PROCESE TEHNOLOGICE I PROTECIA MEDIULUI Lector dr. Adriana Urd, 2013-2014

1.Tipuri de procese tehnologice; poluarea n procesele chimice; efectele polurii; indicatori de eficien n procesele chimice; bilanul de materiale; bilanul energetic.

Bibliografia general a cursului: 1. Emilian A. Bratu Operaii unitare n ingineria chimic, vol. I III, Editura Tehnic,

Bucureti, 1984 1985

2. A. Urd, E. Angelescu, I. Sndulescu Chimie Tehnologic General, partea I, Editura Universitii din Bucureti, 2002 (reeditat 2005)

3. A. Urd Procese catalitice n protecia mediului, Editura Universitii din Bucureti, 2005

4. G. C. Suciu Ingineria prelucrrii hidrocarburilor, vol 4, Editura Tehnic, Bucureti, 1993

Obiective generale ale cursului Cursul are ca obiective principale: studiul unor operaii unitare din chimia

tehnologic, studiul unor procese chimice din industria chimic anorganic, de prelucrare a

petrolului i organic. Vor fi studiate principiile care stau la baza realizrii proceselor chimice

i metodele moderne de minimizare a emisiilor poluante pentru fiecare proces studiat.

Obiectivele primului curs Primul curs are ca obiective:

- nelegerea noiunilor de mrime fizic i unitate de msur (utilizate pentru

msurarea parametrilor importani n procesele chimice) i transformri ntre diverse uniti

de msur;

- clasificarea proceselor tehnologice n funcie de reaciile care se desfoar, criterii

termodinamice, hidrodinamice i de realizare practic;

- discuii privind poluarea n procesele chimice, efectele polurii n procesele

chimice pot s apar compui poluani ai atmosferei, apelor sau solului; este important s i

recunoatem i s tim efectele pe care le produc asupra mediului;

- definirea i utilizarea indicatorilor de eficien n procesele chimice conversie,

selectivitate i randament;

- definirea i nelegerea bilanului de materiale i a bilanului energetic sunt

importante pentru determinarea consumului de materii prime, randamentului de produse

finite, consumului de energie; se pot realiza pentru ntregul proces sau pentru fiecare etap a

procesului.

Cuprins 1. Mrimi i uniti de msur 2. Tipuri de procese tehnologice 3. Poluarea n procesele chimice 4. Indicatori de eficien n procesele chimice 5. Bilanul de materiale (legea conservrii masei) 6. Bilanul energetic (legea conservrii energiei)

2

1. Mrimi i uniti de msur [1] Mrimea: proprietate calitativ i cantitativ a unei mulimi de obiecte, fenomene

etc., care pot fi ordonate ntr-un ir, cu ajutorul unui criteriu de comparaie.

Exprimarea calitativ i cantitativ complet: - natura mrimii de ex. lungime, temperatur etc.; - valoarea mrimii; - unitatea de msur (valoarea aleas ca baz de comparaie); - precizia util a msurrii; - metoda de msurare (pentru obinerea preciziei necesare); - instrumentul de msurare (corespunztor metodei adoptate).

Unele mrimi nu sunt msurabile (nu sunt suficient definite sau nu exist unitate de

msur - ex. mirosul, gradul de inteligen etc.) .

Romnia este membr a "Conveniei Metrului din 1883, iar Sistemul Internaional de

uniti de msur (S.I.) este obligatoriu n Romnia din 1961.

S.I. se bazeaz pe apte mrimi i uniti de msur fundamentale; restul de mrimi

i uniti de msur folosite sunt derivate din cele fundamentale:

Mrime fundamental Unitate de msur Simbol

Lungime metru m

Mas kilogram kg

Timp secund s

Temperatur kelvin K

Cantitate de substan mol mol

Intensitate curent electric amper A

Intensitate luminoas candel cd

Reguli privind mrimile i unitile lor de msur:

Unitile care poart numele unor mari fizicieni (Newton, Joule, Watt, Ampere etc.) se scriu cu litere mici (newton, joule, watt, amper), iar simbolurile cu litere mari (N,

J, W, A);

Mrimile derivate se obin din cele fundamentale: ex. viteza = lungime / timp;

Unitatea de msur pentru mrimile derivate este tot derivat: m/s;

Pentru valori mai mari sau mai mici se folosesc prefixe;

Nu se folosesc mai multe prefixe consecutive (ex.: micromilimetru, 10-6 milimetru, ci nanometru).

Multipli Submultipli

deca (da) 10 deci (d) 10-1

hecto (h) 102 centi (c) 10

-2

kilo (k) 103 mili (m) 10

-3

mega (M) 106 micro () 10

-6

giga (G) 109 nano (n) 10

-9

tera (T) 1012

pico (p) 10-12

peta (P) 1015

femto (f) 10-15

exa (E) 1018

atto (a) 10-18

3

Problem rezolvat S se determine unitile de msur pentru constantele a, b i R din ecuaia van der

Waals:

+

= sau + =

Rezolvare: fiecare termen al ecuaiei trebuie s aib n S.I. dimensiunile (unitile de

msur) corespunztoare produsului de mrimi:

adic

=

, deci obinem pentru ecuaia de mai sus:

=

Dimensiunile constantei a se obin din termenul aV, mprind dimensiunile obinute

mai sus la dimensiunile volumului molar:

=

Dimensiunile constantei b se obin fie din termenul al doilea:

=

fie din termenul al patrulea:

=

deci are dimensiuni de volum volar.

Dimensiunile constantei R se obin din ultimul termen:

=

2. Tipuri de procese tehnologice [4] n industria chimic, orice fabricaie se realizeaz printr-un proces sau flux

tehnologic, reprezentnd o succesiune logic de etape prin care materiile prime sunt

prelucrate i transformate n produse.

Procesele tehnologice pot fi clasificate, n funcie de diverse criterii, n mai multe

categorii.

1. Dup tipul reaciilor chimice:

simple: A B

complexe: o paralele A B

C

o consecutive: A B C 2. Dup natura reaciilor chimice:

redox (homolitice ruperea simetric a legturii, formare de radicali);

acido-bazice (heterolitice - ruperea asimetric a legturii, formare de ioni).

4

3. Dup sensul de deplasare:

reversibile: A B

ireversibile: A B 4. Dup faza n care se afl reactanii:

omogene (reactanii se afl n aceeai faz gaz, lichid);

eterogene (dou sau mai multe faze: g-l; g-s; l-l; l-s; s-s). 5. Dup modul de realizare n timp (regimul de funcionare):

periodice (discontinue): se desfoar n arje; condiiile de reacie (p, T etc.) se modific n timp;

continue: materiile prime i produii circul n mod continuu; condiii de reacie constante n timp; mai avantajoase;

procese combinate: unele etape decurg continuu, altele periodic. 6. Dup regimul hidrodinamic (de curgere):

cu amestecare complet: agitare intens, reactanii se amestec cu produii de reacie (procesul se desfoar n vase de tip autoclav cu

amestecare continu);

cu curgere ideal: reactanii nu se amestec cu produii, concentraia produilor crete treptat n direcia curgerii curentului de reactant.

Reactor cu amestecare

Reactor cu curgere

Fig. 1. Tipuri de reactoare chimice (i de procese chimice) n funcie de regimul de curgere.

7. Dup regimul termic:

procese izoterme: temperatura constant n ntreg reactorul;

procese adiabate: sistemul nu face schimb de cldur cu exteriorul;

procese politerme: temperatura se schimb neuniform de-a lungul reactorului (este parial ndeprtat sau cedat).

8. Dup natura termic (influeneaz echilibrul chimic):

procese exoterme (n proces rezult cldur);

procese endoterme (n proces se consum cldur). 9. Dup direcia de curgere a reactanilor (n procese eterogene):

procese n echicurent (reactanii circul n acelai sens n reactor)

procese n contracurent (reactanii circul n sensuri opuse n reactor);

procese n curent ncruciat (unii dintre reactani circul intr-o direcie (de ex. pe orizontal), iar alii n alt direcie (de ex. pe vertical).

Reactani

Reactani

Produi

Produi

5

Circulaie n echicurent

Circulaie in contracurent

Circulaie n curent ncruciat

Fig. 2. Tipuri de procese n funcie de direcia de curgere a reactanilor.

10. Dup existena recirculrii:

procese aciclice (cu ciclu deschis): sunt procese n care substanele trec prin instalaie o singur dat, dup care sunt evacuate (reactanii

netransformai nu sunt recirculai n proces). Exemplu: instalaia de

obinere a HNO3 diluat:

Fig. 3. Instalaia de obinere a acidului azotic diluat.

procese cu recirculare (cu ciclu nchis): procese in care o parte din fluxul de materii prime introduse (mai precis, reactanii netransformai)

este recirculat pentru mrirea conversiei. Exemplu: instalaia de

obinere a amoniacului:

Fig. 4. Instalaia de obinere a amoniacului.

3. Poluarea in procesele chimice [5] n procesele chimice poluarea apare datorit eliminrii (accidentale sau nu) a unor

compui chimici duntori. Eliminarea acestor compui poate produce poluarea aerului (cel

mai frecvent), a apelor sau a solului.

Poluarea reprezint prezena (n aer, ap sau sol) a unor substane strine n

concentraii suficient de ridicate pentru a produce efecte nedorite.

3. 1. Poluarea atmosferei se poate produce: o cu poluani gazoi (CO2, NOx, SOx, H2S etc.) o cu poluani lichizi (hidrocarburi, solveni etc.)

6

o cu poluani solizi (pulberi)

Fig. 4. mprirea atmosferei n zone, pe vertical.

Atmosfera terestr reprezint stratul de aer care nconjoar planeta, fr o limit

superioar precis, care constituie o component fundamental pentru viaa pe Pmnt. n

acest strat aerul ocup circa 96% din volum, restul de 4