Общая химическая технология в примерах, лабораторных работах, задачах и тестах

ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ 
ТЕХНОЛОГИЯ 
В ПРИМЕРАХ, ЛАБОРАТОРНЫХ 
РАБОТАХ, ЗАДАЧАХ И ТЕСТАХ

М. К. КОШЕЛЕВА

2-е издание, переработанное

Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому и техническому 
образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлениям подготовки:  
18.03.01, 18.04.01 «Химическая технология»,
18.03.02, 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы 
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»,  
20.03.01, 20.04.01 «Техносферная безопасность»

Москва 
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 66.0(075.8)
ББК 35я73
 
К76

Кошелева М. К.
К76  
Общая химическая технология в примерах, лабораторных работах, 
задачах и тестах : учебное пособие / М. К. Кошелева. — 2-е изд., перераб. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 210 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737 /textbook_5d41326ae8b036.68219388.

ISBN 978-5-16-014977-6 (print)
ISBN 978-5-16-107472-5 (online)

Рассмотрены основные закономерности протекания и методы расчета химикотехнологических процессов и химических производств на основе методологии системного подхода в химической технологии. Приведены примеры решения типовых 
химико-технологических задач, а также изложены оригинальные задачи, в том числе 
задачи для индивидуальных домашних заданий. Даны подробные описания лабораторных работ, приведены задания в тестовой форме для контроля и самоконтроля 
усвоения студентами учебного материала.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных 
стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для обучения бакалавров и магистров по направлениям многоуровневой подготовки 18.03.01, 18.04.01 «Химическая технология», 18.03.02, 18.04.02 
«Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии 
и биотехнологии» и 20.03.01, 20.04.01 «Техносферная безопасность». Также может 
быть использовано преподавателями, инженерно-техническими работниками, научными сотрудниками и аспирантами, выполняющими научно-исследовательские 
работы в области химической технологии.
УДК 66.0(075.8)
ББК 35я73

Р е ц е н з е н т ы:
В. П. Мешалкин, доктор технических наук, професор, академик Российской 
академии наук, член правления Российского химического общества имени 
Д. И. Менделеева, директор Международного института логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева, заслуженный деятель науки РФ, 
лауреат премии Президента РФ в области образования;
В. О. Абрамов, доктор технических наук, лауреат премии Правительства РФ 
в области науки и техники, заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова Российской академии наук;
К. И. Кобраков, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической химии Российского государственного университета имени 
А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), заслуженный деятель науки 
РФ, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, академик 
Российской инженерной академии, Doctor Honoris Causa

ISBN 978-5-16-014977-6 (print)
ISBN 978-5-16-107472-5 (online)
© Кошелева М. К., 2015
© Кошелева М. К., с изменениями, 2020

Предисловие

Предлагаемое читателям учебное пособие фактически является 
практикумом и обеспечивает преподавание и изучение дисциплин 
«Общая химическая технология», «Основы технологии химических 
производств», активизирует самостоятельную работу студентов 
и их подготовку к контролю и самоконтролю усвоенных знаний, 
в том числе с использованием тестовых заданий.
К задачам курса «Общая химическая технология» относится  
изучение структуры и инженерно-аппаратурного оформления химических производств, представляющих собой сложные химикотехнологические системы, физико-химических закономерностей 
протекания химико-технологических процессов и функционирования оборудования, прежде всего химических реакторов, основ 
анализа и синтеза химико-технологических систем, изучение особенностей эксплуатации конкретных химических производств.
В освоении курса важны как лекции, так и практические занятия 
(в том числе лабораторные работы), на которых студенты выполняют расчеты различных химико-технологических процессов, 
учатся решать конкретные инженерно-технологические задачи, 
связанные с расчетом удельных расходных коэффициентов исходного сырья и побочных продуктов, составлением материальных 
и тепловых балансов, проведением расчетов по химическому равновесию, кинетике гомогенных и гетерогенных химико-технологических процессов. Таким образом, предлагаемое пособие обеспечивает формирование и развитие у студентов профессиональных 
компетенций, позволяющих им успешно решать научно-исследовательские и инженерно-технологические задачи, касающиеся конкретных химико-технологических процессов и химических производств.
Учебное пособие является комплексным учебным материалом, 
включающим методологические основы системного подхода к изучению отдельных химико-технологических процессов и сложных 
химико-технологических систем.
В книге приведены примеры выполнения экспериментальных 
исследований (лабораторных работ) по курсам «Общая химическая 
технология» и «Химические реакторы», представлены задачи 
по этим курсам и тестовые задания. В пособие включены многочисленные примеры, многовариантные задачи и тестовые задания 

по курсу с целью развития практических навыков самостоятельного решения разнообразных научно-исследовательских и инженерно-технологических проблем.
Экспериментальным исследованиям отводится значительная 
роль в развитии у студентов системного инженерно-технического мышления, в закреплении навыков выполнения физикохимических анализов и освоении методов обработки результатов 
экспериментов. Включенные в пособие лабораторные работы 
предназначены для самостоятельной подготовки студентов к проведению экспериментальных исследований с элементами учебноисследовательской работы. Особое внимание уделено организации 
и контролю самостоятельной работы студентов. Теоретической основой лабораторных работ, включенных в пособие, являются все 
учебные курсы по химии и курс общей химической технологии. 
При обработке результатов экспериментальных исследований используются современные персональные компьютеры (ПК) и информационно-коммуникационные средства. Задания в тестовой 
форме, охватывающие основные разделы курсов «Общая химическая технология» и «Химические реакторы», могут использоваться как для контроля усвоения студентами знаний, так и для 
самопроверки ими своих знаний.
Как показывает многолетняя практика преподавания курса 
«Общая химическая технология», даже при небольшом количестве 
аудиторных часов использование тестовых заданий позволяет провести качественный контроль на всех видах занятий, включая самостоятельную работу студентов. Тестирование широко используется 
в качестве составной части контроля знаний студентов при подведении итогов обучения в течение семестра, что позволяет повысить 
эффективность работы студентов, заменить формальную проверку 
регулярной и качественной проверкой знаний путем получения ответов на задания в тестовой форме, а также при аттестации на зачете и экзамене. Систематические тестовые проверки знаний студентов делают обратную связь между студентом и преподавателем 
оперативной и достоверной, позволяют преподавателю прогнозировать и принимать профилактические меры задолго до рубежного контроля. Анализ результатов текущего тестирования позволяет оценить качество усвоения студентами учебного материала 
по разделам курса и понять, какие материалы трудно усваиваются 
большим количеством студентов.
Учебное пособие предназначено для бакалавров и магистрантов, 
обучающихся по направлениям подготовки «Химическая техно

логия», «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической 
технологии, нефтехимии и биотехнологии» и «Техносферная безопасность», в том числе изучающих лекционный и теоретический 
материал, выполняющих лабораторные работы, практические задания, индивидуальные домашние задания, самостоятельно проверяющих полученные навыки.
В основу учебного пособия лег многолетний опыт автора по преподаванию дисциплины «Общая химическая технология».
В результате изучения данного учебного пособия обучающиеся 
будут:
знать
— сырьевые и энергетические ресурсы химических производств;
— химическое производство как сложную химико-технологическую систему, его иерархическую структуру, элементы и связи;
— методы анализа и синтеза химического производства как химико-технологической системы;
— основные реакционные процессы и реакторы химической 
технологии;
— иерархическую структуру математической модели процесса 
в химическом реакторе;
— основы выбора технологических схем, процессов и аппаратов 
отдельных стадий химико-технологической системы;
— физико-химические основы химико-технологических процессов;
уметь
— рассчитывать основные характеристики химико-технологических процессов;
— производить обоснованный выбор химических реакторов;
— оценивать технологическую эффективность химических производств;
— обосновывать выбор рациональной технологической схемы 
производства конкретного целевого продукта;
владеть
— навыками оценки эффективности использования материальных ресурсов, энергетической эффективности и эффективности 
организации процесса в химико-технологической системе;
— навыками расчета и оценки технологических показателей химико-технологических процессов;
— методиками и навыками расчета химических реакторов.
Автор выражает глубокую благодарность рецензентам — академику РАН В. П. Мешалкину, профессорам В. О. Абрамову 

и К. И. Кобракову за внимательное рассмотрение рукописи, высказанные ценные рекомендации и замечания, учтенные автором при 
окончательной подготовке текста пособия.
Автор надеется, что учебное пособие внесет полезный вклад 
в развитие и повышение качества обучения бакалавров и магистров различных направлений подготовки. Автор с благодарностью 
примет и учтет в дальнейшей работе все высказанные заинтересованными читателями замечания и пожелания.

Глава 1 
ПРИМЕРЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Каждая лабораторная работа включает основные положения, 
методику выполнения эксперимента и обработки полученных 
данных, контрольные вопросы и правила техники безопасности.
Перед лабораторной работой студент самостоятельно знакомится с изучаемой темой по литературе согласно предложенному 
библиографическому списку, лекционному курсу и данному практикуму, а также с требованиями по технике безопасности при выполнении эксперимента.
После собеседования с преподавателем студент или подгруппа 
студентов получают индивидуальное (в большинстве работ) или 
общее задание на выполнение эксперимента, его графическую обработку и другие действия в соответствии с целью конкретной работы.
По результатам исследования студент проводит расчеты (при 
необходимости с использованием ПК) и составляет отчет, содержащий задание и цель работы, основные теоретические положения, схему установки, таблицы экспериментальных данных, 
расчетные формулы, расчеты и графики полученных зависимостей, сведения об ошибке в эксперименте и обоснованные выводы.
Каждую работу студент защищает индивидуально в соответствии с изученным теоретическим материалом по данной теме и ответами на контрольные вопросы, прилагающиеся к каждой выполненной лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.  
СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА 
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 
ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО НАТРИЯ

Цель работы: изучение теоретических и практических возможностей составления материального баланса процесса получения 
сернистого натрия в лабораторных условиях на основе полученных 
экспериментальных данных.

Основные положения
Материальные расчеты наряду с тепловыми являются основой 
технологических расчетов и необходимы при проектировании 
новых производств и анализе работы существующих.
Материальный баланс — вещественное выражение закона сохранения массы вещества, в соответствии с которым во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, 
равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия.
Применительно к любому технологическому процессу это 
означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию, — приход, равна массе полученных веществ — расходу.
Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.
Массы вводимых компонентов и полученных продуктов определяются отдельно для твердой, жидкой и газообразной фаз согласно 
уравнению

 
G
G
G
G
G
G
т
ж
г
т
ж
г
+
+
=
+
+
1
1
1, 
(1.1)

где Gт, Gж, Gг — массы твердых, жидких и газообразных веществ, 
поступающих в производство или в аппарат (на данную операцию); 
Gт
1,  Gж
1 ,  Gг
1  — массы продуктов производства или данной операции.
Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе 
стехиометрического уравнения реакции. Для его составления необходимо знать уравнения реакции и молекулярные массы компонентов.
Практический материальный баланс рассчитывается с учетом 
состава исходного сырья и готовой продукции, избытков компонентов сырья, степени превращения, потерь сырья и готового продукта и т.п.
Зная материальный баланс, можно определить расход сырья, выходы продуктов, необходимое число реакторов, производственные 
потери (потери на разлив, утечку, унос), составить тепловой баланс.
Расчеты выполняют в единицах массы, реже — в молях; для реакций в газовой фазе, проходящих без изменения объема, иногда 
можно ограничиться составлением баланса в м3.

Экспериментальная часть и обработка 
экспериментальных данных
Способы получения сернистого натрия. Сернистый натрий 
применяется в анилинокрасочной промышленности в производстве 
сернистых красителей (восстановитель) и ряда полупродуктов, 

в текстильной промышленности (крашение сернистыми красителями), для сульфатной варки целлюлозы, в качестве одного из компонентов состава для удаления наружного слоя шкур, как фотореагент, дегазирующее средство, реагент в аналитической химии для 
разделения сульфидов, получения полисульфидов, сульфгидрата 
натрия (NaHS), тиосульфата натрия и др.
Сернистый натрий получают восстановлением сульфата натрия.
Восстановление может протекать под действием угля или 
газов (водорода, окиси углерода или метана) при температурах  
t = 800—1000°C (1.2) и t = 500—600°C (1.3), (1,4):

 
Na SO
2C
Na S
2CO
2
4
2
2
+
→
+
 
(1.2) 

 
Na SO
4H
Na S
4H O
2
4
2
2
2
+
→
+
 
(1.3) 

 
Na SO
4CO
Na S
4CO
2
4
2
2
+
→
=
 
(1.4)

Основным промышленным методом получения сернистого 
натрия является восстановление сульфата натрия при температуре 
800—1000°С малозольным каменным углем, при этом компоненты 
золы могут образовывать с натрием нерастворимые в воде силикаты и тем самым снижать выход сернистого натрия.
Восстановление сульфата натрия углем осуществляется в механических печах периодического и непрерывного действия. Сырьем 
служит хорошо измельченная шихта, состоящая из сульфата 
натрия и угля в отношении 1÷(0,3—0,4). Из полученного плава 
после охлаждения и дробления извлекают водой (выщелачивают) 
сернистый натрий.
Порядок выполнения работы. Навеску сульфата натрия и навеску угля (взятые из расчета заданного преподавателем соотношения «сульфат натрия — уголь») тщательно измельчают в ступке, 
перемешивают и помещают в фарфоровый тигель. Последний закрывают сверху асбестовым кружком и засыпают сверху тонким 
слоем песка.
Тигель (при помощи тигельных щипцов) ставят в тигельную 
печь, предварительно нагретую до температуры 800—1000°С, и проводят процесс восстановления при этой температуре в течение 40 
мин. По окончании процесса тигель вынимают из печи, охлаждают 
до температуры 30—40°С и опускают в фарфоровый стакан, в который налито 300 мл горячей дистиллированной воды, для выщелачивания плава.
Воду вместе с плавом и тиглем кипятят 20—30 мин до полного 
растворения сернистого натрия. Раствор фильтруют в мерную 

колбу объемом 500 мл через предварительно взвешенный беззольный фильтр. Весь нерастворимый осадок переносят на фильтр 
и промывают небольшими порциями горячей воды, которую прибавляют к основному маточнику. Фильтрат охлаждают и колбу доливают водой до метки. В полученном растворе определяют количественное содержание сернистого натрия.
Осадок вместе с фильтром высушивают в сушильном шкафу при 
температуре 110—120°С и взвешивают. Определяют суммарный вес 
непрореагировавшего угля и нерастворимого в воде остатка.
Для определения количества непрореагировавшего угля осадок 
с фильтром переносят в предварительно прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель, сжигают фильтр и, прокаливая тигель, выжигают углерод. По разности весов находят количество 
непрореагировавшего угля.
Количественное определение сернистого натрия. Количественное определение сернистого натрия основано на его взаимодействии с избыточным количеством титрованного раствора йода 
и обратном титровании последнего раствором тиосульфата натрия.
В коническую колбу объемом 500 мл наливают 25 мл 0,1%-ного 
раствора йода, 20 мл 20%-ный уксусной кислоты и 200—250 мл 
дистиллированной воды. Затем медленно приливают с помощью 
пипетки 25 мл испытуемого раствора (приготовленного в мерной 
колбе объемом 500 мл, как указано выше).
Коническую колбу закрывают пробкой, содержимое хорошо перемешивают. При этом происходят следующие процессы:

 
2CH COOH
Na S
2CH COONa
H S
3
2
3
2
+
→
+
 
(1.5) 

 
H S
I
HI
S
2
2
2
+
→
+
 
(1.6)

Избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии крахмала (~1 мл). Проводят два параллельных определения. 
Одновременно в тех же условиях осуществляют контрольный 
опыт, причем вместо раствора сернистого натрия берут такое же 
количество воды.
Количество Na2S (г) вычисляется по формуле

 
G
V V
V
N

V
=
−
Э
к

п

(
)
1
2
1000
, 
(1.7)

где Э — молярная масса эквивалента (эквивалент) сернистого 
натрия, равная 39 (78 / 2) г / моль экв; Vк — объем колбы, мл; V1 — количество гипосульфита, пошедшего на титрование в контрольном