Разработка технологической схемы производства

С ростом потребностей человека (с целью повышения уровня жизни) возникает потребность в производстве новых продуктов и материалов (полимерных материалов с улучшенными потребительскими свойствами, растворителей, дружественных к окружающей среде, компонентов для последующего приготовления продуктов бытовой химии и проч.). Эта потребность и обуславливает создание новых химических производств и модернизацию старых.

Пример с производством дизельного биотоплива.

Разработка технологической схемы производства включает несколько этапов:

1. Лабораторный (Научный) – определение наиболее оптимального с точки зрения стадийности, сырьевых и энергетических затрат пути получения того или иного продукта. При этом учитывается:

– принципиальная возможность протекания реакций – определяется на основании термодинамических свойств веществ;

– скорость протекания реакции,

– необходимость применения катализатора

– равновесные состояния и влияние на них внешних условий

Для достижения максимальной скорости и максимального выхода продукта предлагается из известных (либо конструируется новый) реактор – устройство, в котором будет осуществляться химическое превращение. Наиболее часто используются реакторы смешения и вытеснения, они могут быть непрерывного и периодического действия (реакторы смешения). Просчитываются также схемы и устройства для подвода исходных реактивов и отвода продукта, а также его очистки и доводки до продажного состояния.

2. Производство опытной партии – небольшой тоннажности с использованием модельных аппаратов – отрабатываются выгодные с точки зрения экономического эффекта значения параметров процесса (температура, давление, скорость подачи сырья). Это технологический режим процесса. на основании полученных параметров процесса составляют технологический режим процесса. На этом этапе выбираются материалы для изготовления аппаратов, осуществляют расчет процесса, аппаратов и проектирование завода.

3. Промышленное производство. Строительство завода, монтаж оборудования, пуск и наладка производства. На этом этапе также возможны существенные изменения отработанной полупромышленной схемы.

- строительство предприятия;

- монтаж оборудования;

- пуск и наладка производства.

Из данной схемы следует два вывода:

1. между химической реакцией, изучаемой в лабораторных условиях в рамках научного исследования, и производственным процессом, особенно воплощенного в промышленных масштабах имеется определенное и весьма существенное различие.

2. Химическое производство нельзя рассматривать как «увеличенную лабораторную установку» и сводить ее к теоретической химии.

3. Между химической технологией и теоретической химией существует взаимосвязь, так как на определенных этапах изучения технологического процесса используются понятия, законы и выводы теоретической химии.

Уровень протекания процесса (стр. 36 Соколов)

СВЯЗЬ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Химическая технология интегрирует в себе знания о химических превращениях, физико-химических свойствах и явлениях, физических явлениях переноса, сведения из математики, механики, экономики и других наук и вырабатывает знания о взаимодействии отдельных явлений.

Все процессы, протекающие при производстве химической продукции, независимо от их содержания и назначения, подчиняются общим закономерностям материального мира, и характеризуются общностью явлений, лежащих в их основе. Поэтому химическая технология использует материал целого ряда наук: математики, механики, физики, гидродинамики, комплекса инженерных наук, химических наук, минералогии и др. Эти науки можно считать дисциплинами, обеспечивающими химическую технологию.

В то же время химическая технология составляет основу экономических наук, изучающих химическое производство, ее материалы используются при изучении экологических проблем, научно-инженергной этики и т.д. Эти дисциплины могут быть отнесены к обеспечиваемым химической технологией. Кроме того, химическая технология в педагогических вузах является дисциплиной, обеспечивающей отдельные темы курса химии средней школы.

Рисунок - Связь химической технологии с другими науками.

Методы химической технологии весьма распространены в нехимических отраслях промышленности - металлургии, транспорте, электронике, энергетике, строительстве и др. Процессы получения металлов (в доменных, мартеновских и других плавильных печах) - типичные химические процессы. Горение топлива в топках паровых котлов, в двигателях внутреннего сгорания или ракетных - типичный химический процесс. Получение материалов электроники и строительных материалов тоже во многом связано с химическими процессами. Защита окружающей среды также использует химические методы. Большое значение приобретают материалы, которых нет или недостаточно в природе, но которые необходимы для всех производств (полимерные и другие композиционные материалы, обладающие специальными свойствами, материалы защитные и красящие, скрепляющие и разрушающие и т. д.). Соответственно роль химика-технолога возрастает и в нехимических отраслях промышленности.