Химическая технология - презентация

1 1 Химическая технология 7 семестр: 9 лекций, 9 лабораторных работ, зачет 8 семестр: 4 лекции, 3 лабораторные работы, экзамен

2 2 Рекомендуемая литература Основная А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. Общая химическая технология. М.: «Высшая школа», 1990.А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. Общая химическая технология. М.: «Высшая школа», В.С. Бесков, В.С. Сафронов. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учебник для ВУЗов. М.: «Химия», 1999.В.С. Бесков, В.С. Сафронов. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учебник для ВУЗов. М.: «Химия», Трушин Б.Н. Научно-исследовательская работа в ВУЗе и школе. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: РГПУ, 116 с., В.И. Игнатенко, В.С. Бесков. Примеры и задачи по общей химической технологии. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 г.В.И. Игнатенко, В.С. Бесков. Примеры и задачи по общей химической технологии. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 г.

3 3 Дополнительная А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Водород. Свойства, получение, хранение, транспортировка, применение. Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: «Химия», Общая химическая технология. Под ред. И.П. Мухленова. В 2 частях. М.: «Высшая школа», Н.И. Гельперин. Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2 частях. М.: «Химия», Л.П. Грошева. Основы материального баланса: методическое пособие. Великий Новгород, 2006 г. Л.П. Грошева. Принцип составления энергетического (теплового) баланса и тепловые расчеты химико-технологических процессов. Великий Новгород, 2006 г. - электронное учебное пособие по дисциплине «Машины и аппараты химических производств». Изд. ТГТУ г.

4 4 1. Содержание дисциплины «Технология или учение о выгодных (т.е. поглощающих наименее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных ресурсов в продукты, потребные (необходимые, или полезные, или удобные) для применения в жизни людей». Д.И. Менделеев. «технология»: «technos»искусство, ремесло (греч.) «logos»-учение, наука (греч.) технология: учение об умении перерабатывать исходные вещества в полезные продукты. В зависимости от основных приемов переработки исходных веществ и назначения продуктов различают: технологию металлов (их получение и обработка), технологию машиностроения (изготовление машин и аппаратов), пищевую технологию (получение продуктов питания) и т.д.

5 5 Химическая технология изучает процессы переработки, в которых превалируют химические и физико-химические явления, приводящие к коренному изменению состава, свойств и строения веществ. Химическая технология - естественная прикладная наука о способах и процессах производства продуктов (предметов потребления и средств производства), осуществляемых с участием химических превращений, технически, экономически и социально целесообразным путем. Химическая технология – наука о наиболее экономичных методах массовой химической переработки сырьевых материалов в продукты потребления и средств производства. Базируется на достижениях наук, изучающих фундаментальные законы природы: химии, физики, математики, биологии и т.д Химико–технологический процесс – это совокупность операций, позволяющих получать целевой продукт из сырья. 1. Содержание дисциплины

6 6 Химическая технология возникла с появлением первых химических промыслов. Вначале: химическая технология – описательный раздел прикладной химии. XV-XVI в.в.: сода (добыча из природного сырья), серная кислота (в небольших количествах): 2FeSO 4 ×7Н 2 O= Fe 2 O 3 + Н 2 SO 4 + SO Н 2 O краски (минеральные), селитра, порох. XVIII в. Сода (по методу Леблана) Серная кислота (из S и KNO 3 ) 2. Основные этапы в истории и эволюции технологических процессов

7 г.г., Н. Леблан: промышленный способ получения соды Na 2 SO 4 + 2C + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + 2CO 2 + CaS 2NaCl + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 +2HCl Проблема: утилизация хлороводорода производство соляной кислоты Утилизация твердых и газовых отходов при производстве соды: CaS + CO 2 + H 2 O = CaCO 3 + H 2 S 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2 и далее до получения H 2 SO 4 Т.е.: Na 2 SO 4 – CaS – H 2 S – SO 2 – H 2 SO 4 – Na 2 SO 4

8 8 Установка для получения серной кислоты сжиганием серы в присутствии селитры, XVIII в.: 1 – печь, разогреваемая углями; 2 – стеклянный сосуд, где образующиеся газы взаимодействуют с парами воды; 3 – колбы, в которые собирают олеум

9 9 XIX в г., П. Филипс Контактный способ получения H 2 SO 4 4FeS O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 2SO 2 + O 2 (V2O5) 2SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO г., Ж-Л Гей-Люссак Башня для улавливания окислов азота при нитрозном производстве серной кислоты SO 2 + NO 2 SO 3 + NO NO+O 2 2NO г.г., К. Бош, Ф. Габер Синтез аммиака N 2 +3H 2 2NH 3 р = атм., t = 800˚C kat = восстановленное железо, активированное K 2 O, Al 2 O 3

10 10 Химическая технология в XX веке Широкое вовлечение водорода в химическое производство Химия кремния и кремнийорганический соединений Химия титана Химия хлора Химия калия, магния, алюминия Химия редких и рассеянных элементов (U, Li и т.д.) Химия нефти Химия газа Замена естественных материалов на искусственные (природный каучук, сода, чилийская селитра, натуральные ткани)

11 11 Требования к чистоте производимых продуктов Применение жестких условий при производстве веществ (высоких или низких давлений, температур, агрессивных сред) Энергоемкие производства (применяется энергия электричества, а не пара, угля и т.д.) Автоматизация технологических процессов (связано с непрерывность и вредностью производства) Внедрение новых эффективных методов синтеза (замена зерна сжиженным газом при производстве этанола) Особенности проведения химико- технологических процессов

12 12 Продукты, получаемые из природного газа (метана)

13 13 Число веществ, используемых человеком в своей практической деятельности, очень велико и беспрерывно возрастает, поскольку ежедневно открываются и синтезируются все новые вещества. В настоящее время насчитывается свыше 3 млн. веществ; около 400 тыс. неорганических и более 2,5 млн., органических, каждое из них отличается от другого своими свойствами. Многие из этих веществ получаются в результате химической переработки, поэтому число технологических процессов весьма велико. Значит химическая технология чрезвычайно многообразна и сложна. Химические производства можно разделить на две группы: на производства неорганических и органических веществ. Промышленность неорганических веществ включает: 1) производства основных химических веществ (кислоты, щелочи, соли, удобрения и др.); 2) производство тонких неорганических продуктов (реактивы, редкие элементы, полупроводники, фармацевтические препараты и др.); 3) электрохимические производства (хлор, щелочи, кислород, водород и др.); 4) металлургия (черная, цветная, металлургия благородных и редких металлов и др.); 5) производство силикатов (стекло, цемент, керамика и др.); 6) производство минеральных красок и пигментов

14 14 Промышленность органических веществ включает: 1)основной (тяжелый) органический синтез (спирты, кислоты, эфиры, переработка СН 4, СО, Н 2, С 2 Н 4 и др.); 2) производство полупродуктов и красителей; 3) тонкий органический синтез (фармацевтические препараты, кино- фотореактивы и др.); 4)производство высокомолекулярных веществ (пластические массы, искусственные и синтетические волокна, каучук и др.); 5) переработка горючих материалов (нефти, угля, сланцев и др.); 6) производство пищевых продуктов(сахар, жиры и др.).

15 15 3. Химическое и химико-технологическое образование Конец XVII в. на философских факультетах западно-европейских университетов началось преподавание химии. XVIII в. Изучение химии в Московском университете по инициативе М.В. Ломоносова. XIX в. химия изучается на отделениях физических и математических наук философских факультетов и на медицинских факультетах университетов. русская химическая школа получает мировое признание: Н. Н. Зинин, А. А. Воскресенский, А. М.Бутлеров, Д. И. Менделеев, В. В. Марковников, А. М. Зайцев, Д. П. Коновалов, Н. С. Курнаков, Н. А. Меншуткин, Н. Д. Зелинский и др. стали основоположниками новых направлений в химии и химической технологии, в развитии химии и химико – технологическом образовании.

16 16 XX в. В начале 20-х г.г. организуются самостоятельные химические отделения в составе физико-математических факультетов университетов на этих отделениях введены специализации по неорганической, физической, органической, аналитической химии, биохимии и агрохимии 1920 г. создан Московский химико- технологический институт им. Д. И. Менделеева с 1929 на базе химических отделений в университетах открываются самостоятельные химические факультеты

17 17 В развитых странах крупными центрами структуры и содержания химического и химико-технологического образования являются: Великобритания Кембриджский, Оксфордский, Батский, Бирмингемский университеты, Манчестерский политехнический институт; Италия Болонский, Миланский университеты; в США Калифорнийский, Колумбийский, Мичиганский технологические университеты, Толедский университет, Калифорнийский, Массачусетсский технологические институты Франция Гренобльский 1-й, Марсельский 1-й, Клермон- Ферранский, Компьенский технологический, Лионский 1-й, Монпельеский 2-й, Парижские 6-й и 7-й университеты, Лоранский, Тулузский политехнические институты Германия Дортмундский, Ганноверский, Штутгартский университеты, Высшие технические школы в Дармштадте и Карлсруэ

18 18 Современное состояние химической промышленности в России Ведущие отрасли производства: пластмасс и синтетических смол химических волокон и нитей каустической соды и продуктов хлорпотребления лакокрасочной продукции синтетических красителей шинной промышленности синтетического каучука минеральных удобрений

19 19 Положительные тенденции химической и нефтехимической отрасли в 2010 году. По данным компании ResearchTechart: 1. Рост химического производства на 127.6% (здесь и далее к январю- марту 2009 года), и производства резиновых и пластмассовых изделий на %; 2. Увеличение производства: · волокон синтетических – на 58.7%; · волокон и нитей искусственных – на 30.4%. Рост производства волокон и нитей обусловлен увеличением емкости внутреннего рынка. Увеличение объемов производства · синтетических волокон и нитей в I квартале 2010 года по сравнению с 1 кварталом 2009 года произошло по всему ассортименту; · полимеров этилена в первичных формах – на 123.3%. ; · полимеров пропилена и прочих олефинов в первичных формах – на 113.9%; · полимеров винилхлорида – на 119.6%; · полимеров стирола в первичных формах – на 115.1%; · удобрений минеральных (в пересчете на 100% питательных веществ) – было произведено около 4.4 млн тонн, в 1.3 раза больше, чем за аналогичный период 2009 года;

20 20 3.Увеличение показателей по отрасли: · прибыль эффективно работающих крупных и средних предприятий в химическом производстве в январе 2010 года составила 10.7 млрд руб % к январю 2009 года, в производстве резиновых и пластмассовых изделий – 1.9 млрд руб., 161.2%; · среднемесячная заработная плата в расчете на одного работника по всему кругу предприятий в январе-феврале 2010 года (по сравнению с январем-февралем 2009 года) в химическом производстве увеличилась на 13.6% и составила руб., в производстве резиновых и пластмассовых изделий выросла на 25%, составив руб.; · экспортные поставки химических товаров в I квартале 2010 года увеличивались более высокими темпами по сравнению с импортными закупками. Объем экспорта химикатов в этом периоде ожидается в сумме 5.4 млрд. долл. - на 91% больше, чем в 1 квартале 2009 года; · внешнеторговый товарооборот химического комплекса в I квартале 2010 года предположительно увеличится на 73% по сравнению с 1 кварталом 2009 года и достигнет 8.8 млрд. долл.

21 21 4. Основные понятия технологии химического производства Компоненты химического производства: Переменные компоненты постоянно потребляются или образуются в производстве. К ним относятся: сырье, поступающее на переработку; вспомогательные материалы, обеспечивающие технологический процесс; продукты(основной и дополнительный) как результат переработки сырья; продукты производства далее могут использоваться как продукты потребления, после чего они теряют первоначальные свойства и превращаются в отходы, и как полупродукты для их дальнейшей переработки в другие продукты; отходы производстване подлежащие дальнейшей переработке вещества и материалы, удаляемые затем в окружающую среду; энергия, обеспечивающая функционирование производства.

22 22 Постоянные компоненты закладываются в производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем (персонал) на весь или почти весь срок его существования. Они включают: аппаратуру (машины, аппараты, емкости, трубопроводы, арматура); устройства контроля и управления; строительные конструкции (здания, сооружения); обслуживающий персонал (рабочие, аппаратчики, инженеры и другие работники производства)

23 23 Общие требования к химическому производству: Получение в производстве необходимого продукта Экологическая безопасность Безопасность и надежность эксплуатации Максимальное использование сырья и энергии Максимальная производительность труда

24 24 Структура и функциональные элементы химического производства 1 – подготовка сырья; 2- переработка сырья; 3 – выделение основного продукта; 4 – санитарная очистка и утилизация отходов; 5 – энергетическая система; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7- система управления