Теоретические основы химико - технологических процессов

1. Раздел 1 Теоретические основы химико-Технологических процессов (ХТП)

Основные
технологические
понятия и определения

2. Содержание учебного материала

• 1 Определения и классификация химической технологии
• 2 Структура и функциональные элементы химического
производства
• 3 Компоненты химического производства
• 4 Химико-технологически процесс и определения
основных стадий

3. 1. Определения и классификация химической технологии

• Термин «технология» происходит от греческого "technos" искусство, ремесло и "logos" (логос) - понятие, учение, т. е. наука
о способах получения из природных материалов (сырья)
предметов потребления и средств производства. В соответствии
с характером проводимых процессов можно выделить два вида
технологии: механическую и химическую.
• Механическая технология изменяет физические свойства,
форму и внешний вид сырья (дробление), химическая - состав
сырья, его химические и физико-химические свойства или
структуру.
• Химическая технология – наука о наиболее экономичных и
экологически обоснованных методах химической переработки
сырых природных материалов в предметы потребления и
средства производства. Процессы химической технологии
включают химическую переработку сырья, основанную на
сложных по своей природе химических и физико-химических
явлениях.

4. 1. Определения и классификация химической технологии

• Химическая технология рассматривает способы и
процессы производства в химической,
нефтехимической, металлургической, целлюлознобумажной, пищевой, текстильной, лѐгкой и других
отраслях промышленности.
• Основная задача ХТ – умение управлять процессом
переработки.
• Одна из важнейших задач современной технологии –
разработка технологических процессов, исключающих
вредные выбросы в окружающую среду.

5. 1. Определения и классификация химической технологии

• Химическое производство (ХТС) - составная часть химической
технологии (объект изучения данной науки). Это эффективный
способ переработки сырья, состоящий из необходимого и
достаточного числа химико-технологических процессов (этапов
переработки), взаимодействующих материально, энергетически
и информационно для получения средств производства и
средств потребления.
• Химико-технологический процесс (ХТП) - составная часть
химического производства - этап переработки сырья,
основанный на физико-химической системе, образуемой
реагирующими или превращающимися сырьевыми продуктами
или полупродуктами, взаимодействующими в химическом
реакторе материально, энергетически и информационно в
процессе химического либо физико-химического превращения
или изменения структуры.

6.

1. Определения и классификация
химической технологии
В технической и учебной литературе существует несколько
видов классификации химических производств:
• по продуктовому признаку - производства аммиака,
карбамида, метана и т.д.;
• по сырьевому признаку - переработка нефти, фосфоритов
и др.;
• по виду потребляемой энергии - электрохимические
производства и др.;
• по способу ускорения химических превращений каталитические, высокотемпературные процессы и т.п.
Системообразующим началом химической технологии
является закон потребления. Поэтому классификация по
продуктовому признаку наиболее соответствует существу
химической технологии.

7.

1. Определения и классификация
химической технологии
Классификация химико-технологических процессов
• Химико-технологический процесс (ХТП) является элементарной
частью химико-технологической системы (ХТС), несущей в себе
все функциональные признаки, присущие этой системе.
Классификационные признаки:
• 1.Классификационный признак ХТП по характеру химического
или физико-химического превращения - простой или сложный.
• 2. Классификационный признак термодинамических свойств ХТП
- односторонний или двусторонний (необратимый и обратимый)
• 3. Классификационный признак ХТП по фазовому составу гомогенный или гетерогенный.
• 4. Классификационный признак по дислокации торможения химическое (кинетическое) или диффузионное торможение.

8. 2. Структура и функциональные элементы химического производства

9.

2. Структура и функциональные элементы
химического производства
Позиции 1-3 на - собственно химическое производство, в котором сырье перерабатывается в продукт.
Подготовка сырья включает в себя его предварительную обработку - измельчение, очистку от примесей,
смешивание компонентов и т. д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий
превращения.
Подготовленное сырье проходит ряд превращений (позиций 2), в результате чего образуется необходимый
продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, как правило, содержит примеси,
превращение может быть неполным и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится
выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (позиция 3).
Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные
компоненты, которые опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые
нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического производства является
санитарная очистка и утилизация отходов производства (поз. 4). Санитарная очистка, или обезвреживание
отходов, - перевод токсичных составляющих в безвредные, с тем чтобы их можно было удалить из
производства, не опасаясь заражения окружающей среды. Безусловно, наиболее рациональным является
превращение отходов основного производства в дополнительный полезный продукт, с тем чтобы если и не
исключить, то существенно уменьшить количество выбрасываемых отходов.
Химическая промышленность потребляет довольно много энергии, чтобы обеспечить переработку сырья в
продукты, - около 15% всех энергоресурсов расходуется в этой области техники. Поэтому энергетическая
система - важный и сложный элемент химического производства (поз. 5). Энергия не столько потребляется
непосредственно для получения продукта, сколько обеспечивает условия его производства. Кроме того,
нередко химические превращения сопровождаются выделением энергии (экзотермические реакции).
Поэтому энергетическая система должна обеспечивать не только распределение энергии по стадиям
производства, но и по возможности возвращение ее после использования в переработке сырья.

10.

2. Структура и функциональные элементы
химического производства
• Кроме энергии в химическом производстве используются вспомогательные
материалы. К ним относятся, например, сорбенты для очистки и выделения
продуктов; вещества, с помощью которых создается среда, необходимая
для протекания процессов, и др. Особое место занимает вода - она
используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара,
растворения и разбавления технологических потоков. Потребление ее
может быть значительным. Подготовка вспомогательных материалов и
особенно водоподготовка (поз. 6) - также очень важная и сложная часть
химического производства. Поскольку вспомогательные материалы и вода
обеспечивают технологический процесс, но, как правило, не входят в
конечные продукты производства, то система подготовки должна
обеспечивать восстановление их свойств после проведения цикла
операций с их участием и возврат их в производство.
• Сложное химическое производство невозможно эксплуатировать без
системы управления (поз. 7). Она обеспечивает контроль за состоянием
производства, проведение процессов при наилучших условиях, защиту от
нежелательных (аварийных) ситуаций, пуск и остановку сложной системы.
Этот элемент представляет собой автоматизированную систему управления
технологическим процессом (АСУТП).

11.

3. Компоненты химического производства
Химическая технология изучает закономерности проведения химических процессов
получения различных по своей природе и назначению продуктов. Независимо от
конкретного вида производственной продукции и типа процесса ее получения любое
производство включает несколько обязательных элементов:
1. сырье, т.е. объект превращения. Сырье – один из основных элементов
технологического процесса, который определяет в значительной степени
экономичность процесса, выбор технологии. Сырьем называются природные
материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. ;
2. реагенты - это химические вещества высокой чистоты (кислоты, щелочи, соли,
оксиды и т.п.), которые необходимые для химической переработки сырья.
3. материалы - это вещества или изделия, которые используются для переработки
сырья в целевой продукт, но у него не переходят. К материалам принадлежат
катализаторы, растворители, фильтровальные материалы, сорбенты и т.п..
4. энергию, т.е. средство воздействия на объект и аппаратуру, в которой это
превращение осуществляется.
5. особое место в химической промышленности занимает вода. Она не только служит
средой, в которой протекают многие химические превращения, но широко
используется в процессе, как растворитель, теплоноситель, хладагент, транспортное
средство. Поэтому воду правомочно считать четвертым обязательным элементом
химического производства.

12.

3. Компоненты химического производства
В химическом производстве различают целевые, приложению (сопутствующие), побочные
продукты и полупродукты.
Целевой продукт - это вещество или изделие, которое имеет определенные потребительские свойства и его
получение являются главной целью конкретного производства.
Полупродуктом называется сырье, подвергшееся обработке на одной или нескольких стадиях производства,
но не потребленное в качестве готового целевого продукта. Он может быть использован на последующих
стадиях производства. Например, каменный уголь→ коксовый газ→ водород→ аммиак.
Побочным продуктом называется вещество, образовавшееся в процессе переработки сырья, наряду с
целевым продуктом, но не являющееся целью данного процесса. Например, аммиачная селитра, мел в
производстве нитроаммофоски.
Отходами производства называются остатки сырья, материалов, полупродуктов, образующихся в
производстве и полностью или частично утратившие свои качества. Например, фосфогипс в производстве
суперфосфата.
Полупродукты, побочные продукты и отходы после предварительной обработки или без нее могут быть
использованы в качестве сырья в других процессах.
Все химическое сырье классифицируется по различным признакам: по происхождению, химическому составу,
запасам и агрегатному состоянию.
• Химическое сырье принято делить на:
• – первичное (извлекаемое из природного источника;
• – вторичное (промежуточные и побочные продукты);
• – природное;
• – искусственное (полученное в результате переработки природного сырья).

13.

3. Компоненты химического производства

14.

4. Химико-технологический процесс и
определения основных стадий
• Химико-технологический процесс (ХТП) представляет собой совокупность
операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья.
• ХТП, как правило, складывается из следующих взаимосвязанных элементарных
процессов (стадий):
1.подготовка сырья; подвод реагирующих компонентов в зону реакции;
2.химические реакции;
3.отвод из зоны реакции полученных продуктов и их разделение

15.

4. Химико-технологический процесс и
определения основных стадий
• 1 Этап
Подготовка сырья решает задачу доведения его до такого
состояния, при котором состав и свойства сырья будут
отвечать требованиям данного производства, обеспечивать
высокую скорость химических превращений. Для многих
видов сырья предъявляемые к нему требования закреплены
государственными стандартами (ГОСТ) и техническими
условиями (ТУ). Подготовка сырья включает его очистку,
измельчение, подогрев, перевод в другое агрегатное
состояние.

16.

4. Химико-технологический процесс и
определения основных стадий
• 2 этап
Химические реакции - это второй этап ХТП. На этой стадии
компоненты сырья вступают между собой в химическое
взаимодействие, в результате которого образуются новые
вещества.
• 3 этап
Отвод продуктов из зоны реакции может совершаться так же, как и
подвод реагирующих компонентов. Продукты реакции направляют
на склад готовой продукции или на дальнейшую переработку.
Кроме того, предусматривают меры по возвращению
непрореагировавшего сырья на стадию проведения химической
реакции, т.е. организуют рецикл.

17.

4. Химико-технологический процесс и
определения основных стадий
• Таким образом, химико-технологический процесс в целом – это сложная
система, состоящая из единичных, связанных между собой процессов
(элементов) и взаимодействующая с окружающей средой.
• Элементами ХТП являются процессы тепло - и массообмена,
гидромеханические, химические и т.п. Их рассматривают как единичные
процессы химической технологии. Химический процесс является важной
подсистемой ХТП. 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 основных факторов
(параметров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продукта,
а также определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.
• Для большинства ХТП основными параметрами режима являются
температура, давление, применение катализатора и активность его,
концентрации взаимодействующих веществ, способ и степень
перемешивания реагентов.

18. Литература:

• Москвичев Ю.А., Григоречев А.К., Павлов О.С.
«Теоретические основы химической техноло-гии», СПО,
М., 2014г. – 198 с. Глава 1.Часть 1.Химическое
превращение веществ,его составляющие и их основные
характери-стики