Тема 2. Химико-технологический процесс и его содержание

Химико-технологический процесспредставляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья.

Химический процесс – одна или несколько химических реакций, сопровождаемых явлениями переноса теплоты, массы и импульса, оказывающих влияние как друг на друга, так и на протекание химической реакции.

Любое химическое производство с точки зрения системного подхода представляют в виде химико-технологической системы, в которой реализуется совокупность химико-технологических процессов, протекающих в различных аппаратах.

Химико-технологическая система состоит из ряда подсистем.

Основные подсистемы: 1) подсистема подготовки сырья;

2) подсистема химического превращения;

3) подсистема разделения продуктов химической реакции.

К вспомогательным подсистемам относятся: 1) подсистема утилизации побочных продуктов;

2) доведения целевого продукта до требований стандартов;

3) операции, связанные с требованием экологии (очистка сточных вод).

1) В подсистеме подготовки сырья реагенты приводят в более реакционно-способное состояние

•часто реагенты нагревают, так как скорость процесса зависит от температуры;

• газы компримируют до определенного давления, что позволяет снизить объем используемой аппаратуры);

•исходное сырье подвергают очистке от посторонних примесей, при этом используются явления тепло- и массообмена, гидромеханические процессы. обычно проводятся следующие операции: очистка сырья от примесей за счет разнообразных физических, физико-химических, химических процессов, таких как, аб- и адсорбция, экстракция, перекристаллизация, ректификация, фильтрация. В некоторых случаях используются и химические реакции, например, для очистки изобутилена от нормальных бутенов: его можно превратить в триметилкарбинол

i-С₄Н₈ (г) + Н₂О(Т,Р,Каt)  ТМК (Р) i-С₄Н₈ + Н₂О

н-бутены + Н₂О 

Если сырье имеет разнообразные примеси, используется комплекс методов.

К первой подсистеме также относится нагрев. Чаще всего сырье перед подачей в реактор нагревают. Наиболее экономически целесообразно проводить нагрев сырья за счет съема тепла с продуктов реакции, уже прошедших реактор. Съем тепла проводится в теплообменных устройствах.

В некоторых случаях для предотвращения быстрой взрывной реакции, с точки зрения требования техники безопасности, по условиям процессов требуется охлаждать сырье.

2) подготовленное сырье подается в химический реактор, где оно подвергается химическому взаимодействию. В химическом реакторе протекают целевая реакция, приводящая к образованию целевого продукта, и побочные реакции.

В химическом реакторе часть сырья может не вступить в химическое превращение, т.е. остаться непревращенным.

реактор

целевой продукт

побочный продукт

непревращенный остаток

сырье

Оно может состоять из нескольких этапов, в промежутках между которыми иногда вновь используются тепло- и массообменные процессы: фильтрование, центрифугирование, ректификация, абсорбция, экстракция и другие.

3) На стадии разделения производится разделение смеси продуктов, полученных в результате химических реакций используя физические, физико-химические, иногда и химические методы, или их комплекс.

Сырье в структуре себестоимости химической продукции составляет примерно 60 – 70 %, поэтому после разделения и если необходимо до очистки его вновь возвращают в химический реактор (на 2 стадию), организуя, т.о., рецикл. Рецикл осуществляется не только по сырью, но и по растворителям.

Химико-технологический процесс реализуется в совокупности разнообразных аппаратов (химические реакторы, абсорбционные и ректификационные колонны, теплообменники), объединенных материальными потоками от начала переработки сырья до конечной продукции. Эта совокупность аппаратов называется технологической схемой производства. Бывают открытые и закрытые ТС, они могут содержать байпасные (отводные) потоки и рециклы, повышающие эффективность ХТС в целом.

Каждый процесс проводится при определенных условиях. Совокупность параметров процесса, определяющих работу аппарата или группы аппаратов называется технологическим режимом процесса. Наибольший выход продукта получается при оптимальных условиях проведения процесса. (С, Р, Т и др). Оптимальные условия ведения процесса – это сочетание основных параметров (температуры Т°, давления Р, состава исходной реакционной смеси С, и так далее), позволяющее получить наибольший выход продуктов с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестоимость при соблюдении условий рационального использования сырья и энергии и минимизации возможного ущерба окружающей среде.

На всех этапах (особенно на заключительных) проводят также рекуперацию вторичных материальных и энергетических ресурсов. Потоки газообразных и жидких веществ, попадающих в окружающую среду, подвергают очистке, чтобы извлечь из них все ценные компоненты, а также ликвидировать опасность загрязнения окружающей среды. Твердые отходы либо направляют на дальнейшую переработку, либо размещают для хранения в безопасных для окружающей среды условиях.