Основы химической технологии и лесопереработки

- малостадийность производственного  процесса;

- агрегатное состояние  системы, требующее минимальных  затрат энергии для создания  оптимальных условий протекания процесса;

- минимальное рассеивание  подводимой энергии;

- минимальные потери  энергии с продуктами;

- возможно более низкие  параметры процесса (температура,  давление) и расход энергии на  изменение агрегатного состояния  реагентов и осуществление химико-технологического процесса;

- максимальное содержание  целевого продукта в реакционной  смеси.

До поступления на химическое производство минеральное  сырье, как правило, подвергается предварительной  обработке, после которой его  состав и свойства удовлетворяли бы требованиям данного технологического процесса. Такая обработка состоит из совокупности механических, химических и физико-химических операций: измельчение, укрупнение, обезвоживание, обогащение или флотация.

 

ОБОГАЩЕНИЕ СЫРЬЯ. В  химической промышленности стремятся применять концентрированное сырье, что дает возможность получать более дешевые продукты и более высокого качества.

ОБОГАЩЕНИЕ заключается  в отделении полезных компонентов  от примесей. Например, минерал фосфорит, который является сырьем для производства фосфорных удобрений, кроме полезного компонента – фосфата кальция – содержит кремнезем, глину и др. ненужные примеси. Обогащение заключается в отделении фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂ от примесей.

Обогащение руды может  производиться различными способами.

ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ДРОБЛЕНИЕ, является одним из наиболее распространенных способов, основанным  на различной  твердости минералов. При дроблении  более хрупкие компоненты измельчаются в большей степени, чем твердые. Затем мелкие частицы отсеиваются. Например, при обогащении фосфоритных руд фосфорит в виде крупных кусков, остается на грохоте (сите), а пустая порода (примеси) проходят через отверстия в нем.

ГРАВИТАЦИОННОЕ ОБОГАЩЕНИЕ основано на разной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газа или жидкости, или в поле центробежной силы.

К физико-химическим методам  обогащения относится наиболее распространенный метод флотации. ФЛОТАЦИЕЙ (от floatation – всплывание) называется метод обогащения твердого сырья, основанный на различии в смачиваемости его компонентов.

Сущность флотации заключается  в следующем: руду измельчают до пылевидного  состояния и смешивают с водой, в которую добавляют специальные  вещества – пенообразователи и др. Через полученную смесь – пульпу пропускают воздух, в результате чего образуется много воздушных пузырьков, к которым прилипают несмачивающиеся и плохо смачивающиеся (гидрофобные) частицы минерала и поднимаются вместе с пузырьками воздуха на поверхность, образуя пену. Смачивающиеся (гидрофильные) частицы минерала оседают на дно и удаляются из машины в виде шлама. Полезные минералы чаще всего находятся в пене. Пену собирают в отстойники, где она разрушается. На дне отстойников остаются частицы минерала. Отфильтрованный и высушенный осадок представляет собой концентрат.

 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ  ПОКАЗАТЕЛИ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного  материального производства, имеет  значение не только технический, но и  тесно связанный с ним экономический  аспект, от которого зависит нормальное функционирование и развитие производства. Этот аспект рассматривает экономика химической промышленности, то есть наука, изучающая уровень использования всех видов ресурсов химического производства и разрабатывающая на основе его анализа наиболее эффективные пути и методы его организации и развития.

Важнейшим критерием, характеризующим  совершенство химического производства, является его экономическая эффективность. Она зависит от мощностей технологических  установок, используемых в производстве, на которых вырабатывается продукция, и от научного и технического уровня, на котором осуществляется технологический процесс.

Технико-экономический  уровень химического производства определяется совокупностью ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ  ПОКАЗАТЕЛЕЙ (ТЭП). К ним относятся расходные коэффициенты по сырью и энергии, выход готового продукта и степень превращения сырья, селективность процесса, производительность, интенсивность работы аппарата, качество продукции, производительность труда, себестоимость продукции.

ТЭП производства зависят  от ряда факторов, характеризующих  состояние производства. К ним  относятся: возраст предприятия (величина физического и морального износа), техническое состояние оборудования, степень автоматизации производства, квалификация кадров, уровень организации труда, прогрессивность используемых технологий.

ТЭП отражают возможности  предприятия выпускать продукцию  заданной номенклатуры и качества, удовлетворяющей требованиям заказчика (ГОСТ, ОСТ, ТУ), и в заданном количестве.Они являются критериями, позволяющими установить экономическую целесообразность организации данного производства и его рентабельность, а также сравнивать по эффективности различные производства одного профиля.

ТЭП используются для  текущей оценки состояния производства, его планирования и обновления технической базы предприятия.

РАСХОДНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ (РК) называется количество сырья или  энергии каждого вида, затрачиваемое  на производство единицы массы или  объема готовой продукции. По сырью  РК выражается в т/т, нм³/т, нм³/нм³; по энергии, соответственно, в кВт·ч/т.

ВЫХОД ГОТОВОГО ПРОДУКТА определяется как отношение массы  полученного продукта к массе  сырья, затраченного на его производство.

Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая  конкретным уравнением, то для необратимых реакций выход определяется как отношение массы, полученной на практике m_в(пр) к массе, теоретически возможной по стехиометрическому уравнению m_в(теор):

СТЕПЕНЬЮ ПРЕВРАЩЕНИЯ (КОНВЕРСИИ) сырья называется отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение за время t, к его исходной массе (m_a0):

где: m_at - количество сырья, не вступившего в реакцию превращения за время t.

Выход продукта и степень  превращения сырья выражаются  в долях единицы или процентах.

СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ называется отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном процессе, или к массе  превращенного сырья за время t. Селективность характеризует преобладание одного из направлений процесса, если превращение сырья приводит к образованию нескольких конечных продуктов.

Выход продукта, степень превращения  сырья и селективность характеризуют  глубину протекания химико-технологического процесса, его полноту и направленность в сторону образования целевого продукта.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ называется количество произведенного целевого продукта или переработанного для его  получения сырья в единицу  времени:

где: m - количество продукта, произведенного за время t.

Производительность может  быть отнесена к отдельному аппарату, технологической линии, цеху, предприятию в целом. Максимально возможная в данных условиях производства производительность  называется мощностью. Производительность и мощность выражаются в кг/ч, т/ч, т/год и т. д. в зависимости от масштабов производства.

ИНТЕНСИВНОСТЬЮ аппарата (машины, реактора) называется его производительность, отнесенная к единице величины, характеризующей  размеры рабочей части аппарата – его реакционного объема V или площади сечения S:

  или  

 

Интенсивность – это  критерий эффективности работы аппарата. Она позволяет сравнивать по эффективности  аппараты различной мощности. Выражается интенсивность, соответственно в кг/м³ и кг/м².

КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ называется совокупность технических, эксплуатационных, экономических и других свойств, обусловливающих ее пригодность для удовлетворения личных или производственных потребностей в соответствии с ее назначением. Качество продукции измеряется системой показателей, охватывающих различные области использования продукции: надежности, назначения, долговечности, эргономичности и др. Эти показатели задаются Государственными стандартами (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ) на продукцию. Применительно к химической продукции их задачами является помимо установления требований к качеству продукции, определение методов ее производства, обеспечение единства методов и средств контроля качества.

Важнейшим экономическим  показателем рентабельности производства является себестоимость производимой продукции.

СЕБЕСТОИМОСТЬЮ ПРОДУКЦИИ  называется сумма всех затрат предприятия  в денежном выражении, связанных  с изготовлением и реализацией  единицы массы (объема) производимой им продукции. Затраты предприятия, непосредственно связанные с производством продукции, представляют фабрично-заводскую себестоимость и включают затраты на средства производства, оплату труда и услуг других предприятий, на управление и обслуживание производства. Структура себестоимости продукции химической и нефтехимической отраслей промышленности представлена в табл. 1.

Соотношение затрат по различным  статьям себестоимости продукции  различных химических производств  меняется в широких пределах. Так, например, в производстве экстракционной фосфорной кислоты затраты на сырье достигают 80%, а затраты на зарплату составляют всего 1%. Однако во всех случаях для химической промышленности характерны высокие затраты на сырье.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ТРУДА  называется количество продукции, вырабатываемой предприятием в единицу времени на одного рабочего. Она зависит, главным образом, от технологического оснащения производства и мощности установок, поэтому повышение производительности труда связано с внедрением достижений научно-технического прогресса, совершенствованием организации производства, повышением профессионального уровня работников.

 

Контрольные вопросы

1. Что изучает химическая технология?
2. Какие общие признаки присущи химико-технологическим системам?
3. Охарактеризуйте место химической промышленности среди других отраслей промышленности. Какую продукцию выпускает химическая промышленность? Приведите примеры.
4. Дайте определение понятиям: сырье, полупродукт, побочный продукт. Приведите примеры из известных производств.
5. Что должно обеспечивать сырье для химического производства?
6. Что является целью обогащения сырья и от чего зависит выбор метода обогащения?

 

ВОДА В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Использование воды в  химическом производстве

 

Химическая промышленность – один из крупнейших потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1 млн. м³ в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:

- наличием комплекса  ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения и др.);

- доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение  и очистку);

- нетоксичностью;

- удобством использования в  производстве и транспортировки.

В химической промышленности вода используется в следующих направлениях:

1. Для технологических  целей в качестве:

• растворителя твердых, жидких и газообразных веществ;
• среды для осуществления физических и механических процессов (флотация, транспортировка твердых материалов в виде пульпы и др.);
• промывной жидкости для газов;
• экстрагента и абсорбента различных веществ.

2. Как теплоноситель  (в виде горячей воды и пара) и хладоагента для обогрева  и охлаждения аппаратуры.

3. В качестве сырья  и реагента для производства  различной химической продукции (например, водорода, ацетилена, серной и азотной кислот и др.)

Воды морей и океанов  являются источниками сырья для  добычи многих химических веществ. В  промышленных масштабах из них извлекаются  хлориды натрия и магния, бром, йод  и другие продукты. В настоящее время их рассматривают и как потенциальные источники получения многих других элементов.

Масштабы потребления  воды химической промышленностью зависят  от типа производства и колеблются в широких пределах. Так, расходные  коэффициенты по воде (в м³ на тонну продукции) составляют: для азотной кислоты 200, вискозного волокна 1200, аммиака 1500, синтетического каучука 1600, капронового волокна 2500. Например, завод капронового волокна расходует такое же количество воды как город с населением 120000 человек, а специализированный завод пластических масс по потреблению воды эквивалентен городу с населением 400000 человек.

Водооборотные циклы  технологических установок, цехов  и химических предприятий в целом  являются важнейшим фактором рационального использования водных ресурсов. В этих циклах осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями (в качестве компонента сырья) и естественными потерями.

В химических производствах  используют три схемы водооборота  в зависимости от тех изменений, которые претерпевает вода в процессе производства:

• вода только нагревается и должна быть перед возвратом охлаждена в градирнях или бассейнах;
• вода только загрязняется и должна быть перед возвратом очищена  в специальных очистных сооружениях;
• вода нагревается и загрязняется. Этот тип водооборота представляет комбинацию водооборотов первого и второго типов.