Химическое сырье Сырье переменный компонент производства вещества

Химическое сырье Сырье (переменный компонент производства) — вещества и материалы, подвергшиеся ранее воздействию труда и предназначенные для дальнейшей переработки. Сырьевые ресурсы—источники сырья для переработки в промышленном производстве. Источники сырья: природные материалы (земные недра, гидросфера, атмосфера, растительность, животные) полупродукты (NH 3) вторичное сырье (отходы производства и потребления). Источником природных материалов является 1

Сырьевые ресурсы химической промышленности 2

Полупродукты — вещества и материалы, являющиеся продуктом в одном производстве и исходным в другом 3

Вторичное сырье — исходные в производстве вещества и материалы, являющиеся отходами других производств и потребления. Их источниками являются отходы производства и отходы потребления. Отходы производства – остатки сырья и вспомогательных материалов, которые утратили свои первоначальные качества, а также продукты, не являющиеся целью производственного процесса. Отходы потребления — бывшие в употреблении вещества и изделия, восстановление которых экономически нецелесообразно. Основные пути использования отходов производства и потребления в промышленном производстве: 1) Регенерация не прореагировавшего сырья и материалов с последующим возвратом в производство; 2) Извлечение ценных компонентов как продуктов производства; 3) Выделение компонентов и придание им с помощью специальных операций товарной ценности; 4) Использование отходов в качестве вторичного сырья в других производствах или других отраслях промышленности. Назначения вторичного сырья как исходного компонента: а) вторичное сырье частично или даже полностью заменяет первичное в каком-либо производстве; б) на основе вторичного сырья создается новый химико-технологический процесс. 4

5

Категории запасов полезных ископаемых А - детально разведанные, подготовленные для эксплуатации запасы. В - установленные геологоразведочными работами запасы сырья, качество которых проверено лишь лабораторными исследованиями. С - запасы, определяемые на основе геологического изучения по естественным обнаружениям и поданным геофизической разведки с частичным опробованием качества сырья. Сведения о них – предварительные, служат для обоснования перспективных планов развития промышленности и ассигнований на последующие геологоразведочные работы. ∑ запасов по категориям А+В+С - промышленные запасы. На их основе производится расчет обеспеченности планируемого производства данной химической продукции запасами сырья (в основном принимают во внимание категории А и В). 6

Содержание химических элементов в Земной коре Кларки химических элементов числа, выражающие среднее содержание элементов в литосфере, земном ядре, Земле в целом, атмосфере, гидросфере, живых организмах, породах Луны и т. д. (массовые -%, г/т, атомные -% от числа атомов). Номер п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Элеме нт О Si Al Fe Ca Na К Mg H Ti Кларк, масс. % 49, 5000 25, 8000 7, 5700 4, 7000 3, 3800 2, 6300 2, 4100 1, 9500 0, 8800 7 0, 4100

Доля сырья в себестоимости химической продукции -70%, значит: -разработка объективной оценки скорости исчерпания запасов химического сырья; -рациональное использование химического сырья. 8

ИИР – индекс исчерпания резервов % расходования данного вида сырья в год tисчерп. = 100/ИИР tисчерп- время исчерпания сырья, год 9

Основные направления рационального использования химического сырья: -применение более дешевого сырья; -использование вторичных материальных ресурсов; -использование менее концентрированного сырья; -комплексная переработка сырья - замена пищевого сырья на непищевое; - применение альтернативных материалов, изготавливаемых из сырья с более низким ИИР; рециркуляция сырья, т. е. вторичная переработка выработавших срок эксплуатации, вышедших из строя и морально устаревших изделий. 10

Подготовка химического сырья к переработке Минерал – химическое соединение, существующее в виде индивидуального вещества в природе Композит из минералов – горная порода Руда – горная порода, пригодная для извлечения целевого продукта • Измельчение (I =Д н/Дк) • Классификация • Обезвоживание • Обогащение (ηк =mk/mc, Х и = mkk/mkc, Х 0= μ /μкс. 11

12

Комплексное использование сырья переработка апатитонефелиновой породы 13

Замена пищевого сырья непищевым и растительного минеральным Этиловый спирт → зерно, картофель, сахарная свекла ↓ Гидролиз древесины, гидратация этилена Мыло→животные жиры ↓ Синтетические жиры из парафина 14

Экономика химического производства Технико-экономические показатели (ТЭП) химического производства: возраст предприятия (физический и моральный износ) техническое состояние оборудования степень автоматизации производства квалификация кадров уровень организации труда прогрессивность используемой технологии 15

Расходный коэффициент (РК) - количество сырья или энергии каждого вида, затраченное на производство единицы массы или объема готовой продукции (т/т, нм 3/нм 3, , по энергии в к. Вт*ч/т, к. Вт*ч/ нм 3). Выход готового продукта - отношение массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его производство. Для одностадийного процесса (А→В): выход равен = m. B/m. A. Для многостадийного процесса (А→В→Д) суммарный выход равен: ηЕ = η А* ηВ *ηС Степень превращения сырья - отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение за время к исходной массе: Ха = ma 0 – ma /ma 0 ma -количество сырья, не вступившего в реакцию превращения за определенное время. Селективность - отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном производстве или к массе превращенного сырья за время τ. Характеризует преобладание одного из направлений процесса. Так, если процесс протекает по схеме: А→В ↓ L где В- целевой продукт, то : σВ = m. B/ m. B+m. D или σВ = m. B/ m. AO+m. A 16

Производительность - количество произведенного целевого продукта или переработанного для его получения сырья в единицу времени (кг/ч, нм 3/сутки, т/год) П = m/ τ mколичество продукта, произведенного за определенное время. Интенсивность аппарата -его производительность, отнесенная к единице величины, характеризующей размеры рабочей части аппарата, его реакционный объем или площади сечения. критерий эффективности работы аппарата. Выражается в кг/м 3 или кг/м 3 И = П/V или И = П/S Качество продукта - совокупность технических, эксплуатационных, экономических и др. свойств, обуславливающих его пригодность для удовлетворения производственных потребностей в соответствии с его назначением. 17

Материальный и энергетический балансы химического производства Материальный баланс химико-технологического процесса Материальный поток - графическое отображение движения и изменения веществ, участвующих в химическом процессе. Материально-потоковый граф 18

19

Материальный баланс– вещественное выражение закона сохранения массы: масса веществ, поступивших на технологическую операцию(приход) равна массе веществ, получившихся в этой операции(расход) Mприх. =Мрасх. Материальный баланс составляется на единицу массы целевого продукта или на отдельный аппарат. 20

Пример расчета Составьте материальный баланс выпаривания раствора аммонийной селитры NH 4 NO 3 по следующим данным: На выпарку поступает 12 т 70%-ного раствора селитры, в результате выпаривания получается селитра, содержащая 89% NH 4 NO 3. 21

Решение: Масса чистого вещества нитрата аммония в исходном растворе, поступающем на выпарку, равна: m(NH 4 NO 3) = mр-ра 1·ω1(NH 4 NO 3) = 12· 0, 7 = 8, 4 т. Масса воды в этом растворе составляет: m 1(Н 2 О) = 12 – 8, 4 = 3, 6 т. Масса NH 4 NO 3 в растворе неизменна, т. к. в результате выпаривания из раствора удаляется вода. Масса NH 4 NO 3 в конечном продукте составляет 89%. Можно вычислить массу всего конечного продукта: mр-ра 2(после выпаривания) = m (NH 4 NO 3) / ω2(NH 4 NO 3) = 8, 4 / 0, 89 = 9, 438 т. Масса Н 2 О в конечном продукте: m 2(Н 2 О) = 9, 438 – 8, 4 = 1, 038 т. По разности масс растворов можно определить, сколько было выпарено воды. m(Н 2 О пар) = mр-ра 1 – mр-ра 2 = 12, 0 – 9, 438 = 2, 562 т. В «Приход» записываем массу NH 4 NO 3 и массу воды. В «Расход» записываем массу NH 4 NO 3, массу воды, оставшейся в растворе, и массу образовавшегося водяного пара. 22

Приход: m(NH 4 NO 3) = 8400 кг m 1(Н 2 О) = 3600 кг Всего: 12000 кг Расход: m(NH 4 NO 3) = 8400 кг m 2(Н 2 О) = 1038 кг m(Н 2 О пар) = 2562 кг Всего: 12000 кг Ответ: Масса исходных веществ равна 12000 кг. Масса выпаренной воды и конечного продукта также равна 12000 кг. 23

Энергетический баланс химикотехнологического процесса В основе лежит закон сохранения энергии Qприх =Qрасх ΔН- теплоты фазовых переходов Q 1 - теплосодержание веществ, участвующих в процессе Q 2 - теплота, подводимая в аппарат извне Q 3 - тепловые потери. Δ Н+ Q 1+Q 2 +Q 3 = Δ H+ Q'1+ Q'2+ Q'3 24

Тепловой эффект химической реакции Δ Н= Σ Δ Н прод. реакции - ΣΔН исх. веществ Теплосодержание веществ Q 2= m×c ×t m-масса вещества; с - его теплоемкость; t – температура Теплота физических переходов Q 1 = m × g g- удельная теплота соответствующих фазовых переходов; m –масса вещества 25

Подвод и отвод тепла в систему: по потере тепла теплоносителя Q 3 = m × c ×(tп-tk) m- масса теплоносителя; с- теплоемкость теплоносителя; tk tп –конечная и начальная температура теплоносителя по формуле теплопередачи через стенку Q 3 = K × F (tт - tпр ) × τ K – коэффициент теплопередачи; F-поверхность теплообмена; t – температура теплоносителя обогреваемого аппарата; t –температура подогреваемого продукта; τ -время 26

Пример расчета 27

Решение 28