ОХТ(шпоры). УКлассификация технологических процессов механические и химические технологии промышленность неорганических веществ промышадность органических веществ (включая производство и переработку пищевых продуктов)
 Скачать 3.28 Mb.
|
Технология делится на механическую и химическую. Механическая технология изучает процессы, при которых изменяется форма, внешний вид или физические свойства материалов, а химическая технология рассматривает процессы изменения химического состава и свойств материалов. Исходя из этого, можно дать такое определение: химическая технология - наука о способах и процессах химической переработки сырья. 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. Современное химическое производство включает большое число разнообразных физических и химических операций, которые тесно связаны между собой, поэтому химическая технология изучает совокупность физических и химических процессов и пути их осуществления в промышленном масштабе. Химические производства можно разделить на две группы: на производства неорганических и органических веществ. Промышленность неорганических веществ включает: 1) производства основных химических веществ (кислоты, щелочи, соли, удобрения 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 и редких металлов и др.); 5) производство силикатов (стекло, цемент, керамика и др.); 6) производство минеральных красок и пигментов. Промышленность органических веществ включает:
Показателем, характеризующим эффективность работы машин, аппаратов, цехов и заводов в целом, служит производительность. Производительность - это количество выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени: П = В/t; где П - производительность; В - количество продукта; t - время. Производительность измеряется в килограммах в час (кг/ч), в тоннах в сутки (т/сут) или в кубических метрах в сутки (м3/сут) и т. д. Максимально возможная производительность, называется мощностью. Для сравнения работы аппаратов и установок различного устройства и размеров, в которых протекают одни и те же химические процессы, используется понятие интенсивность. Интенсивность - это производительность, отнесенная к. какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата к его объему или сечению; она, например, может быть выражена в виде уравнения: И = П/Vr = В/Vr*t где Vr - объем аппарата (реактора). Интенсивность может измеряться количеством продукта, получаемого в течение единицы времени с единицы объема аппарата, например (кг/ч*м3), или с единицы сечения аппарата (т/сут*м2) и т. д. Расход сырья, воды, энергии и различных реагентов, отнесенный к единице целевого продукта, называют расходным коэффициентом: β = Q/В где Q - расход сырья, реагента и др. Расходные коэффициенты выражают в тоннах на тонну (т/т),. кубических метрах на тонну (м/т), киловатт-часах на тонну (кВт*ч/т) и т. п. Глубина протекания реакции, от которой зависит степень использования сырья и другие показатели химико-технологического процесса, характеризуется степенью превращения и выходом продукта, а для сложных реакций, кроме того, селективностью. Степень превращения - это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к его исходному количеству. Например, для простой необратимой реакции типа А R сте пень превращения выражается уравнением XA = NA,0 – NA/ NA,0 где XA степень превращения реагента А; NA,0; NА—количество исходного реагента А в начале и конце процесса. Если реакция протекает без изменения объема, то XА = СA,0 – CA/ CA,0 где СA,0; СА — концентрация исходного реагента А в начале и в конце процесса. Выход продукта - это отношение количества полученного целевого продукта к его количеству, которое должно быть получено по стехиометрическому уравнению. Селективностью называется отношение количества целевого продукта к общему количеству получаемых продуктов. Селективность характеризует процессы, в которых протекают сложные параллельные и последовательные реакции с получением нескольких продуктов, что часто встречается на практике Скорость химической реакции определяется количеством прореагировавшего исходного вещества или количеством полученного целевого продукта в единицу времени в единице объема системы. Скорость реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и температуры.
Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технологии, но и тесно связанный с ней экономический аспект, от которого зависит нормальное функционирование и развитие производства. Этот аспект рассматривает экономика химической промышленности, т.е. наука, изучающая уровень использования всех видов ресурсов химического производства и разрабатывающая на основе его анализа наиболее эффективные пути и методы его организации и развития. Важнейшим критерием, характеризующим совершенство химического производства, является его экономическая эффективность. Она зависит от мощности технологических установок и от научно-технического уровня технологического процесса. Технико- экономический уровень производства определяется совокупностью технико-экономических показателей: расходный коэффициент по сырью и энергии, выход готового продукта и степень превращения сырья, селективность процесса, производительность, интенсивность работы аппарата, качество продукта, себестоимость продукта. ТЭП зависят от ряда факторов, характеризующих состояние производства: возраст предприятия (физический и моральный износ), техническое состояние оборудования, степень автоматизации производства, квалификация кадров, уровень организации труда, прогрессивность используемой технологии. ТЭП отражает возможности предприятия выпускать продукцию заданного качества и в заданном количестве. Они являются критериями, позволяющими установить экономическую целесообразность данного производства и его рентабельность. ТЭП используется для оценки текущего состояния производства, его планирования и обновления техники. Расходным коэффициентом (РК) называется количество сырья или энергии каждого вида, затраченное на производства единицы массы или объема готовой продукции. По сырью расходный коэффициент (РК) выражается в т/т, нм3/нм3,, по энергии в кВт*ч/т, кВт*ч/ нм3. Выход готового продукта определяется как отношение массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его производство. Для одностадийного процесса, протекающего по схеме А--В, выход равен = mB/mA. Для многостадийного процесса А---- В---- Д суммарный выход равен произведению выходов каждой стадии ηЕ = η А* ηВ *ηС Степенью превращения сырья называется отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение за время к исходной массе Ха = ma0 – ma /ma0 ma -количество сырья, не вступившего в реакцию превращения за определенное время. Выход продукта и степень превращения выражаются в долях единиц или %. Селективностью называется отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном производстве или к массе превращенного сырья за время τ. Селективность характеризует преобладание одного из направлений процесса, превращение сырья приводит к образованию нескольких конечных продуктов. Выход продукта, степень превращения сырья и селективность характеризуют глубину протекания химического процесса, его полноту и направленность в сторону образования целевого продукта. Производительностью называется количество произведенного целевого продукта или переработанного для его получения сырья в единицу времени П = m/ τ m- количество продукта, произведенного за определенное время. Производительность выражается в кг/ч, нм3/сутки, т/год. Интенсивностью аппарата называется его производительность, отнесенная к единице величины, характеризующей размеры рабочей части аппарата, его реакционный объем или площади сечения. И = П/V или И = П/S Интенсивность – критерий эффективности работы аппарата. Выражается в кг/м3 или кг/м3. Качеством продукта называется совокупность технических, эксплуатационных, экономических и др. свойств, обуславливающих его пригодность для удовлетворения производственных потребностей в соответствии с его назначением.
Химическая промышленность характеризуется высокой материалоемкостью производства. На 1 т готовой химической продукции расходуется, как правило, несколько тонн сырья и материалов, отсюда следует, что себестоимость химической продукции в значительной мере определяется качеством сырья, способами и стоимостью его получения и подготовки, расходами на перевозку. В химической промышленности затраты на сырье в себестоимости продукции составляют 60-70%, а в нефтехимической промышленности - более 70%. От вида и качества сырья существенно зависит полнота использования производственных мощностей различных подотраслей химической промышленности, а также уровень производительности труда, продолжительность полезной работы оборудования, затраты труда на изготовление готовой продукции. Свойства сырья, содержание в нем полезных и вредных компонентов в значительной мере определяют применяемую технологию его обработки; от степени совершенства технологии в свою очередь зави сит производительность труда. Большая материалоемкость и крупнотоннажность химического производства обусловливают соответственно и высокие капиталовложения в химическую промышленность, поэтому выбор и подготовка сырьевых баз, технико-экономические показатели сырья являются важными условиями рационального размещения и эф фективного развития химической промышленности. Классификация сырья Виды сырья весьма разнообразны, их можно разделить на следующие группы: минеральное сырье, растительное и животное сырье. В качестве сырья в ряде процессов используются воздух и вода. Минеральное сырье - это полезные ископаемые, добываемые из земных недр; их делят на рудное, нерудное и горючее минеральное сырье. Рудное сырье - это горные породы, из которых экономически выгодно получать металлы. При переработке некоторых видов рудного сырья наряду с металлами получают и химические продукты. Так, например, одновременно с медью, цинком, нике лем при переработке сульфидных руд получают и серную кислоту. Нерудное сырье - горные породы, используемые в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов. К этому виду сырья относятся породы, содержащие серу, фосфаты, природные калийные соли, поваренную соль, песок, гравий, глины и др. Это сырье используется в производстве удобрений, солей, кислот, щелочей, цемента, стекла, керамических изделий и др. Горючее минеральное сырье включает угли, нефть, торф, горючие сланцы, природный и попутный газы и др., служащие источником получения разнообразнейших продуктов. Так, при переработке угля получают сырье для производства красителей, лекарственных препаратов, химических волокон, пластических масс, удобрений и т. п. Нефть - углеводородное сырье для получения различных видов топлив (бензина, керосина и др.), а также всевозможных синтетических материалов (волокон, каучуков, пластических масс, моющих средств и др.). Природный газ является дешевым и весьма ценным сырьем. Он служит сырьем для получения продуктов тяжелого органического синтеза, удобрений, пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, фармацевтических препаратов, лаков и др. Растительное и животное сырье подразделяется на пищевое и техническое. К пищевому сырью относятся продукты сельского, лесного и рыбного хозяйства, которые используются для пищевых целей (картофель, сахарная свекла, хлебные злаки, пищевые жиры и т. п.). Химическая и другие отрасли промышленности потребляют техническое растительное и животное сырье, непригодное для пищевых целей, которое, однако, может быть переработано в продукты или материалы бытового и промышленного потребления. К этому виду сырья относятся хлопок, солома, лен, конопля, китовый и тресковый жиры, кости животных и др. Воздух и вода являются самым дешевым и доступным сырьем. Воздух - практически неисчерпаемый источник дешевого азота и кислорода. Вода не только служит источником непосредственного получения из нее водорода и кислорода, но и участвует в разнообразных химических процессах, а также применяется для растворения твердых, жидких и газообразных веществ.
Экономический потенциал любой страны в современных условиях в большой степени определяется природными ресурсами полезных ископаемых, масштабами и качественной характеристикой их месторождений, а также уровнем развития сырьевых отраслей промышленности. Сырьевые ресурсы современной химической промышленности очень разнообразны, причем с развитием техники, организацией новых производств и внедрением более эффективных методов производства сырьевая база отрасли постоянно расширяется за счет открытия новых месторождений, освоения новых видов сырья и более полного использования всех его компонентов. По степени экономической эффективности использования запасы минерального сырья делятся на две группы балансовые и забалансовые. К балансовым относятся запасы полезных ископаемых, которые по своему качеству соответствуют требованиям промышленности и по условиям залегания могут быть добыты и переработаны в настоящее время экономически эффективными способами. Запасы сырья, характеризующиеся низким содержанием полезного вещества, присутствием неблагоприятных сопутствующих компонентов и сложными условиями залегания, вследствие чего они при современном состоянии техники и экономикн. не могут эффективно эксплуатироваться, относятся к забалансовым. Забалансовые запасы подлежат отдельному учету и представляют интерес как объект перспективного промышленного освоения. От степени изученности месторождений запасы полезных ископаемых подразделяются на категории А, В и С. В категорию А включаются детально разведанные, опробованные и подготовленные для эксплуатации запасы. Данные о запасах по категории А служат для обоснования производственного планирования объема добычи. По категории В учитывают установленные геологоразведочными работами, запасы сырья, качество которых проверено лишь лабораторными исследованиями. Данные о запасах категории В используются для разработки проектных заданий. К категории С относятся запасы, определяемые на основе геологического изучения по естественным обнаружениям и по данным геофизической разведки с частичным опробованием качества сырья. Сведения о запасах по категории С являются предварительными и служат для обоснования перспективных планов развития промышленности н ассигнований на последующие геологоразведочные работы. Сумма запасов по категориям А + В + С образует промышленные запасы. На их основе производится расчет обеспеченности планируемого производства. данной химической продукции запасами сырья. При определении этой обеспеченности в основном принимают во внимание балансовые запасы промышленных, категорий с учетом наличия в них необходимого количества полезных ископаемых категорий А и В.
Рациональное использование сырья позволяет повысить экономическую эффективность производства, так как стоимость сырья составляет основную долю в себестоимости химической продукции. В связи с этим стремятся использовать возможно более дешевое сырье, особенно местное сырье, для которого не требуются дальние перевозки. Например, в качестве углеводородного сырья все шире применяют нефть и природный газ, относительная стоимость которых значительно ниже стоимости угля. Этим объясняются существенно более высокие темпы добычи нефти и газа по сравнению с углем: При выборе источника сырья необходимо также учитывать современные и перспективные условия его получения, в том числе и местные условия. Так, например, этиловый спирт можно получать из пищевого сырья, древесины (гидролизный спирт), из отходов целлюлозного производства (сульфитный спирт) и синтетическим способом. Себестоимость гидролизного спирта ниже себестоимости пищевого спирта на 40%, а сульфитного и синтетического на 75%. Трудовые затраты на производство 1 т спирта из зерна и картофеля составляют 160-280 чел/ч, а из нефтехимического сырья 10 чел/ч. Удельные капитальные вложения при замене пищевого сырья синтетическим снижаются на 400 руб/т годовой мощности. Экономическая обоснованность выбора сырьевой базы для химического производства особенно наглядна в азотной промышленности. С переходом на использование природного газа снизилась себестоимость аммиака по сравнению с ранее использовавшимися видами сырья. Существенное значение выбора рационального вида сырья можно проследить также на примере производства синтетического каучука. Раньше (до пятидесятых годов) сырьем для получения СК служил этиловый спирт, получаемый из пищевых продуктов (зерна, картофеля и др.). Стоимость его была высокой, а размеры выработки не всегда обеспечивали потребность. Сырье, стоимость которого составляла 75-80% общих затрат на производство, определяло рентабельность промышленности синтетического каучука и уровень цен на этот важнейший продукт. Поэтому снижению расхода этилового спирта и его замене на более дешевое сырье в промышленности синтетического каучука всегда уделялось большое внимание. В настоящее время у нас и за рубежом основным сырьем для получения СК служит бутадиен. Например, в США удельный вес СК из бутадиена составляет 80%, в Канаде 75%. Для выработки бутадиена в Советском Союзе в качестве исходного сырья широко используют бутан и этиловый спирт. В даль нейшем по мере развития нефтедобывающей промышленности и переработки нефти ресурсы бутана будут увеличиваться и доля его в сырьевом балансе будет постоянно возрастать. Это объяс няется доступностью сырья, его низкой стоимостью и Относительно простой схемой переработки. В настоящее время на всех вновь строящихся заводах СК предусматривается получение бутадиена из бутана. Комплексная переработка сырья имеет большое народнохозяй ственное значение еще и потому, что при этом исключается на копление отходов, хранение или вывоз которых обычно сопряжены с дополнительными затратами. Например, водный раствор хло ристого кальция, являющийся отходом в производстве соды, в настоящее время не используется, его заливают в огромные котло- ваны. Стоимость таких котлованов высока, так как они должны быть герметичными и исключать утечку хлористого кальция (по падая в почву, он вымывается подпочвенными водами и разносится на большие расстояния, отравляя все живое). Отходом сернокислотных заводов является огарок, образующийся при обжиге колчедана. Огарок еще не нашел применения, хотя в нем содержится около 50% железа, а также некоторое количество меди, цинка, золота, серебра и других ценных металлов. Важное значение комплексной переработки природного сырья вытекает также из того, что содержание некоторых необходимых для промышленности веществ в земной коре очень мало. Так, на основе результатов специальных исследований были рассчитаны запасы различных простых веществ в земной коре на глубине до 16 км. В зависимости от запасов вещества могут быть расположены в последовательный ряд от большего содержания к меньшему. Только для нескольких элементов имеется соответствие между запасами и потреблением. Однако для углерода, например, этого соответствия нет, углерод по потребности находится на первом месте, а по запасам только на одиннадцатом, его в земной коре только 0,35%. Соответствия нет и для серы, а Сu, Pb, Mn, Zn в приведенном ряде запасов вообще отсутствуют (Сu занимает 26, a Zn — 24 место). Перечисленные элементы составляют 99,5% земной коры, а остальные элементы только 0,5% земной коры. В качестве примера комплексной переработки сырья можно привести переработку апатитовой руды. |
