классификация химических производств

Классификация химических производств и химико-технологических процессов

Для оценки химического производства и каждого этапа переработки сырья (химико-технологического процесса) выделяют четыре группы критериев эффективности

. технологические:

- выход целевого продукта;

- степень превращения сырья в целевой продукт;

- интенсивность ХТП, химического производства;

эксплуатационные:

* безопасность функционирования химико-технологических процессов, составляющих химическое производство, и всего производства;

* надежность функционирования химических производств и химико-технологических процессов, уровень и система их автоматизации;

технико-экономические:

• мощность производства и его составных частей;

• производительность труда;

• себестоимость продукта, прибыль производства;

• удельные капитальные затраты;

• расходные коэффициенты сырья, материалов и энергии;

социальные:

- экологическая безопасность производства и составляющих его ХТП;

- степень автоматизации производства.

Классификация химических производств

В технической и учебной литературе существует несколько видов классификации химических производств:

• по продуктовому признаку - производства аммиака, карбамида, метана и т.д.;

• по сырьевому признаку - переработка нефти, фосфоритов и др.;

• по виду потребляемой энергии - электрохимические производства и др.;

• по способу ускорения химических превращений - каталитические, высокотемпературные процессы и т.п.

Системообразующим началом химической технологии является закон потребления. Поэтому классификация по продуктовому признаку наиболее соответствует существу химической технологии.

Классификация химических технологических процессов

Классификация ХТП

Классификация химико-технологических процессов необходима для системного описания существующих процессов химической технологии, выработки единых подходов к управлению процессами. Чем полнее можно учесть свойства физико-химической системы, положенной в основу ХТП, тем точнее будет система классификации, ее способность к прогнозированию будет более высокой. Таким образом, цель классификации – выделить такие характеристики процесса, комбинация которых определяет те или иные свойства процесса в целом, его закономерности и особенности. Поскольку химико-технологический процесс – это система взаимосвязанных явлений, то классификацию проводят по разным признакам (уровням), и она имеет разветвленную структуру.

1-ый уровень. Маршрут физико-химического превращения, положенного в основу ХТП – простой или сложный процесс. Под простым понимают такой, в результате которого независимо от числа стадий получают только целевой продукт или целевой продукт и ему сопутствующий, если по реакции образуются два вещества. Под сложным ХТП понимают такой, в результате которого получаются не только целевой и сопутствующий, но и побочные продукты, на которые затрачивается часть сырья. Процессы, по которым получаются побочные продукты, могут развиваться как последовательно, так и параллельно целевому.

2-ой уровень. Термодинамическая характеристика физико-химической системы с учетом возможного изменения параметров режима – односторонний или двусторонний процесс. Для уточнения здесь вводят два подуровня:

подуровень 2.1. Определение возможности влияния на полноту смещения химического превращения в сторону целевого продукта – двусторонний смещаемый или двусторонний несмещаемый процесс.

подуровень 2.2. Определение разности энтальпий системы до и после химического превращения – экзотермический или эндотермический процесс. В технологических разработках изменение энтальпии реакционной системы имеет большое значение, поскольку приемы для осуществления экзотермических и эндотермических ХТП существенно отличаются.

3-ий уровень. Определение фаз в физико-химической системе с учетом применения катализатора – гомогенный или гетерогенный процесс.

4-ый уровень. Кинетическая характеристика системы, нахождение лимитирующей стадии ХТП – процесс с химическим или диффузионным торможением. Здесь также для уточнения вводят два подуровня:

подуровень 4.1. Определение необходимости применения катализатора в случае химического торможения – каталитический или некаталитический процесс.

подуровень 4.2. Определение дислокации диффузионного торможения – процесс с внешнедиффузионным или внутридиффузионным торможением.

Применение такой системы классификации оказывает существенную помощь в поиске оптимального варианта технологического режима и оптимизации технологической схемы.

Определение типов химико-технологических процессов

Процессы, лежащие в основе ХТП, можно разделить на следующие:

1) механические и гидромеханические – перемешивание материалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смешение и разделение потоков; все они протекают без изменения химического и фазового состава обрабатываемого материала; для проведения этих процессов предназначены транспортеры, питатели, дробилки, диспергаторы, формователи, компрессоры, насосы, смесители, фильтры;

2) теплообменные – нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния; химический состав веществ при этом не меняется; они протекают в теплообменниках, кипятильниках, конденсаторах, плавилках, сублиматорах;

 

3) массообменные – растворение, кристаллизация, сушка, дистилляция, ректификация, абсорбция, адсорбция, экстракция, десорбция; представляют собой перенос вещества внутри фазы или между фазами, вызванный градиентом его концентраций и протекающий без изменения химического состава; для данных процессов служат кристаллизаторы, сушилки, дистилляторы, ректификаторы, абсорберы, адсорберы, экстракторы, десорберы;

4) химические – процессы, связанные с изменением химического состава веществ; данные процессы проводятся в химических реакторах.

Кроме указанных основных процессов, в химико-технологическом процессе осуществляются также:

− энергетические процессы, которые заключаются во взаимном преобразовании различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах;

− информационно-управляющие процессы, отвечающие за получение и передачу информации о состоянии потоков и веществ, выработку и передачу сигналов на пульт управления процессами; к информационно-управляющим устройствам относятся: датчики состояния потоков и оборудования (температуры, давления, состава, скорости вращения двигателей и т. д.), сигнальные и информационные системы, системы автоматического регулирования, включающие управляющие вычислительные машины и др.

Химико-технологические процессы производства серной кислоты

Примеры инженерного оформления химико-технологических процессов.

Производство серной кислоты

Серная кислота принадлежит к числу сильных кислот и является самой дешевой из них (она более чем в 2 раза дешевле азотной и соляной). Серная кислота удобна для использования, она не дымит, не имеет запаха, при комнатной температуре находится в жидком состоянии и в концентрированном виде не разрушает черные металлы. Этими достоинствами объясняется ее широкое распространение. Мировое производство серной кислоты составляет 150 млн. т. в год; это больше, чем вырабатывается азотной, соляной, уксусной и других кислот вместе взятых.

По количеству серной кислоты, вырабатываемой на душу населения, судят о степени химизации страны.

Серная кислота применяется в производстве самых разнообразных веществ: минеральных солей и кислот, всевозможных органических соединений, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ, и т.д. Трудно назвать какое-либо производство, в котором не принимала бы участия серная кислота прямо или косвенно. Особенно большое количество серной кислоты потребляется в производстве минеральных удобрений (около 40%).

1.1. Методы получения серной кислоты абаиывает огромные массы сырья, расходует большие колическтва воды, топлива и энергииенноме

Исходным веществом для получения серной кислоты служит сернистый ангидрид SO₂, который получают обжигом различного серосодержащего сырья. переработка сернистого ангидрида в серную кислоту заключается в его окислении и присоединении воды:

SO₂ + ½ O₂ ↔ SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Скорость взаимодействия сернистого ангидрида с кислородом в обычных условиях очень мала. Поэтому в промышленности эту реакцию проводят либо в присутствии катализатора – контактный метод производства серной кислоты, - или же в качестве окислителя применяют нитрозу (N₂О₃) – нитрозный метод производства серной кислоты:

SO₂ + N₂O₃ + H₂O → H₂SO₄ + 2 NO

Основным сырьем для получения сернистого ангидрида и, следовательно, серной кислоты является флотационный колчедан, содержащий пирит FeS₂, элементарная сера и отходящие газы цветной металлургии, содержащие SO₂. Из флотационного колчедана получают 32% серной кислоты, из серы – 48%, из отходящих газов – 20%.

На практике для окисления сернистого ангидрида используют контактный метод, по нему в нашей стране получают 85% всей серной кислоты.

⇐ Предыдущая12

Поделиться: