1. Narysować i opisać reaktor w układzie gaz-ciecz (wykład reaktory, strona 2-3)

Reaktory wieżowe, typ filmowy

A – z wypełnieniem

B- z ruramy lub wypełnieniem

płytami równoległymi

(absorpcja, desorpcja, prosta konstrukcja

niezawodne, łatwo sterowalne, małe

zużycie energii)

Reaktory rozpyłowy

A – z wieżą

B – ze skruberem cyklonowym

(absorpcja, desorpcja, polimeryzacja

prosta konstrukcja, mała stabilność pracy

łatwo sterowalne, małe zużycie energii)

Półka pęcherzykowa

A – z półkami sitowymi

B – z półkami kołpakowymi

(adsorpcja, desorpcja, prosta konstrukcja

niezawodne, łatwo sterowalne, duże

zużycie energii)

2/13 Rodzaje złóż fluidalnych, zalety stosowania

Rodzaje:

* warstwa nieruchoma – przy niewielkich prędkościach warstwa materiału sypkiego pozostaje nieruchoma względem siebie i ścian aparatu, ze wzrostem prędkości przepływu rośnie spadek ciśnienia na złożu

*warstwa fluidalna (wrząca, pseudopłynna) – przy wzroście prędkości przepływu do pewnej granicznej wartości zwanej dolną krytyczną prędkością fluidyzacji (wk1) złoże ulega niewielkiej ekspansji przy dalszym wzroście ładunek przechodzi w tzw. stan fluidalny, charakteryzujący się tym, że ziarna zmieniają położenie względem siebie i względem ścian aparatu, spadek ciśnienia na złożu ze wzrostem przepływu płynu jest stały

* transport pneumatyczny – gdy prędkość płynu wzrośnie do tzw. górnej krytycznej prędkości fluidyzacji (wk2) cząstki tworzące złoże zostają porwane z aparatu

Zalety:

- fluidyzacja może zwiększyć efektywność procesu i utrzymanie w ten sposób aktywności katalizatora, kontrolowanie zanieczyszczenia reaktora i unikanie operacji zamykania instalacji na czyszczenie reaktora

- w porównaniu ze złożem stałym znacznie poprawione zostają współczynniki wymiany ciepła

- kontrola szybkości transportu ciepła

- umożliwia zastosowanie drobnych cząstek i utrzymanie spadku ciśnienia na racjonalnym poziomie, co ogranicza opory dyfuzji wewnętrznej, kiedy szybkość reakcji jest wysoka lub kiedy wielkie molekuły biorą udział w procesie

3. Zalety procesów enzymatycznych

a) prowadzą wybrane reakcje (określona specyficzność)

b) działają w łagodnych warunkach (obniżenie kosztów procesu)

c) działają w małych ilościach, są pochodzenia naturalnego, nietoksyczne

d) działanie enzymu jest ściśle kontrolowane, łatwo przerywane

e) produkcja enzymów na drodze mikrobiologicznej nie wymaga deficytowych surowców, często wykorzystuje się odpady przemysłowe i spożywcze

4/10. Co wpływa na szybkość reakcji chemicznych? Jak zwiększyć?

a) zmiana stężenia reagentów (zwiększenie stężenia reagentów w surowcu zwiększa szybkość)

b) zmiana ciśnienia (zwiększenie ciśnienia zwiększa szybkość)

c) temperatura (sterowanie temperaturą w celu zwiększenia siły napędowej). Podniesienie temp. przyspiesza desorpcję i odparowanie, spowalnia adsorpcję, absorpcję i kondensację.

d) usuwanie produktów ze strefy reakcji (zwiększa szybkość) np. metodą kondensacji, selektywnej adsorpcji, selektywnej absorpcji)

Zwiększenie stałej szybkości reakcji: podwyższenie temperatury, katalizator, mieszanie, zwiększenie powierzchni międzyfazowej.

5. Gaz syntezowy – opisać jak otrzymujemy metanol z gazu syntezowego)

Gaz syntezowy – mieszanina CO i H2 w różnym molowym stosunku składników. Surowcem głównym do jego produkcji są materiały zawierające C i H (węgiel kamienny, brunatny, frakcje ropy naftowej, gaz ziemny, biomasa itp.). Czynnikami gazyfikującymi są tam tlen i para wodna.

Proces syntezy metanolu (ICI, szeroko stosowany: proces średniociśnieniowy (5-10MPa), niskotemperaturowy (250 st. C). Temperatura na wejściu do reaktora: 210 st. C. 5 warstw katalizatora, chłodzenie międzywarstwowe. Stężenie równowagowe procesu maleje ze wzrostem temperatury, rośnie ze wzrostem ciśnienia -> reakcja egzotermiczna.

CO+H2<-> CH3OH ΔH= -90,73 kJ

CO2 + 2H2 <-> CH3OH + H2O ΔH=-49,53 kJ

Zastosowanie katalizatora CuO-ZnO-Al2O3 pozwala na przyspieszenie reakcji w temp. poniżej 300 st. C przy ciśnieniu rzędu powyżej 5 MPa.

6. Wpływ temperatury na enzymy

Wzrost temp. o każde 10 st. C zwiększa szybkość reakcji mniej więcej 20krotnie, ale tylko do poziomu temperatury powodującej denaturację białka (zazwyczaj 40-45 st.C). Denaturacja białka enzymatycznego powoduje trwałą utratę zdolności katalitycznej. Obniżenie temp. zmniejsza szybkość reakcji, ale nawet zamrożenie enzymu nie powoduje trwałego utracenia jego aktywności: ponowne ogrzanie przywraca zdolność katalityczną.

7./11 Średnie masy cząsteczkowe polimerów

a) średnia liczbowo masa cząsteczkowe – suma mas cząsteczkowych poszczególnych cząsteczek podzielona przez ogólną liczbę wszystkich cząsteczek

jest mniejsza, gdyż preferuje cząsteczki o mniejszej masie, których jest więcej

b) średnia wagowo masa cząsteczkowa – suma mas cząsteczkowych poszczególnych cząsteczek pomnożona przez łączną wagę tych cząsteczek mających określoną masę cząsteczkową podzielona przez ogólną wagę wszystkich cząsteczek

preferuje cząsteczki o mniejszej masie

a/b -> indeks polidyspersji (miara rozkładu mas w polimerze)

8. Proces technologiczny i jego składowe

Proces technologiczny to podstawowa składowa procesu produkcyjnego, bezpośrednio związana z przetwarzaniem surowców w określone produkty. Jest realizowany w wydziałach produkcyjnych zakładów. W ujęciu systemowym proces technologiczny definiuje się jako układ dynamiczny z wejściem w postaci strumieni surowców, energii i informacji oraz wyjściem w postaci strumienia produktów. Inaczej: ciąg odpowiednio dobranych i w odpowiedniej kolejności podstawowych zabiegów technologicznych, które dzieli się na procesy i operacje jednostkowe.

9/12. Czym się różni poliaddycja od polikondensacji

w poliaddycji nie ma produktów ubocznych, w polikondensacji wytwarza się w trakcie trwania polimeryzacji małocząsteczkowy produkt uboczny (np. H2), NH3, HCl), który trzeba usuwać ze środowiska reakcji (ze względów równowagowych). Ogólnie:

Reakcje polimeryzacji można podzielić na:

• polimeryzacje stopniowe (polikondensacje) – w których reakcja następuje "krok po kroku", tj. najpierw reagują z sobą dwa monomery tworząc dimer, a następnie dimery reagują z sobą tworząc tetramery itd. ; w stopniowej polimeryzacji masa cząsteczkowa produktu bardzo silnie zależy od stopnia przereagowania monomerów zgodnie z równaniem Carothersa; aby uzyskać polimer o dużej masie cząsteczkowej należy osiągnąć wysoki stopień przereagowania monomerów

• polimeryzacje łańcuchowe (addycyjne) – w których reakcja następuje "lawinowo", zaczyna się ona od reakcji inicjowania aktywnej formy monomeru, która jest w stanie przyłączać do siebie kolejne monomery w reakcji propagacji pozostając aktywna aż do momentu "śmierci" w wyniku reakcji terminacji; reakcje terminacji i inicjacji przebiegają stosunkowo wolno, natomiast reakcja propagacji przebiega błyskawicznie, dzięki czemu można w tym procesie uzyskać polimery o dużych masach cząsteczkowych; w polimeryzacji łańcuchowej nie potrzeba osiągać wysokiego stopnia przereagowania monomerów; masa cząsteczkowa uzyskiwanego polimeru zależy głównie od stosunku szybkości reakcji inicjacji i terminacji do szybkości reakcji propagacji; szczególnym przypadkiem polimeryzacji łańcuchowej jest polimeryzacja żyjąca.

15. Chemizm syntezy metanolu

Reakcja i opis katalizatora -> patrz pyt. 5

Gazy inertne: azot, argon, metan do 15% obj. w gazie systemowym

Kilka reakcji ubocznych: CO+3H2 <-> CH4 + H2O

2CO + 2H2 <-> CH4 + CO2

2 CH3OH <-> CH3-O-CH3 + H20

2CO <-> CO2 + C

2 CH3OH + H2 <-> CH4 H2O

Duża selektywność katalizatora pozwala ograniczyć reakcje uboczne, tj. głównie: reakcji metanizacji CO i CO2 oraz reakcji eteryfikacji. Selektywność wynosi powyżej 95% .

Skład gazu syntezowego wprowadzanego do procesu zbliżony jest do stechiometrycznego, jeśli zachodzi korelacja: (H2-CO2) : (CO+CO2) = 2,05 +2,15

katalizator ZnO + Cr2O3 stosunek CO:H2 = 1,4 do 1,8

16. Reakcja elektrochemiczna NaCl

katoda: 2H2O + 2e- <-> H2 + 2 OH –

anoda: 2Cl- - 2e- <-> Cl2

sumarycznie:

2H2O + 2NaCl -> Cl2 + H2 +2NaOH

Pytania dodatkowe: (w poprzednich latach zamienili kilka pytań na te):

17. Schemat ideowy procesu

Schemat ideowy (blokowy) procesu jest to graficzne przedstawienie procesu technologicznego polegającego na zestawieniu poszczególnych procesów i operacji jednostkowych w kolejności ich realizacji oraz wszystkich występujących strumieni masowych.

18. homo/heterogeniczna – różnice

UKŁAD HOMOGENICZNY

- Składniki jednego rodzaju- gaz (G), ciecz (C), ciało stałe (S)

- Reakcja w układach homogenicznych zachodzi z reguły szybciej niż w układach heterogenicznych

- Układy homogeniczne są prostsze i łatwiejsze do sterowania

- Obserwuje się tendencję, aby składniki mieszaniny reakcyjnej przeprowadzić do jednego stanu, np. składniki stałe rozpuszcza się lub topi, gazy absorbuje

- Procesy homogeniczne z reguły są kontrolowane przez kinetykę reakcji

UKŁAD HETEROGENICZNY

- układ zawierający składniki w formie dwóch lub więcej faz

- teoretycznie możliwe są następujące fazy

gaz -ciało stałe

gaz –ciecz

ciecz –ciecz

ciecz –ciało stałe

ciało stale –ciało stałe

- z reguły są kontrolowane przez dyfuzję

- w przemyśle mamy częściej doczynienia z procesami heterogenicznymi

* reakcje spalania cieczy i ciał stałych

* rozpuszczanie metali w kwasach i zasadach

19. Modele przepływu gazu przez rurociąg rurowy (tego nie mam… jak znajdę to dorzucę, jak ktoś inny znajdzie to niech dopisze w komentarzu pls)

20. Def. – wydajność procesu i stopień konwersji

Wydajność produktu – to stosunek masy uzyskiwanego produktu do maksymalnej ilości produktu.

X = G_e / G_max

Wydajność liczy się w stosunku do najważniejszego i najdroższego surowca:

np. SO₂ + ½ O₂ = SO₃ składnikiem głównym jest SO₂

Stopień konwersji – to stosunek ilości zużytego składnika głównego do jego ilości na początku procesu

X = (G₁-G₂) / G₁