что составляет предмет химической технологии

Что составляет предмет химической технологии

Ключевые слова конспекта: Химическая технология. Химические процессы, лежащие в основе производства аммиака и метанола. Характеристика этих процессов. Общие научные принципы химического производства. Биотехнология. Нанотехнология.

Химическая технология — это наука о наиболее эффективных методах и средствах переработки сырья (природных ресурсов) для получения веществ и материалов, используемых в различных отраслях хозяйства.

Область изучения химической технологии охватывает нефтехимию, целлюлозно-бумажную и пищевую промышленность, производство стройматериалов, чёрную и цветную металлургию и многие другие отрасли.

В курсе химии средней школы вы знакомились с важнейшими химическими производствами: чугуна и стали, алюминия, серной и азотной кислот, аммиака, полимеров, метанола и др. Обобщим представления о химическом производстве на примерах получения аммиака и метанола, которые имеют много общего.

Необходимый для производства аммиака азот получают фракционной перегонкой жидкого воздуха.

В основе синтеза аммиака лежит химическая реакция, уравнение которой вы хорошо знаете:

Нетрудно убедиться, что эта характеристика справедлива и для реакции синтеза метанола:

В производстве метанола используется цинк-хромовый катализатор ZnO / Cr₂O₃ • СгO₃.

Такими условиями являются:

Рассмотрим схему установки по производству аммиака и метанола. Реагирующие смеси тщательно очищают и подают в турбокомпрессор, где аммиак сжимают до 25—60 МПа, а метанол до 25—30 МПа, смешивают с циркуляционным газом и направляют в колонну синтеза.

Колонны синтеза имеют разную конструкцию. Рассмотрим колонну, совмещающую в одном корпусе катализаторную коробку и теплообменник.

Исходную смесь газов сначала нагревают в теплообменнике за счёт движущихся противотоком выходящих газов. Противоток — движение веществ навстречу друг другу с целью создания наилучших условий для обмена энергией.

При всех указанных условиях проведения реакции равновесный выход продуктов составляет не более 20 %, поэтому синтез проводят по принципу многократной циркуляции, т. е. непрореагировавшую смесь газов много раз возвращают в производство после отделения полученных продуктов. Благодаря замкнутой схеме промышленный синтез аммиака и метанола полностью отвечает принципу экологической целесообразности и безопасности химического производства.

Современная технология сочетает достижения естественно-научных знаний физики, химии, биологии, экологии и др.

Инновационным направлением является биотехнология, т. е. использование живых организмов или клеточных структур для производства химических веществ.

В современной биотехнологии выделяют три направления: генная (или генетическая) инженерия, клеточная инженерия, биологическая инженерия.

В настоящее время бурно развивается новое направление химической технологии — нанотехнология. Её отличие от других технологических процессов состоит в производстве веществ и материалов с уникальными свойствами путём манипулирования атомами и молекулами. Это манипулирование осуществляется различными физико–химическими методами, например, порошковой технологией, физическим и химическим осаждением плёночных покрытий и др. Особую роль в нанотехнологии играют современные приборы, например сканирующие зондовые микроскопы.

XXI век обещает стать веком нанонауки и нанотехнологий. Лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман ещё в 1959 г. утверждал, что проникновение в наномир — это бесконечный путь человечества, на котором оно практически не ограничено материалами, а следует лишь за собственным разумом.

Конспект урока по химии «Химическая технология». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Оглавление

Цель: Рассмотреть сырьевые проблемы, виды и источники энергии, применяемой в химических производствах. Изучить экономию и пути рационального использования энергии и теплоты реакции.

Хим и ческая технол о гия, наука о процессах, методах и средствах массовой химической переработки сырья и промежуточных продуктов.

Химическая технология возникла в конце 18 в. и почти до 30-х гг. 20 в. состояла из описания отдельных химических производств, их основного оборудования, материальных и энергетических балансов. По мере развития химической промышленности и возрастания числа химических производств возникла необходимость изучения и установления общих закономерностей построения оптимальных химико-технологических процессов, их промышленной реализации и рациональной эксплуатации.

Основная задача химической технологии — сочетание в единой технологической системе разнообразных химически превращений с физико-химическими и механическими процессами: измельчением и сортировкой твёрдых материалов (см., например, Дробление), образованием и разделением гетерогенных систем (см., например, Фильтрование, Центрифугирование, Отстаивание, Диспергирование), массообменом (см. Ректификация, Абсорбция, Адсорбция, Кристаллизация, Экстракция) и теплообменом, фазовыми превращениями (см. Фазовый переход), сжатием газов, созданием высоких и низких температур, электрических, магнитных, ультразвуковых полей и т.д. К химической технологии относятся также транспортировка, складирование и хранение сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, контроль и автоматизация производственных процессов, выбор конструкционных материалов для промышленной аппаратуры, а также типов и единичных мощностей аппаратов.

Методы химической технологии используют не только в химической, но и во многих др. отраслях промышленности: нефтехимических, металлургических, строительных материалов, стекольной, текстильной, целлюлозно-бумажной, фармацевтической, пищевой и др.

Теоретические основы химической технологии — учение о процессах и аппаратах и химическая кибернетика (в т. ч. математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов, автоматизированные системы управления).

Для решения задач химической технологии используются достижения в развитии всех разделов химии (особенно физической химии), физики, механики, биологии, математики, технической кибернетики (в т. ч. автоматизированных систем управления), промышленной экономики и т.д.

Химическая технология классифицируется по различным принципам: 1) по сырью (например, технология переработки минерального, растительного или животного сырья; технология угля, нефти и т.п.); 2) по потребительскому, или товарному, признаку (например, технология удобрений, красителей, фармацевтических препаратов); 3) по группам периодической системы элементов (например, технология щелочных металлов, тяжёлых металлов и др.); 4) по типам химических реакций и процессов (технология хлорирования, сульфирования, электролиза и т.п.).

Развитие химической технологии идёт по пути комплексного использования сырья и энергии в пределах данного производства или в кооперации с др. производствами, конструирования высокопроизводительной аппаратуры из химически стойких материалов, разработки непрерывных и замкнутых («безотходных») процессов, исключающих загрязнение воздушного и водного бассейнов вредными промышленными отходами, расширения диапазонов температур и давлений, использования каталитических реакций, применения процессов в псевдоожиженном слое, развития систем автоматизации, контрольно-измерительной техники и т.п.

Технология – наука, которая изучает способы и условия производства готовой продукции (удобрения, часы) в промышленных условиях.

Технологий много: технология производства часов, велосипедов, минеральных удобрений.

Химическая технология – изучает химические производства.

Химические производства – производства, в основе которых лежат химические превращения, химические реакции, т.е. без химических реакций эту продукцию не получить.

Все химические производства образуют химическую отрасль промышленности.

Химическую технологию дают в первую очередь технологам.

Почему учителю необходимо знать химическую технологию?

Химия – единственный предмет в школе, который даёт выход в производство, промышленность, практику. Учитель должен связать преподавание химии с практикой, жизнью.

1. разработать технологическую схему производства, через какие операции можно получить продукцию, например, Н₂ SO ₄.

3. разработать конструкцию аппарата, в котором протекал бы процесс (чтобы все условия соблюдались)

4. разработать мероприятья по предотвращению загрязнения окружающей среды

Какими методами решает задачи технология?

I. Все работы, начиная с лабораторного эксперимента в НИИ, где изучают этот процесс, предварительно проводят физико-химические расчёты.

II. Проводятся полупромышленные испытания (аппарат с уменьшенным размером), т.е. максимально приближают к промышленной установке и испытывают долгое время. За это время определяют технико-экономические показатели: удельный расход сырья, вспомогательных материалов, удельный расход энергии, себестоимость продукции.

III. В проектных институтах заготовляется проект, по проекту строят производство.

Путь от лаборатории до завода очень длинный и дорогой. Нельзя ли сократить этот путь? Можно методом математического моделирования – это изучает химическая кибернетика, она позволяет сократить число опытов в десятки, тысячи раз.

1. Очень большой ассортимент выпускаемой продукции. Химическая технология разработала и внедрила 60 тыс. видов продукции.

2. Высока рентабельность (прибыльность) производства (каждый 1 рубль даёт 1-10 рублей прибыли)

3. Возможность комплексного использования переработки сырья.

4. Химическая продукция используется во всех сферах н/х, следовательно, химическая промышленность развивается быстрее, опережая другие отрасли (на 15-20 лет)

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 производства — неподлежащие 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, емкости, трубопроводы, арматура);

•устройства контроля и управления;

•строительные конструкции (здания, сооружения);

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

Сырье (переменный компонент производства) — вещества и материалы, подвергшиеся ранее воздействию труда и предназначенные для дальнейшей переработки. Это определение можно пояснить например: нефть, прежде чем использовать ее в качестве сырья, необходимо добыть из месторождения. Сырьевые ресурсы—источники сырья для переработки в промышленном производстве. Источниками сырья для химической промышленности являются природные материалы, полупродукты и вторичное сырье. Источником природных материалов является окружающая нас среда—земные недра, гидросфера и атмосфера; растительный и животный мир. Промышленные природные материалы классифицируют:1 по происхождению: минеральные, воздух и вода, растительные и животные;

© УлГПУ, кафедра химии, доцент Пестова Н. Ю., 2013

Источник

1.1. Предмет химической технологии

1.1. Предмет химической технологии

Технология является прикладной наукой, которая на базе достижений

естественных наук решает прикладные задачи, связанные с разработкой методов,

приемов, устройств для получения веществ и материалов, необходимых для

удовлетворения потребностей людей (целевых продуктов).

Технологию можно условно поделить на механическую и химическую. Если

понимать технологию как совокупность знаний о способах и средствах обработки

веществ и материалов, то механическая технология предполагает разработку

Рекомендуемые файлы

глубокие изменения их состава и структуры. Условность этого деления в том, что

ряд механических процессов протекает с участием химических превращений,

например, литьѐ пластмасс, а любое химическое превращение на уровне

производства сопровождается механическими и физическими процессами.

Обязательным в химической технологии, коренным образом отличающим еѐ от

других технологий, является наличие химического превращения.

сырьевых и техногенных материалов в целевые продукты,

реализуемых с использованием химических превращений.

В 1901 г. Д.И. Менделеев в статье для энциклопедического словаря Брокгауза

и Эфрона писал: «Она (технология) содержит в себе приложение к жизни других,

более отвлечѐнных знаний. Еѐ содержание должно изменяться по обстоятельствам

наука, которая не является чем-то застывшим: она постоянно развивается. Еѐ

эволюция базируется, прежде всего, на уровне современных знаний и еѐ основой

являются достижения фундаментальных научных дисциплин и ресурсные

(сырьевые и энергетические) возможности.

Краткие сведения об истории развития химической технологии

Первые специализированные производства по получению химических веществ

Слово «технология» было предложено немецким ученым, профессором

Геттингенского университета И. Бекманом в 1772 г.

Позднее (1795 г.) его коллега И.Ф. Гмелин подготовил и издал первый

В 1803 г. этот труд издается в России в русском переводе В.М. Севергина под

названием «Химические основания ремесел и заводов».

С начала XIX века химическая технология стала обязательным предметом,

преподававшимся в высших как технических, так и в экономических учебных

заведениях, и неотъемлемым элементом высшего технического образования.

Первые учебники по химической технологии представляли собой фактически

набор прописей, рецептов с описанием устройств, в которых эти рецепты можно

В 1807-1808 гг. появляется собственно первый русский учебник по

химической технологии профессора Московского университета И.А. Двигубского

«Начальные основания технологии, или краткое показание работ на заводах и

Первая попытка систематизировать общие приемы, применявшиеся к тому

времени в химической технологии, была осуществлена в 1828 г. профессором

Денисовым Ф.А. в учебнике «Пространное руководство к общей технологии, или к

познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в разных

технических искусствах». В этом учебнике впервые были обобщены приемы и

процессы, применяемые в химической технологии.

К началу XIX века в Российской Академии наук появилась кафедра

химической технологии, начинают издаваться первые научные журналы по

химической технологии. Можно считать, что с этого момента химическая

технология стала существовать как наука, которая обобщала и суммировала

приемы, используемые для наиболее эффективного получения химических

До научного этапа химической технологии способы получения различных

веществ разрабатывались эмпирическим путем.

В качестве примера рассмотрим развитие технологии получения одного из

важнейших продуктов химической промышленности – серной кислоты. Серную

кислоту называют «хлебом» химии. Это один из самых широко используемых

многотоннажных продуктов химической технологии. Человечеству серная кислота

известна более тысячи лет. Первое документальное упоминание о серной кислоте

относится к VIII веку н.э.

Арабский ученый Джабир ибн Хайян использовал серную кислоту в качестве

катализатора дегидратации этилового спирта:

В «донаучную эпоху» (до начала XVI в.) серную кислоту получали

термическим разложением железного купороса в присутствии воздуха при

Пары серного ангидрида и воды конденсировали на выходе из реакционного

сосуда с получением концентрированной серной кислоты. К плюсам данного

метода можно отнести то, что железный купорос присутствует в природе в виде

минерала мелантерита, но этот способ чрезвычайно неэффективный и годится для

получения только небольших количеств серной кислоты.

В 1666 г. европейские ученые Лемери и Лефебр заложили основы камерного

способа получения серной кислоты. По этому методу брали самородную серу,

добавляли селитру и нагревали в присутствии воздуха и воды. Процесс был

реализован в Бирмингеме (Англия) в 1746 г. Робеком.

Сначала сера окислялась до сернистого ангидрида, а затем до серного

ангидрида, который и поглощался водой. Долгое время не была понятна роль

селитры в этом процессе. Эмпирически было уставлено сильное влияние

присутствия селитры в реакционной смеси на скорость процесса.

Только в начале XIX века ученые Клеман и Дезорм поняли механизм

действия селитры в этом процессе.

Суть в том, что при нагревании в присутствии серной кислоты селитра

разлагается с образованием кислого сульфата натрия, оксидов азота и кислорода:

Образующийся NO ₂ катализирует процесс гомогенного окисления SO ₂

оксидом азота(IV) в серный ангидрид:

а образовавшийся оксид азота(II) быстро окисляется кислородом до оксида

этот маршрут оказывается гораздо быстрее, чем прямое окисление сернистого

ангидрида кислородом. Суммарно процесс описывается стехиометрическим

уравнением окисления оксида серы(IV) в оксид серы(VI):

Камерный способ получения серной кислоты реализовали в металлических

камерах, в которые загружали серу и селитру в присутствии небольшого

количества воды, и нагревали. После поглощения выделившегося SO 3 загружали

новую порцию серы с селитрой. Этот процесс был весьма трудоемким. Позднее

этот метод стал основой башенного метода получения серной кислоты.

В 1831 г. английский исследователь Филлипс получил патент на получение

серного ангидрида окислением сернистого ангидрида кислородом воздуха в

присутствии платины и последующим получением собственно серной кислоты.

Платина очень эффективный катализатор этого процесса, который позволяет

0 С), но этот катализатор легко отравляется примесями, содержащимися в исходном

газе, полученном обжигом пирита (серного колчедана). Именно нестабильность,

неустойчивость платинового катализатора была препятствием к использованию

Только в конце XIX века данный способ был реализован в промышленности,

когда удалось очищать получаемый обжиговый газ от соединений мышьяка,

селена, и теллура. Однако платину в качестве промышленного катализатора

использовали сравнительно недолго, так как в начале XX века одновременно в

нескольких странах было установлено, что хорошим катализатором для данного

Существует много вариантов этого катализатора, который оказался

значительно стабильнее по отношению к каталитическим ядам, чем платина и

существенно дешевле. До настоящего времени именно катализаторы такого типа

широко применяются в производстве серной кислоты.

Таким образом, процесс развивался более 400 лет и будет развиваться в

Источник

Предмет и содержание курса «ОХТ»

Лекция № 1

Объектом изучения дисциплины «Общая химическая технология» является химическая технология.

Слово «технология» греческого происхождения и имеет дословный перевод «наука о мастерстве». С современной точки зрения мы можем определить технологию как науку о способах массового производства продукта.

Технологии бывают механические и химические. Механическая технология изучает процессы, связанные с изменением формы и физических свойств перерабатываемого сырья главным образом, путем механических операций. Например, изготовление изделий из древесины – деревообрабатывающие технологии, изготовление изделий из металла – машиностроение и т.д. Химическая технология изучает процессы, связанные с изменением состава и химических свойств перерабатываемого сырья за счет протекания химических реакций.

Существует великое множество частных химических технологий, которые можно объединить в две большие группы:

При разработке любой частной технологии нужно знать три общеинженерные дисциплины: общую химическую технологию (ОХТ), процессы и аппараты химической технологии (ПАХТ) и промышленную теплотехнику (ПТ), которые вместе составляют основу промышленной химии.

Общая химическая технология – наука, изучающая теоретические основы разработки технологий для различных классов химических реакций.

Предмет изучения ОХТ – закономерности, лежащие в основе функционирования химического производства.

Задачи ОХТ как науки:

1) отыскание общих закономерностей протекания химико-технологических процессов;

2) на основе знания общих закономерностей нахождение оптимальных условий ведения химико-технологических процессов;

3) изучение химических превращений с учетом массо- и теплообменных процессов;

4) повышение эффективности использования сырья, энергии, снижение количества отходов и выбросов в окружающую среду; повышение качества выпускаемой продукции.

Основные понятия химической технологии

Химическое производство – совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимый продукт.

Химико-технологический процесс (ХТП) – часть химического производства, состоящая из трех основных стадий:

Целевой продукт – продукт, ради которого организован данный ХТП. Все остальные продукты называют побочными. Побочные продукты могут получаться как в целевой, так и в побочных реакциях. Если побочный продукт не находит применения, его называют отбросом; если он используется, то его называют отходом или вторичным сырьем. Если целевой продукт используется в качестве исходного материала в другом производстве, то он называется полупродуктом.

Исходный материал, поступающий на переработку и обладающий стоимостью, называют сырьем. Вещество, принимающее непосредственное участие в целевой химической реакции, называется реагентом. Реагент – это главный, но не единственный компонент сырья. Все компоненты сырья, которые не участвуют в целевой реакции, называют, обычно, примесями.

В технологии часто пользуются понятиями «превращенный» и «непревращенный» реагент. Превращенный реагент – это то количество реагента, которое вступило в реакции (как целевые, так и побочные). Непревращенный реагент – это то количество реагента, которое выходит из реактора в непревращенном, первоначальном состоянии. Сумма масс превращенного и непревращенного реагента равна массе поданного в реактор реагента.

Вспомогательные материалы – химические вещества, которые обеспечивают нормальное протекание ХТП (катализаторы, растворители и др.).

Исходная смесь – смесь веществ, поступающих в реактор, на стадию химического превращения. Реакционная смесь – смесь веществ, находящихся в реакторе или выгружаемых из него. Ее состав меняется в процессе реакции. Мы можем говорить о составе реакционной смеси в определенный момент времени от начала реакции.

Первая реакция является целевой, две другие – побочные. Оксид азота (II) – NO –целевой продукт на стадии окисления аммиака и полупродукт в производстве азотной кислоты. Вода, азот и оксид азота (I) – побочные продукты. Реагентами в этом процессе являются аммиак и кислород; сырьем – аммиак, содержащий некоторое количество примесей, и воздух, в котором примесями являются азот и другие газы. Вспомогательным материалом является платина, используемая в процессе в качестве селективного катализатора, ускоряющего только первую реакцию. Исходная смесь представляет собой аммиачно-воздушную смесь с содержанием аммиака 9,5 – 11,5 % об. Реакционная смесь – нитрозные газы, содержащие NO, N₂O, N₂, пары H₂O, а также непревращенные О₂ и NН₃.

Источник