Слайд№4 до, далее Слайд№5

ОХТ лекция№1.

ВВЕДЕНИЕ

Глава I Химико-технологический процесс и его содержание

Основные технологические понятия и определения

Материальный баланс химических процессов

Энергетические (тепловые) балансы химических процессов

Введение.

Химическая технология – прикладная наука о способах и процессах производства различных продуктов и материалов, осуществляемых с участием химических превращений на основе рационального использования сырья и энергии.

Свое название химическая технология берет от трех слов: химия, которая имеет свою этимологию от греческого «технос» - искусство, ремесло и «логос» - ученье, наука. Далее Слайд№1

Как наука химическая технология имеет предмет изучения – химическое производство; цель изучения – создание целесообразного способа производства необходимых человеку продуктов; методы исследования – экспериментальный, моделирования, системный анализ.

Химическая технология относится к естественным наукам, поскольку имеет дело с материальными явлениями и объектами.

Процессы химической технологии можно классифицировать по различным признакам: характеру используемых технологий, происхождению и характеру сырья, характеру и потребительским свойствам продуктов. Наиболее фундаментальным является отраслевой принцип классификации, определяющей принадлежность процессов к группам перерабатываемого сырья или потребительским свойствам производимых продуктов. В этом плане необходимо выделить следующие отрасли химической технологии.

Неорганическая химическая технология, включающая в себя следующие подотрасли:

1. основной неорганический синтез, включающий в себя производство кислот, щелочей, солей, аммиака, минеральных удобрений на их основе и других неорганических веществ;

2. тонкий неорганический синтез – малотоннажные производства, но крайне важных для самой химической промышленности неорганических веществ: катализаторов; неорганических препаратов, реактивов, редких элементов, материалов для электроники, лекарственных веществ и др.;

3. технология силикатов – производство вяжущих и строительных материалов, керамических изделий, стекла и др.;

Металлургия –производства черных и цветных металлов.

 Слайд№1до, далее Слайд№2.

Технология органических веществ, включающая в себя следующие подотрасли: 

1. переработка ископаемого углеродсодержащего сырья - твердого топлива, нефти и газа – первичное разделение, очистка, облагораживание, конверсия углеводородного сырья;

2. нефтехимический синтез – производство органических продуктов и полупродуктов на основе переработки газообразных, жидких и твердых углеводородов, а также на основе оксидов углерода и водорода;

3. основной органический синтез – производство базовых продуктов органического синтеза, дающего начало всем остальным процессам более глубокой переработки органического сырья;

4. тонкий органический синтез – производство органических препаратов, реактивов, лекарственных веществ, душистых веществ, средств защиты растений и др.;

5. технология высокомолекулярных соединений, включающая в себя производство синтетических каучуков, пластмасс, химических волокон, пленок и др.;

Технология переработки растительного и животного сырья.

Слайд№2 до, далее Слайд№3.

В соответствии с приведенной классификацией сырьевую основу соответствующей отрасли составляют:

 в неорганической химической технологии:

· атмосферный азот и, в ограниченной степени, натриевая селитра, запасы которой быстро истощаются;

·  водород, который в промышленности производится конверсией и неполным окислением метана, конверсия твердого углеродного топлива, электролизом воды или водных растворов хлорида натрия;

·  кислород или воздух. Если необходимо иметь чистый кислород, то его сжижают при высоких давлениях и пониженной температуре, а затем подвергают фракционной перегонке.

· Источником получения серной кислоты является элементарная сера, пирит и сульфиды цветных металлов.

· Источником получения фосфорной кислоты и фосфат-содержащих удобрений являются фосфатные руды: апатиты и фосфориты.

Источником получения серной кислоты в неорганическом синтезе и других продуктов на ее основе является элементарная сера, пирит и сульфиды цветных металлов. Источником получения фосфорной кислоты и фосфат-содержащих удобрений являются фосфатные руды: апатиты и фосфориты.

  Слайд№3 до, далее Слайд№4.

    В этих рудах фосфор находится в нерастворимой форме, главным образом, в виде фторапатита Ca₅F(PO₄)₅ и трикальций фосфата Ca₃(PO₄)₂. Апатит – минерал, входящий в состав изверженных пород. В России на Кольском полуострове имеются крупнейшие залежи апатито-нефелиновые руды. Нефелин (K,Na)₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O – сырье алюминиевой промышленности. Апатито-нефелиновую породу, содержащую до 70% апатита и до 25% нефелина, разделяют флотацией на апатитовый концентрат, в состав которого входит до 40% P₂O₅ и нефелиновую фракцию, которая после повторного обогащения содержит до 30% Al₂O₃. Фосфориты – породы, содержание в которых P₂O₅ колеблется от 20 до 30%.

Слайд№4

Первичным сырьем для производства органических веществ является природный газ, нефть, каменный уголь и, в меньшей степени, горючие сланцы и торф. Традиционные способы их переработки – пиролиз. Последние годы все большее значение приобретает синтез-газ, получаемый из всех перечисленных видов сырья путем парокислородной конверсии. Это особенно важно для твердых горючих ископаемых, залежей которых должно хватить на несколько сотен лет. Синтез-газ является основой для получения небольшой группы базовых продуктов органического синтеза, которые в сырьевом балансе промышленных органических продуктов составляют 90%. Сюда относятся этилен, ацетилен, пропилен, стирол, 1,3-бутадиен, бензол, толуол, ксилолы и др.

Источником получения металлов в технически чистом виде, являются природные минералы, содержащие, как правило, часть пустой породы. Минералы руд представляют, в основном, оксиды и сульфиды металлов (Fe, Cu, Zn и др.), содержащие оксиды соединений, составляющих пустую породу. В черной металлургии к ним относятся Al₂O₃, SiO₂, CrO, MgO и т.п. В то же время некоторые из этих оксидов могут служить рудами цветных металлов (например, Al₂O₃ в производстве алюминия).  

Химическая промышленность и смежные с ней отрасли, основанные на химических превращениях (нефтепереработка, нефтехимия, металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность), являются крупнейшими потребителями энергии. Химические и нефтеперерабатывающие производства потребляют около 20% от энергопотребления всей промышленности. По расходу тепловой энергии химическая промышленность занимает второе место среди других отраслей хозяйственной деятельности, а по расходу электроэнергии – третье.

Химические процессы подразделяются на экзо- и эндотермические.  

Слайд№4  до, далее Слайд№5.

 

Проведение эндотермических процессов требует дополнительного подвода тепла извне и поэтому, как правило, характеризуется гораздо большим энергопотреблением. В экзотермических процессах такого подвода обычно не требуется, так как тепло реакции может быть использовано для поддержания необходимого температурного режима. В высоко экзотермических процессах, протекающих при высоких температурах (400-600°С), часть избыточного тепла реакции может быть преобразовано в механическую энергию для транспортировки реагентов и продуктов, или создания повышенных давлений. Это дает существенную экономию энергии на производстве. Помимо затрат или экономии энергии, связанной с экзо- и эндотермичностью реакций, реализация любого химического производства связана с расходом энергии вспомогательных операций, таких как подготовка и транспортировка сырья, отвод продуктов, физические операции дробления, фильтрации, перемешивания, дистилляции и др.

Энергетические ресурсы разделяют на топливные (уголь, нефть, природный газ, сланец, битумные пески, торф, биомасса) и нетопливные (гидроэнергия, энергия ветра, лучистая энергия солнца и д.р.), возобновляемые и не возобновляемые, первичные и вторичные.

Все возобновляемые энергетические ресурсы являются производными от энергии солнца, но в целях удобства их классифицируют по следующим категориям: солнечная энергия (прямая радиация); гидроэнергетические ресурсы (испарительно-конденсационный цикл); энергия ветра и волн; биомасса (растительного и животного происхождения). К практически неисчерпаемым относится геотермальные и термоядерные энергетические ресурсы, в геотермальные ресурсы включена глубинная теплота Земли, которая может быть использована как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Термоядерные ресурсы (реакции синтеза) измеряются тепловыми эквивалентами преобразования дейтерия, содержащегося в морской воде и лития, находящегося в земной коре.

К не возобновляемым энергетическим ресурсам относятся те, запасы которых по мере их добычи необратимо уменьшаются. К ним относятся: уголь, сланцы, нефть, битумные пески и природные газы. Все названные выше виды энергоресурсов относятся к первичным.

Вторичными энергетическими ресурсами называется энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических установках, который не используется в самих установках, может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок. Например, вторичными энергоресурсами производства аммиака, наиболее энергоемкого в химической промышленности, являются жидкие углеводороды, танковые и продувочные газы, физическая теплота дымовых газов трубчатых печей и огневых подогревателей природного газа, физическая теплота конвертированных газов и синтез-газа.

Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться непосредственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности в топливе или теплоте либо с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или технической работы в утилизационных установках.

Топливо называют энергетическим, если его используют для получения электрической и тепловой энергии. Топливо, непосредственно используемое в различных установках, в том числе в промышленных печах и для коксования, называют технологическим.

В зависимости от агрегатного состояния топлива подразделяют на твердое, жидкое и газообразное. К твердым топливам относятся бурые и каменные угли, антрациты, торф, сланцы и дрова, а также продукты их переработки: кокс, полукокс, брикеты торфяные и угольные, термоантрацит, древесный уголь; к жидким – нефть, газовый конденсат и продукты их переработки: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, смолы и т.п.; к газообразным – природный, нефтепромысловый (попутный) и шахтный газы, а также сжиженный нефтезаводской, коксовый, полукоксовый, генераторный, водяной, доменный и др.

Глава I