Дисциплина ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Лекции – 34 часа

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

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.

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.

Лекция 1:

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.

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.

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.

Структура дисциплины

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.

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.

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.

Химическая технология

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

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.

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.

Крупнейшие химические компании мира

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

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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

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.  =

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