Loengud üldisest keemiatehnoloogiast. Keemiatehnoloogia: Loengute kursus
Keemiatehnoloogia- keemiavaldkond, kus töötatakse välja tehniliselt arenenud ja majanduslikult teostatavad meetodid looduslike toorainete ja sünteetiliste vahesaaduste töötlemiseks majapidamistarveteks ja tootmisvahenditeks.
Keemiatehnoloogia jaguneb anorgaaniliste ainete tootmise tehnoloogiaks ja orgaaniliste ainete tootmise tehnoloogiaks. Anorgaaniliste ainete tootmise tehnoloogia hõlmab: hapete, leeliste, sooda, soolade, ammoniaagi, mineraalväetiste, metallide, sulamite jne tootmist Orgaaniliste ainete tootmise tehnoloogias toodetakse sünteetilisi kummisid, plastmassi, värvaineid, alkohole, orgaanilised happed, aldehüüdid, ketoonid jne.
Keemiatehnoloogia arvestab ka looduslike vete, maakide, kivisöe, gaasi, nafta, puidu jne keemilise töötlemise vahendeid.
Keemiatehnoloogia pakub teistele rahvamajanduse sektoritele palju unikaalseid materjale - boornitriidi, tehisteemante, keemilisi kiude, sünteetilisi kummisid, elektrokeraamikat, pooljuhtmaterjale jt, soodustab teiste rahvamajanduse sektorite arengut uute tõhusate meetodite kasutuselevõtuga. tööobjektide mõjutamine (galvaneerimine, biokeemiline süntees, maagi rikastamine, kütuse töötlemine jne).
Tulemusena keemiline töötlemine fossiilkütused (kivisüsi, nafta, põlevkivi ja turvas) saab rahvamajandus selliseid olulisi tooteid nagu koks, mootoriõlid ja kütused, tuleohtlikud gaasid. Lämmastik-, väävel- ja fosforhape saadakse keemiatehnoloogia abil ning neist toodetakse mineraalväetisi. Põllumajanduses kasutatakse mineraalväetisi.
Keemilistel tehnoloogiatel on eelised tooraine töötlemise mehaaniliste meetodite ees:
- töödelda peaaegu igat tüüpi toorainet: mineraal (kaaliumsoolad, kips, väävel jne), kütus (nafta, gaas, kivisüsi jne), taimset päritolu ja põllumajanduse toorained, vesi ja õhk, erinevate tööstusharude tooted;
- kaasata uut tüüpi toorained majandustegevusse teaduse ja tehnoloogia progressi saavutamise protsessis;
- asendada väärtuslik ja napp tooraine odavamate ja laiemalt levinud toorainetega;
- Nad kasutavad toorainet terviklikult ja utiliseerivad tööstusjäätmeid, hangivad samast toorainest erinevaid keemiatooteid ja vastupidi – sama toodet erinevatest toorainetest.
Keemiatehnoloogia arengu olulised suunad on keskendunud reaktsioonide soojuse kasutamisele, jäätmevabade tehnoloogiate loomisele, plasmakeemiliste protsesside kasutamisele, lasertehnoloogiale, fotokeemilistele ja kiirgus-keemilistele reaktsioonidele jne. Biokeemiline tehnoloogia hõivab eriline koht. Biokeemiliste protsesside kasutamisel lahendatakse õhulämmastiku sidumise, valkude ja rasvade sünteesi, süsihappegaasi kasutamise orgaaniliseks sünteesiks jms probleemid.
Keemiliste protsesside ratsionaalne kasutamine võimaldab meil pidevalt lahendada kõige olulisemat inimelu toetamise probleemi, hankides kõrge väärtusega toiduaineid, parandades tööstuslikul baasil söödavarusid, hankides ülitõhusaid ravimeid ja vahendeid põllumajanduslike kahjurite tõrjeks.
SRC = "https://preessent5.com/presentacii-2/20171211%52204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5c32204-2010_okht_lk_1_min_1.jpg" (! Lang:> Distsipliin Loengu kogu keemiatehnoloogia (1 K3)4 tundi"> Дисциплина ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Лекции – 34 часа (17 лк) Лабораторные работы – 34 часа Практические занятия – 18 часов Форма аттестации – зачет + ЭКЗАМЕН доцент МИНАКОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ФЁДОРОВИЧ (ауд. 117 корп. 3) Кафедра технологии неорганических веществ и общей химической технологии!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_2.jpg" alt=">Õpiku tehnika üldõpetus: V. keemia: V.1. Beskov."> Учебная литература: 1. Бесков, В. С. Общая химическая технология / В. С. Бесков. – М.: ИКЦ Академкнига, 2006. – 452 с. 2. Кутепов, А. М., Общая химическая технология / А. М. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен. – М.: ИКЦ Академкнига, 2005. – 528 с. 3. Основы химической технологии: учебник Под ред. И. П. Мухленова. – М.: Высшая школа, 1991. – 463 с. 4. Ещенко, Л. С. Общая химическая технология. Расчеты химико-технологических процессов: учеб. пособие для студентов специальностей химико-технологического профиля / Л. С. Ещенко, В. А. Салоников. – Минск.: БГТУ, 2007. – 195 с. 5. Ещенко, Л. С. Общая химическая технология. Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 1-48 01 01 «Химическая технология производства и переработки неорганических материалов», 1-48 01 02 «Химическая технология производства и переработки органических материалов», 1-48 01 05 «Химическая технология переработки древесины», 1-48 02 01 «Биотехнология», 1-57 01 01 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», 1-57 01 03 «Биоэкология», 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» очной и заочной форм обучения / Л. С. Ещенко, В. А. Салоников. – Минск.: БГТУ, 2006. – 74 с.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_3.jpg" alt=">6. Ignatenkovi näited: üldkeemiatehnoloogia, V. jaoks mõeldud õpik"> 6. Игнатенков, В. И. Примеры и задачи по общей химической технологии: учебное пособие для вузов / В. И. Игнатенков, В. С. Бесков. – М.: ИКЦ Академкнига, 2006. – 200 с. 7. Расчеты по технологии неорганических веществ / Под общ. ред. М. Е. Позина. – Л.: Химия 1977. – 495 с. 8. Ещенко, Л.С. Общая химическая технология. Лабораторный практикум для студентов специальностей 1-48 01 01 «Химическая технология производства и переработки неорганических материалов», 1-48 01 02 «Химическая технология производства и переработки органических материалов», 1-48 01 05 «Химическая технология переработки древесины», 1-48 02 01 «Биотехнология», 1-57 01 01 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», 1-57 01 03 «Биоэкология», 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» очной и заочной форм обучения / Л. С. Ещенко, М.Т. Соколов, О.Б. Дормешкин, В. Д. Кордиков. – Минск.: БГТУ, 2004. – 83 с.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_4.jpg" alt=">1. loeng:">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_5.jpg" alt=">Akadeemilise "Tehnoloogia" eesmärk on keemiateadus: keemiateadus Keemiatootmise algteadmiste mustrite omandamine"> Целью учебной дисциплины «Общая химическая технология» является: Приобретение знаний основных закономерностей химического производства на основе использования положений общенаучных (химия, физика, физическая и коллоидная химия, математика) и общеинженерных дисциплин (процессы и аппараты химических производств) Овладение умениями применения указанных закономерностей к анализу отдельных стадий химико-технологического процесса и создания оптимальных химико-технологических систем Выполнения химико-технологических расчетов и навыками практического использования полученных знаний в своей профессиональной деятельности.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_6.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_7.jpg" alt=">Tuginedes teadmusdistsipliini uurimise tulemustele peaks õpilane õppima : keemilise tootmise põhiseadused;"> По итогам изучения дисциплины студент должен знать: основные закономерности химического производства; основные закономерности протекания химических реакций и процессов; особенности химического взаимодействия в гомогенных и гетерогенных процессах; методы выполнения химико-технологических расчетов; основные термодинамические и кинетические закономерности химических превращений в условиях промышленного производства и способы интенсификации процессов; современные методы анализа, разработки и оптимизации химико-технологических процессов; принципы построения и анализа химико-технологических систем; виды химических реакторов, их модели, характеристики и принципы сравнения эффективности их работы.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_8.jpg" alt=">osama: kasutada keemia põhiseadust, protsesse ja protsesse keemia tootmise seadmed"> уметь: использовать основные законы химии, процессов и аппаратов химических производств для термодинамического и кинетического анализа химических процессов; проводить выбор оптимального технологического режима и аппаратуры; составлять технологические схемы и подбирать для них технологическое оборудование; рассчитывать материальные и тепловые балансы, а также основные химико-технологические показатели процессов; анализировать, синтезировать и оптимизировать химико-технологические системы, процессы и подбирать для них типовое оборудование; определять лимитирующие стадии химических превращений; вычислять термодинамические и кинетические характеристики химических превращений; выбирать типы реакторов для химических процессов, производить расчеты химических реакторов и моделировать процессы, протекающие в них.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_9.jpg" alt=">distsipliini struktuur">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_10.jpg" alt=">Sõna "technology" päritolu technos” - kunst , käsitöö ja "logod" - õpetus, teadus) vastab täielikult"> Происхождение слова «технология»(от греческих«technos»- искусство, ремесло и «logos» - учение, наука) вполне отвечает его содержанию: учение об умении, искусстве перерабатывать исходные вещества в полезные продукты. Инженерная химия (согласно Уставу Американского общества инженеров-химиков) – наука, применяющая, принципы естественных наук совместно с принципами экономики и социальных отношений к области, охватывающей непосредственно процессы и аппараты, в которых вещество обрабатывается с целью изменения состояния, содержания энергии и/или свойств. Химическая технология – естественная, прикладная наука о способах и процессах производства продуктов(предметов потребления и средств производства), осуществляемых с участием химических превращений технически, экономически и социально целесообразным путем.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_11.jpg" alt=">Keemiatehnoloogia kui teaduse õppeaine - omab:"> Химическая технология как наука имеет: Предмет изучения – химическое производство Химическое производство – совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необратимые продукты Цель изучения Способ производства – создание целесообразных способов производства необходимых человеку продуктов – совокупность всех операций, которые проходит сырьё до получения из него продукта. Он слагается из последовательных операций, протекающих в соответствующих машинах и аппаратах. Операция происходит в одном или нескольких аппаратах; она представляет собой сочетание различных технологических процессов.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_12.jpg" alt=">Keemiline tootmine peab olema korraldatud järgmiselt on täidetud: saamine"> Химическое производство должно быть организовано таким образом, чтобы соблюдались следующие требования: получение продукта, отвечающего требованиям СТБ, ТУ; максимальное использование сырья и энергии; максимальная экономическая эффективность; экологическая безопасность; безопасность и надежность эксплуатации оборудования. Основные направления в развитии химической технологии: создание высокоэффективных производств, энерго- и материалосберегающие технологии, защита окружающей среды от промышленных загрязнений, новые эффективные процессы получения химической продукции.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_13.jpg" alt=">Keemiatehnoloogia">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_14.jpg" alt=">2. Rohkem kui 20 keemiatööstuse arengu ajalugu 0 aastat tagasi - väävel, looduslik sooda ja"> 2. История развития химической промышленности Более 2000 лет назад - сера, природная сода и минеральные краски были известны в Риме и Византии XV в. - в Европе стали появляться мелкие специализированные цеха по производству кислот, солей, щелочей, фармацевтических препаратов!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_15.jpg" alt=">Kaasaegse keemiatööstuse põhisuund on kõrgtehnoloogiline tööstus (farmaatsia, polümeermaterjalid, reaktiivid ja"> Особенность современной химической промышленности - ориентация главных наукоемких производств (фармацевтического, полимерных материалов, реагентов и особо чистых веществ), а также продукции парфюмерно-косметической, бытовой химии и т.д. на обеспечение повседневных нужд человека и его здоровья. Особенность химической промышленности - очень широкая, разнообразная по составу сырьевая база. Она включает горнохимическую промышленность (добычу серы, фосфоритов, калийных солей, поваренной соли и т.д.) Важнейший результат НТП во второй половине XX в. - повсеместный и широкий переход химической промышленности на использование продуктов переработки нефти, попутного и природного газа.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_16.jpg" alt=">Keemiatööstuse spetsiifilised mõjutegurid on järgmised : 1 ) väga kõrge energiaintensiivsusega"> Специфические особенности химической промышленности, влияющие на ее размещение, следующие: 1) очень высокая энергоемкость (в первую очередь теплоемкость) в отраслях, связанных со структурной перестройкой вещества (получение полимерных материалов, продукция органического синтеза, электрохимические процессы и др.); 2) высокая водоемкость производств (охлаждение агрегатов, технологические процессы); 3) невысокая трудоемкость большинства производств отрасли; 4) очень высокая капиталоемкость; 5) большие объемы используемого сырья и многих видов готовой продукции; 6) экологические проблемы, обусловленные производством и потреблением ряда химических продуктов.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_17.jpg" alt=">Maailma suurimad keemiaettevõtted">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_18.jpg" alt=">Valgevene keemilise kompleksi3 aluseks on 8 osariigi Belneftekhimi kontserni kuuluvad ettevõtted ja organisatsioonid."> Основу химического комплекса Беларуси составляют 83 предприятия и организации, входящие в государственный концерн «Белнефтехим». В общем объеме промышленной продукции Беларуси их доля занимает примерно 15%, в общереспубликанском экспорте - около 17%. Ведущее место по объему производимой продукции и численности работников занимают горнохимическая (производство калийных удобрений), основная химия (производство химических волокон и нитей) и нефтехимическая отрасли. Основными видами деятельности данных предприятий являются производство минеральных удобрений, шин, химических волокон и нитей, выпуск продукции из стекловолокна, производство пластмассовых изделий, лаков и красок. Данная продукция экспортируется более чем в 80 стран мира. Годовой объем внешнеторгового оборота химического комплекса республики составляет более 3 млрд. долларов США, в том числе экспорт - 1,5 млрд. долларов США. Химическая промышленность Республики Беларусь!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_19.jpg" alt=">Keemiline-tehnoloogiline protsess"> Химико-технологический процесс В совокупном химико-технологическом процессе выделяются следующие виды отдельных процессов и операций, классифицированных по их основному назначению, и соответствующие аппараты и машины, в которых они осуществляются: Механические и гидромеханические процессы – перемещение материалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смешение и разделение потоков. Все они протекают без изменения химического и фазового состава обрабатываемого материала. Теплообменные процессы – нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния. Химический и фазовый состав в них не меняется. Массообменные процессы – межфазный обмен, в результате которого меняется компонентный состав контактирующих фаз без коренного изменения химического состава, т.е. химических превращений. Химические процессы – процессы, связанные с изменением химического состава веществ; данные процессы проводятся в химических реакторах. Химико-технологический процесс (ХТП) – последовательность химических и физико-химических процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_20.jpg" alt=">keemia-tehnoloogilise süsteemi mudel või keemiatootmise mudel -tehnoloogiline protsess, selle kuvamine"> химико-технологическая система представляет собой модель химического производства или химико-технологического процесса, отображающую его структуру и позволяющую прогнозировать те или иные свойства и показатели Продукт дополнительный Структура и функциональные элементы химического производства: 1 – подготовка сырья; 2 – химическая переработка сырья; 3 – выделение целевого продукта; 4 – обезвреживание и переработка побочных продуктов; 5 – энергетическая подсистема; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – подсистема управления Химико-технологическая система (ХТС) – совокупность аппаратов, машин, реакторов, других устройств (элементов), а также материальных, тепловых, энергетических и других потоков (связей) между ними, функционирующая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ (сырья) в продукты.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_21.jpg" alt=">Keemilise tootmisüksuse toimimise tagamine tootmisüksusena : keemiline tehnoloogiline protsess; tooraine, toodete ladustamine"> Состав химического производства, обеспечивающий его функционирование как производственной единицы: химико-технологический процесс; хранилища сырья, продуктов и других материалов; система организации транспортировки сырья, продуктов, вспомогательных материалов, промежуточных веществ, отходов; дополнительные здания, сооружения; обслуживающий персонал производственных подразделений; система управления, обеспечения и безопасности.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_22.jpg" alt=">Lõpptoodete CTP sihttooted on tootejäätmed sihtotstarbeline või mitmeotstarbeline"> Конечные продукты ХТП целевые продукты побочные продукты отходы это продукты целевого или многоцелевого назначения, получаемые при переработке сырья при заданных оптимальных условиях и соответствующие требованиям технических условий. образуются параллельно с целевым продуктом в результате переработки сырья это побочные продукты, которые в настоящее время по техническим или экономическим причинам не находят применения и выводятся из ХТП в окружающую среду.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_23.jpg" alt=">Keemilise protsessi tootmis- ja ariseerimisprotsesside toimimise indikaatorid keemilises tehnoloogilises protsessis"> Показатели химического производства и химико-технологического процесса Эксплуатационные показатели характеризуют изменения, возникающие в химико-технологическом процессе при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний. Основными эксплуатационными показателями являются надежность, безопасность функционирования, чувствительность, управляемость и регулируемость. Технологические показатели: расходные коэффициенты; степень превращения исходных реагентов; селективность; выход продукта; производительность (мощность); интенсивность процесса; удельные капитальные затраты; качество продукта. Экономические показатели определяют экономическую эффективность производства. К ним относятся себестоимость продукции, производительность труда Социальные показатели определяют комфортность работы на данном производстве и его влияние на окружающую среду.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_24.jpg" alt=">Saadud võimsuse tehnoloogilised näitajad - toote tootlikkus töödeldud tooraine kogus (G)"> Технологические показатели Производительность (мощность) – количество получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья (G) в единицу времени (t). П = G/t αR = или αR = Выход продукта – это отношение реально полученной массы (химического количества) продукта к максимально возможной его массе (химическому количеству), которая могла бы быть получена при данных условиях осуществления химической реакции:!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_25.jpg" alt=">Toormaterjalide tarbimiskoefitsientide väärtused vesi, kütus, elekter,"> Расходные коэффициенты – величины, характеризующие расход сырья, воды, топлива, электроэнергии, пара, вспомогательных материалов на производство единицы продукции. где Рк –расходный коэффициент, т/т, кг/т, м3/т; m1 – масса сырья, кг, т; m2 – масса целевого продукта, кг, т. Рк = Технологические показатели!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_26.jpg" alt=">Tehnoloogiline suhe massi iskeemilised näitajad Selektiivsus praktiliselt saadud sihttootest"> Технологические показатели Селективность – это отношение массы (химического количества) целевого продукта, полученного практически, к общей массе (химическому количеству) образовавшихся продуктов: Степень превращения показывает, насколько полно в химико-технологическом процессе используется сырье. Степень превращения – это отношение массы (химического количества) исходного реагента, превратившегося в результате химической реакции в продукты, к его первоначальной массе (химическому количеству). хi = где хi – степень превращения реагента I; mi, 0 – масса реагента I в исходной реакционной смеси, кг; mi – масса реагента I в реакционной смеси, выходящей из аппарата или находящейся в реакторе, кг. =!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_27.jpg" alt=">Tehnoloogiline väärtus, tootlikkus on seotud mõõtmetega seotud näitajad reaktori, aparatuuri, "> Технологические показатели Интенсивностью называется производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры реактора, аппарата, его объему, площади поперечного сечения и т. д.: I = где I – интенсивность, кг/(м3 ч), т/(м2 сут); V – объем аппарата, м3; F – поверхность аппарата, м2 При анализе работы каталитических реакторов принято относить производительность аппарата в целом к единице объема или массы катализатора, загруженного в реактор. Такую величину, численно равную количеству продукта, полученного с единицы объема или массы катализатора, называют производительностью катализатора, или его напряженностью!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171211%5C32204-2010_okht_lk_1_min.ppt%5C32204-2010_okht_lk_1_min_28.jpg" alt=">">
Föderaalne Haridusagentuur Föderaalne Riiklik Kutsekõrgharidusasutus Novgorodi Riiklik Ülikool Jaroslav Targa Põllumajanduse ja loodusvarade Instituut Loodusteaduste ja loodusvarade teaduskond Keemia ja ökoloogia osakond KEEMILINE TEHNOLOOGIA Loengute kursus Veliki Novgorod 2007 1 Sisukord. 1 Inimkond ja keskkond 1.1 Keskkond 1.2 Inimene kui keskkonna komponent 1.3 Inimtootmistegevus ja planeedi ressursid 1.4 Keskkonna reaktsioon inimtegevusele 1.5 Biosfäär ja selle areng 2 Kemikaalide tootmine inimtegevuse süsteemis 2.1 Materjali tootmine ja selle korraldus 2.2 Keemiatööstus 3 Keemiateadus ja tootmine 3.1 Keemiatehnoloogia - keemiatootmise teaduslikud alused 3.2 Keemiatehnoloogia kui teaduse tunnused 3.3 Keemiatehnoloogia seosed teiste teadustega 4 Keemiatootmise põhikomponendid 4.1 Keemiatooraine 4.2 Ressursid ja tooraine ratsionaalne kasutamine 4.3 Keemilise tooraine ettevalmistamine töötlemiseks 4.4 Toidutoorme asendamine toiduks mittekasutatavate ja taimsete mineraalainetega 5 Vesi keemiatööstuses 5.1 Vee kasutamine, vee omadused 5.2 Tööstuslik veetöötlus 6 Energia keemiatööstus 6.1 Energia kasutamine keemiatööstuses 6.2 Energiaallikad 6.3 Energiaressursside klassifikatsioon 7 Keemiatootmise ökonoomika 7.1 Keemiatootmise tehnilised ja majanduslikud näitajad 7.2 Majanduse struktuur keemiatööstus 7.3 Keemiatootmise materjali- ja energiabilansid 8 Kemikaalide tootmise põhiprintsiibid keemiatehnoloogia 8.1. Keemilise tehnoloogilise protsessi kontseptsioon 8.2. Protsessid keemilises reaktoris. 8.2.1.Keemiline protsess 8.2.2 Keemilise reaktsiooni kiirus 8.2.3 Keemilise protsessi üldkiirus 8.2.4. Keemiliste tehnoloogiliste protsesside termodünaamilised arvutused 8.2.5. Tasakaal süsteemis 8.2.6 Tasakaalu arvutamine termodünaamiliste andmete abil 8.2.7 Termodünaamiline analüüs 9 Kemikaalide tootmise korraldus 9.1 Kemikaalide tootmine kui süsteem 9.2 Keemilis-tehnoloogilise süsteemi modelleerimine 9.3 Kemikaalide tootmise korraldus 9.3.1 Protsessi skeemi valimine 9.3 .2 Protsessi parameetrite valimine 9.4 Kemikaalide tootmise juhtimine 10 Kemikaalide tootmise protsessid ja seadmed 10.1 Protsesside üldtunnused ja klassifikatsioon 10.2 Keemiatehnoloogia põhiprotsessid ja nende jaoks mõeldud seadmed 10. 2.1 Hüdromehaanilised protsessid 2 10.2.2. Termilised protsessid 10.2.3 Massiülekande protsessid 10.3 Keemilised reaktorid 10.3.1 Keemiliste reaktorite projekteerimise põhimõtted 10.3.2 Keemiliste reaktorite klassifikatsioon 10.3.3 Keemiliste reaktorite konstruktsioonid 10.3.4 Kontaktseadmete konstruktsioon 11 Homogeensed protsessid Iseloomulikud 11111. .1 Homogeensed protsessid gaasifaasis 11.1.2 Homogeensed protsessid vedelas faasis 11. 2 Homogeensete protsesside põhiprintsiibid 12.1 Heterogeensete protsesside karakteristikud 12 Heterogeensed protsessid 12.1 Heterogeensete protsesside omadused 12.2 Protsessid gaasi-l-vedeliku süsteemis1 G.23. Protsessid vedel-tahke (L-S) süsteemis 12.4 Protsessid gaasi-tahke (G - S) süsteemis 12.5 Protsessid kahekomponentsetes tahkes, kahefaasilises vedelikus ja mitmefaasilistes süsteemides 12.6 Kõrgtemperatuurilised protsessid ja seadmed 12.7 Katalüütilised protsessid ja seadmed 12.7. 1. Katalüüsi olemus ja liigid 12.7.2 Tahkete katalüsaatorite omadused ja nende valmistamine 12.7.3 Katalüütiliste protsesside riistvaraline projekteerimine 13 Tähtsaim keemiatoodang 13.1 Väävelhappe tootmine 13.2 Seotud lämmastiku tehnoloogia 13.2.1 Lämmastikutööstuse toorainebaas 13.2.2 Protsessigaaside tootmine 13.2.3 Ammoniaagi süntees 13.2.4 Lämmastikhappe tootmine 13.3 Mineraalväetiste tehnoloogia 13.3.1 Mineraalväetiste klassifikatsioon 13.3.2 Tüüpilised soolatehnoloogia protsessid 13.3.3 Fossi toormaterjalide lagunemine ja tootmine fosfaatväetised 13.3.3.1 Fosforhappe tootmine 13.3.3.2 Lihtsa superfosfaadi tootmine 13.3.3.3 Topelt-superfosfaadi tootmine 13.3.3.4 Lämmastikhape Fosfaatide lagundamine 13.3 .nitroo4genioon produkt 3.3 nitroo4 . mooniumnitraat 13.3.4.2 Tootmine uurea tootmine 13.3.4.3 Ammooniumsulfaadi tootmine 13.3.4.4 Kaltsiumnitraadi tootmine. 13.3.4.5 Vedelate lämmastikväetiste tootmine 13.3.5 Kaaliumväetiste tootmine 13.3.5.1 Üldised omadused 13.3.5.2 Tooraine 13.3.5.3 Kaaliumkloriidi tootmine 13.3.5.4 Üldteave.Silikaadi tootmine4. umbes silikaatmaterjalide materjalid 3 13.4.2 Silikaatmaterjalide tehnoloogia tüüpilised protsessid 13.5 Sideainete tootmine. 13.5.1 Üldised omadused ja klassifikatsioon 13.5.2 Portlandtsemendi tootmine 13.5.3 Õhklubja tootmine 13.6 Klaasi tootmine 13.6.1 Klaasi koostis ja klassifikatsioon 13.6.2 Klaasi tootmisprotsess 13.7 Keraamiliste materjalide tootmine 13. 7.1 Üldised omadused ja materjalide klassifikatsioon 13.7.2 Ehitustelliste tootmine 13.7.3 Tulekindlate materjalide tootmine 13.8. Elektrokeemiline tootmine 13.8.1 Naatriumkloriidi vesilahuste elektrolüüs 13.8.1.1. Naatriumkloriidi lahuse elektrolüüs teraskatoodi ja grafiitanoodiga vannides 13.8.1.2 Naatriumkloriidi lahuste elektrolüüs vannis elavhõbekatoodi ja grafiitanoodiga 13.8.2 Vesinikkloriidhappe tootmine 13.8.3 Sulandite elektrolüüs. Alumiiniumi tootmine 13.8.3.1 Alumiiniumoksiidi tootmine 13.8.3.2 Alumiiniumi tootmine 13.9 Metallurgia 13.9.1 Maagid ja nende töötlemismeetodid 13.9.2 Raua tootmine 13.9.3 Terase tootmine 13.9.4. Vase tootmine 13.10 Kütuse keemiline töötlemine 13.10.1 Kivisöe koksimine 13.10.2 Vedelkütuste töötlemine 13.10.3. Gaaskütuste tootmine ja töötlemine 13.11 Põhiline orgaaniline süntees 13.11.1 Tooraine ja keskkonnakaitseprotsessid 13.11.2 Metüülalkoholi süntees 13.11.3 Etanooli tootmine 13.11.4. Atsetüleeni tootmine 13.11.5 Formaldehüüdi tootmine 13.11.6 Karbamiid-formaldehüüdvaikude tootmine 13.11.7 Atsetaldehüüdi tootmine 13.11.8 Äädikhappe ja anhüdriidi tootmine 13.12 Monomeeride tootmine 13.12.1 Monomeeride 213.1 Polümeriseerimine Polüvinüülatsetaadi dispersiooni tootmine 13.13 Kõrge molekulmassiga ühendid 13.13.1 Tselluloosi tootmine 13.13.2 Keemilise kiu tootmine 13.13.3 Plasti tootmine 13.13.4 Kummi tootmine 4 1 Inimkond ja keskkond 1.1 Keskkond Materiaalsete ja vaimsete vajaduste rahuldamise esmane allikas inimene on loodus. See esindab ka tema elupaika – keskkonda. Keskkond hõlmab looduskeskkonda, mis hõlmab looduslikke materiaalseid kehasid ja neis toimuvaid protsesse; inimese loodud materiaalsed objektid ning inimtegevusest tingitud protsessid ja nähtused. Seetõttu koosneb keskkond füüsilistest ja sotsiaalmajanduslikest komponentidest. Füüsikalised komponendid – looduslikud ja tehislikud (inimese poolt oma tegevuse tulemusena loodud). Looduslikud komponendid - piirkonna geograafiline asukoht, energiavarud, kliima, veevarud, õhk, pinnas jne Need mõjutavad tootmiskoha ja -meetodi valikut, tootmiskoha otstarbekust, tootmisliike jne. -valmistatud komponendid - tehismaterjalist kehad, sünteetilised materjalid ja tooted, elu- ja tööstushooned, riided, side ja sõidukid jne. d 1.2 Inimene kui keskkonna komponent Süsteemis inimene - keskkond ei esinda inimene mitte ainult objekti, vaid ka selle subjekti, kuna tal on võime muuta keskkonda ja kohandada seda oma vajadustega. Looduslik füüsiline 3 Tehnogeenne füüsiline keskkond INIMENE 1 Inimene 2 Sotsiaal-majanduslik keskkond Inimene keskkonna struktuuris Selle tagajärjeks on mitmesuguste ühe- ja kahesuunaliste seoste olemasolu sellises süsteemis. Esimest tüüpi ühendused on iseloomulikud kogu inimkonna ajaloole. Teist tüüpi ühendused on põhjustatud inimese loodud füüsilise keskkonna tekkimisest. Erilise tähenduse on need meie ajastul omandanud tänu tootmise kiirenenud arengule. Kolmandat tüüpi ühendused on tingitud inimtegevuse üha suurenevast mõjust loodusele (suurte pindaladega tehisreservuaaride loomine, metsade hävitamine jne), need viivad Maa kui planeedi muutumiseni. 1.3 Inimtootmistegevus ja planeedi ressursid Inimkonna olemasolu ja arengu tingimus on materiaalne tootmine, s.o. inimese sotsiaalne ja praktiline suhtumine loodusesse. Tööstusliku tootmise mitmekesine ja hiiglaslik mastaap põhjustab olulisi keskkonnamõjusid ning põhjustab muutusi atmosfääris, hüdrosfääris ja litosfääris. Atmosfäär on Maa looduslik välimine gaasiline kest. Hüdrosfäär on Maa vesine kest. Litosfäär on Maa kõva kest, mineraalide ja fossiilkütuste allikas ning mullakiht. Inim-keskkond süsteemi toimimise kõige olulisem tulemus on planeedi ressursside inimtarbimine. Ressursid jagunevad looduslikeks ja sotsiaalseteks. Sotsiaalne – see on populatsioon, paljunemistingimused, teaduslik potentsiaal. Loodusvarasid klassifitseeritakse järgmiste kriteeriumide järgi: 5 Loodusvarad KUMMUNAVAD VÄHENDAVAD Päikeseenergia Taastuv taastumatu atmosfääriõhk Hävitav levitatud Loodusvarade klassifikatsioon. Tootmistegevuse käigus taastumatud ressursid kas hävivad täielikult (fossiilsed kütused) või hajuvad (metallid). Tööstusliku tootmise mõju planeedi loodusvarade ammendumisele ja selle tagajärgi on näha järgmistes näidetes: 1. Maal kaevandamine toob kaasa taastumatute ressursside kiire ammendumise, saastumise ja atmosfääri koostise muutumise ning litosfäär. 2. Keemiliste kütuste põletamisel eraldub atmosfääri üle 100 tuhande tonni süsihappegaasi. mitmesugused keemilised ühendid. 3. Värske vee tarbimine. Tööstustoodang tarbib kuni 13% kogu jõevoolust. See viib planeedil saadaolevate mageveevarude ammendumiseni. Samaaegselt tarbimisega suureneb tööstusliku reovee juhtimine veekogudesse, mis toob kaasa hüdrosfääri intensiivse reostuse. Tööstusliku tootmise olulisim tagajärg on selle mõju looduslikule energiabilansile ja keskkonnaseisundile. Inimtegevuse "soojuslik panus" on tänapäeval. 0,006% päikesekiirgust. Selle tagajärjeks on planeedi temperatuuri tõus 10 kraadi võrra. 1.4 Keskkonna reaktsioon inimtegevusele Süsteem “Inimene-keskkond” on dünaamilises tasakaaluseisundis, kus säilib looduskeskkonna ökoloogiliselt tasakaalustatud seisund, kus elusorganismid interakteeruvad nii keskkonnaga kui ka üksteisega. keskkonda seda tasakaalu rikkumata. Inimtootmistegevus põhjustab selle seisundi katkemise ja põhjustab keskkonna reaktsiooni. Keskkonnareaktsiooni sügavuse alusel eristatakse: – keskkonna häirimist, ajutist ja vastupidist muutumist; – reostus; - anomaaliad. Pikaajalisel kokkupuutel võib tekkida: - keskkonnakriis - seisund, kus parameetrid lähenevad vastuvõetavatele väärtustele, - keskkonna hävimine, kus see muutub elamiseks kõlbmatuks. 1.5 Biosfäär ja selle areng Keskkond on keeruline mitmekomponentne süsteem, mille komponendid on omavahel seotud arvukate seostega. Keskkond koosneb mitmest alamsüsteemist, millest igaüks sisaldab teatud arvu elemente, mis on omavahel funktsionaalselt ühendatud. Selles süsteemis on teist järku alamsüsteem, ökosfäär, looduskeskkond. Ökosfääri tsükkel on süsteemi moodustav voog, mis esindab elementide liikumist ainete tootmisel. Biosfäär on Maa väliskest, selle paksus on 50 km. Biosfääri oluliseks komponendiks on elusaine, biogeenne aine (orgaanilised ja organomineraalproduktid, inertne aine – kivimid). Biosfääri suhete peegeldus on biotsenoos - see on maapinna homogeenne ala, millel on teatud elus- ja inertsete komponentide koostis ning nendevaheline dünaamiline interaktsioon. Toimub taastumatute ressursside ammendumine, atmosfääri läbipaistvuse vähenemine ja saastumine, atmosfääri pinnakihi temperatuuri tõus ning hüdrosfääri saastumine. INIMENE – KESKKOND antroposfäär antroposfäär ökosfäär sotsiosfäär (füüsiline keskkond) majandus biosfäär tehnosfäär sotsiaalsfäär agrosüsteemid tehnosüsteemid tervishoid (POI-d, kaevandused, transport) kultuur biogeocenoos ideoloogia teadus. 2. Kemikaalide tootmine inimtegevuse süsteemis 2.1 Materjali tootmine ja selle korraldus Käesoleval ajal Inimese suhtlus keskkonnaga realiseerub suuremahulise materjalitootmise näol. Materiaalne tootmine on materiaalsete kaupade loomise protsess. See on kõigi teiste inimtegevuse liikide aluseks ja sisaldab kolme põhikomponenti: 1. Tööobjektid – kõik, mida töödeldakse, millele inimtööjõud on suunatud. Need on looduse poolt antud ja need on tööproduktid. 2. Töövahendid - masinad, seadmed, seadmed, mille abil inimene tegutseb tööobjektidel. 3. Elustöö on inimese teadlik, eesmärgipärane tegevus. Materjali tootmise protsess on organisatsiooniliselt realiseeritud tööstuse kujul. 2.2 Keemiatööstus Vastavalt toodetavate toodete otstarbele jaguneb tööstus sektoriteks, millest üks on keemiatööstus. Keemia- ja naftakeemiatööstuse osakaal Venemaa Föderatsiooni kogutoodangust on 9%, mis jääb alla ainult kütusetööstusele ja masinaehitusele (20%). Keemiatööstus jaguneb laia spetsialiseerumisega harudeks (mäekeemia, põhikeemia, orgaanilise sünteesi tootmine jne) ja kitsa spetsialiseerumisega harudeks (mineraalväetiste, plastide, värvainete jne tootmine). Keemiatööstuse tooted on riigis vastuvõetud klassifikatsiooni järgi rühmitatud 7 klassi, millest igaüks sisaldab sadu kuni tuhandeid erinevaid tooteid: 1 klass. Anorgaanilise sünteesi saadused. 2. klass. Polümeermaterjalid, sünteetilised kummid, plastid, keemilised kiud. 3. klass. Värvid ja lakid. 4. klass. Sünteetilised värvained ja vaheained. 5. klass. Orgaanilise sünteesi tooted (nafta - koks ja puidukeemia). 6. klass. Keemilised reaktiivid ja puhtad ained. 7 7. klass. Keemilised ja farmatseutilised preparaadid. See klassifikatsioon on tingimuslik, kuna keemiline tootmine ise ei hõlma metallurgiat ja silikaatmaterjalide tootmist, kuigi nendes kasutatakse keemilisi töötlemismeetodeid. Materjalitootmise süsteemis on keemiatööstus erilisel kohal tänu sellele omasetele spetsiifilistele tunnustele: - tööobjektide mõjutamise erimeetodid, mis viivad keemiliste transformatsioonideni, mis võimaldab toota uusi aineid; – suur materjali- ja energiakulu; – kõrge tootmise automatiseerituse tase; – kasutatavate masinate ja seadmete mitmekesisus ja kitsas spetsialiseerumine. 3 Keemiateadus ja tootmine 3.1 Keemiatehnoloogia - keemiatootmise teaduslik alus Kaasaegne keemiatootmine on suuremahuline automatiseeritud tootmine, mille aluseks on keemiatehnoloogia (alates techno - kunst, oskus + logod - õpetus), s.o. keemiatehnoloogia on teadus kõige ökonoomsematest ja keskkonnasäästlikumatest meetoditest looduslike toorainete keemiliseks töötlemiseks tarbekaupadeks ja tootmisvahenditeks. Keemiatehnoloogia objektid – keemiatootmises osalevad ained ja ainesüsteemid; keemiatehnoloogia protsessid - tootmise käigus tehtavate erinevate toimingute kogum, mille eesmärk on muuta need ained teisteks. Kaasaegne üldine keemiatehnoloogia tekkis loodusliku protsessi tulemusena, mis on iseloomulik kõikidele teadusharudele teatud arenguetapis, varem sõltumatute tehnoloogiate integreerimisel üksikute toodete tootmiseks nende empiiriliste reeglite üldistamise tulemusena. tootmine. Kaasaegne keemiatehnoloogia, kasutades loodus- ja tehnikateaduste saavutusi, uurib ja arendab füüsikaliste ja keemiliste protsesside komplekti, masinaid ja seadmeid, optimaalseid viise nende protsesside läbiviimiseks ja juhtimiseks erinevate ainete tööstuslikul tootmisel. Keemiatehnoloogia põhineb keemiateadustel, nagu füüsikaline keemia, keemiline termodünaamika ja keemiline kineetika. Väljapaistev füüsikakeemik akadeemik. Konovalov pidas keemiatehnoloogia üheks peamiseks ülesandeks, mis eristab selle ainet puhtast keemiast, kõige soodsama töökäigu kindlaksmääramist ning vastavate tehaseinstrumentide ja abiseadmete kavandamist. Seetõttu on keemiatehnoloogia mõeldamatu ilma tihedate suheteta majanduse, füüsika, matemaatika ja teiste tehnikateadustega. Keemiatehnoloogia oli oma eksisteerimise koidikul kirjeldav teadus. Paljud varajase tehnoloogia õpikud olid tehnoloogiliste protsesside entsüklopeediad. Teaduse ja tööstuse areng on kaasa toonud keemiatööstuste arvu olulise kasvu. Ühelt poolt keemiatootmise kasv ja teiselt poolt keemia- ja tehnikateaduste areng võimaldas arendada keemiliste tehnoloogiliste protsesside teoreetilisi aluseid. Kaasaegne keemiatootmine töötleb hiiglaslikke toorainemahtusid, kasutab suures koguses erinevat tüüpi energiat, tehes seda suurte kapitali- ja tegevuskuludega. See toob kaasa kaasaegse tootmise ühe põhinõude – selle tõhususe. Seda tehnoloogia omadust märkis Mendelejev, määratledes selle järgmiselt: "Kasulike meetodite uurimine looduslike toodete töötlemiseks tarbekaupadeks." Tehnoloogia peab uurima kõige tulusamaid meetodeid, valima võimalike seast kasumlikkuselt sobivaimad etteantud aja ja koha tingimustes, et anda soovitud omaduste ja vormidega toode suurimat odavust. Järelikult on tehnoloogia teadus kõige ökonoomsematest meetoditest ja vahenditest töötlemata looduslike ainete tarbekaupadeks töötlemiseks. Tehnoloogiad jagunevad mehaanilisteks ja keemilisteks. Mehaanilistes tehnoloogiates käsitletakse protsesse, mille käigus muutuvad materjalide kuju või välimus ja füüsikalised omadused, keemiatehnoloogias aga aine koostise, omaduste ja sisestruktuuri radikaalsete muutuste protsesse. 8 3.2 Keemiatehnoloogia kui teaduse tunnused Keemiatehnoloogia erineb teoreetilisest keemiast mitte ainult vajadusega arvestada uuritava toodangu majanduslikke nõudeid. Teoreetilise keemia ja keemiatehnoloogia ülesannete, eesmärkide ja sisu vahel on põhimõttelised erinevused, mis on tingitud tootmisprotsesside spetsiifikast, mis seab õppemeetodile mitmeid lisatingimusi. Vaatleme näidet vesinikkloriidi tööstuslikust sünteesist Cl2-st ja H2-st ning erinevate tegurite mõjust sünteesile. Seadmete soojuse eemaldamise konstruktsioon ja materjal Komponentide olemus Tasakaalu nihe liigsest H2 Cl2 + H2 = 2HCl - Δ H H2O elektrolüüs Ökoloogia NACl lahuse CH4 energiakulu muundamine koksiahju gaasist Selle sünteesi läbiviimiseks tööstuslikus Keskkonnas, anorgaaniline keemik arvestab sellise sünteesi võimalusega, kasutades füüsikalise keemia meetodeid, et kontrollida sünteesi temperatuuri, rõhu, komponentide kontsentratsiooni muutmise teel, s.t. mõjutada protsessi kineetikat ja termodünaamikat laborikatse mastaabis. Keemiainsener peab arvestama muude teguritega: tooraine ja energia saadavus ja maksumus, reaktori konstruktsioon ja tootmiseks kasutatavad korrosioonikindlad materjalid, keskkonnakaitsemeetmed jne. Seega, nagu keemiatootmist ei saa käsitleda mingisuguse suurendatud laborikolvi kujul, ei saa ka keemiatehnoloogiat taandada teoreetilisele keemiale. Sellise süsteemi nagu keemiatootmise keerukus muutis otstarbekaks selle uurimisel kasutada süsteemset lähenemist ja juurutada protsessitasandi mõistet. Sarnase lähenemise korral keemiatootmises tuvastatakse mitu järjest kasvava keerukusega alamsüsteemi - tasemeid, millest igaühel on nähtuse uurimise meetod. Need keemilise tootmise tasemed on: – molekulaarne tase, millel keemiliste muundumiste mehhanismi ja kineetikat kirjeldatakse molekulaarse interaktsioonina (mikrokineetika); – väike mahutase, mille puhul nähtusi kirjeldatakse makroosakeste (graanulid, tilgad, katalüsaatoriterad) vastasmõjuna. Sellel tasemel nähtuste analüüsimiseks ja keemilise protsessi kirjeldamiseks on kasutusele võetud makrokineetika mõiste, mille ülesandeks on uurida mõju lähteainete ja reaktsioonisaaduste massiülekandeprotsesside keemiliste muundumiste kiirusele, soojusülekande protsessidele ja katalüsaatori koostise mõju. Makrokineetika Massiülekande soojusülekande katalüsaatori koostis M Q Kt – voolutase, mille juures on nähtuste kirjeldus antud osakeste hulga vastastikmõjuna. Võttes arvesse nende liikumise olemust voolus ja temperatuurimuutusi, reaktiivide kontsentratsioone piki voolu; – reaktoritase, kus nähtust kirjeldatakse, võttes arvesse protsessi rakendamiseks kasutatava aparaadi konstruktsiooni; – süsteemi tase, millel nähtuste käsitlemisel võetakse arvesse tööstuskäitise tehnoloogiliste üksuste ja tootmise kui terviku vahelisi seoseid. 9 Seega on teoreetilise keemia ja keemiatehnoloogia erinevuse probleem fundamentaalteadusliku uurimistöö ja sellel põhineva tegeliku tööstusliku tootmise erinevuse probleem. 3.3 Keemiatehnoloogia seos teiste teadustega Keemiatehnoloogias kasutatakse mitmete teaduste materjale: matemaatika matemaatiline modelleerimine tehnilised arvutused ökoloogia füüsika füüsikaline modelleerimine füüsikaline kineetiline ja termodünaamiline keemia keemia arvutused mineraalide keemia toorained anorgaaniline keemia ökonoomika orgaaniline keemia ainete struktuur ja omadused biokeemia Kolloidkeemia Tehniliste seadmete projekteerimine Teadused Keemiatehnoloogia kui suurtootmise teadus tegeleb töödeldud ja valmistatud toodete märkimisväärsete masside ja mahtudega. Selliste suurte üksuste jõudluse hindamiseks on vaja suuri seadmeid. Seetõttu kasutatakse keemiatehnikas koos üldtunnustatud SI ühikutega (m, Kg, sec, a, mol) ka teisi. Väärtus tähis nimetus tähistus Mass m kilogramm, tonn kg, t Energia, töö A kilodžaul, kilovatt-tund kJ, kWh Rõhk P. Pascal, megapaskal Pa, MPS Võimsus N kilovatt kW Temperatuur T,t Kelvin, Celsiuse kraadid K, 0C Aeg sekund, päev, tund sek, päev, h Soojushulk Q kilodžaul kJ Soojusefekt N kilodžaul kJ Tootlikkus P. tonni päevas, aasta t/päevas, t/aastas Intensiivsus I kilogrammi m2 tunni kohta kg/m2 Kilogrammi m3 tunni kohta kg/m3 Aine kogus v kilogrammi mol, tonni mol kgmol, Kiiruskonstant K sõltub reaktsiooni järjestusest Molaarkontsentratsioon C mol m3 mol kohta /m3 Tihedus kuupkilogramm m3 kohta, tonn m3 kohta kg/m3 Toote saagis Konversiooniaste X ühiku osa, protsenti % 10
Sõna "tehnoloogia" on kreeka päritolu ja selle sõnasõnaline tõlge "käsitööteadus". Kaasaegsest vaatenurgast saame määratleda tehnoloogia kui teadus,tooraine massilise töötlemise meetodite ja protsesside uurimine maksimaalse majandusliku efektiga tarbekaupadeks.
Tehnoloogiad on mehaanilised ja keemilised. Mehaaniline tehnoloogia uurib protsesse, mis on seotud töödeldud tooraine kuju ja füüsikaliste omaduste muutmisega peamiselt mehaaniliste toimingute kaudu. Näiteks puittoodete valmistamine - puidutöötlemistehnoloogiad, metalltoodete valmistamine - masinaehitus jne. Keemiatehnoloogia uurib protsesse, mis on seotud töödeldud tooraine koostise ja keemiliste omaduste muutumisega keemiliste reaktsioonide toimumise tõttu.
On olemas suur valik erakeemiatehnoloogiaid, mida saab ühendada kahte suurde rühma:
keemilised tehnoloogiad |
|
anorgaaniline |
orgaaniline |
1) aluseline anorgaaniline süntees - hapete, leeliste, soolade ja mineraalväetiste tootmine; 2) anorgaaniline peensüntees - ravimite, reaktiivide, ravimite, haruldaste metallide jms tootmine; 3) metallurgia – mustade ja värviliste metallide tootmine; 4) silikaatide tootmine – sideainete, keraamika ja klaasi tootmine; 5) tuumakeemiatehnoloogia. |
1) põhiline orgaaniline süntees – mahetoodete suuremahuline tootmine; 2) peenorgaaniline süntees – reaktiivide, ravimite, taimekaitsevahendite jms tootmine; 3) nafta ja gaasi töötlemine; 4) naftakeemia süntees – süsivesinike toorainel põhinevate mahetoodete tootmine; 5) taimse ja loomse tooraine töötlemine; 6) kõrgmolekulaarsed tehnoloogiad – sünteetilise kummi, plasti, keemiliste kiudude ja muude kõrgmolekulaarsete ühendite tootmine; 7) biotehnoloogia – söödapärmi, aminohapete, ensüümide, antibiootikumide jne tootmine. |
Iga eratehnoloogia arendamisel peate teadma kolme üldist inseneriteadust: üldkeemiatehnoloogiat (GCT), keemiatehnoloogia protsesse ja aparaate (PAHT) ning tööstuslikku soojustehnikat (IT), mis koos moodustavad tööstuskeemia aluse.
Üldine keemiatehnoloogia– teadus, mis uurib erinevate keemiliste reaktsioonide klasside tehnoloogiate arendamise teoreetilisi aluseid.
OXT uuringu teemaks on keemilise tootmise toimimise aluseks olevad mustrid.
ÜMT kui teaduse eesmärgid:
1) keemiliste ja tehnoloogiliste protsesside üldiste mustrite leidmine;
2) üldiste seaduspärasuste tundmisest lähtuvalt keemiliste tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks optimaalsete tingimuste leidmine;
3) keemiliste muundumiste uurimine massi- ja soojusülekandeprotsesse arvestades;
4) tooraine, energia kasutamise efektiivsuse tõstmine, jäätmete koguse ja heidete vähendamine keskkonda; toodete kvaliteedi parandamine.
OXT meetodid:
Eksperimentaalne;
Modelleerimine.
Keemiatehnika põhimõistednoloogia
Keemia tootmine– protsesside ja toimingute kogum, mis viiakse läbi masinates ja seadmetes ning mis on ette nähtud tooraine töötlemiseks keemilise muundamise teel vajalikuks tooteks.
Keemilis-tehnoloogiline protsess (CTP)– osa kemikaalide tootmisest, mis koosneb kolmest põhietapist:
Sihttoode– toode, mille jaoks see HTP on korraldatud. Kõik muud tooted on nn kõrvalmõjud. Kõrvalsaadusi võib saada nii siht- kui ka kõrvalreaktsioonides. Kui kõrvalsaadusel pole kasutust, nimetatakse seda prügi; kui seda kasutatakse, nimetatakse seda tagasitõmbumine või teisesed toorained. Kui sihtsaadust kasutatakse teises tootmises lähteainena, siis seda nimetatakse pooltoode.
Algmaterjali, mis tuleb töötlemiseks ja millel on väärtus, nimetatakse toored materjalid. Nimetatakse ainet, mis on otseselt seotud sihtmärgi keemilises reaktsioonis reaktiiv. Reaktiiv on tooraine peamine, kuid mitte ainus komponent. Tavaliselt nimetatakse kõiki tooraine komponente, mis ei osale sihtreaktsioonis lisandid.
Tehnoloogias kasutatakse sageli mõisteid "konverteeritud" ja "konverteerimata" reaktiiv. Teisendatud reaktiiv– see on reaktsioonidesse (nii sihtmärki kui ka külgmist) sisenenud reaktiivi kogus. Konverteerimata reaktiiv- see on reaktiivi kogus, mis jätab reaktori muundamata algolekusse. Konverteeritud ja muundamata reaktiivi masside summa on võrdne massiga esitatud reaktiivi reaktorisse.
Abimaterjalid– kemikaalid, mis tagavad CTP normaalse kulgemise (katalüsaatorid, lahustid jne).
Esialgne segu– ainete segu, mis siseneb reaktorisse keemilise muundamise etapis. Reaktsioonisegu– reaktoris paiknev või sealt välja lastud ainete segu. Selle koostis muutub reaktsiooni käigus. Reaktsioonisegu koostisest saame rääkida teatud ajahetkel alates reaktsiooni algusest.
Näide:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
4NH3 + 4O2 → 2N2O + 6H2O
Esimene reaktsioon on sihtmärk, ülejäänud kaks - pool. Lämmastikoksiid (II) – NO – sihttoode ammoniaagi oksüdatsiooni staadiumis ja vahetoode lämmastikhappe tootmisel. Vesi, lämmastik ja lämmastikoksiid (I) – kõrvalsaadused. Reaktiivid selles protsessis on ammoniaak ja hapnik; toored materjalid– ammoniaak, mis sisaldab teatud koguses lisandeid, ja õhk, mille lisanditeks on lämmastik ja muud gaasid. Abimaterjal on plaatina, mida kasutatakse protsessis selektiivse katalüsaatorina, mis kiirendab ainult esimest reaktsiooni. Esialgne segu on ammoniaagi-õhu segu, mille ammoniaagisisaldus on 9,5 - 11,5 mahuprotsenti. Reaktsioonisegu– lämmastikgaasid, mis sisaldavad NO, N 2 O, N 2, H 2 O auru, aga ka muundamata O 2 ja NH 3.