Введение

С.Г. Козлов, М.А. Куликов

ОСНОВЫХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие для студентов специальности

240301.65 «Химическая технология неорганических веществ»

и направления 240100 «Химическая технология»

Березники 2012

УДК 66.01

ББК 35.20

К 59

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры ХТ и Э С.В. Лановецкий

(Березниковский филиал Пермского национального

исследовательского политехнического университета)

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ТНВ

А.П. Ильин

(Ивановский государственный химико-технологический университет)

Козлов, С.Г., Куликов, М.А.

К59 Основы химической технологии: учеб.пособие / С.Г. Козлов,

М.А. Куликов; Березниковский филиал Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. – Пермь: Издательство ПНИПУ, 2012. – 200с.

ISBN

Представлены общие понятия о химическом производстве, его компонентах, критериях оценки эффективности химического производства; теория химико-технологического процесса (ХТП). Кроме того изложены общие закономерности ХТП, основы теории катализа, а также теории проектирования и эксплуатации химических реакторов. Рассмотрена классификация и способы подготовки сырья, а также характеристика технологических процессов производства основных продуктов на химических предприятиях Верхекамья.

Предназначено для студентов специальности 240301.65 «Химическая технология неорганических веществ» и направления 240100 «Химическая технология» высших учебных заведений.

УДК 66.01

ББК 35.20

ISBN © ПНИПУ, 2012

Содержание

Введение
1. Общие понятия о химическом производстве
1.1. Химическая технология как наука
1.2. Связь химической технологии с другими науками
1.3. Развитие химической технологии
1.4. Классификация химической технологии
2. Компоненты химического производства
2.1. Сырьё в химическом производстве
2.1.1. Основные определения
2.1.2. Классификация сырья
2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья
2.1.4. Подготовка минерального сырья
2.1.5. Очистка и разделение газовых смесей
2.2. Энергия в химической технологии
2.2.1. Использование энергии в химической технологии
2.2.2. Источники энергии. Классификация источников энергии
2.2.3. Рациональное использование энергии
2.2.4. Новые виды энергии в химической технологии
2.3. Вода в химической промышленности
2.3.1. Основные показатели качества воды
2.3.2. Промышленная водоподготовка
2.4. Воздух в химической технологии
3. Критерии оценки эффективности химического производства
3.1. Технические показатели
3.2. Экономические показатели
3.3. Эксплуатационные показатели
3.4. Социальные показатели
3.5. Материальный и энергетический баланс химического производства
4. Системный подход в изучении химико-технологического процесса
4.1. Общие понятия и определения
4.2. Химико-технологическая система как объект моделирования
4.3. Операторы
4.4. Матричное представление моделей
4.5. Подсистемы ХТС
4.6. Связи
4.7. Классификация технологических схем
4.8. Системный подход к разработке технологии производства
4.8.1. Методологические принципы
4.8.2. Выбор технологии производства продукции
4.9. Оптимизация производства
4.9.1. Декомпозиция химико-технологических систем
4.9.2. Оптимизация химико-технологических систем
5. Общие закономерности химических процессов
5.1. Понятие о химическом процессе
5.2. Классификация химических реакций
5.3. Виды химических реакций
5.4. Характеристика гомогенных процессов
5.5. Основные закономерности гомогенных процессов
5.6. Интенсификация гомогенных процессов
5.7. Гетерогенные некаталитические процессы
5.8. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
5.9. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
6. Гетерогенный катализ
6.1. Общие положения катализа
6.2. Процессы адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
6.2.1. Теория адсорбции Лэнгмюра
6.2.2. Нелэнгмюровская адсорбция
6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
6.3.1. Внешняя диффузия
6.3.2. Внутренняя диффузия
6.4. Основные требования к гетерогенным катализаторам
6.5. Основные структурные параметры гетерогенных катализаторов
6.6. Технологические свойства гетерогенных катализаторов
6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
6.8. Состав катализаторов
6.9. Приготовление катализаторов
7. Гомогенный катализ
7.1. Кислотный (основной) катализ
7.1.1. Специфический кислотный катализ
7.1.2. Специфический основной катализ
7.1.3. Общий кислотный катализ
7.1.4. Общий основной катализ
7.1.5. Электрофильный катализ
7.1.6. Кинетика реакций кислотно-основного катализа
7.2. Металлокомплексный катализ
7.3. Ферментативный катализ
8. Химические реакторы
8.1. Принципы классификации химических реакторов
8.2. Принципы проектирования химических реакторов
8.2.1. Моделирование химических реакторов и протекающих в них процессов
8.2.2. Структура математической модели химического реактора
8.2.3. Уравнение материального баланса для элементарного объёма проточного реактора
8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
8.3.1. Реактор идеального смешения (РИС)
8.3.2. Реактор идеального вытеснения (РИВ)
8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели
8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
8.5. Конструкции реакторов
8.5.1. Требования к реакторным конструкциям
8.5.2. Типизация реакторов
8.5.3. Примеры конструкций реакторов
9. Переработка природного минерального сырья
9.1. Процессы растворения
9.2. Процессы кристаллизации
9.3. Химическое осаждение
9.4. Процессы переработки труднорастворимого сырья
10. Химические предприятия Верхнекамья
10.1. ОАО «Уралкалий»
10.2. Филиал «Азот» ОАО «ОХК УРАЛХИМ» в г. Березники
10.3. ОАО «Березниковский содовый завод»
10.4. ООО «Сода-хлорат»
10.5. ОАО «Метафракс»
Рекомендуемая литература

Введение

Химическое производство, будучи составной частью материального производства, представляет собой многотоннажное специализированное производство и основано на достижениях науки и техники. Его научной основой является химическая технология – научная дисциплина, сформировавшаяся к середине ХХ века.

Формирование химической технологии как отдельной науки вызвано особенностями материального производства. К ним относятся:

– стремительные темпы роста и постоянно меняющийся характер промышленного производства;

– успехи смежных научных дисциплин;

– многообразие ассортимента химической продукции и технологических процессов их получения;

– разработка научной классификации и создание теоретических основ химических процессов.

Современная химическая технология возникла в результате закономерного на определенном этапе ее развития процесса интеграции ранее самостоятельных технологий производства отдельных продуктов, явившихся результатом обобщения эмпирических правил их получения.

Современное химическое производство перерабатывает гигантские объемы сырья с использованием колоссального количества энергии различных видов и огромных капитальных и амортизационных затрат.

Отсюда вытекает одно из главных требований к современному производству – экономичность. Эту особенность химической технологии четко определил еще Д.И. Менделеев: «Учение о выгодных (то есть поглощающих наименее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных продуктов в продукты потребления». И еще: «Технология должна изучать выгоднейшие способы, выбрать из ряда возможностей наиболее приемлемую – по выгодности данным условиям времени и места, чтобы придать продукту наибольшую дешевизну при желаемых формах и свойствах».

Химическая технология не может быть сведена только к методам химической переработки, так как в химическом производстве химическим превращениям сопутствуют разнообразные физические, физико-химические и механические процессы.

Химическая технология – это наука, изучающая такие производственные процессы переработки, которые хотя бы на одной стадии связаны с изменением состава, строения и свойств веществ, то есть с превращением их в другие вещества.