аммония (аммиачной
селитры), а диоксид углерода совместно с аммиаком
– для производства карбамида.
3) при переработке побочных продуктов на базе
одного вещества.
Пример параллельной технологической связи: охлаждение
коксового газа в первичных газовых
холодильниках, которые установлены параллельно
(16 штук) в ЦУХП.
Вопрос студентам: в каком из цехов КХП еще применяется данный вид технологической связи?
4. Обратная технологическая связь.
Характеризуется наличием рециркуляционного потока (обратного), связывающего выход последующего элемента хтс со входом предыдущего. Эта связь предусматривает многократное возвращение потока в один и тот же элемент системы.
Обратный поток может огибать как один элемент,
так и несколько. Поступающий в рециркуляционный
контур поток m1 называется прямым,
Поток m2 проходит через все аппараты и
определяет режим их работы, называется главным
потоком. Поток m3 является побочным.
Многократное возвращение в один и тот же элемент
хтс непрореагировавшей части реагентов
позволяет решить главную задачу использования
этого типа связи – повышение степени
использования сырья. ( повышение степени
превращения).
Выделение продукта из реакционной смеси
предотвращает снижение концентрации
реагирующих веществ, дает возможность
поддерживать высокую скорость процесса.
При проведении сложных процессов данный вид
связи дает возможность управлять соотношением
реагентов, добиваясь высокой избирательности и
одновременно поддерживать высокий выход целевых
продуктов.
Пример: синтез аммиака из элементов, синтез метанола.
Вопрос студентам: приведите пример использования данного вида связи на КХП.
Если хтс содержит хотя бы одну обратную связь,
то такая система является замкнутой
(циклической).
Разомкнутые хтс – системы с открытой цепью,
могут включать последовательную, параллельную,
последовательно-обводную (байпасную)
технологические связи.
4. Комбинированные хтс – включают различные типы технологических связей, что увеличивает эффективность работы хтс .В большинстве существующих ХТС характер технологических связей представляет собой сложную комбинацию рассмотренных нами типовых связей. В этом мы убедимся при изучении схем производств различных веществ.
4.3. Проверка усвоения знаний студентами.
Сейчас вам предстоит выполнить самостоятельную работу по карточкам-заданиям. Задания разноуровневые, поэтому будете работать в группах и в парах. (Студентам выдаются фломастеры, линейки и ватман, карточки-задания (Приложение) и они образуют группы из 4 человек за столом, либо остаются сидеть по 2 человека за столом). Внимательно прочитайте вопросы (открываются вопросы, предварительно написанные на доске) , на которые необходимо ответить в соответствии с предлагаемыми вам заданиями.
Вопросы к заданию:
1. Назвать способ изображения структуры хтс.
2. Назвать вариант хтс (циклическая, прямая).
3. Назвать технологические операторы (если схема
операторная)
4. Определить тип технологической связи между
элементами хтс, пояснить с какой целью
применяется данный тип свяхи.
5. Определить, обозначить и назвать
технологические потоки.
6. Определить экологическое воздействие данной
хтс.
4.5. Объяснение студентами своих решений. (Один человек из группы выходит к доске со своей схемой и объясняет решение предложенного задания.)
5. Подведение итогов работы студентов.
6. Домашнее задание: В.Е. Сороко § 7.3, Фурмер И.Э. Гл 4., придумать задачу с применением разных типов технологических связей.
7. Литература:
1. Сороко В.Е. Основы химической технологии.
Л.: Химия, 1986, 296 с.
2. Под ред проф. Мухленова И.П. Общая
химическая технология. Ч.1. М.: Высшая школа, 1984, 256
с.
3. Кутепов А.М. Общая химическая технология.
М.: Высшая школа, 1990, 520 с.
4. Соколов Р.С. Химическая технология. Т.1, М.:
Владос, 2000, 368 с.