Кафедра технологии неорганических веществ и общей химической технологии Дисциплина ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ доцент МИНАКОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ФЁДОРОВИЧ (ауд. 117 корп. 3) Лекции – 34 часа (17 лк) Лабораторные работы – 34 часа Практические занятия – 18 часов Форма аттестации – зачет + ЭКЗАМЕН
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 химикотехнологических 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: Введение Предмет, цель, задачи и содержание дисциплины. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КАК НАУКА Основные термины и определения. История развития химической промышленности. Химическая промышленность Республики Беларусь
Целью учебной дисциплины «Общая химическая технология» является : üПриобретение 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) üОвладение умениями применения указанных закономерностей к анализу отдельных стадий химико-технологического процесса и создания оптимальных химико-технологических систем üВыполнения химико-технологических расчетов и навыками практического использования полученных знаний в своей профессиональной деятельности.
Основными задачами учебной дисциплины являются: изучение состава и структуры современного химического производства; изучение основных закономерностей химических превращений в условиях промышленного производства; обучение современным методам анализа, разработки и оптимизации химико-технологических процессов; развитие инженерного химико-технологического мышления и эрудиции при анализе и синтезе химико-технологических процессов и систем.
По итогам изучения дисциплины студент должен знать: ü основные закономерности химического производства; ü основные закономерности протекания химических реакций и процессов; ü особенности химического взаимодействия в гомогенных и гетерогенных процессах; ü методы выполнения химико-технологических расчетов; üосновные термодинамические и кинетические закономерности химических превращений в условиях промышленного производства и способы интенсификации процессов; ü современные методы анализа, разработки и оптимизации химико-технологических процессов; ü принципы построения и анализа химико-технологических систем; ü виды химических реакторов, их модели, характеристики и принципы сравнения эффективности их работы.
ü уметь: ü использовать основные законы химии, процессов и аппаратов химических производств для термодинамического и кинетического анализа химических процессов; üпроводить выбор оптимального технологического режима и аппаратуры; ü составлять технологические схемы и подбирать для них технологическое оборудование; üрассчитывать материальные и тепловые балансы, а также основные химико-технологические показатели процессов; ü анализировать, синтезировать и оптимизировать химикотехнологические системы, процессы и подбирать для них типовое оборудование; ü определять лимитирующие стадии химических превращений; ü вычислять термодинамические и кинетические характеристики химических превращений; ü выбирать типы реакторов для химических процессов, производить расчеты химических реакторов и моделировать процессы, протекающие в них.
№ Наименование темы Структура дисциплины п/п 1 2 3 4 5 6 7 Введение Химическая технология как наука Химико-технологические системы Основные закономерности химической технологии Гетерогенные процессы Гетерогенно- каталитические процессы Химические реакторы Инженерное оформление химико-технологических процессов
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КАК НАУКА. 1. Основные термины и определения. 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. üХимическая 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. üИнженерная 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 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 целесообразн ых 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: Ø получение продукта, отвечающего требованиям СТБ, ТУ; Ø Ø максимальное использование сырья и энергии; максимальная экономическая эффективность; экологическая безопасность; безопасность и надежность эксплуатации оборудования. Основные направления в развитии химической технологии: Ø создание высокоэффективных производств, Ø энерго- и материалосберегающие технологии, Ø защита окружающей среды от промышленных загрязнений, Ø новые эффективные процессы получения химической продукции.
Химическая технология 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 – производство продуктов и материалов ядерно-химического комплекса; 4) металлургия – производства черных и цветных металлов; 5) технология силикатов – производство вяжущих материалов, керамических изделий, стекла. Органическая химическая технология 1) переработка нефти и газа – первичное разделение, очистка и облагораживание газообразных, жидких и твердых природных ископаемых углеводородов; 2) нефтехимический синтез – производство органических продуктов и полупродуктов из подвергнутых первичной переработке нефтепродуктов и оксидов углерода и водорода; 3) основной органический синтез – производство органических продуктов на основе углеводородного сырья; 4) биотехнология – производство кормовых дрожжей, аминокислот и других продуктов на основе биологических и биохимических процессов; 5) тонкий органический синтез – производство органических препаратов, реактивов, лекарственных веществ и др. ; 6) высокомолекулярная технология – получение высокомолекулярных соединений (синтетический каучук, пластмассы, химические волокна, пленкообразующие вещества); 7) технология переработки растительного и животного сырья.
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 1740 г. Англия 1775 г Франция – организовано производство соды по способу Леблана 1841 г. Германия – производство суперфосфата 1847 г. 1864 г. – пущен первый сернокислотный завод по камерному способу – контактный способ производства серной кислоты Германия – производство калийных удобрений 1884 г. – получение алюминия электролизом расплава 1890 г. – крекинг нефти 1913 г. Германия – прямой синтез аммиака из N 2 и H 2 1917 г. Россия – производство азотной кислоты из аммиака 1932 г. СССР – синтез каучука
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 Объём продаж в 2005, млрд. долл. Место 53, 2 1 Dow Chemical, Мидланд, США 46, 3 2 Shell Chemicals, 35, 0 3 34, 1 4 33, 0 5 Компания, штаб-квартира BASF AG, Людвигсхафен, Германия Нидерланды/Великобритания Bayer AG, Леверкузен, Германия INEOS, Линдхёрст, Великобритания
Химическая промышленность Республики Беларусь 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.
Химико-технологический процесс (ХТП) – последовательность химических и физико-химических процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт. 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: q 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. q Теплообменные процессы – нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния. Химический и фазовый состав в них не меняется. q Массообменные процессы – межфазный обмен, в результате которого меняется компонентный состав контактирующих фаз без коренного изменения химического состава, т. е. химических превращений. q Химические процессы – процессы, связанные с изменением химического состава веществ; данные процессы проводятся в химических реакторах.
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. химико-технологическая система представляет собой модель химического производства или химико-технологического процесса, отображающую его структуру и позволяющую прогнозировать те или иные свойства и показатели Структура и функциональные элементы химического производства: 1 – подготовка сырья; 2 – химическая переработка сырья; 3 – выделение целевого продукта; 4 – обезвреживание и Продукт переработка побочных дополнительный продуктов; 5 – энергетическая подсистема; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – подсистема управления
Состав химического производства, обеспечивающий его функционирование как производственной единицы: ü химико-технологический процесс; ü хранилища сырья, продуктов и других материалов; ü система организации транспортировки сырья, продуктов, вспомогательных материалов, промежуточных веществ, отходов; ü дополнительные здания, сооружения; ü обслуживающий персонал производственных подразделений; ü система управления, обеспечения и безопасности.
Конечные продукты ХТП целевые продукты это продукты целевого или многоцелевого назначения, получаемые при переработке сырья при заданных оптимальных условиях и соответствующие требованиям технических условий. побочные продукты образуются параллельно с целевым продуктом в результате переработки сырья отходы 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 химикотехнологическом процессе при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний. Основными эксплуатационными показателями являются надежность, безопасность функционирования, чувствительность, управляемость и регулируемость. Технологические показатели: v расходные коэффициенты; v степень превращения исходных реагентов; v селективность; v выход продукта; v производительность (мощность); v интенсивность процесса; v удельные капитальные затраты; v качество продукта. Экономические показатели определяют экономическую Социальные показатели эффективность производства. К определяют комфортность ним относятся себестоимость продукции, производительность работы на данном производстве и его влияние на окружающую труда среду.
Технологические показатели Производительность (мощность) – количество получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья (G) в единицу времени (t). 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: П = G/t αR = или αR =
Технологические показатели Расходные коэффициенты – величины, характеризующие расход сырья, воды, топлива, электроэнергии, пара, вспомогательных материалов на производство единицы продукции. Рк = где Рк –расходный коэффициент, т/т, кг/т, м 3/т; m 1 – масса сырья, кг, т; m 2 – масса целевого продукта, кг, т.
Технологические показатели 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. Селективность – это отношение массы (химического количества) целевого продукта, полученного практически, к общей массе (химическому количеству) образовавшихся продуктов: =
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/(м 3 ч), т/(м 2 сут); V – объем аппарата, м 3; F – поверхность аппарата, м 2 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
Скачать презентацию Кафедра технологии неорганических веществ и общей химической технологии
2010 ОХТ ЛК 1 Мин .ppt