 |
Научные принципы организации химического производства
|
|
|
|
Лекция. Обеспечение устойчивого развития общества
В настоящее время перед человеческим сообществом стоит задача перехода к обществу устойчивого развития, в котором обеспечивались бы приемлемые для человека и природных экосистем условия существования. Эта задача исключительно сложна и предусматривает осуществление комплекса разноплановых и взаимосвязанных мероприятий, а именно:
· разумное ограничение потребностей человека;
· создание новых технических объектов и технологий, ориентированных на малоотходность и ресурсосбережение;
· обеспечение экологической безопасности производства за счет минимизации его воздействия на человека и природную среду;
· рациональное взаиморазмещение производств и жилых зон.
Любое промышленное производство ставит своей задачей максимальное повышение производительности труда, то есть получение наибольшего количества продукта высокого качества с наименьшей себестоимостью. В химическом производстве это достигается путём осуществления целого ряда общих научных принципов как в части технологии, так и в части организации производства. Поэтому:
Запомнить! Важнейшей задачей организации химического производства является подбор оптимальных условий, при которых скорости химических реакций являются максимальными и при этом обеспечивается максимально возможный выход продукта реакции, то есть реакция должна быть смещена в сторону выхода продукта.
Научные принципы организации химического производства
Рассмотрим, от каких условий зависит скорость протекания химической реакции и какие факторы влияют на смещение химического равновесия и выход продукта во время технологического процесса.
|
|
|
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
1. С целью ускорения процесса любого химического производства требуется максимальное увеличение поверхности реагирующих веществ. Поэтому технологический процесс обычно начинается со специальной предварительной подготовки сырья: механического измельчения (дробления), обогащения и очистки. Приведем следующий пример: кусок антрацита (каменного угля) массой 1 кг может гореть в печи в течении 3-х часов; при измельчении его до порошкообразного состояния время сгорания составляет несколько секунд. Примерами типичных измельчающих устройств, используемых в быту, являются кофемолка, миксер или мясорубка.
Выбор наилучшей доступной технологии (НДТ), то есть наиболее технически совершенных методов подготовки сырья и его предварительной очистки, относятся к общим научным основам организации современных химических производств.
2. Многие химические реакции являются экзотермическими, то есть протекают с выделение тепла. С другой стороны, для инициирования многих реакций требуется нагрев до определенных температур. Для этого в производстве используют различные теплообменники, которые позволяют утилизировать тепло химических реакций. Роль теплоносителя чаще всего выполняет вода. Примером использования теплообмена является самовар, в котором теплота горения используется для нагрева воды.
Использование тепла химических реакций в технологическом цикле называется теплообменом и относится к технологическим принципам организации химического производства.
3. С целью обеспечения наиболее тесного контакта реагирующих веществ в химических производствах, помимо измельчения этих веществ, требуется также их перемещение относительно друг друга. Для этого используют принцип массообмена и его разновидности - противоток, поток реагирующих веществ в одном направлении и перемешивание, чем достигается наибольшая равномерность течения процесса и полнота использования реагирующих веществ. Перемешивание является типичным примером массообмена, ускоряющим процесс естественной диффузии.
|
|
|
4. Большинство химических производственных процессов - обратимы. С целью ускорения химической реакции и увеличения выхода продукта, в производственных условиях подбирают оптимальные концентрации реагирующих веществ, температуру и давление (для газообразных веществ). Очень часто для изменения направления реакции используют катализаторы (напомним, что использование катализатора не влияет на смещение химического равновесия, так как увеличивает скорости как прямого, так и обратного процессов).
5. Важным технологическим фактором химических процессов является непрерывность производственного процесса, обеспечивающая более высокую производительность труда. Поэтому применение ручных операций, для проведения которых требуется остановка процесса, является нежелательным явлением. С целью обеспечения непрерывности процесса используют автоматические системы управления (АСУ) и механизацию технологического процесса.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
1. С целью наиболее полного использования исходного сырья и ресурсов в химическом производстве применяется также принцип циркуляции вещества. За время прохождения через реакционную установку, то есть за один технологический цикл, исходные вещества не всегда успевают полностью израсходоваться, поэтому непрореагировавшие вещества снова возвращают в аппарат. Так, например, при синтетическом получении аммиака в контактном аппарате реагирует только 30–37 % смеси азота и водорода; поэтому оставшиеся газы отделяют от образовавшегося жидкого аммиака и с помощью специальных насосов опять направляются в контактный аппарат.
Кроме того, наиболее важный и дорогой ресурс - вода, также должен использоваться в производственном процессе многократно. С одной стороны, вода используется в технологических процессах для охлаждения продуктов реакции и нагревания исходных веществ, то есть выполняет функции теплоносителя, обеспечивая выполнение принципа теплообмена. Такие операции повторяются многократно. С другой стороны, вода используется непосредственно в химических реакциях, как растворитель или реагент. Если концентрация загрязняющих веществ в сточных водах не очень высокая, то после очистки реакционная вода также может быть возвращена в технологический цикл.
|
|
|
Циркуляционный принцип использования химических веществ и воды – также один из основных принципов организации современного химического производства.
2. Для обеспечения экологической безопасности на химическом производстве используется целый комплекс мероприятий, обеспечивающих защиту окружающей среды. К таким мероприятиям, в первую очередь, относится использование современного очистного оборудования, организация замкнутых сырьевых и ресурсных циклов производства, использование безопасного сырья и др.
Все перечисленные факторы и общие принципы организации современных химических производств основываются на закономерностях химических процессов и обеспечивают экологическую безопасность производства, энерго- и ресурсосбережение.
Таким образом, к химико-технологическим и экологическим факторам, обеспечивающим выполнение научной организации современных химических производств относятся:
· увеличение поверхности реагирующих веществ,
· теплообмен (утилизация тепла),
· массообмен (противоток),
· циркуляция реагирующих веществ,
· изменение скорости и направления химических реакций (использование катализатора, оптимальных температур, давления и концентрации),
· исключение ручных операций и автоматизация производства;
· очистка выбросов и сбросов и утилизация отходов производства
Шпаргалка на экзамен
| Общие принципы | Факторы процесса |
| Создание оптимальных условий проведения химических реакций | Противоток веществ, прямоток веществ, увеличение поверхности соприкосновения реагирующих веществ, использование катализатора, повышение давления, повышение концентрации реагирующих веществ |
| Полное и комплексное использование сырья и ресурсов | Циркуляция сырьевых и ресурсных потоков, создание смежных производств (по переработке отходов) |
| Использование теплоты химических реакций | Теплообмен, утилизация теплоты реакции |
| Принцип непрерывности | Механизация и автоматизация производства, исключение из процесса ручных операций |
| Обеспечение экологической безопасности | Автоматизация вредных производств, герметизация аппаратов, утилизация отходов, нейтрализация выбросов в атмосферу и сбросов в водные объекты и канализацию |
С
|
|
|
