Производственная форма и химический состав

План лекции. 1.Введение. 2.Химическое производство

1.Введение.
2.Химическое производство

3.Иерархическая организация процессов в химическом производстве.
3.Классификации и категории эффективности химических производств.

Введение

Наука изучающая способы и процессы переработки сырья в предметы потребления и средства производства носит название технологии.

Под понятием «способы и процессы переработки» понимают ряд последовательных операций, проводимых с сырьем в различных машинах и аппаратах с целью получения из него заданного продукта, непосредственно используемого человеком или же в свою очередь служащего сырьем для получения других продуктов или средств производства.

Технология условно делится на механическую и химическую.

Методы и средства обработки металлов составляют предмет технологии металлов, методы и средства изготовления машин и аппаратов предмет технологии машиностро-ения.

Процессы механической технологии основаны преимущественно на механическом воздействии, изменяющем внешний вид или физические свойства обрабатываемых веществ, по не влияющем на их химический состав.

Процессы химической технологии включают химическую переработку сырья, основанную на сложных по своей природе химических и физико-химических явлениях.

Указанное деление в значительной степени условно, так как при механической переработке материала часто меняются и его химические свойства. Так, например, некоторые металлы долгое время могут находиться на воздухе без заметного изменения. Однако, если их подвергнуть физическому воздействию и тонко измельчить, полученные металлические порошки самопроизвольно загораются на воздухе. Это объясняется тем, что с измельчением вещества увеличивается его поверхностная энергия, а следовательно, повышается химическая активность вещества.

Современная химическая технология, используя достижения естественных и технических наук, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути осуществления этих процессов и управления ими при промышленном производстве различных веществ, продуктов, материалов и изделий.

Таким образом, химическая технология – наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства.

Химическое производство

n Объектом исследования химической технологии является химическое производство.

n Химическое производство — совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимые продукты

Oбщие требования к х и м и ч е с к о м у производству

n получение в производстве необходимого продукта;

n экологическая безопасность;

n безопасность и надежность эксплуатации;

n максимальное использование сырья и энергии;

n максимальная производительность труда.

Химические производства условно можно разделить на две группы:

производства органических и неорганических веществ.

Промышленность неорганических веществ включает:

1) производства основных химических веществ (кислоты, щелочи, соли, удобрений 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 металлов и др.);

5) производство силикатов (стекло, цемент, керамика и др.);

6) производство минеральных красок и пигментов.

Промышленность органических веществ включает:

1) основной (тяжелый) органический синтез (спирты, кислоты, эфиры, переработка СН4, СО, Н2, С2Н4 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.).

С технологической точки зрения такое деление условно, так как процессы получения некоторых неорганических и органических веществ имеют много общего. Так, реакция получения аммиака – неорганического продукта и реакция получения метилового спирта (метанола) – органического продукта,

очень сходны. Обе реакции

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q1,

CO + 2H2 = CH3OH + Q2

проходят с выделением тепла и уменьшением объема. Сходны и условия синтеза: аммиак получают при температуре около 500 °С и давлении 30 МПа; синтез метилового спирта проводят при температуре около 250 °С и давлении 25 МПа.

Иерархическая организация процессов в химическом производстве

Химическую технологию в широком понятии предложено называть большой химико-технологической системой (БХТС), а каждое составляющее ее производство — химико-технологичес­кой системой (ХТС). Химическая технология (XT) в узком смысле — прикладная наука о способах промышленного произ­водства необходимых продуктов, а также некоторых видов энер­гии на базе физико-химических превращений.

Каждое химическое производство (ХПр), составляющее хи­мическую технологию (XT), представляет собой ряд (систему) хи­мико-технологических процессов (ХТП), обеспечивающих пре­вращение природного сырья в полезные продукты — средства производства и потребления.

Химико-технологическая система — объективная общность т этапов переработки сырья, имеющая прямые и обратные связи. Отдельные части ХТС (этапы производства) материально, энер­гетически и информационно объединяются способом производ­ства, являющимся, таким образом, системообразующим факто­ром. Этап химического производства, основой которого являет­ся химическое или физико-химическое превращение, называют химико-технологическим процессом (ХТП).

Химико-технологический процесс — элементарная (наимень­шая) составная часть системы, сохраняющая все функциональ­ные признаки БХТС и ХТС, т.е. подготовку сырья, осуществле­ние химического или физико-химического превращения и вы­деление целевого продукта. Сырьем в ХТП может быть либо начальное сырье химического производства, либо продукт пре­дыдущего ХТП.

В каждом ХТП, кроме последнего, получаемый продукт является полупродуктом ХТС.

Системообразующим фактором ХТП являются закономер­ности химического или физико-химического превращения, представляющего собой физико-химическую систему (ФХС), состоящую из самого химического или физико-химического превращения, а также переноса массы, тепла и импульса. В соответствии со свойствами ФХС выбирается реактор или ре­акционный агрегат (РА). Таким образом, ХТП является объек­тивной общностью ФХС, РА и периферийного оборудования (ПО).

Рис.1.Модель химико-технологического процесса

ХР— химическая реакция

ТО – теплообмен

ПИ – перенос импульса

МО— массообмен

РА— реакционный аппарат

ПО – периферийное оборудование

Иерархическая модель XT составлена на базе следующих ее основных функциональных признаков:
• подготовка сырья или исходных продуктов;
• химическое или физико-химическое превращение сырья либо исходных продуктов;
• выделение целевого (целевых) продуктов.

Каждый уровень иерархии имеет свои функциональные свойства (признаки) БХТС.

•Первый (верхний) уровеньиерархической модели представлен химической технологией БХТС, состоящей из 2ХПр химиче­ских производств (при п = множеству). Этот уровень со­держит наибольшую долю личностно-социального компонента и представлен в такой доле, чтобы обеспечить организацию управления и
по усовершенствование всех ХПр. Систематизирующее начало — закон потребления.
Второй уровень — химическое производство одного или нескольких целевых продуктов. По мере совершен­ствования химического производства число т имеет тенденцию к сокраще­нию (т > 1).
Третий уровень — химико-технологический процесс ХТП.

ВЫВОДЫ

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8591 — | 7432 — или читать все.

95.47.253.202 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

1.2. Структура и состав химического производства

Химическое производство – это совокупность функциональных подсистем, связанных между собой технологическими, электрическими, транспортными и телекоммуникационными (для информации и управления) линиями связи для совместного функционирования и обеспечивающих эффективное использование материальных, энергетических ресурсов при химическом превращении реагентов в целевой продукт заданного качества, высокую производительность, управление процессами, охрану труда и окружающей среды.

Химическое производство можно представить как систему. Система – совокупность элементов и связей между ними, функционирующих как единое целое. Элемент системы изменяет свойства и состояние входящих в него потоков. Выходящие потоки передаются по связям в другие элементы, в которых происходят их последующие изменения. Система элементов, перерабатывая входящие и выходящие из нее потоки, функционирует взаимосвязано. Для исследования таких объектов, их свойств и особенностей функционирования используется теория систем [1, 2].

В химическом производстве элементы – это машины, аппараты, реакторы; связями являются трубо-, газо- и паропроводы. В элементах происходит превращение потоков – изменение их состояния – разделение, смешение, сжатие, нагрев, химическое превращение и прочее, а по связям материальные, тепловые, энергетические потоки передаются из одного элемента в другой. Это позволяет представлять химическое производство как химико-технологическую систему.

Химико-технологическая система (ХТС) – совокупность аппаратов, машин, реакторов, других устройств (элементов), а также материальных, тепловых, энергетических и других потоков (связей) между ними, функционирующая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ (сырья) в продукты 1.

Элемент ХТС может быть представлен отдельным аппаратом (реактором, смесителем, абсорбером, теплообменником, турбиной и т. д.) или их совокупностью. Например, каскад реакторов с теплообменниками и смесителями потоков, расположенных между ними, изменяет химический состав, и эту совокупность аппаратов можно представить как элемент ХТС. Степень детализации элемента (один аппарат или совокупность нескольких) зависит от задачи исследований (установить те или иные показатели химико-технологического процесса, определить особенности функционирования и т. д.).

Совокупность элементов можно представить как химико-техноло-гическую систему. Например, реакционный узел, состоящий из нескольких реакторов, теплообменников, смесителей (элементов) и потоков между ними (связей) и функционирующих как единое целое, является системой. В то же время его можно рассматривать как подсистему, входящую в большую систему.

Подсистемы могут быть выделены как по масштабу, так и функционально. Реакционный узел – малая по масштабу, но значимая во всем технологическом процессе переработки сырья в продукт подсистема. В этом случае рассматривается технологическая подсистема производства. Энергетическая подсистема включает энергетическое оборудование как ее элемент, по масштабу охватывает все производство, но ее роль сводится к выполнению определенной функции – обеспечению производства энергией.

Таким образом, химико-технологическая система представляет собой модель химического производства или химико-технологического процесса, отображающую его структуру и позволяющую прогнозировать те или иные свойства и показатели 1.

Химическое производство должно быть организовано та­ким образом, чтобы соблюдались следующие требования:

получение продукта, отвечающего требованиям ТУ, ГОСТ, СТБ, ISO;

максимальное использование сырья и энергии;

максимальная экономическая эффективность;

безопасность и надежность эксплуатации оборудования.

Общая структура химического производства или ХТС включает в себя функ­циональные элементы подсистем, представленные на рис. 1, согласно которому 1–3 – технологическая подсистема или собственно химико-технологический процесс, в ко­тором сырье перерабатывается в продукт. ХТП включает подготовку сырья 1, т. е. его предварительную обработку: измельчение, очистку от примесей, смешение компо­нентов, нагревание и т. д. Подготовленное сырье проходит ряд физико-химических и химических превращений – его перера­ботку 2, в результате чего образуются целевой и, как правило, побочный продукты. Образование побочных продуктов может осуществляться как при протекании целевой, так и побочных реакций. Кроме того, побочные продукты могут образовываться и за счет наличия в сырье примесей. Поскольку степень превращения исходных реагентов в промышленном ХТП меньше 1, то после химического превращения 2 в образовавшейся смеси продуктов присутствуют и компоненты сырья. выделение целевого продукта из образовавшейся смеси, а иногда и его очистка от примесей, осуществляются на стадии 3.

Продукт целевой

Энергия Вода Управление

Рис. 1. Структура и функциональные элементы химического производства 1:

1 – подготовка сырья; 2 – химическая переработка сырья; 3 – выделение целевого продукта;

4 – обезвреживание и переработка побочных продуктов; 5 – энергетическая подсистема;

6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – подсистема управления

После выделения целевого продукта оставшиеся побочные продукты направляют на очистку и обезвреживание, либо на переработку в продукт, используемый в химической или других отраслях промышленности 4. Переработка и обезвреживание побочных продуктов необходимы для снижения вредного воздействия производства на окружающую среду и человека. Например, получение экстракционной фосфорной кислоты основано на разложении фосфорсодержащего сырья – апатита или фосфорита серной кислотой по реакции

В результате химических превращений образуется целевой продукт – фосфорная кислота и побочные продукты в виде осадка – сульфат кальция и фторсодержащие газы. После разделения жидкой и твердой фаз путем фильтрации сульфат кальция (фосфогипс) направляют на складирование в отвал. Так как данный побочный продукт ввиду его состава и свойств используется ограниченно, то он постоянно накапливается и является отходом производства. Фторсодержащие газообразные побочные продукты поступают на переработку с целью получения гексафторкремниевой кислоты (Н₂SiF₆), которая затем применяется для получения фтористых солей, в частности AlF₃, MgF₂, NaF.

Отходы производства, или невостребованные продукты переработ­ки сырья, могут содержать как вредные вещества, которые могут за­грязнять окружающую среду, так и полезные, которые целесообраз­но использовать. Поэтому особое внимание необходимо уделять переработке отходов (рис. 1, поз. 4). Наиболее рациональным является превращение отходов основного производства в технические материалы, которые можно использовать в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве. В частности, пигменты, получаемые переработкой железосодержащих отходов (шламов), которые образуются при обезвреживании травильных растворов, могут быть применены для окрашивания строительных, резинотехнических, лакокрасочных и других материалов. В случае, когда невозможна переработка отходов в технические продукты, производится их очистка или обезвреживание. После проведения данных процессов при соблюдении санитарно-гигиенических нормативов твердые отходы складируются на специально подготовленных полигонах, жидкие (сточные воды) сбрасываются в природные водоемы, газообразные выбрасываются в атмосферу.

Предприятия химической промышленности достаточно энергоем­ки: для обеспечения переработки сырья в конечные продукты расхо­дуется около 15% всех вырабатываемых энергоресурсов. Энергетичес­кая подсистема – важный и сложный элемент химического производства (рис. 1, поз. 5). Расход энергии осуществляется на всех стадиях получения целевого продукта, а также очистки, обезвреживания и переработки побочных продуктов. Основная доля расходуемой энергии приходится на тепловую. Нередко химические превращения сопровождаются выделением энергии (экзотермические реакции), и в энергетической системе, кроме обеспечения распределе­ния энергии по стадиям переработки, должна быть предусмотрена воз­можность вторичного использования выделяемой энергии для нужд производства.

Кроме энергии в химическом производстве применяются вспомо­гательные материалы, имеющие различное целевое назначение. К ним относятся, например, сорбенты для очистки и выделения продуктов, катализаторы, ускоряющие химическое превращение реагентов, коагулянты для осветления природной и оборотной воды, рассолов, флокулянты для укрупнения взвешенных частиц и др.

Особое место в химическом производстве занимает вода. Она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворе­ния, разбавления веществ и отмывки осадков как реагент, и ее потребление может быть значитель­ным. Подготовка вспомогательных материалов и особенно водоподготовка (рис. 1, поз. 6) – очень важная и сложная часть хими­ческого производства. Поскольку вспомогательные материалы и вода обеспечивают технологический процесс, но, как правило, не входят в конечные продукты производства, система подготовки должна преду­смотреть восстановление их свойств после проведения цикла опера­ций с их участием с последующим возвращением в производство.

Сложное химическое производство невозможно эксплуатировать без системы управления (рис. 1, поз. 7). Она обеспечивает контроль технологического режима, проведение процессов при оптимальных ус­ловиях, защиту от нежелательных или аварийных ситуаций, пуск и ос­тановку сложной системы. Эта подсистема представляет собой автома­тизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП).

Компоненты химического производства. Переменные компоненты постоянно потребляются или образуются в производстве. К ним относятся [1, 2]:

сырье, поступающее на переработку;

вспомогательные материалы, обеспечивающие технологический процесс;

продукты (основные и побочные) как результат переработки сырья; продукты производства далее могут быть использованы как целевые продукты потребления и как полупродукты для их дальнейшей переработки в другие продукты;

отходы производства – не подлежащие дальнейшей переработке вещества и материалы, удаляемые затем в окружающую среду;

энергия, обеспечивающая функционирование производства.

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, реакторы, емкости, трубопроводы, армату­ру);

− устройства контроля и управления;

− строительные конструкции (здания, сооружения);

− обслуживающий персонал (рабочие, аппаратчики, инженеры и другие работники производства).

Последний компонент требует особого внимания как социальная составляющая производства.

В компоненты конкретного производства не входят элементы ин­фраструктуры, как не участвующие непосредственно в производстве продукта, но необходимые для его функционирования.

Состав химического производства, обеспечиваю­щий его функционирование как производственной единицы:

собственно химико-технологический процесс;

хранилища сырья, продуктов и других материалов;

система организации транспортировки сырья, продуктов, вспомогательных материалов, промежуточных веществ, отходов;

дополнительные здания, сооружения;

обслуживающий персонал производственных подразделений;

система управления, обеспечения и безопасности.

Наличие хранилищ сырья, продуктов и других материалов необходимо, так как при непрерывном производстве доставка сырья и отгрузка про­дуктов происходит периодически, кроме того, обеспечение стабильности про­изводства возможно при наличии определенного запаса. Нередко хра­нилища представляют собой технически сложные сооружения.

Так, амми­ак – один из продуктов азотной промышленности – хранится в кон­денсированном состоянии (в газообразном состоянии его объем в 7–8 тысяч раз больше) под давлением 1–2 МПа. Его испарение может при­вести к разрыву емкости, что обусловливает необходимость поддержи­вания в ней определенной температуры и отвода испаряющегося ам­миака обратно в хранилище.

Даже хранение, казалось бы, безопасных веществ, например удобрений, требует обеспечения особых условий. В непрерывных крупнотоннажных производствах продукт на складе хранится «внавал». Несоблюдение режима влажности может вызвать его слеживание, а неизбежные процессы разложения, в том числе и примесей, как бы мало их ни было, могут привести к разогреву массы и далее – к самовозгоранию. Особое вни­мание должно быть уделено хранению горючих и токсичных веществ.

На производстве имеются машины для транспортировки веществ и материалов, доставляющие сы­рье из хранилищ к собственно производству и продукты в соответст­вующие хранилища, а также используемые при разгрузке поступающего сырья и отгрузке про­дукта. Предъявляются высокие требования к технике безопасности, повышается степень меха­низации и автоматизации этих процессов.

Для обеспечения производства могут понадобиться вспомогательные здания и сооружения, такие как управление цехом, мастерские, бытовки, гараж, цеховая проходная. Конструктивно они могут совмещаться с основными производственными зданиями.

Обслуживающий персонал, кроме занятых непосредственно в про­изводстве продукта, включает работников других подразделений и служб: хозяйственных и финансовых, ремонтных и уборочных, отделов контроля производства и продуктов и др.

Управление персоналом и обеспечение его безопасности обычно осуществляется администрацией на основе соответствующей нормативно-тех­нической и управленческой документации.