Технологія - наука, що вивчає способи і процеси переробки сировини в предмети споживання і засоби виробництва. Спосіб переробки - це сукупність всіх операцій, які проходить сировину до отримання з нього продукту.
Хімічна технологія вивчає процеси, що супроводжуються зміною енергії, хімічного складу і внутрішньої структури речовини. Приклад: синтез аміаку з азоту і водню. Хімічна технологія вивчає сукупність фізичних і хімічних процесів, шляхи їх здійснення в промисловому виробництві, їх економічну доцільність. Всі процеси хім. тех. можна звести до п'яти основних процесів: гідродинамічні, теплові, масообмінних, механічні, хімічні. особливості:
1.Массовий характер виробництва, многостадийность і нерозривність технологічних процесів. 2. Шкідливий вплив хімічного комплексу на окр. середу. 3. Швидкі темпи розвитку. Головні тенденції технічного прогресу хімічної промисловості на найближчі роки: 1) Продовження переходу на агрегати більшої одиничної потужності там, де не досягнуть оптимум. 2) Реконструкція та модернізація хімічних виробництв із впровадженням енергозберігаючих, ресурсозберігаючих і більш екологічно чистих технологій. 3) Підвищення селективності процесів. 4) Концентрація, спеціалізація і комбінування виробництва. 5) Економія сировини і його комплексне використання. 6) Підвищення якості хімічної продукції. 7) Впровадження технологічних операцій, що інтенсифікують процес або заощаджують енергію.
Система - складний об'єкт, що складається з взаємозв'язаних і взаємодіючих між собою і з зовнішнім середовищем елементів або підсистем.
Елемент - самостійна і умовно неподільна одиниця. У ХТ це найчастіше апарат, в якому протікає будь-якої типовий процес.
Підсистема - група елементів (агрегат), що володіє певною цілісністю і цілеспрямованістю. Це самостійно функціонуюча частина системи.
Хіміко-технологічна система - це сукупність фізико-хімічних процесів, що відбуваються в системі і засобів для їх реалізації.
ХТС включає в себе: хімічний процес, що протікає в системі; апарати, в яких цей процес протікає; засоби контролю і управління процесом; зв'язку між елементами системи. Будь-яке хімічне виробництво являє послідовність 4 основних стадій: підготовка сировини, власне хім перетворення, виділення цільового продукту, його очищення. Ці операції реалізуються у вигляді єдиної складної ХТС.
ХТС, відповідні хімічні виробництвам, мають характерними ознаками:
1 існування спільної мети функціонування - випуск продукції
2 великі розміри системи - велике число елементів, що входять в систему, число зв'язків між ними
3 велике число параметрів, що характеризують роботу системи
4 складність поведінки системи - зміна режиму в одному апараті може впливати на роботу всього виробництва
5 високий ступінь автоматизації процесів управління виробництвом
6 необхідність створення потоків осведомітельной і керуючої інформації між елементами ХТМ і керуючими пристроями.
Ієрархія хімічного виробництва см. Рис.
Між підсистемами існує супідрядність, яке характеризується ієрархічною структурою, що складається з трьох-чотирьох ступенів.
I. Типовий хіміко-технологічний процес - це окрема одиниця 1ої щаблі ієрархічної структури хімічного виробництва, тобто нижчий щабель цієї структури. До типових процесів хім. технології відносяться: гідродинамічні, теплові, дифузійні, хімічні, біохімічні, механічні, а так само локальні системи управління ними, в основному САР.
II. На другому ступені викон. систем автоматизованого управління для вирішення завдань оптимальної координації роботи апаратів і оптимального розподілу потоків між ними (АСУТП).
III. Третій ступінь ієрархії включає хімічні виробництва, що складаються з декількох цехів, де отримують цільові продукти, а так само АСУ технологічного та організаційного функціонування виробництва.
IV. Хімії. підприємство в цілому і АСУП. Між рівнями сущ. відносини співпідпорядкованості.
Проблема вибору сировинної бази Важкого Органічного Синтезу в цілому на довготривалу перспективу надзвичайно актуальна. Потенційні джерела орг сировини: нафта, прир і попутний нафтовий газ, вугілля і горючі сланці, біомаса рослинного походження. Основоположними критеріями вибору сировини є ресурси сировини даного виду, що забезпечують надійні поставки для ТОС, потреби промисловості в даному виді сировини і його вартість. + Світові тенденції в еволюції сировинної бази та існуючих технологій, кількості і асортименту продукції ТОС, а також екологічні проблеми.
Вибір сировини повинен базуватися на системному підході, що забезпечує взаємопов'язане рішення цілого комплексу задач.
Енергоспоживання в хімічній технології. Енергозберігаючі технології в хімічному виробництві. Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР). Коефіцієнт використання енергії. Тепловий ККД процесу. Енерготехнологічні схеми.
Хімічна промисловість - великий споживач різних видів енергії. Структура споживання енергії в хімічних промисловості в РФ характеризується слід даними, в%:
-теплова (пара і гаряча вода), 52,9
-паливо прямого використання, 13,7.
У структурі собівартості деяких видів хімічної продукції енерговитрати мають сущечственний питома вага, у%:
-у виробництві аміаку, 53
-у виробництві метанолу, 31
-у виробництві етилену з бензину, 44.
Основні принципи енергозберігаючої технології в хімічних виробництвах можна згрупувати в три позиції: 1. Удосконалення технологій: а) вибір оптимального сировини стає істотним елементом енергозберігаючої технології; б) використання енергозберігаючих каталізаторів. 2. Поліпшення використання енергії. Сюди відноситься як підвищення ККД технологічних печей, пароперегрівачів, парогенераторів, так і використання на хімічних і нафтохімічних підприємствах інших теплоносіїв. 3.Організація енергозберігаючої політики.
ВЕР - це енергетичний потенціал продукції, відходів, побічних і проміжних продуктів, що утворюються в технологічній установці, який може бути частково або повністю використаний для енергопостачання інших споживачів. ВЕР поділяють на три види: горючі, теплові і механічні. Критерієм економічного використання служить коефіцієнт використання енергії nе - це відношення кількості енергії, яке теоретично потрібно затратити на отримання масової одиниці продукту Wt. до кількості практично витраченої енергії Wпр. . Ступінь використання тепла в хіміко-технологічному процесі виражається тепловим ККД процесу nT - це відношення кількості тепла, використаного безпосередньо на здійснення основних хімічних реакцій QТ. до загальної кількості витраченого тепла Qпр. .
Найбільш перспективним напрямком у справі економії енергії і підвищення ККД її використання в галузі є створення енерго-технологічних установок, здатних видавати теплову енергію у вигляді пари на сторону. Це дає значний економічний ефект.
Організація енергозберігаючої політики має на увазі:
-створення енерго-технологічних схем
-облік всіх видів енергії на установці
-підтримання ефективності роботи обладнання (чистота, герметичність, справність)
-Зменшення до мінімуму коефіцієнта надлишку повітря в печах і кількості газів, що скидаються на факел
-підтримання оптимального режиму роботи.
Роль води в хімічній технології. Тимчасова і постійна жорсткість. Підготовка води.
Вода широко використовується в хімічній промисловості. В одних випадках вона служить сировиною і реагентом, що безпосередньо бере участь у хімічних реакціях, в інших - застосовується як розчинник, теплоносій, охолоджуючий агент, по-третє - для цілого ряду інших фізичних операцій - промивка твердих матеріалів і т.п.
Жорсткість - це властивість води, обумовлене присутністю в ній солей кальцію і магнію. Розрізняють тимчасову і постійну жорсткість. Тимчасова жорсткість викликається присутністю у воді розчинних бікарбонатів кальцію і магнію Ca (HCO3) 2 і Mg (HCO3) 2. При кип'ятінні води ці солі розкладаються, і з розчину випадає осад - карбонат кальцію або магнію. Ca (HCO3) 2 = CaCO3 + H2 O + CO2. Постійна жорсткість викликається присутністю у воді хлоридів, сульфатів і нітратів кальцію або магнію. При кип'ятінні води ці солі будуть збережені.
Підготовка води. Залежно від пропонованих вимог до промислових вод проводиться процес водопідготовки, що складається з декількох операцій. 1. Освітлення води. Від зважених домішок воду очищають відстоюванням або фільтрацією - зазвичай через шар піску, гравію і т.п. Для осадження колоїдних домішок в відстійники вводять коагулянти. 2. Знезараження води. Видалення з неї мікроорганізмів і бактерій шляхом хлорування або озонування. Відбувається це за рахунок утворюється атомарного кисню, що володіє сильними окисними властивостями, що дозволяють вбити мікроорганізми. 3. Пом'якшення води. Складається в повному або частковому видаленні з неї солей магнію і кальцію. Це основний процес підготовки води. Способи пом'якшення води бувають: фізичні і фізико-хімічні. 4. Дегазація - видалення з води розчинених у ній шкідливих газів (сірководню, діоксиду сірки та вуглецю і т.п.), здатних викликати корозію апаратури.
Підготовка сировини для виробництва водню парокіслородовоздушной конверсією легких вуглеводнів: «сухі» методи очищення від сірчистих сполук.
Стадією підготовки сировини для виробництва водню і азотоводородной суміші є знесірчення сировини - видалення газоподібних сірчистих сполук, оскільки вони є сильними каталітичними отрутами.
Зазвичай газ, що надходить на установки з виробництва водню, до цього проходить попередню очистку і не містить великої кількості сірки. Однак для проведення ряду послід процесів кількість сірки в прир газі не повинен перевищувати 0,5 мг / м3.
Очищення оксидом цинку. Більшість сучасних установок парової конверсії природного газу забезпечені системою очищення поглиначами на основі оксиду цинку, здатного реагувати крім сірководню з багатьма сірчистими сполуками:
COS + ZnO = ZnS + CO2;
RSH + ZnO = ZnS + ROH.
Термодинамічні основи виробництва водню каталітичної конверсією вуглеводневих газів. Вибір умов проведення процесу. Загальні вимоги до катализаторам хіміко-технологічних процесів.
Конверсію вуглеводневих газів для отримання водню ведуть, застосовуючи в якості окислювача водяна пара або кисень. Взаємодія метану з вод. паром, киснем, діоксидом вуглецю протікає по слід. реакцій:
Далі здійснюється конверсія оксиду вуглецю з водяною парою по реакції:
Сумарно процес конверсії метану з водяною парою протікає в поглинанням тепла:
Вибір умов проведення процесів. Реакція окислення метану водяною парою протікає зі значною швидкістю при 1350 про С. Через труднощі ведення ендотермічного при таких високих температурах в промислових умовах процес парової конверсії часто ведуть на каталізаторі. Збільшення співвідношення CH4. H2 O c 1: 1 до 1: 2 збільшує конверсію метану. Процес конверсії вигідно проводити при підвищеному тиску для збільшення швидкості реакції, так як при цьому зростає концентрація речовини в одиниці об'єму. При підвищеному тиску зменшуються так само обсяги теплообмінних і контактних апаратів і трубопроводів, що дуже важливо. До стимуляторів парової конверсії легких вуглеводнів пред'являють жорсткі вимоги по термоустойчивости і механічної міцності. Оцінюються вони по комплексу властивостей: активності, міцності, гідравлічному опору, стійкості при тривалій експлуатації і ін. Хороший каталізатор повинен працювати не менше 4-5 років. Головною особливістю каталізатора є висока каталітична активність. Активність нікелевого каталізатора зменшується при наявності в газі сірчистих сполук.
Серед зарубіжних кат хорошими показниками володіють кат фірми ICI Katalco, стійкі при температурах до 1000 С. В наст час в РФ ісп кат ГИАП-3-6Н, ГИАП-8, ГИАП-16, -19 і КСН. Активність нікелевого кат зменшується при наявності в газі сірчистих сполук. Отже, конверсія легких вуглеводнів протікає при 760-900 о С (на виході з реактора), при підвищеному (до 4 МПа) тиску в присутності надлишку водяної пари.
Конверсія оксиду вуглецю в процесі виробництва водню. Вибір умов проведення процесу. Високотемпературні і низькотемпературні каталізатори.
Очищення технологічних газів від монооксиду та діоксиду вуглецю, азоту, метану. Каталітичне гідрування (метанірованіе). Короткоциклової адсорбція (PSA).
Каталітичне гідрування застосовується для видалення невеликих кількостей СО. СО2. О2. CH4 і N2 порядку часток відсотка, наприклад 0,2-4% для СО або СО2. В основі методу лежать наступні реакції:
Перші дві реакції називаються реакціями метанірованія. Умови процесу: тиск 32 МПа, температура 300-350 о С (з каталізатором типу Fe) і 200 о С (з каталізатором типу Ni-Cr або Ni-Al). Часто каталітичне гідрування використовується тільки як додаткова або тонке очищення, що проводиться в агрегаті предкатализа від CO і слідів СО2. Короткоциклової адсорбція. PSA - це короткоциклової адсорбція отримання водню з чистотою товарного продукту 99, 5 - 99,999% об. Очищення здійснюється на молекулярних ситах при змінному тиску. Цикли адсорбції домішок і десорбції чергуються через короткі проміжки часу. Як матеріали використовуються алюмосилікатні молекулярні сита. Стадія адсорбції проходить при підвищеному тиску. На стадії десорбції відбувається виділення домішок. Процес PSA дозволяє змінити параметри роботи печі парової конверсії, а, отже, знижено витрати пара і поліпшена енергетика установки в цілому. Крім того, відсутня стадія поташевою очищення, дає шкідливі стоки і вимагає періодичного додавання поташу.