Реферат: Технологии в химической промышленности

--PAGE_BREAK--1.2 Виды технологических производств


1)                Переработка углеводородов

К углеводородному сырью относят нефть, газ, уголь.

1.                 Нефть – маслянистая жидкость имеющая окраску от желтого до темно-коричневого цвета, легче воды. По элементарному составу нефть состоит из:

~85% C.

~15%H.

~2% O, N, S.

По компонентному составу из большого количества органических соединений (парафины, нафтены, циклоны, антрацены ит.д.)

Напрямую нефть не используется, поэтому ее перерабатывают с получением следующих продуктов: бензин, керосин, реактивное топливо, мазут, соляровое масло, дизельное топливо, смазочные масла, бензол, толуол, ксилол, гудрон, парафины, битум, нефтяной кокс и т.д.

2.                 Уголь – твердый минерал, состоящий из:

~80-90% C;

~4-5% H;

~2-9% O;

~2-4% S;

~1-3% примеси.

Порядка 35% добываемого угля используется в качестве топлива, оставшиеся 65% для получения хим. продуктов:

1.                 Кокс

2.                 Жидкие компоненты

3.                 Газообразные продукты.

Кокс – твердый остаток, состоящий из углерода и некоторых минеральных компонентов. Используется в черной металлургии для:

1)                Проведения восстановительной реакции и получения железа из его оксидов.

2)                Как источник тепла.

Газообразные продукты — из них получают сырой бензол (полуфабрикат для растворителей, лекарств и т.д.), аммиак (аммиачные удобрения, нашатырный спирт и т.д.).

Смолы: краски, лаки, битум, нафталин, смазочные вещества и т.д.

4.                 Природный газ – на 95-98% состоит из метана CH4. Используется в основном как топливо, а также для синтеза органических веществ (пластики, полимеры).

2) Получение силикатных изделий и материалов

Силикатными материалами или изделиями называется материалы или изделия, состоящие из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Все силикатные изделия делятся на 3 группы:

1.                 Керамические

2.                 Стеклянные

3.                  Вяжущие

Керамические – вырабатываются преимущественно из разных сортов глины, а также некоторых оксидов. К получаемым изделиям относят кирпич, кафель, фаянс, фарфор, огнеупорные материалы и футеровки, тротуарная и облицовочная плитка и т.д. Для всех керамических изделий является общим процесс их изготовления: из сырья различных марок составляется шихта (смесь), из шихты формируется изделие (в основном прессованием), изделие нагревается, часть компонентов расплавляется, обволакиет остальные компоненты, далее изделие охлаждается. В результате происходит спекание и получение готового изделия.

Стеклянные – получение отличается полным расплавлением шихты с последующим охлаждением и получением стеклообразной массы.

Вяжущие – порошкообразные продукты, которые при смешивании с водой образуют пластическую массу, которая через некоторое время загустевает, теряет текучесть и превращается в твердое тело (искусственный камень). Этот процесс называется схватыванием. Полученный искусственный камень не обладает достаточной механической прочностью, поэтому для получения готового изделия его выдерживают от нескольких дней до нескольких месяцев в определенных условиях, при которых происходит процесс твердения.

3) Минеральные удобрения и ядохимикаты

В сельском хозяйстве при выращивании растений вместе с урожаем из почвы удаляются поглощаемые растениями вещества. Если эти вещества не возобновлять, то происходит истощение почвы и урожайность сильно уменьшается. Для возобновления этих веществ служат удобрения. Растения практически на 99% состоят из 10 элементов: кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор, магний, кальций, калий, железо. Удобрения делятся на прямые и косвенные.

Прямые – для непосредственного питания растений.

Косвенные — для изменения структуры и состава почвы.

Прямые удобрения делятся на:

1.                 Органические

2.                 Минеральные

3.                 Микроудобрения

К основным минеральным удобрениям относят:

1.                 Азотные удобрения (основным является аммиачная селитра (нитрат аммония NH4NH3);

2.                 Фосфорные удобрения (основным удобрением является суперфосфат Ca(H2PO4)2, кроме того применяют двойной суперфосфат);

3.                 Калийные удобрения (KCl).

Ядохимикаты используются для борьбы с сельскохозяйственными вредителями. В зависимости от назначения бывают:

1.                 Инсектициды – хим. средства для уничтожения насекомых.

2.                 Фунгициды – хим. средства для борьбы с болезнями растений вызываемыми грибками, вирусами, бактериями.

3.                 Зооциды – хим. средства для борьбы с животными, в основном грызунами.

4.                 Гербициды — хим. средства для борьбы с сорняками.

4) Основной (тяжелый) органический синтез

Органический синтез первоначально возник как промышленность получения красителей. В настоящее время используется для получения лекарств, вкусовых пищевых добавок, синтетических моющих средств, спиртов и получения полимеров. Тяжелым называется, так как необходимо получение указанных продуктов в больших количествах.

В настоящее время производство полимеров выделено в отдельную отрасль.

Для проведения тяжелого органического синтеза, а так же получения удобрений и ядохимикатов требуются промежуточные и вспомогательные вещества, производство которых выделено в отдельную отрасль хим. промышленности:

1.                 Получение серы и серной кислоты

2.                 Производство азотной кислоты и аммиака

3.                 Получение хлора и соляной кислоты

5) Производство специальных материалов (взрывчатые вещества и пороха)

6) Наноматериалы и нанотехнологии

Все вышеперечисленные технологии химических производств на практике могут быть реализованы только в конкретном оборудовании. Поэтому основной задачей специалистов в области химической инженерии (механик хим. производств) является работа с таким оборудованием.

Особенности работы оборудования химических производств


1.                 Работа с повышенными (пониженными) температурами. Пониженные – от криотемператур(-273о) до ~3000оС.

2.                 Работа с повышенными (пониженными) давлениями. От 0 Па (вакуум) (1атм~101,3 кПа.) до ~1000 МПа.

3.                 Работа с веществами находящимися в газообразном, жидком, твердом и дисперсном состоянии.

4.                 Фазовые превращения рабочих веществ.

5.                 Работа с энергонасыщенными веществами (пожаро -, взрывоопасные вещества).

6.                 Работа с токсичными веществами.

7.                 Крупнотонажность химических производств.

Оборудование


В химических технологиях исходное сырье превращается в конечный продукт в результате хим. превращений, сопровождающихся не только химическими реакциями, но и изменениями физико-химических свойств сырья, изменением структуры и агрегатного состояния веществ, а также физическими, тепловыми, гидравлическими и т.п. процессы. Все это в комплексе составляет химико-технологический процесс.

В химической технологии процессы классифицируют в соответствии с законами, лежащими в их основе:

1.                 Гидромеханические процессы – процессы, протекающие в жидкостях, но сопровождающиеся движением перемешивания, разделения, перемещения, фильтрования и т.д.

2.                 Тепловые процессы – процессы, сопровождающиеся отводом (подводом) тепла. А значит это нагрев, охлаждение, испарение, конденсация и т.д.

3.                 Массообменные процессы – процессы обмена веществом между разными компонентами. Поглощение, экстракция, растворение, адсорбция (твердое вещество поглощает из жидкости), абсорбция (поглощение жидкостью из жидкости или газа), кристаллизация.

4.                 Механические процессы – процессы сопровождающиеся переработкой твердых веществ (сыпучих) (щебень, гравий). Транспортирование, смешение, разделение, дробление, прессование и т.д.

5.                 Химические процессы – процессы, сопровождающиеся химическими реакциями.

Реализация вышеперечисленных процессов возможна только в соответствующем оборудовании.

Все оборудование хим. производств можно разделить на 3 класса:

1.                 Аппараты

2.                 Машины

3.                 Транспортирующие средства.

Аппарат – техническое устройство или приспособление, предназначенное для проведения химико-технологических процессов.

Машины – устройство, выполняющее механические с целью преобразования вещества, энергии или информации.

Транспортирующие средства – оборудование (чаще всего машины), предназначенное для перемещения вещества по территории предприятия.

В зависимости от назначения оборудование хим. производств делят на:

1.                 Универсальное.

2.                 Специализированное.

3.                 Специальное.

Универсальное – оборудование, которое может использоваться без изменений в различных химических производствах (насосы, компрессоры, вентиляторы, центрифуги, сушилки, калориферы и т.д.).

Специализированное – оборудование, предназначенное для проведения одного процесса в разных модификациях (теплообменник, ректификационная колонна, холодильники, абсорберы и т.д.).

Специальное – оборудование, предназначенное для проведения только одного процесса (дробилка, пресс, сепаратор, сушилка, реактор и т.д.).

Все технологическое оборудование делят на основное и вспомогательное.

Основное – то оборудование, в котором получается промежуточный или целевой продукт.

Вспомогательное – оборудование, предназначенное для промежуточных, дополнительных операций (хранилища, резервуары, емкости, трубопроводы, трубопроводная арматура).

Для инженера работа с оборудованием заключается:

1.                 Проектирование – создание достаточного количества информации об оборудовании. Предполагает создание графической информации (чертежи, 3D-модели), и выполнение расчетов.

2.                 Изготовление, сборка, монтаж.

3.                 Эксплуатация.

4.                 Ремонт оборудования.

5.                 Материаловедение и правильный выбор материалов.

6.                 Выбор и использование электрооборудования.

7.                 Обеспечение безопасности оборудования, как при проектировании, так и при эксплуатации.

8.                 Обеспечение надежности оборудования.

Вся вышеперечисленная работа с оборудованием в современных условиях предполагает правильное применение компьютерной техники.



    продолжение
--PAGE_BREAK--