Моделирование химических реакций и прикладная кинетика

2023/2024

Статус: Дисциплина общефакультетского пула

Кто читает: Факультет химии

Когда читается: 4 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Афокин Михаил Иванович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 36

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс охватывает основные аспекты моделирования химико-технологических систем и их элементов, в частности реакторного оборудования, а также химических реакций, с использованием современных пакетов программ на примере существующих нефтехимических процессов. Обучающиеся знакомятся с теорией моделирования и расчета гомогенных и гетерогенно-каталитических реакций в приближении к идеальным и реальным системам (с учетом влияния диффузионного фактора) с применением как механистических, так и феноменологических моделей. Освоение дисциплины возможно, если обучающийся : • знает: основные свойства химических элементов и их соединений, основные законы физики, иметь представления об основных аппаратах химической технологии, о методах расчета термодинамических свойств веществ и фазового равновесия; • умеет: формулировать и решать конкретные задачи на основе усвоенных законов и закономерностей; • владеет: простейшими расчетными методами решения физических и химических задач, навыками поиска необходимых данных в открытых источниках (в том числе, в информационных базах данных).

Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины: 1) изучение подходов к разработке кинетических моделей и определению их параметров для процессов нефтехимии; 2) моделирование химико-технологических процессов (ХТП), в том числе реакторов, с применением современных программных пакетов. Результаты освоения дисциплины. После прохождения курса студент сможет: 1) находить существующие кинетические модели в научной литературе; 2) определять параметры кинетических моделей для рассматриваемых каталитических систем; 3) моделировать ХТП, определять параметры работы реактора и массогабаритные характеристики оборудования; 4) оценивать энергетические и экономические показатели ХТП. Пререквизиты: 1) курс физической химии 2) курс неорганической химии 3) курс органической химии 4) курс математического анализа Постреквизиты. Знания, полученные в рамках данного курса, буду крайне полезны при выполнении расчетных курсовых работ, расчетной ВКР, а так также при изучении курса общей химической технологии и процессов и аппаратов химической технологии.

Планируемые результаты обучения

Знать основы формальной кинетики
Понимать влияние термодинамических свойств системы на протекание реакции
Уметь задавать компоненты и выбирать метод расчета для моделирования конкретного ХТП.
Знать влияние температуры на скорость химической реакции
Знать типы химических реакторов
Уметь моделировать химические реактора в условиях термодинамического равновесия
Знать общее уравнение скорости химической реакции для гетерогенных каталитических процессов и определять его вид в зависимости от лимитирующей стадии.
Уметь переносить кинетическую модель в расчетную среду.
Знать особенности химизма и аппаратурного оформления реакции водяного газа.
Уметь моделировать реактор конверсии СО.
Знать особенности химизма и аппаратурного оформления реакции парового риформинга метана (ПРМ).
Уметь моделировать реактор ПРМ и вспомогательное оборудование.
Знать особенности химизма и аппаратурного оформления реакции алкилирования бензола пропиленом.
Уметь моделировать реактор алкилирования и вспомогательное оборудование.
Знать особенности химизма и аппаратурного оформления реакции дегидратации метанола с получением ДМЭ.
Уметь моделировать реактор синтеза ДМЭ.
Знать особенности химизма и аппаратурного оформления реакции синтеза метанола.
Уметь моделировать реактор синтеза метанола в проточно-циркуляционном режиме.
Знать этапы проектирования ХТП.
Уметь рассчитывать расходные показатели технологической схемы по энергоресурсам.
Уметь определять капитальные и эксплуатационные затраты на строительство заданной технологической линии.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Формальная кинетика.
Тема 2. Обратимые реакции и закон Аррениуса.
Тема 3. Гетерогенные каталитические реакции.
Тема 4. Реакция водяного газа.
Тема 5. Паровой риформинг метана
Тема 6. Алкилирование бензола пропиленом
Тема 7. Синтеза диметилового эфира (ДМЭ)
Тема 8. Синтез метанола
Тема 9. Проектирование и расчет энергетических и экономических показателей.

Элементы контроля

Практические работы по моделированию различных ХТП
Данный курс предполагает выполнение практических работ по моделированию различных ХТП на семинарах, которые позволят оценивать усвоение студентом материала по каждой теме. В случае, если студент не успеет выполнить задание в течение семинара, он может завершить его дома. В таком случае оно будет проверено в начале следующего занятия. Данная логика чтения курса не предполагает наличия промежуточных аттестация, так как в данном случае каждая практическая работа выполняется каждым студентом индивидуально и является элементом текущего контроля усвоения материала. Практические работы выполняются на ПК студентов, либо в компьютерном зале. Уникальные особенности программного пакета Aspen делают практически невозможным выдать чужой расчет за свой собственный, что препятствует списыванию и копированию расчётных файлов
Экзамен
По завершению курса проводится экзаменационная работа, включающая выполнение практической работы и её защиты перед преподавателем, с объяснением выбранной логики при моделировании заданной технологической схемы.

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 4 модуль
0.7 * Практические работы по моделированию различных ХТП + 0.3 * Экзамен

Программа дисциплины