Учебно-методический комплекс дисциплины «Безотходная технология» (стр. 13 )

К основным задачам химической технологи относятся:

1) выбор способа и технологической схемы производства, обеспечивающих получение нужного количества продукта заданного качества из определенного вида сырья с минимальными затратами;

2) разработка физико-химических основ данногоспособапроизводства, т. е. изучениеосновныхреакций и процессов, влияниетемпературы, давления, состава исходныхвеществ, катализаторов и других факторов на скорость и полнотупротеканияпроцесса;

3) определение оптимальних русловий ведения процесса (технологического режима) на всех стадиях, обеспечивающих максимальную производительность технологической линии при минимальных затратах сырья, энергии и труда;

4) подбор и расчет оборудования, необходимого для осуществления выбранного способа производства с учетом производительности, русловий работы, срока службы и стоимости;

5) нахождение оптимальних русловий ведения процесса, обеспечивающих высокую скорость, полное использование сырья, низкую себестоимость продукта;

6) выбор способов защиты окружающей среды от загрязнения. Принятый способ производства и его оборудование должны обеспечивать безопасные условия работы обслуживающего персонала и минимальное количество газових выбросов, сточных вод и отходов производства.

Основные понятия и термины:

Операция – механическоевоздействие на материал, не приводящее к изменению его состава, например, дробление, транспортировка и взвешивание. Операции, как правило, выполняются машинами.

Процесс – последовательные и закономерные изменения в системе, приводящие к возникновению в ней нових свойств. К процессам относятся такие явления (изменения), как растворение твердых веществ или газов в жидкостях, кристаллизация твердых веществ из расплавов или растворов, химическое взаимодействие и т. п.

Процессы делятся на периодические и непрерывные.

Периодическими называются процессы, в которых основне стадии: загрузка, разогрев, химическое взаимодействие, охлаждение и выгрузка выполняются последовательно в одном аппарате. Интенсивность работы периодически действующих аппаратов сильно изменяется во времени: вовремя загрузки и розгрузки она равна нулю, а в период реакции она достигает максимума.

Непрерывными называются процессы, в которых основне стадии осуществляются одновременно и непрерывно. Интенсивность работы аппарата, в этом случае сохраняется практически постоянной. Непрерывно-действующие аппараты болем производительные, их легче механизировать и автоматизировать.

Параметр – это какая-либо величина, характеризующая состояние вещества или условия работы аппарата. Наиболее важными параметрами являются температура, давление и концентрация.

Технологический режим – совокупность параметров, определяющих условия работы данного апарата или системы аппаратов.

Работа аппаратов и установок характеризуется такими показателями, как выход продукта, производительность, мощность и интенсивность.

Выход продукта (Х) – это отношение количества фактически полученногопродукта (Gфакт), к тому количеству, которое может образоваться в предположении, что реакция необратима (Gтеор):

X=Gфакт/Gтеор *100%

Практический выход менше теоретического из-за неполноты реакции и различных потерь.

Производительность аппарата, установки или цеха (Р) – это количество продукции, получаемое в единицу времени (ф):

P=Gфакт/ф [кг/сек; м3/ч.; т/ч; т/сут]

Мощность – это производительность, достигаемая в оптимальних условиях. Обычно производительность ниже мощности из-за различных нарушений режима или непланових остановок.

Интенсивность аппарата (I) – это отношение производительности (Р) к какой-либо величине, характеризующей аппарат (по поверхности или объему):

I=P/F [кг/ч*м2]; или I=P/V [кг/ч*м3]

где F – рабочая поверхность аппарата, м2 ; V – полный объем аппарата, м3.

Материальный поток – количество твердых, жидких или газообразных веществ, поступающих (или выходящих) в данный аппарат в единицу времени (кг/сек; т/сутки; м3/ч)

Расходный коэффициент – расход данного вида сырья, вспомогательных веществ или энергии на единицу продукции (ц т/т, м3/т, кВт*ч/т). Расходные коэффициенты зависят от качества сырья, способа производства, состояния оборудования и соблюдения норм технологического режима, они всегда выше теоретических.

Технологическая схема – описание или графическое изображение последовательности операций, необходимых для получения данного продукта из определенного вида сырья с их материальными потоками и энергетическими связями.

Вопросы для самоконтроля:

Дайте понятие химической технологии. Виды химической технологии. Отрасли химической технологии. Роль и значение профессии инженера-технолога. Расскажите о современных проблемах  в  области  химической  технологии  неорганических  веществ  и  путях  их  решения.

Литература:

1. , Химическая технология неорганических веществ: учебное пособие. - Томск:  Изд-во  Томского  поли-

технического университета, 2011. – 194 с.

2. Интернет ресурсы.

Лекция.

Тема «Сырье химической промышленности»

План:

1. Понятие и роль сырья в технологическом процессе.

2. Классификации сырья.

3. Запасы полезных ископаемых.

4. Комплексное использование сырья.

5. Вода в химической промышленности.

СЫРЬЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. Сырье — один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, технику производства и качество продукта. Для химической промышленности характерны высокие материалоемкость и расход сырья; затраты на сырье составляют 60—70% себестоимости продукции.

Во многих случаях продукция одних предприятий служит сырьем другим для получения новых веществ. Так основное количество кислот – серной, фосфорной и азотной перерабатывается на соли, которые необходимы в различных областях народного хозяйства.

Ни одна отрасль промышленности не выпускает такой широкий ассортимент продуктов, как химическая и ни одна отрасль не сравнится с ней по разнообразию и количеству потребляемого сырья. Вследствие роста промышленного производства и увеличения ассортимента химической продукции возникает необходимость в новых видах сырья. Развитие техники добычи, подготовки, обогащения сырья позволяет использовать новые виды сырья, полезные ископаемые, содержащие малые количества полезных компонентов. Таким образом, сырьевая база химической промышленности непрерывно расширяется. Исходным материалом многих производств является сырье, уже подвергшееся промышленной переработке, которое называют полупродуктом (полуфабрикатом или основным материалом). Некоторые химические производства используют в качестве сырья отходы и побочные продукты других производств.

2. Сырье химической промышленности классифицируют по различным признакам. По происхождению его делят на минеральное, растительное и животное. Преобладает минеральное сырье, т. е. полезные ископаемые, добываемые из земной коры. Основная химическая промышленность перерабатывает главным образом минеральное сырье.

По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое (нефть, рассолы) и газообразное сырье (воздух, природный газ). По составу оно подразделяется на органическое и неорганическое.

Минеральное сырье в свою очередь делится на рудное, нерудное и горючее (органическое). Рудным минеральным сырьем называют горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы (Fe, Cu, Zn, Al и др.), которые могут быть экономически выгодно извлечены в технически чистом виде. Так, например, железо содержится в магнитном железняке в виде Fe304, в красном железняке Fe203, буром железняке Fe(OH)3 и др. Медные руды обычно содержат сернистые соединения меди Cu2S, CuS, FeCuS2 и т. п. Кроме минералов, включающих основной металл, руды всегда имеют примеси. Те примеси, которые не используются в производстве для получения продуктов, называются пустой породой. Руды, содержащие несколько металлов в количествах, достаточных для их извлечения, называются полиметаллическими. Например, к ним относятся руды, содержащие сульфиды нескольких цветных металлов: медно-цинковые, свинцово-цинково-серебряные и др. Нерудными ископаемыми называют все виды минерального сырья, применяемого в производстве химических, строительных и др. неметаллических материалов. К горючему минеральному сырью относятся горючие ископаемые: уголь, торф, нефть, природный газ и т. д., которые служат энергетическим топливом или сырьем в химической промышленности.

3. Запасы полезных ископаемых распределяются по двум группам:

1) балансовые – удовлетворяющие промышленным требованиям и их экономически эффективной разработки в данный период;

2) забалансовые – с низким процентным содержанием полезного компонента или минерала, маломощные залежи, запасы находящиеся в условиях особой сложности эксплуатации или малоизученные с точки зрения возможности промышленной переработки. Данная группа запасов имеет перспективный характер, и при изменении условий забалансовые запасы могут перейти в балансовую группу.

4. Комплексное использование сырья.

Комплексная переработка минерально-сырьевых ресурсов предполагает извлечение нескольких ценных элементов из полезного ископаемого. Комплексное извлечение сырья достигается комбинированием предприятий – объединением производств, относящихся к различным отраслям промышленности. В настоящее время нередки объединения цветной или черной металлургии и основной химической промышленности, предприятий органического и неорганического синтеза, основной химии с промышленностью строительных материалов.

Сульфидные руды таких металлов, как Cu, Zn, Pd, содержат 1-5, реже 10-12% металла, остальное – железный колчедан. При обогащении руд железный колчедан отделяется в отходы производства, и его можно использовать как сырье для получения серной кислоты. В свою очередь отходом сернокислого производства является огарок, образующийся при обжиге колчедана, содержащий в среднем около 60% Fe, 3,4% Zn, 0,6% Cu, 0,3% Pb и небольшое количество благородных металлов.