лекции / Лекция 11.Сырье, концепции синтеза 1 и 2
.pdfНевозобновляемое сырье
Минеральное сырье - не восстанавливается совсем или восстанавливается значительно медленнее, чем идет его использование человеком в обозримый период времени. Использование этого сырья неизбежно приводит к его исчерпанию.
Возобновляемое сырье
-это растительное и животное, некоторые виды минерального сырья (например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах). Темпы расхода возобновляемого сырья должны соответствовать темпам его потребления, иначе оно станет невозобновляемым.
11
Полупродукты
-это вещества и материалы, полученные в одном производстве, и являющиеся исходными в производстве других продуктов.
Например, аммиак является продуктом производства из природного газа, воды и воздуха. Он может выступать в качестве как продукта потребления - удобрения, непосредственно вносимого в почву, так и полупродукта – сырья для производства азотной кислоты. В свою очередь азотная кислота может быть продуктом потребления, например, в текстильной промышленности и полупродуктом – сырьем в производстве селитры.
12
В качестве исходных веществ в ряде производств часто выступает
вторичное сырье
Это отходы производства и отходы потребления
Отходы производства - остатки сырья и вспомогательных материалов, которые утратили свои первоначальные качества.
Отходы потребления - бывшие в употреблении вещества и изделия, восстановление которых экономически нецелесообразно.
СИНТЕЗ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Задачи синтеза ХТС
Синтез ХТС заключается в:
•определении основных технологических операций и их последовательности,
•выборе главных аппаратов и установлении связей между ними,
•выборе параметров технологических режимов отдельных аппаратов и системы в целом, обеспечивающих наилучшие условия функционирования ХТС.
15
КОНЦЕПЦИИ (ТРЕБОВАНИЯ) СИНТЕЗА ХТС
•I) максимальное использование сырьевых ресурсов, т.е. разработка производств с минимальными расходными коэффициентами по сырью и материалам, то, что называется ресурсосбережением.
•II) максимальное использование энергетических ресурсов, разработка производств с минимальными расходными коэффициентами по энергии и топливу, то, что называется энергосбережением.
•III) минимизация отходов, создание малоотходных и безотходных производств;
•IV) эффективное использование оборудования, т.е. создание условий для максимальной отдачи от оборудования при минимальных капитальных вложениях.
•Все они решаются путем использования приемов (эвристик), которые обоснованы и проверены, проистекают из промышленного опыта, знания научных основ химической технологии и просто, исходя из здравого смысла.
I. Концепция полного использования сырьевых ресурсов
•В большинстве химических производств затраты на сырье составляет значительную часть себестоимости продукции. Концепция полного использования сырьевых ресурсов направлена на максимальный выход целевого продукта, максимальное превращение сырья в используемые, полезные продукты. Разберем приемы, которые способствуют выполнению этой концепции.
•1) Выбор химической схемы производства
•- важнейший способ улучшения использования сырьевых ресурсов. Производство серной кислоты можно строить или на основе серного колчедана или серы. Что предпочтительнее?
• |
обжиг серного |
колчедана или серы |
|
|
• |
4 FeS2 + 11 O2 = 2Fe2O3 + 8 SO2 |
|
|
|
• S + O2 = SO2; |
|
• |
окисление диоксида серы |
SO2 + 1/2 O2 = SO3; |
|
• |
абсорбция триоксида серы |
SO3 + H2O = H2SO4. |
•С т.з. стоимости и доступности сырья лучше взять колчедан, сера дороже. Но колчедан это горная порода, содержащая массу примесей, которые остаются при обжиге и образуют огарокотход производства. Газ, который получается при обжиге
колчедана, помимо полезного компонента SO2 , содержит много примесей, которые переходят в продукт, мешают реакции окисления диоксида серы. Надо предусмотреть систему очистки газа от примесей, это материальны затраты, которые удорожают стоимость продукта. Можно отметить также, что при обжиге колчедана много кислорода переходит в состав оксида железа, поэтому после
обжига концентрация SO2 в газе будет не высокая. Если горит сера, примесей не образуется, нет отходов, не нужна система очистки. Сера дороже колчедана, но в итоге получается выигрыш.
2) Использование избытка одного из реагентов в исходной смеси
•как правило, более дешевого и доступного. В предыдущем примере используют избыток кислорода по отношению к стехиометрии реакции. Это универсальный прием повышения степени превращения одного из исходных веществ, участвующих в реакции. Об этом говорили в разделе «стехиометрические и термодинамические закономерности»).
•3) Противоточный контакт фаз - известное решение, обеспечивающее максимальную движущую силу, как в процессе теплопередачи, так и в процессе массообмена (ПАХТ).
4)Фракционный рецикл
•используют при неполном превращении исходных реагентов. В системе разделения после реактора выделяют не прореагировавшие реагенты и возвращают их на переработку.
Типичный пример - синтез аммиака, 3Н2 + N2 2NH3, в котором после выделения аммиака оставшуюся азото-водородную смесь снова направляют в реактор синтеза.