1.Химическая технология, химическое производство, химико-технологический процесс. Основные технологические компоненты: сырье, целевой и побочный продукты, отхо­ды.

Химико-технологический процесс (ХТП) – это совокупность последовательных физических, физико-химических, химических процессов и операций, протекающих в соответствующих реакторах и аппаратах для целенаправленной переработки сырья в продукты заданных состава и свойств.

Технология:механическая,химическая

Мех.техн.-процессы на механическом воздействии

Хим.техн.-химическая технология переработки сырья.

Предметом ОХТ является химическая технология (изменение хим.состава и свойств).

Для аппаратурного оформления ХТП используются аппараты, реакторы и машины. Аппараты – это такие устройства, работа которых основана на физических явлениях (электрофильтры, электростатические сепараторы, магнитные сепараторы) или на явлениях массопередачи (ректификационные колонны, абсорберы, адсорберы) без протекания химических реакций. Реакторы – это разновидность аппаратов, в которых протекают химические реакции, физико-химические превращения, в сочетании с массопереносом, например аппараты с мешалками для химического осаждения, печи для обжига и крекинга, колонны для синтеза аммиака, метанола и т. д. Машины – это механизмы или сочетание механизмов, осуществляющие целесообразные движения для преобразования энергии или для производства работы, например компрессоры, насосы, вентиляторы, транспортеры, дробилки. Так, в компрессоре механическая энергия затрачивается на сжатие газа, а в дробилке – на измельчение материала.

Процессы, лежащие в основе ХТП, можно разделить на следующие:

1) механические и гидромеханические – перемешивание ма­териалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смеше­ние и разделение потоков; все они протекают без изменения химическо­го и фазового состава обрабатываемого материала; для проведения этих процессов предназначены транспортеры, питатели, дробилки, диспергаторы, формователи, компрессоры, насосы, смесители, фильтры;

2) теплообменные – нагрев, охлаждение, изменение фа­зового состояния; химический состав веществ при этом не меняется; они протекают в теплообменниках, кипятильниках, конденсаторах, пла­вилках, сублиматорах;

3) массообменные – растворение, кристаллизация, суш­ка, дистилляция, ректификация, абсорбция, адсорбция, экстракция, десорбция; представляют собой перенос вещества внутри фазы или меж­ду фазами, вызванный градиентом его концентраций и протекающий без изменения химического состава; для данных процессов служат кристаллизато­ры, сушилки, дистилляторы, ректификаторы, абсорберы, адсорберы, экстракто­ры, десорберы;

4) химические – процессы, связанные с изме­нением химического состава веществ; данные процессы проводятся в химических реакторах.

Кроме указанных основных процессов, в химико-технологическом процессе осуществляются также:

− энергетические процессы, которые заключаются во взаимном преобразовании различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах;

− информационно-управляющие процессы, отвечающие за полу­чение и передачу информации о состоянии потоков и веществ, выра­ботку и передачу сигналов на пульт управления процессами; к инфор­мационно-управляющим устройствам относятся: датчики состояния потоков и оборудования (температуры, давления, состава, скорости вращения двигателей и т. д.), сигнальные и информационные системы, системы автоматического регулирования, включающие управляющие вычислительные машины и др.

Часто в каком-либо процессе имеют место одновременно два или более явле­ния. В таких случаях процесс следует классифицировать по его основному назначению. Например, сжатие газа в компрессоре со­провождается его нагревом, но по основному назначению это процесс механический. В детандере сжатый газ совершает механическую рабо­ту, сильно охлаждаясь. По назначению это процесс теплообменный, предназначенный для выработки холода.

ХТП характеризуется технологическим режимом. Технологический режим – это совокупность параметров, определяющих условия работы аппарата, реактора или их систем и переработки сырья в продукты.

Оптимальный технологический режим – это совокупность значений параметров, позволяющих получить наибольший выход продукта при максимальной интенсивности процесса, производительности труда и низкой себестоимости.

Параметрами химико-технологического процесса, обеспечивающими его функционирование, являются измеримые величины, определяющие состояние реагентов и их реакционную способность, – температура, концентрация реагентов и их соотношение, давление, дисперсность и состав твердых реагентов, состав жидких и газообразных реагентов, способ и интенсивность перемешивания реагентов, линейная и объемная скорости реагентов, поступающих в систему.

Конечные продукты ХТП классифицируют следующим образом: целевые продукты, побочные продукты, отходы. Целевые продукты – это продукты целевого или многоцелевого назначения, получаемые при переработке сырья при заданных оптимальных условиях и соответствующие требованиям технических условий. Побочные продукты образуются параллельно с целевым продуктом в результате переработки сырья. Отходы – это побочные продукты, которые в настоящее время по техническим или экономическим причинам не находят применения и выводятся из ХТП в окружающую среду.

2.СТРУКТУРА ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА, ЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЧАСТИ. КЛАССИФИКАЦИЯ СЫ­РЬЯ. ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ТВЕРДОГО, ЖИДКОГО И ГАЗООБРАЗНОГО СЫРЬЯ. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЫРЬЯ. ВТОРИЧНОЕ СЫРЬЕ.

Химическое производство – это совокупность функциональных подсистем, связанных между собой технологическими, электрическими, транспортными и телекоммуникационными (для информации и управления) линиями связи для совместного функционирования и обеспечивающих эффективное использование материальных, энергетических ресурсов при химическом превращении реагентов в целевой продукт заданного качества, высокую производительность, управление процессами, охрану труда и окружающей среды.

Химическое производство можно представить как систему. Система – совокупность элементов и связей между ними, функционирующих как единое целое. Элемент системы изменяет свойства и состояние входящих в него потоков. Выходящие потоки передаются по связям в другие элементы, в которых происходят их последующие изменения. Система элементов, перерабатывая входящие и выходящие из нее потоки, функционирует взаимосвязано.

Химико-технологическая система (ХТС) – совокупность аппаратов, машин, реакторов, других устройств (элементов), а также материальных, тепловых, энергетических и других потоков (связей) между ними, функционирующая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ (сырья) в продукты 1.

Элемент ХТС может быть представлен отдельным аппаратом (реактором, смесителем, абсорбером, теплообменником, турбиной и т. д.) или их совокупностью.

Химическое производство должно быть организовано та­ким образом, чтобы соблюдались следующие требования:

1. получение продукта, отвечающего требованиям ГОСТ

2. максимальное использование сырья и энергии;

3. максимальная экономическая эффективность;

4. экологическая безопасность;

5. безопасность и надежность эксплуатации оборудования.

Общая структура химического производства или ХТС включает в себя функ­циональные элементы подсистем, представленные на рис. 1, согласно которому 1–3 – технологическая подсистема или собственно химико-технологический процесс, в ко­тором сырье перерабатывается в продукт. ХТП включает подготовку сырья 1, т. е. его предварительную обработку: измельчение, очистку от примесей, смешение компо­нентов, нагревание и т. д. Подготовленное сырье проходит ряд физико-химических и химических превращений – его перера­ботку 2, в результате чего образуются целевой и, как правило, побочный продукты. Образование побочных продуктов может осуществляться как при протекании целевой, так и побочных реакций. Кроме того, побочные продукты могут образовываться и за счет наличия в сырье примесей. Поскольку степень превращения исходных реагентов в промышленном ХТП меньше 1, то после химического превращения 2 в образовавшейся смеси продуктов присутствуют и компоненты сырья. выделение целевого продукта из образовавшейся смеси, а иногда и его очистка от примесей, осуществляются на стадии 3.

Рис. 1. Структура и функциональные элементы химического производства 1:

1 – подготовка сырья; 2 – химическая переработка сырья; 3 – выделение целевого продукта; 4 – обезвреживание и переработка побочных продуктов; 5 – энергетическая подсистема; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – подсистема управления.

После выделения целевого продукта оставшиеся побочные продукты направляют на очистку и обезвреживание, либо на переработку в продукт, используемый в химической или других отраслях промышленности 4. Переработка и обезвреживание побочных продуктов необходимы для снижения вредного воздействия производства на окружающую среду и человека.

Отходы производства, или невостребованные продукты переработ­ки сырья, могут содержать как вредные вещества, которые могут за­грязнять окружающую среду, так и полезные, которые целесообраз­но использовать. Поэтому особое внимание необходимо уделять переработке отходов (рис. 1, поз. 4). Наиболее рациональным является превращение отходов основного производства в технические материалы, которые можно использовать в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве. В частности, пигменты, получаемые переработкой железосодержащих отходов (шламов), которые образуются при обезвреживании травильных растворов, могут быть применены для окрашивания строительных, резинотехнических, лакокрасочных и других материалов. В случае, когда невозможна переработка отходов в технические продукты, производится их очистка или обезвреживание. После проведения данных процессов при соблюдении санитарно-гигиенических нормативов твердые отходы складируются на специально подготовленных полигонах, жидкие (сточные воды) сбрасываются в природные водоемы, газообразные выбрасываются в атмосферу.

Компоненты химического производства. Переменные компоненты постоянно потребляются или образуются в производстве. К ним относятся [1, 2]:

1. сырье, поступающее на переработку;

2. вспомогательные материалы, обеспечивающие технологический процесс;

3. продукты (основные и побочные) как результат переработки сырья; продукты производства далее могут быть использованы как целевые продукты потребления и как полупродукты для их дальнейшей переработки в другие продукты;

4. отходы производства – не подлежащие дальнейшей переработке вещества и материалы, удаляемые затем в окружающую среду;

5. энергия, обеспечивающая функционирование производства.

Постоянные компоненты закладываются в производство (оборудо­вание, конструкции) или участвуют в нем (персонал) на весь или поч­ти весь срок его существования. Они включают:

− аппаратуру (машины, аппараты, реакторы, емкости, трубопроводы, армату­ру);

− устройства контроля и управления;

− строительные конструкции (здания, сооружения);

− обслуживающий персонал (рабочие, аппаратчики, инженеры и другие работники производства).

Последний компонент требует особого внимания как социальная составляющая производства.

В компоненты конкретного производства не входят элементы ин­фраструктуры, как не участвующие непосредственно в производстве продукта, но необходимые для его функционирования.

Состав химического производства, обеспечиваю­щий его функционирование как производственной единицы:

1. собственно химико-технологический процесс;

2. хранилища сырья, продуктов и других материалов;

3. система организации транспортировки сырья, продуктов, вспомогательных материалов, промежуточных веществ, отходов;

4. дополнительные здания, сооружения;

5. обслуживающий персонал производственных подразделений;

6. система управления, обеспечения и безопасности.

Наличие хранилищ сырья, продуктов и других материалов необходимо, так как при непрерывном производстве доставка сырья и отгрузка про­дуктов происходит периодически, кроме того, обеспечение стабильности про­изводства возможно при наличии определенного запаса.

3.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗДУХА И ВОДЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. ИСТОЧНИКИ ВОДЫ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ВОДОПОДГОТОВКИ. УМЯГЧЕНИЕ, ДЕИОНИЗАЦИЯ И ДЕГАЗАЦИЯ ВОДЫ. ВОДООБОРОТНЫЕ ЦИКЛЫ. Вода- один из важнейших факторов жизни на Земле. Ежедневно человечество расходует до 7 млрд. т воды, что соответствует по массе общему количеству полезных ископаемых, добываемых за год. Основными потребителями воды являются химическая, нефтехимическая целлюлозно-бумажная отрасли промышленности, черная и цветная металлургия, энергетика, мелиорация. Рис. 1. Классификация воды по целевому назначению представлена Согласно рис. 1, различают следующие разновидности технической воды: охлаждающая, энергетическая и технологическая.Энергетическая вода используется для получения пара и как рабочее тело при передаче тепла от источника к потребителю. Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. При этом вода не соприкасается с материальными потоками. Технологическая вода подразделяется на средообразуюшую, промывающую и реакционную. Средообразующая вода используется для растворения твердых, жидких и газоообразных веществ, получение суспензии при обогащении, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывающая вода- для промывки газообразных(абсорбция), жидких(экстракция),и твердых продуктов; реакционная- в качестве реагента, а также при азеотропной отгонке. Технологическая вода непосредственно контактирует с реагентами и продуктами процесса.