Структура химического производства.

Химическое производство - совокупность операций, осуществляемых в соответствующих аппаратах и машинах и направленных на получение продукта из сырья целесообразным способом.

Первой группой операций в химическом производстве является подготовка сырья к осуществлению химических превращений. Как правило, это физические воздействия - измельчение, растворение, нагревание, концентрирование, очистка отпримесей и т.д.

После подготовки сырья проводится собственно химическое превращение, в результате чего образуется смесь, химический состав которой отличается от исходного сырья. Наличие химического превращения сырья является признаком, что производство - химическое.

Третья группа операций - выделение и очистка полезного продукта от примесей. Необходимость этих операций связана с тем, что в химическом превращении могут образовываться побочные продукты, неполное превращение сырья, от которых надо очистить продукт.

Три группы операций - подготовка сырья, химическое превращение, выделение продукта - основные составные части химического производства. Они обеспечивают выполнение основной задачи химического производства - получение продукта.

Развитие промышленности выдвинуло новые требования ко всем производствам - основными целями их функционирования является не только получение продукта, но выполнение таких функций как комплексное использование сырья, защита окружающей среды, экономия топливно-энергетических ресурсов. Химическое производство стало многофункциональным. Поэтому следует выделить также составные части химического производства, обеспечивающие решение отмеченных выше дополнительных, но также главных задач химического производства.

Состав химического производства представлен на рис.1, где показаны его основные составные части и функциональные связи между ними.

подготовка

химическое превращение

разделение и очистка продуктов

энергетический комплекс

водоподготовка

санитарная очистка и утилизация

сырье

энергия вода

отходы

Рис.1. Состав химического производства.

В системе аппаратов химического производства перерабатываются потоки вещества и энергии, которые назовем компонентами химического производства. К ним относятся: сырье, энергия, вода, продукты, полупродукты, отходы.

Сырье - исходные перерабатываемые вещества или материалы. По назначению сырье может быть основным (технологическим) и вспомогательным. Основное сырье превращается в продукты. Вспомогательное используется для обеспечения производства.

Энергия также служит для обеспечения процессов химического производства. Возможно полезное использование энергии, потоков химического производства в виде так называемых вторичных энергетических ресурсов.

Вода в химическом производстве не только хладагент или теплоноситель, но один из видов сырья. Учитывая большое потребление и особое значение для жизнедеятельности человека ее следует выделять как отдельный компонент.

Продукты химического производства, могут быть основные и дополнительные, или побочные. Полупродукты - продукт данного химического производства, используемый как сырье в другом производстве.

Отходы производства – остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся в ходе получения продукции и утратившие полностью или частично свои исходные потребительские свойства.

Химическое производство – сложная система. В ней протекают химические реакции, перенос тепла, вещества и импульса движения на молекулярном уровне и в масштабе аппаратов, обмен тепловыми, массовыми, энергетическими, механическими потоками между разнообразными аппаратами и устройствами. Протекающие процессы имеют разный масштаб, различное место проведения, различную интенсивность. Структура процессов химического производства представлена на рис. 2. Она представляет собой иерархическую, возрастающую по масштабам последовательность.

Нижний уровень составляют отдельные процессы, - явления воздействия на вещества. Процессы могут быть механические, физические, химические. При механическом воздействии происходит перемещение веществ, изменение формы, размеров; при физическом - изменение физического состояния, фазового состава, агрегатного состояния. В химическом процессе происходит изменение химического состава.

Рис.2.Структура процессов химического производства.

Следующим структурным уровнем процессов химического производства является химико-технологический аппарат -устройство для осуществления процесса (абсорбер, ректификационная колонна, теплообменник, насос, фильтр, химический реактор и т.д.) В каждом из аппаратов может осуществляться несколько процессов.

Совокупности аппаратов, осуществляющих определенную операцию, называется агрегатом - третий уровень. Например, химический реактор вместе с теплообменником и смесителем, обеспечивающими режим работы реактора можно классифицировать как агрегат (иногда его называют также реакционным узлом). Аппарат и агрегат могут совпадать. Выделение агрегата в отдельную структурную единицу обусловлено не только иерархической схемой структуры химического производства. Объединение аппаратов в агрегат обусловлено также возможностью появления качественно новых свойств процесса из-за наличия разнообразных связей между аппаратами.

Химико-технологический процесс (ХТП) - четвертый уровень - протекает в совокупности агрегатов и аппаратов с получением определенного продукта - конечного (целевого) продукта, промежуточного продукта, полупродукта и т.п.

Совокупность химико-технологических процессов образует химическое производство (ХП), служащее для получения конечного продукта - пятый уровень. Химическое производство и химико-технологический процесс могут совпадать. Например, производство слабой азотной кислоты можно определить как химико-технологический процесс. В производстве аммиака можно выделить, по крайней мере, два химико-технологических процесса - получение азото-водородной смеси как промежуточного продукта и синтез аммиака.

Шестой уровень это химический комбинат или производственное объединение представляют собой совокупность химических (и, возможно, других) производств, объединенных в производственной единице структуры народного хозяйства. Из определения следует, что производственное объединение - экономическая единица.

Технология отражает основной способ или метод переработки сырья.

Химическую технологию классифицируют па основе различных признаков - характер используемых технологических процессов, происхождение и характер сырья, характер и потребительские свойства продуктов.

По отраслям, как они исторически сформировались в хозяйственной жизни, химическую технологию классифицируют так:
А.Неорганическая химическая технология

1) основной неорганический синтез - производство кислот, щелочей, солей и минеральных продуктов;

2) тонкий неорганический синтез - производство неорганических препаратов, реактивов, редких элементов, материалов электроники, лекарственных веществ и др.;

3) ядерно-химическая технология;

4) металлургия - производство черных и цветных металлов;

5) силикатные производства - производства вяжущих материалов, керамических изделий, стекла.

Б. Органическая химическая технология

1) переработка нефти и газа - первичная переработка (первичное разделение, очистка, облагораживание) газообразных, жидких и твердых природных углеводородов (ископаемого топливного 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 органических продуктов на основе главным образом углеводородного сырья;

4) биотехнология - производство кормовых дрожжей, аминокислот, ферментов, антибиотиков и др. на основе биологических процессов;

5) тонкий органический синтез - производство органических препаратов, реактивов, лекарственных веществ, средств защиты растений и др.;

6) высокомолекулярная технология - получение высокомолекулярных соединений (синтетический каучук, пластмассы, химические волокна, пленкообразующие вещества);

7) технологии переработки растительного и животного сырья.

Очевидно, что приведенная классификация химической технологии так же условна, как и классификация технологии вообще.

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ

Химико-технологический процесс представляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья. Некоторые из этих операций необходимы для подготовки исходных реагентов к проведению химической реакции, перевода их в наиболее реакционноспособное состояние. Например, известно, что скорость химических реакций сильно зависит от температуры, поэтому часто реагенты до проведения реакции нагревают. Чтобы устранить побочные явления и получить продукт высокого качества, исходное сырье подвергают очистке от посторонних примесей, пользуясь методами, основанными на различии физических свойств (растворимость в различных растворителях, плотность, температуры конденсации и кристаллизации и т. д.). При очистке сырья и реакционных смесей широко применяют явления тепло- и массообмена, гидромеханические процессы. Возможно также использование химических методов очистки, например химических реакций, в результате которых посторонние примеси превращаются в легкоотделимые вещества.

Соответствующим образом подготовленные реагенты подвергают химическому взаимодействию, включающему часто несколько этапов. В промежутках между этими этапами иногда необходимо вновь использовать тепломассообменные и другие физические процессы. Например, при производстве серной кислоты диоксид серы частично окисляют до триоксида, затем реакционную смесь охлаждают, извлекают из нее путем абсорбции триоксид серы и вновь направляют ее на окисление.

В результате химических реакций получают смесь продуктов (целевых, побочных) и непрореагировавших реагентов. Заключительные операции связаны с разделением этой смеси, для чего вновь применяют гидромеханические, тепло- и массообменные процессы, например фильтрование, центрифугирование, ректификацию, абсорбцию, экстракцию и т. д. Продукты реакции направляют на склад готовой продукции или на дальнейшую переработку; непрореагировавшее сырье вновь используют в процессе, организуя его рецикл. На заключительных этапах проводят также рекуперацию энергии и очистку промышленных выбросов, чтобы извлечь из отходящих газов и сточных вод все ценные компоненты, а также ликвидировать опасность загрязнения окружающей среды.

Таким образом, химико-технологический процесс в целом — это сложная система, состоящая из единичных связанных между собой процессов (элементов) и взаимодействующая с окружающей средой.

Элементами химико-технологической системы являются перечисленные выше процессы тепло- и массообмена, гидромеханические, химические и т. д. Их рассматривают как единичные процессы химической технологии.

Важной подсистемой сложного химико-технологического процесса является химический процесс. Он представляет собой одну или несколько химических реакций, сопровождаемых тепло- и массообменными явлениями.

Анализ единичных процессов, их взаимного влияния позволяет разработать технологический режим.

Технологическим режимом называется совокупность параметров, определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.

Оптимальные условия ведения процесса — это сочетание основных параметров (температуры, давления, состава исходной реакционной смеси, катализатора и т. д.), позволяющее получить наибольший выход продукта с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестоимость.

Единичные процессы протекают в различных аппаратах — химических реакторах, абсорбционных и ректификационных колоннах, теплообменниках и т. д. Отдельные аппараты соединены в технологическую схему процесса. Разработка и построение рациональной технологической схемы — важная задача химической технологии.

Дата добавления: 2015-08-20