1Введение, Основные классификации, понятия, определения (1)

1. ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ профессор Суханов Павел Тихонович

2.

Требования к освоению дисциплины приведены в
СДО Moodle в закладках «Организационные
документы»
https://education.vsuet.ru/mod/folder/view.php?id=217971
https://education.vsuet.ru/mod/folder/view.php?id=217972
Или на сайте ВГУИТ (в соответствии с вашим
направлением подготовки):
https://vsuet.ru/sveden/education/edu_op

3. Что будем изучать?

Основы химических технологий:
производства азота, аммиака, азотной кислоты;
получения водорода;
производства серной кислоты;
производства минеральных удобрений;
производства строительных материалов;
• нефть и ее переработка;
• конверсия метана;
• многотоннажные производства органических спиртов,
альдегидов и кислот: метанол, формальдегид, уксусная
кислота;
• производства получения и переработки полимеров

4.

В настоящее время насчитывается:
• более 3 млн. веществ, из них:
около 300 тыс. неорганических более
2,5 млн. органических,
Все вещества отличаются
своими свойствами.
Большая часть получаются в
результате химической переработки.

5.

Что же подразумевает слово ТЕХНОЛОГИЯ?
Технология (от древне греческого τέχνη —
искусство, мастерство, умение; λόγος — «слово»,
«мысль», «смысл», «понятие») — совокупность
методов и инструментов для достижения
желаемого результата; в широком смысле —
применение научного знания для решения
практических задач.
Технология включает способы работы, её
режим, последовательность действий для
получения конкретных продуктов.

6.

Какие технологии разработало человечество?
Производственные технологии
Технология металлов
Химическая технология
Машиностроительные технологии
Технология строительства
Технологии, связанные с электричеством
Акустические технологии
Технологии электроники
Нанотехнологии
Строительные технологии
Космические технологии
Военные технологии
Транспортные технологии
Информационные технологии
Социальные технологии
Телекоммуникационные технологии

7.

Что подразумевается под дефиницей
«химическая технология?
Химическая технология —
наука о процессах, методах
и средствах массовой
химической переработки
сырья и промежуточных
продуктов.

8.

Более широко и с учетом наших интересов
определим так:
Химическая технология — наука
о наиболее экономичных и
экологически обоснованных
методах химической переработки
сырых природных материалов в
предметы потребления и средства
производства.

9. Основные группы химических технологий

Неорганические технологии:
основной неорганический синтез – производство кислот
щелочей, солей и минеральных удобрений;
тонкий неорганический синтез – производство
препаратов, реактивов, лекарственных препаратов, редких
металлов и т.д.;
металлургия – производство черных и цветных металлов;
силикатные производства – производство вяжущих
веществ (керамика и стекла);
ядерно-химическая технология.

10. Основные группы химических технологий

Органические технологии:
основной органический синтез – крупнотоннажное
производство органических продуктов;
тонкий органический синтез – производство реактивов,
лекарств, средств защиты растений и т.д.;
переработка нефти и газа;
нефтехимический синтез – производство органических
продуктов на основе углеводородного сырья;
переработка растительного и животного сырья;
высокомолекулярные технологии – производство
синтетического каучука, пластмасс, химических волокон и
других высокомолекулярных соединений;
биотехнологии – производство кормовых дрожжей,
аминокислот, ферментов, антибиотиков и т.д.

11. Чуть-чуть истории

Вначале химическая технология, возникшая с
появлением первых химических промыслов, была
чисто описательным разделом прикладной химии.
Возникновение в Европе мануфактур и
промыслов по получению основных химических
продуктов относят к XV в. Сали появляться мелкие
специализированные
производства
кислот,
щелочей и солей, различных фармацевтических
препаратов и некоторых органических веществ.
В
России
собственно
химическими
производствами, получившими развитие в конце
XVI — начале XVII в., было изготовление красок,
селитры, порохов, а также получение соды и
серной кислоты.

12. Чуть-чуть истории

Во второй половине XVIII в началось выделение
технологии в специальную отрасль знаний, закладывались
основы химической технологии как науки и учебной
дисциплины.
Впервые термин «технология» употреблен в 1772 г.
профессором Гёттингенского университета И. Бекманом. Он
издал первые комплексные труды, освещающие технику
многих химических производств. Работы Бекмана стали
одновременно первым учебником по химической технологии.
В 1795 г. в Германии появился двухтомный курс И. Ф.
Гмелина «Руководство по технической химии», изданный в
1803 г. в русском переводе В. М. Севергина под названием
«Химические основания ремесел и заводов».

13. Чуть-чуть истории

Во второй половине XIX в. широко развиваются
исследования в области катализа, позволившие осуществить
в промышленном масштабе многие химические процессы.
В 70-х годах XIX в. разработан контактный метод
получения серной кислоты, а в 1886 г. организовано её
промышленное производство по этому методу.
Внедрение гетерогенного катализа в органический
синтез знаменовало начало нового периода в истории
органической химии.
В первые десятилетия XX в. широкое развитие
получили синтезы на основе углеводородов и оксида
углерода.

14. Чуть-чуть истории

Чем
известен
Лебедев?
С.В.
Работы в области гетерогенного
катализа дали возможность осуществить
С. В. Лебедеву промышленный синтез
каучука.
Где
крупнейшее
Труды Ле Шателье, Нернста и Габера,
производство
синтеза
аммиака в ВО?
посвящённые синтезу аммиака из азота и
водорода.
Создание в 1912 г. промышленной
установки
синтеза
аммиака
под
давлением знаменовало революцию в
развитии химической промышленности,
положило
начало
промышленным
химическим процессам с применением
высокого давления.

15. Истории много не бывает!

Технологическим приложением теоретических работ в области
цепных реакций в 30—50-е годы XX в. (Н. Н. Семенов и др.)
явилась детальная разработка процессов синтеза полиэтилена
высокого давления, полистирола, поливинилхлорида и др.
Производство пластических масс, синтетических смол и
искусственных волокон открыло новую эру в получении материалов
с заданными свойствами.
В 1930 г. в СССР проведена реорганизация высшего
технического образования, в результате на базе химических
и
технологических факультетов ряда высших учебных
заведений единые химико-технологические институты.
В 1959 г. в ВТИ образован химический факультет.
Первым деканам стал И.И. Юкельсон, по его учебнику
«Технология основного органического синтеза» учились
многие поколения инженеров химиков-технологов

16. Основные понятия

Химическое производство – совокупность
процессов и операций, осуществляемых в
машинах и аппаратах и предназначенных для
переработки сырья путем химических
превращений в необходимый продукт.
Химико-технологический процесс (ХТП) –
часть химического производства, состоящая из
основных стадий

17.

18. Основные понятия

Химические реакторы – аппараты, в
которых протекает химическая реакция и,
соответственно, происходят процессы массо- и
теплопереноса.
Реакторы бывают периодического и
непрерывного действия.
С основными типами реакторов можно
ознакомиться здесь https://en.pptonline.org/409383

19. Примеры реакторов

20. Примеры реакторов

21. Основные понятия

Целевой продукт – продукт, ради которого
организован ХТП.
Все остальные продукты называют побочными.
Побочные продукты могут получаться как в
целевой, так и в побочных реакциях.
Если побочный продукт не находит применения,
его называют отбросом; если он используется, то
его называют отходом или вторичным сырьем.
Если целевой продукт используется в качестве
исходного материала в другом производстве, то он
называется полупродуктом.

22. Основные понятия

Исходный
материал,
поступающий
на
переработку и обладающий стоимостью, называют
сырьем.

23. Классификация сырья для химического производства

24. Основные понятия

Вещество, принимающее непосредственное участие в целевой
химической реакции, называется реагентом.
Реагент – это главный, но не единственный компонент сырья.
Все компоненты сырья, которые не участвуют в целевой
реакции, называют обычно примесями.
В технологии часто пользуются понятиями «превращенный» и
«непревращенный» реагент.
Превращенный реагент – это то количество реагента, которое
вступило в реакции (как целевые, так и побочные).
Непревращенный реагент – это то количество реагента,
которое выходит из реактора в непревращенном, первоначальном
состоянии.
! Сумма масс превращенного и непревращенного реагента
равна массе поданного в реактор реагента.

25. Основные понятия

Вспомогательные материалы – химические
вещества, которые обеспечивают протекание ХТП
(катализаторы, растворители и др.).
Исходная смесь – смесь веществ, поступающих в
реактор,
на
стадию
химического
превращения.
Реакционная смесь – смесь веществ, находящихся в
реакторе или выгружаемых из него. Ее состав меняется в
процессе реакции. О составе реакционной смеси судят в
определенный момент времени от начала реакции.

26. Пример

Первая реакция является целевой, две другие – побочные.
Оксид азота (II) – NO – целевой продукт на стадии окисления
аммиака и полупродукт5 в производстве азотной кислоты.
Вода, азот и оксид азота(I) – побочные продукты.
Реагентами в этом процессе – аммиак и кислород; сырье – аммиак,
содержащий некоторое количество примесей, и воздух, в котором
примесями являются азот и другие газы.
Вспомогательным материалом является платина, используемая в
процессе в качестве селективного катализатора, ускоряющего только
первую реакцию.
Исходная смесь это аммиачно-воздушная смесь с содержанием
аммиака 9,5-11,5 % об.
Реакционная смесь – газы, содержащие NO, N2O, N2, пары H2O, а
также не превращенные О2 и NН3.

27.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ
ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
И ЭКОНОМИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ в книге (с. 8- 15) :
Общая химическая технология. Основные концепции
проектирования ХТС : учебник / И. М. Кузнецова, Х. Э.
Харлампиди, В. Г. Иванов, Э. В. Чиркунов ; под
редакцией Х. Э. Харлампиди. — 2-е изд., перераб. —
Санкт-Петербург : Лань, 2014. — 384 с. — ISBN 978-58114-1479-6. — Текст : электронный // Лань :
электронно-библиотечная система. — URL:
https://e.lanbook.com/book/45973

28. Анализ эффективности проведения ХТП

29. Эффективность химического производства в целом оценивают по экономическим показателям. Одним из значимых является себестоимость

Анализ эффективности проведения ХТП
Эффективность химического производства в целом
оценивают по экономическим показателям.
Одним из значимых является себестоимость –
затраты предприятия в денежном выражении, связанные с
производством и сбытомединицы химического продукта.
Разница между ценой и себестоимостью продукта,
умноженная на объем производства, составляет прибыль
производителя.

30. Основные термины и определения (дз)

Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством
растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора
или растворителя. Существуют различные способы выражения
концентрации растворов.
.

31. Основные термины и определения (дз)

Степень превращения (конверсии) – отношение количества (число
молей вещества или масса) реагента, вступившего в реакцию, к его
исходному количеству (в соответствующих единицах).

32. Основные термины и определения (дз)

Выход продукта – отношение количества (число молей вещества
или масса), полученного целевого продукта к его количеству, которое
должно быть получено по стехиометрическому уравнению.

33. Основные термины и определения (дз)

Селективность – отношение количества целевого продукта к
общему
количеству
получаемых
продуктов.
Селективность
характеризует процессы, в которых протекают сложные параллельные и
последовательные реакции.

34. Основные термины и определения (дз)

Производительность (П) – количество выработанного продукта или
переработанного сырья в единицу времени.

35. Основные термины и определения (дз)

Интенсивность – производительность, отнесенная к какой-либо
величине, характеризующей размеры аппарата (объему, сечению).

36. Основные термины и определения (дз)

Расходный коэффициент – расход сырья, воды, энергии и
реагентов (Q), отнесенный к единице количества целевого продукта (В).

37. Основные термины и определения (дз)

Процессы называются:
Изотермическими
Эндотермическими
Экзотермическими

38. Параметры ХТП

Химическая реакция протекает при
определенных условиях (параметрах
процесса):
температура,
давление,
активность катализатора,
концентрация взаимодействующих
веществ,
интенсивность перемешивания.

39. Группы параметров ХТП

• входные параметры - их значения можно
измерить, но возможность воздействия на них
отсутствует (например, состав сырья)
• управляющие параметры - на них можно оказывать
воздействие и, соответственно, управлять процессом
(например, количество исходного сырья, температура
процесса)
• возмущающие параметры - случайно изменяются
во времени и недоступны для измерения (например,
изменение активности катализатора, примеси в
сырье).
• выходные параметры - показывают результаты процесса,
определяются режимом процесса.

40. Варианты технологических схем химических процессов

1. Периодические
2. Непрерывные
3. Комбинированные
? Какой вариант
предпочтителен
более

41. Классификация по фазовому составу реакционной смеси

По
фазовому
признаку
все
системы
взаимодействующих
веществ
и
соответствующие им технологические процессы
делятся на
гомогенные - все реагирующие вещества
находятся в одной какойлибо фазе: газовой, твердой, жидкой.)
гетерогенные включают две или большее
количество фаз
? Примеры

42. Двухфазные системы: «газ – жидкость»; «газ – твердое вещество»; «жидкость – жидкость»; «жидкость – тведое вещество» «твердое–

твердое вещество»