План лекции. 1.Введение. 2.Химическое производство

1.Введение.
2.Химическое производство

3.Иерархическая организация процессов в химическом производстве.
3.Классификации и категории эффективности химических производств.

Введение

Наука изучающая способы и процессы переработки сырья в предметы потребления и средства производства носит название технологии.

Под понятием "способы и процессы переработки" понимают ряд последовательных операций, проводимых с сырьем в различных машинах и аппаратах с целью получения из него заданного продукта, непосредственно используемого человеком или же в свою очередь служащего сырьем для получения других продуктов или средств производства.

Технология условно делится на механическую и химическую.

Методы и средства обработки металлов составляют предмет технологии металлов, методы и средства изготовления машин и аппаратов предмет технологии машиностро-ения.

Процессы механической технологии основаны преимущественно на механическом воздействии, изменяющем внешний вид или физические свойства обрабатываемых веществ, по не влияющем на их химический состав.

Процессы химической технологии включают химическую переработку сырья, основанную на сложных по своей природе химических и физико-химических явлениях.

Указанное деление в значительной степени условно, так как при механической переработке материала часто меняются и его химические свойства. Так, например, некоторые металлы долгое время могут находиться на воздухе без заметного изменения. Однако, если их подвергнуть физическому воздействию и тонко измельчить, полученные металлические порошки самопроизвольно загораются на воздухе. Это объясняется тем, что с измельчением вещества увеличивается его поверхностная энергия, а следовательно, повышается химическая активность вещества.

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 и изделий.

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

Химическое производство

n Объектом исследования химической технологии является химическое производство.

n Химическое производство - совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимые продукты

Oбщие требования к х и м и ч е с к о м у производству

n получение в производстве необходимого продукта;

n экологическая безопасность;

n безопасность и надежность эксплуатации;

n максимальное использование сырья и энергии;

n максимальная производительность труда.

Химические производства условно можно разделить на две группы:

производства органических и неорганических веществ.

Промышленность неорганических веществ включает:

1) производства основных химических веществ (кислоты, щелочи, соли, удобрений и др.);

2) производство тонких неорганических продуктов (реактивы, редкие элементы, полупроводники, фармацевтические препараты и др.);

3) электрохимические производства (хлор, щелочи, кислород, водород и др.);

4) металлургия (черная, цветная, металлургия благородных металлов и др.);

5) производство силикатов (стекло, цемент, керамика и др.);

6) производство минеральных красок и пигментов.

Промышленность органических веществ включает:

1) основной (тяжелый) органический синтез (спирты, кислоты, эфиры, переработка СН4, СО, Н2, С2Н4 и др.);

2) производство полупродуктов и красителей;

3) тонкий органический синтез (фармацевтические препараты, кино-фотореактивы и др.);

4) производство высокомолекулярных веществ (пластические массы, искусственные и синтетические волокна, каучук и др.);

5) переработка горючих материалов (нефти, угля, сланцев и др.);

6) производство пищевых продуктов (сахар, жиры и др.).

С технологической точки зрения такое деление условно, так как процессы получения некоторых неорганических и органических веществ имеют много общего. Так, реакция получения аммиака – неорганического продукта и реакция получения метилового спирта (метанола) – органического продукта,

очень сходны. Обе реакции

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q 1,

CO + 2H2 = CH3OH + Q 2

проходят с выделением тепла и уменьшением объема. Сходны и условия синтеза: аммиак получают при температуре около 500 °С и давлении 30 МПа; синтез метилового спирта проводят при температуре около 250 °С и давлении 25 МПа.

Иерархическая организация процессов в химическом производстве

Химическую технологию в широком понятии предложено называть большой химико-технологической системой (БХТС), а каждое составляющее ее производство - химико-технологичес­кой системой (ХТС). Химическая технология (XT) в узком смысле - прикладная наука о способах промышленного произ­водства необходимых продуктов, а также некоторых видов энер­гии на базе физико-химических превращений.

Каждое химическое производство (ХПр), составляющее хи­мическую технологию (XT), представляет собой ряд (систему) хи­мико-технологических процессо в (ХТП), обеспечивающих пре­вращение природного сырья в полезные продукты - средства производства и потребления.

Химико-технологическая система - объективная общность т этапов переработки сырья, имеющая прямые и обратные связи. Отдельные части ХТС (этапы производства) материально, энер­гетически и информационно объединяются способом производ­ства, являющимся, таким образом, системообразующим факто­ром. Этап химического производства, основой которого являет­ся химическое или физико-химическое превращение, называют химико-технологическим процессом (ХТП).

Химико-технологический процесс - элементарная (наимень­шая) составная часть системы, сохраняющая все функциональ­ные признаки БХТС и ХТС, т.е. подготовку сырья, осуществле­ние химического или физико-химического превращения и вы­деление целевого продукта. Сырьем в ХТП может быть либо начальное сырье химического производства, либо продукт пре­дыдущего ХТП.

В каждом ХТП, кроме последнего, получаемый продукт является полупродуктом ХТС.

Системообразующим фактором ХТП являются закономер­ности химического или физико-химического превращения, представляющего собой физико-химическую систему (ФХС), состоящую из самого химического или физико-химического превращения, а также переноса массы, тепла и импульса. В соответствии со свойствами ФХС выбирается реактор или ре­акционный агрегат (РА). Таким образом, ХТП является объек­тивной общностью ФХС, РА и периферийного оборудования (ПО).

Рис.1.Модель химико-технологического процесса

ХР - химическая реакция

ТО – теплообмен

ПИ – перенос импульса

МО - массообмен

РА - реакционный аппарат

ПО – периферийное оборудование

Иерархическая модель XT составлена на базе следующих ее основных функциональных признаков:
• подготовка сырья или исходных продуктов;
• химическое или физико-химическое превращение сырья либо исходных продуктов;
• выделение целевого (целевых) продуктов.

Каждый уровень иерархии имеет свои функциональные свойства (признаки) БХТС.

• Первый (верхний) уровень иерархической модели представлен химической технологией БХТС, состоящей из 2ХПр химиче­ских производств (при п = множеству). Этот уровень со­держит наибольшую долю личностно-социального компонента и представлен в такой доле, чтобы обеспечить организацию управления и
по усовершенствование всех ХПр. Систематизирующее начало - закон потребления.
Второй уровень - химическое производство одного или нескольких целевых продуктов. По мере совершен­ствования химического производства число т имеет тенденцию к сокраще­нию (т > 1).
Третий уровень - химико-технологический процесс ХТП.

ВЫВОДЫ