Хімічне виробництво і хімічна технологія

Зміст

Вступ

1. Хімічна технологія як наука

2. Розвиток хімічних виробництв і хімічної технології

2.1 Сучасний стан хімічного промислового комплексу України

3. Склад та структура хімічного виробництва

4. Показники ефективності хімічного виробництва

5. Економічні показники ефективності

6. Експлуатаційні і соціальні показники ефективності – надійність, ступінь автоматизації, екологічність

Висновок

Література

Вступ

Тема реферату «Хімічне виробництво і хімічна технологія» з дисципліни «Загальна хімічна технологія».

Дисципліна "Загальна хімічна технологія" відноситься до циклу загально професійних дисциплін. Вивчення даної дисципліни базується на курсах: загальної неорганічної, органічної і фізичної хімії, фізики, математики, обчислювальної математики, процесів й апаратів хімічної технології і повинно передувати вивченню фахових дисциплін.

Вивчення дисципліни передбачає розгляд загальних проблем аналізу і синтезу хімічних виробництв. У задачу курсу входить загальне знайомство з хімічним виробництвом, його структурою і компонентами; вивчення основ хімічних процесів і реакторів; освоєння загальних методів аналізу і синтезу хімічного виробництва як ХТС; ознайомлення з окремими хімічними виробництвами на прикладі яких предметно демонструються теоретичні положення курсу.

Мета роботи – ознайомитися з відповідними темами, а саме:

- Хімічна технологія – як наука;

- Розвиток хімічних виробництв і хімічної технології;

- Поняття про хімічне виробництво. Загальна структура хімічного виробництва;

- Технологічні показники ефективності – ступінь перетворення сировини, вихід продукту, селективність;

- Економічні показники ефективності - потужність, собівартість, інтенсивність;

- Експлуатаційні і соціальні показники ефективності –надійність, ступінь автоматизації, екологічність.

1. Хімічна технологія як наука

Слово "технологія" - грецького походження: techne – мистецтво (ремесло, уміння), logos – навчання, тобто дослівний переклад слова "технологія" - навчання про мистецтво одержання, про уміння робити щось. "Хімічна технологія" має на увазі обов'язковим при цьому здійснення хімічних перетворень, тобто визначає її як навчання (науку) про хімічне виробництво.

Хімічна технологія – прикладна наука про способи і процеси переробки сировини в продукти (предмети споживання чи засоби виробництва), які здійснюють за участю хімічних і фізико-хімічних перетворень технічно, економічно і соціально доцільним шляхом.

У технічній літературі термін "хімічна технологія" нерідко використовується також в іншому значенні – як синонімпонять “спосіб перетворень", "метод одержання". Так, "технологія нафти і газу" означає “ способи переробки нафти і газу", "технологія киплячого шару" означає "методи одержання продуктів з використанням киплячого шару" і т.д.

Хімічне перетворення є основним процесом не тільки в хімічному і нафтохімічному виробництві. Хімічне перетворення лежить в основі одержання будівельних і в'яжучих матеріалів, металів, виробництв медичної промисловості і мікробіології, процесів горіння в енергетиці і на транспорті і т.д. Це показує, що загальні закономірності хімічної технології мають міжгалузеве значення.

2. Розвиток хімічних виробництв і хімічної технології

Хімічна промисловість у всьому світі розвивається стійкими темпами. Асортимент продукції, що випускається галузями хімічної промисловості, постійно розширюється та оновлюється. Особлива увага приділяється підвищенню якості виробів, створенню нових матеріалів з визначеними властивостями, розвиненню наукоємних виробництв з метою випуску товарів для електроніки, медицини, високоякісних пластиків і продуктів біотехнології. До проблем хімічної промисловості відноситься зростання цін на сировину та енергію, необхідність витрат на очисне обладнання, зростання витрат на широкомасштабні науково-дослідні і конструкторські роботи, які необхідні для забезпечення високого техніко-економічного рівня нових виробництв.

Тенденціями розвитку хімічної технології завжди були:

I. Збільшення потужності виробництва приводить до збільшення продуктивності праці без збільшення числа працюючих, тому зменшується собівартість;

II. Інтенсифікація роботи апарата – підвищення продуктивності праці без збільшення розмірів досягається:

1. Поліпшенням конструкції апарата;

2. Удосконаленням технологічних процесів в апаратах даного виду.

III. Механізація;

IV. Комплексна автоматизація;

V. Заміна періодичних виробництв безперервними (там, де це доцільно);

VI. Зниження енерговитрат, максимальне використання тепла реакцій;

VII. Зменшення числа стадій виробництва і перехід до замкнутих циклічних систем;

VIII. Створення безвідхідних виробництв;

IX. Застосування атомної енергії дозволяє одержати неможливу раніше температуру;

X. Використання плазмохімічних процесів дозволяє простіше одержувати різні хімічні сполуки;

XI. Застосування лазерів дозволяє синтезувати тверді тіла з заданою кристалічною структурою;

XII. Використання фотохімічних реакцій;

XIII. Використання радіаційно-хімічних реакцій для поліпшення структури одержуваних матеріалів;

XIV. Використання біохімічних технологій.

Водночас з традиційними напрямками розвитку хімічної технології в останній час виникли та розвиваються нові напрями. Так, наприклад, ще 20-25 років тому очисні споруди при будівництві заводів розглядалися як необхідні, але витратні заходи.

2.1 Сучасний стан хімічного промислового комплексу України

Багатогалузевий хімічний комплекс України складається з хімічної, нафтохімічної і хіміко-фармацевтичної промисловості. Роль хімічного комплексу в економіці країни зумовлена дією таких факторів, як зростаюча потреба в нових матеріалах і речовинах, які не зустрічаються в природі або за властивостями перевершують природні аналоги, висока ефективність хімічних процесів і технологій, розширення сировинної бази тощо.

За економічним призначенням продукція хімічного комплексу розділяється на такі підгрупи: хімічні продукти, які є сировиною і матеріалами для інших галузей промисловості, що виробляють засоби виробництва і предмети споживання; хімічні продукти для сільського господарства; хімічні продукти для особистого споживання. Частка продукції хімічного комплексу в промисловому виробництві України у 2009 р. становила за випуском продукції – 7,2%, за чисельністю працюючих – 5,2%, за вартістю основних засобів – 8,9%. У галузевій структурі комплексу переважає продукція хімічної промисловості – 65,7%, частка продукції нафтохімічної промисловості складає 22,0%, хіміко-фармацевтичної – 12,3%. Хімічний комплекс нараховує 3419 підприємств, з них 29 великих, 702 середніх та 2688 малих підприємств, на яких працюють 213,9 тис. осіб, у тому числі на великих підприємствах – 101,3, середніх – 90,5, малих – 22,1 тис. осіб.

Формування багатогалузевого хімічного комплексу і розміщення його окремих виробництв на території України відбувалося протягом 70 років в системі єдиного господарського комплексу Радянського Союзу під дією основних принципів і закономірностей, притаманних плановій системі господарювання, в якій були свої переваги і недоліки. Найбільша територіальна концентрація хімічних виробництв спостерігається у промислових районах Донбасу та Придніпров’я, де широкого розвитку набули промислові (хімічні) вузли: Лисичансько-Рубіжанський, Дніпропетровсько-Дніпродзержинський, Горлівсько-Донецький.

3. Склад та структура хімічного виробництва

Об'єктом вивчення в хімічній технології є хімічне виробництво.

Хімічне виробництво – сукупність операцій, які здійснюютьу відповідних апаратах і машинах, для одержання продукту із сировини доцільним способом. Склад хімічного виробництва відображений на рис. 1.

Рис. 1 - Склад хімічного виробництва

Першою групою операцій у хімічному виробництві є підготовка сировини до здійснення хімічних перетворень. Як правило, це фізичні впливи – роздрібнення, розчинення, нагрівання, концентрування, очищення від домішок і т.д.

Після підготовки сировини проводиться власно хімічне перетворення, у результаті чого утвориться суміш, хімічний склад якої відрізняється від первинної сировини. Наявність хімічного перетворення сировини є ознакою, що виробництво – хімічне.

Третя група операцій – виділення і очищення корисного продукту від домішок. Необхідність цих операція пов'язана зтим, що в хімічному перетворенні можуть утворюватися побічні продукти, від яких треба очистити продукт або відбувається неповне перетворення сировини.

Три групи операцій – підготовка сировини, хімічне перетворення, виділення продукту – основні складові частини хімічного виробництва.Вони забезпечують виконання основної задачі хімічного виробництва – одержання продукту.

Хімічне виробництво - складна система. У ній протікають хімічні реакції, перенос тепла, речовини на молекулярному рівні і у масштабі апаратів, обмін тепловими, масовими, енергетичними, механічними потоками між різноманітними апаратами і пристроями. Процеси, що протікають, мають різний масштаб, різне місце проведення, різну інтенсивність. Структура процесів хімічного виробництва ієрархічна, послідовно зростаюча за масштабами. Нижній рівень цієї ієрархії складають окремі процеси – явища впливу на речовини. Процеси можуть бути механічні, фізичні, хімічні. При механічному має місце зміна фізичних властивостей, агрегатного стану. У хімічному процесі відбувається зміна хімічного складу.

Наступним структурним рівнем процесів хімічного виробництва є хіміко-технологічний апарат – пристрій для здійснення процесу – абсорбер, ректифікаційна колона, теплообмінник, насос, фільтр, хімічний реактор і та ін. У кожнім з апаратів може здійснюватися кілька процесів.

Сукупність апаратів, в яких здійснюють визначену операцію, назвемо агрегатом – третій рівень. Наприклад, хімічний реактор разом з теплообмінником і змішувачем, які забезпечують режим роботи реактору можна класифікувати як агрегат (іноді його називають також реакційним вузлом).

Хіміко-технологічний процес (ХТП) – четвертий рівень – протікає в сукупності агрегатів і апаратів з одержанням певного продукту – кінцевого (цільового) продукту, проміжного продукту, напівпродукту та ін.

Сукупність хіміко-технологічних процесів створює хімічне виробництво(ХВ). що служить для одержання кінцевого продукту – п'ятий рівень.

Розвиток промисловості висунуло нові вимоги до усіх виробництв – основними цілями їхнього функціонування є не тільки одержання продукту, але виконання таких функцій, як комплексне використання сировини, захист навколишнього середовища, економія паливно-енергетичних ресурсів.

4. Показники ефективності хімічного виробництва

Визначаючи мету хімічної технології як науки: створення економічного способу виробництва необхідних людству продуктів (з використанням хімічних перетворень), – необхідно визначити показники виробництва, які характеризують його досконалість і ефективність. Можна виділити наступні групи показників – технологічні, економічні, експлуатаційні і соціальні.

Технологічніпоказники характеризують технологічну досконалість розглянутого виробництва.

Серед них найголовнішими є наступні:

Витратний коефіцієнт -є важливимпоказником технічної досконалості виробництва і визначаєвитрати сировини й енергіїна одиницю виробничої продукції:

,

хімічний виробництво технологія ефективність

деg_і – витрати і-го виду сировини, при виробництві продукту продуктивністю G.

Витратні коефіцієнти мають розмірність т/т, м³/т, м³/м³.

Розрізняють теоретичні витратні коефіцієнти, які розраховують тільки за рівняннями реакцій та практичні витратні коефіцієнти, які враховують склад та ступінь перетворення сировини, вихід продукту, селективність процесу, надлишок окремих видів сировини. Витратні коефіцієнти за різними видами сировини різні.

Ступінь перетворення – показує наскільки повно в хіміко-технологічному процесі використовується сировина, таким чином – це частка сировини, яка прийняла участь в хімічному перетворенні.

Для хімічної реакції:

можна розрахувати ступені перетворення для сировини А та сировини В.

,

де n_0A– кількість молей речовини А в вихідній реакційній суміші;

n_A- кількість молей речовини А після закінчення процесу перетворення (залишок реагенту). Ступінь перетворення речовини А лежить в межах . Відповідно ступінь перетворення речовини В розраховується за рівнянням:

Якщо реагенти А та В взято в стехіометричному співвідношенні , якщо реагент В взято з надлишком , якщо реагент В взято з нестачею, навпаки .

Не завжди можна достигнути повного перетворення реагентів, більшість хімічних реакцій є зворотною. Максимальний ступінь перетворення в таких реакціях – рівноважний ступінь перетворення.

,

де кількість молей речовини А в рівноважній суміші.

Наступний технологічний показник ефективності – вихід продукту – відношення реально одержаної кількості продукту до його максимально можливої кількості:

,

де n_D – реально одержана кількість речовини D;

n_Dmax – максимально можлива кількість речовини D.

Для різних типів реакцій величина n_Dmax розраховується по-різному.

Так для простих незворотних реакцій максимальна кількість продукту розраховується за стехіометрією хімічної реакції, виходячи з кількості реагенту, який взято з нестачею. От же, для простої незворотної реакції вихід продукту чисельно дорівнює ступені перетворення сировини, взятої для процесу з нестачею.

Для зворотної хімічної реакції максимальна кількість продукту обумовлена рівновагою процесу, і , от же:

У випадку протікання паралельних:

,

або послідовних реакцій:

можливо утворення побічних продуктів процесу. В цьому випадку максимальна кількість продукту та, яку було б одержано якби вся сировина витрачалася на утворення цільового продукту.

Селективність процесу дозволяє оцінити ефективність основної реакції в порівнянні з побічними реакціями, таким чином селективність – відношення кількості основного компоненту сировини, перетвореного на цільовий продукт до загальної кількості компоненту А, що прийняв участь у всіх хімічних перетвореннях даного хіміко-технологічного процесу. Наприклад в хіміко-технологічному процесі протікає цільова реакція утворення продукту Dта побічна реакція утворення продукту С.

Тоді селективність такого процесу можна обчислити так:

,

де - кількість речовини А, що взяла участь в одержанні цільового продукту;

- загальна кількість речовини А, що взяла участь у всіх хімічних перетвореннях. Селективність можна розрахувати через ступені перетворення речовини А.

.

5. Економічні показники ефективності

Економічні показники визначають економічну привабливість виробництва, як правило, це потужність виробництва, собівартість продукції та ефективність використання устаткування (інтенсивність).

Продуктивність П – випуск продукції за одиницю часу. Розрізняють річну, добову, годинну продуктивність. Максимальну продуктивність називають потужністю виробництва. Звичайно, це проектна характеристика.

,

де G – випуск продукції (тонна, кг, м³);

τ – час (рік, доба, година).

Хімічне виробництво працює 300-330 дiб у році,тобто за винятком часу на планово-попереджувальні ремонти і можливі аварійні зупинки.

Сучасні промислові виробництва досягають продуктивності:

- виробництво аміаку - 450 тис. т/рік (1360 т/доб );

- виробництво сірчаної кислоти - 500 тис.т/рік (1500 т/доб );

- виробництво метанолу - 250 тис.т/рік (750 т/доб ).

Собівартість – витрати виробника на одержання одиниці продукції.

Інтенсивність – продуктивність, віднесена до величини, яка характеризує розмір апарату – об’єм, площу перетину.

,

де П – продуктивність процесу в апараті;

V – об’єм або площа перетину, в залежності від типу апарату.

Інтенсивність вимірюється в таких одиницях кг/(год.м³), т/(доб.м²) та ін.

У випадку аналізу каталітичних реакторів інтенсивність розраховують як відношення продуктивності до об’єму або маси каталізатору, який завантажено до реактору. Таку величину називають продуктивністю каталізатору, або його напруженістю.

Ще одним показником є якість продукту– набір властивостей і характеристик, що визначають споживчу цінність продукту. Сюди належать показники чистоти продукту, наявність домішок, а також хімічні, фізико-хімічні, фізичні, механічні та ін. властивості. Вони визначаються державними і галузевими стандартами (ГОСТ, ДСТУ) і технічними умовами на продукцію.

6. Експлуатаційні і соціальні показники ефективності – надійність, ступінь автоматизації, екологічність

Експлуатаційні показники характеризують досконалість створеного виробництва як промислового об'єкта. До них належать: керованість або урегульованість, чутливість до відхилень умов роботи, надійність апаратів і виробництва в цілому, пожежо- і вибухобезпека.

Соціальні показники визначають умови роботи обслуговуючого персоналу і нешкідливість виробництва для навколишнього середовища; нешкідливість обслуговування, ступінь автоматизації і механізації, екологічну безпеку.

Висновок

В процесі виконання роботи ми ознайомилися з хімічним виробництвом і хімічною технологією, а саме:

- хімічною технологією – як наукою;

- розвитком хімічних виробництв і хімічної технології;

- сучасним станом хімічного промислового комплексу України;

- складом та структурою хімічного виробництва;

- показниками ефективності хімічного виробництва;

- економічними показниками ефективності;

- експлуатаційними і соціальними показниками ефективності – надійністю, ступню автоматизації, екологічністю.

Література

1. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991. - С. 6, 8, 20-22.

2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990. - С. 5-12.

3. Голубовська-Онісімова Г.М. та ін. Дослідження політики та законодавства у сфері управління хімічними речовинамив Україні. - Київ – 2006.