12

Введение

Понятие о химической и механической технологии, их взаимосвязь.

Под технологией в широком значении этого слова понимают научное описание методов и средств производства в какой-то отрасли промышленности. Технология делится на механическую и химическую. Процессы механической технологии основаны преимущественно на механическом воздействии, изменяющем внешний вид или физические свойства обрабатываемых веществ, но не влияющем на их химический состав. Процессы химической технологии включают в себя химическую переработку сырья, основанную на сложных по своей природе химических и физико-химических явлениях.

Химическая технология – наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства.

Современная химическая технология, используя достижения естественных и технических наук, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути осуществления этих процессов и управления ими при промышленном производстве различных веществ, продуктов, материалов, изделий.

Химическая технология базируется, прежде всего, на химических науках, таких, как физическая химия, химическая термодинамика и химическая кинетика, но в то же время не просто повторяет, а развивает закономерности этих наук в приложении к крупномасштабным химическим процессам. Кроме того, для успешного усвоения курса ОХТ необходимо знание физики, математики, ПАХТ.

ХТ как наука имеет:

предмет изучения – хим производство;

цель изучения – создание целесообразных способов производства необходимых человеку продуктов;

методы исследования – экспериментальный, моделирование и системный анализ.

Химическое производство: средства производства, предметы потребления, полупродукты, технологическая схема, химико-технологическая система (ХТС).

Промышленные продукты могут служить средствами производства (например, металлообрабатывающие станки или серная кислота) или предметами народного потребления (например, хозяйственные изделия из пластических масс или одежда из химических волокон). В то же время многие готовые промышленные продукты могут использоваться как сырье для последующих производств. Так, аммиак служит основным сырьем в производстве азотной кислоты, которая в свою очередь применяется при получении минеральных удобрений, органических нитропроизводных и ряда других веществ.

Способ производства – это совокупность всех операций, которые проходит сырье до получения из него продукта. Способ производства слагается из последовательных операций, протекающих в соответствующих машинах и аппаратах.

Взаимосвязь между отдельными аппаратами и реакторами с описанием происходящих в них процессов и превращений называют технологической схемой. Технологическая схема описывается в тексте или последовательным схематическим изображением соединенных между собой машин и аппаратов, или же последовательным условным обозначением связанных между собой операций. Операция происходит в одном или нескольких аппаратах (машинах); она представляет собой сочетание различных технологических процессов. В каждом аппарате может протекать один или совокупность процессов. В химических аппаратах-реакторах, как правило, одновременно протекают гидравлические, тепловые, диффузионные и химические процессы.

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

Химическая технология и защита окружающей среды (ЗОС). (+сам/ст см. Мухленова).

ХТП являются источниками загрязнения атмосферы, воды и почвы веществами вредными как для природы, так и для людей. Почва засоряется твердыми отходами производства: шламами, огарками, шлаками, пустой породой и т. д., которые получаются при добыче и обогащении промышленного сырья.

Установлено, что темп роста промышленного производства пропорционален существующему объему производства (П), т. е. скорость роста производства (u) во времени () м. б. выражена уравнением:

, (1.1)

где k₁ - коэффициент роста, также непрерывно возрастает со временем. Следовательно, производство растет по экспоненте:

, (1.2)

Если производство будет увеличиваться по существующей технологии, то вредные отходы (О) будут возрастать по тому же закону:

, (1.3)

где а₁ а₂, а₃ – коэффициенты пропорциональности.

Следовательно, для сохранения постоянного уровня вредности отходов для биосферы необходим переход к новым способам производства, дающим меньше вредных отходов в раз или же необходимо усиление степени очистки отходящих газов и сточных вод.

Известно, что понижение концентрации компонента С (в данном случае вредного) во времени процесса  или по величине объема очистительного аппарата V (пропорционального времени ) происходит по затухающей кривой рис. 1.

Следовательно, снижение ПДК в 2 раза может потребовать весьма сильного возрастания очистительных объемов при существующих методах очистки. Стоимость очистных сооружений будет сильно превышать капиталовложения в само производство, и в результате производство будет нерентабельным. Исходя из этого необходимо разрабатывать новые более эффективные способы очистки или же переходить к новым способам производства, позволяющим резко снизить количество и концентрацию загрязнений в отходящих газах и сточных водах.

Безотходное производство и его особенности. (сам/ст).

Оптимальным вариантом такого производства – это безотходное производство, главными особенностями которого являются: создание замкнутых циклов веществ и энергии; комплексное использование сырья или природных ресурсов, исключающее образование к-л отходов. В настоящее время главным способом защиты биосферы остается сооружение и совершенствование газо- и водоочистительных установок. Поскольку полностью безотходное производство пока трудно осуществимо, очистка промышленных выбросов от вредных загрязнений надолго останется одним из основных направлений охраны биосферы.

Основные направления в развитии химической промышленности.

Основные тенденции развития современной химической промышленности связаны, прежде всего, с решением глобальных проблем человечества. К ним относятся: продовольственные ресурсы Земли; ресурсы минерального сырья для промышленности; энергетические ресурсы; предотвращение загрязнения биосферы.

Все эти проблемы взаимосвязаны и должны решаться комплексно. В их решении существенно возрастает роль биотехнологии. Биотехнические методы борьбы с токсикантами, загрязнением почвы, воды и атмосферы, микробиологические методы извлечения полезных ископаемых, биологические методы производства ферментов и биологически активных веществ превосходят по эффективности возможности традиционных методов.

Основным путем увеличения производства продуктов питания и пополнения пищевых запасов является химизация сельского хозяйства и животноводства.

Современный уровень ХТ и особенно биотехнологии позволяет получать в промышленном масштабе из непищевого растительного сырья моносахариды, этанол, глицерин, фурфурол, растительные дрожжи, аминокислоты, белково-витаминные концентраты и другие продукты.

Направления в развитии ХП:

1. Создание крупномасштабных производств новых видов химических продуктов и сырья многоцелевого назначения. Такими продуктами являются молекулярный водород, аммиак, гидразин, метанол.

2. Интенсификация работы аппаратов и реакторов.

3. Снижение энергозатрат и максимальное использование теплоты хим реакций

4. Уменьшение количества стадий производства и переход к замкнутым системам для уменьшения загрязнения ОС.

5. Замена периодических процессов непрерывными.

6. Механизация трудоемких операций и автоматизация производства.

7. Создание и внедрение АСУТП.

Производительностью Пр называется количество выработанного продукта G или переработанного сырья за единицу времени  (кг/ч или т/ч):

, (1.4)

В ряде производств количество выработанного продукта измеряют его объемом V_п, тогда размерность Пр будет м³/ч:

, (1.5)

Достоинства агрегатов большой единичной мощности: увеличение производительности, сокращение металлозатрат на ед. объема или на единицу вырабатываемой продукции, снижение эксплуатационных расходов,

Недостатки: усложнение управления производством, большие потери продукта при аварийных ситуациях (брак), увеличивается загрязнение окружающей среды.

Интенсивностью работы аппаратаили реактора I называется производительность его, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры данного аппарата. Обычно для вычисления интенсивности относят производительность к объему аппарата V (м³) или к площади его сечения S (м²):

, (1.6)

, (1.7)

, (1.8)

, (1.9)

Интенсификация достигается двумя путями: 1) улучшением конструкций машин или аппаратов; 2) совершенствованием технологических процессов в аппаратах данного вида. Интенсивность работы аппарата пропорциональна скорости процесса, поэтому, изучая кинетику технологических процессов, стремятся создать такую конструкцию аппарата и технологический режим в нем, которые обеспечили бы максимальную скорость процесса.

При разработке улучшенных или принципиально новых конструкций машин и аппаратов интенсивность химического процесса повышается (по сравнению с аппаратами старых конструкций) главным образом усилением перемешивания реагирующих компонентов и увеличением поверхности соприкосновения между взаимодействующими веществами, находящимися в разных агрегатных состояних (твердом, жидком, газообразном). Улучшение конструкций аппаратов часто бывает связано с механизацией и автоматизацией их обслуживания.

Основными технологическими путями интенсификации работы аппаратов данного вида являются повышение температуры, давления и концентраций реагирующих веществ в сочетании с применением катализаторов и перемешиванием реагирующих масс. Однако для ускорения некоторых процессов необходимо, наоборот, понижение температуры, применение вакуума и снижение концентраций веществ. Исходя из этого в химической технике применяют

Снижение затрат энергии на единицу продукции достигается, во-первых, уменьшением гидравлических сопротивлений всех аппаратов и трубопроводов химико-технологической системы и, во-вторых, понижением степени перемешивания реагирующих масс, хотя это может вызвать уменьшение интенсивности работы аппарата. Главная же мера экономии энергии в химических производствах – максимальное использование теплоты химических реакций для нагревания исходных веществ до оптимальной температуры и для выработки пара, являющегося ценным побочным продуктом ряда химических производств.

Для повышения степени использования теплоты реакций стремятся увеличивать концентрации реагентов, а также размещать теплообменные элементы и трубы паровых котлов непосредственно в реакционной зоне.

Подробнее у Мухленова.