Зміст
Вступ
1.Хімічна технологія як наука
2.Розвиток хімічних виробництв і хімічної технології
2.1 Сучаснийстан хімічного промислового комплексу України
3. Склад та структура хімічноговиробництва
4. Показники ефективності хімічноговиробництва
5.Економічні показники ефективності
6. Експлуатаційні і соціальніпоказники ефективності – надійність, ступінь автоматизації, екологічність
Висновок
Література
Вступ
Тема реферату«Хімічне виробництво і хімічна технологія» з дисципліни «Загальна хімічнатехнологія».
Дисципліна«Загальна хімічна технологія» відноситься до циклу загально професійнихдисциплін. Вивчення даної дисципліни базується на курсах: загальноїнеорганічної, органічної і фізичної хімії, фізики, математики, обчислювальноїматематики, процесів й апаратів хімічної технології і повинно передуватививченню фахових дисциплін.
Вивченнядисципліни передбачає розгляд загальних проблем аналізу і синтезу хімічнихвиробництв. У задачу курсу входить загальне знайомство з хімічним виробництвом,його структурою і компонентами; вивчення основ хімічних процесів і реакторів;освоєння загальних методів аналізу і синтезу хімічного виробництва як ХТС;ознайомлення з окремими хімічними виробництвами на прикладі яких предметнодемонструються теоретичні положення курсу.
Метароботи – ознайомитися з відповідними темами, а саме:
- Хімічна технологія – як наука;
- Розвиток хімічних виробництв і хімічноїтехнології;
- Поняття про хімічне виробництво.Загальна структура хімічного виробництва;
- Технологічні показники ефективності –ступінь перетворення сировини, вихід продукту, селективність;
- Економічні показники ефективності — потужність, собівартість, інтенсивність;
- Експлуатаційні і соціальні показникиефективності –надійність, ступінь автоматизації, екологічність.
1. Хімічна технологія як наука
Слово«технологія» — грецького походження: techne– мистецтво (ремесло, уміння), logos– навчання, тобто дослівний переклад слова «технологія» — навчанняпро мистецтво одержання, про уміння робити щось. «Хімічна технологія»має на увазі обов'язковим при цьому здійснення хімічних перетворень, тобтовизначає її як навчання (науку) про хімічне виробництво.
Хімічна технологія – прикладна наука про способи і процесипереробки сировини в продукти (предмети споживання чи засоби виробництва), якіздійснюють за участю хімічних і фізико-хімічних перетворень технічно,економічно і соціально доцільним шляхом.
У технічнійлітературі термін «хімічна технологія» нерідко використовується такожв іншому значенні – як синонім понять“спосіб перетворень", «метод одержання». Так, «технологіянафти і газу» означає “ способи переробки нафти і газу",«технологія киплячого шару» означає «методи одержання продуктівз використанням киплячого шару» і т.д.
Хімічне перетворення є основним процесом не тільки в хімічному інафтохімічному виробництві. Хімічне перетворення лежить в основі одержаннябудівельних і в'яжучих матеріалів, металів, виробництв медичної промисловості імікробіології, процесів горіння в енергетиці і на транспорті і т.д. Цепоказує, що загальні закономірності хімічної технології мають міжгалузевезначення.
2.Розвиток хімічних виробництв і хімічної технології
Хімічна промисловість у всьому світі розвивається стійкимитемпами. Асортимент продукції, що випускається галузями хімічної промисловості,постійно розширюється та оновлюється. Особлива увага приділяється підвищеннюякості виробів, створенню нових матеріалів з визначеними властивостями,розвиненню наукоємних виробництв з метою випуску товарів для електроніки,медицини, високоякісних пластиків і продуктів біотехнології. До проблемхімічної промисловості відноситься зростання цін на сировину та енергію,необхідність витрат на очисне обладнання, зростання витрат на широкомасштабнінауково-дослідні і конструкторські роботи, які необхідні для забезпеченнявисокого техніко-економічного рівня нових виробництв.
Тенденціями розвитку хімічної технології завжди були:
I. Збільшення потужності виробництваприводить до збільшення продуктивності праці без збільшення числа працюючих,тому зменшується собівартість;
II. Інтенсифікація роботи апарата –підвищення продуктивності праці без збільшення розмірів досягається:
1. Поліпшенням конструкції апарата;
2. Удосконаленням технологічних процесів вапаратах даного виду.
III. Механізація;
IV. Комплексна автоматизація;
V. Заміна періодичних виробництвбезперервними (там, де це доцільно);
VI. Зниження енерговитрат, максимальневикористання тепла реакцій;
VII. Зменшення числа стадій виробництва іперехід до замкнутих циклічних систем;
VIII. Створеннябезвідхідних виробництв;
IX. Застосування атомної енергії дозволяєодержати неможливу раніше температуру;
X. Використання плазмохімічних процесівдозволяє простіше одержувати різні хімічні сполуки;
XI. Застосування лазерів дозволяєсинтезувати тверді тіла з заданою кристалічною структурою;
XII. Використання фотохімічних реакцій;
XIII. Використаннярадіаційно-хімічних реакцій для поліпшення структури одержуваних матеріалів;
XIV. Використаннябіохімічних технологій.
Водночас з традиційними напрямками розвитку хімічної технології востанній час виникли та розвиваються нові напрями. Так, наприклад, ще 20-25років тому очисні споруди при будівництві заводів розглядалися як необхідні,але витратні заходи.
2.1Сучасний стан хімічного промислового комплексу України
Багатогалузевийхімічний комплекс України складається з хімічної, нафтохімічної іхіміко-фармацевтичної промисловості. Роль хімічного комплексу в економіцікраїни зумовлена дією таких факторів, як зростаюча потреба в нових матеріалах іречовинах, які не зустрічаються в природі або за властивостями перевершуютьприродні аналоги, висока ефективність хімічних процесів і технологій,розширення сировинної бази тощо.
Заекономічним призначенням продукція хімічного комплексу розділяється на такіпідгрупи: хімічні продукти, які є сировиною і матеріалами для інших галузейпромисловості, що виробляють засоби виробництва і предмети споживання; хімічніпродукти для сільського господарства; хімічні продукти для особистогоспоживання. Частка продукції хімічного комплексу в промисловому виробництвіУкраїни у 2009 р. становила за випуском продукції – 7,2%, за чисельністюпрацюючих – 5,2%, за вартістю основних засобів – 8,9%. У галузевій структурікомплексу переважає продукція хімічної промисловості – 65,7%, частка продукціїнафтохімічної промисловості складає 22,0%, хіміко-фармацевтичної – 12,3%.Хімічний комплекс нараховує 3419 підприємств, з них 29 великих, 702 середніх та2688 малих підприємств, на яких працюють 213,9 тис. осіб, у тому числі навеликих підприємствах – 101,3, середніх – 90,5, малих – 22,1 тис. осіб.
Формуваннябагатогалузевого хімічного комплексу і розміщення його окремих виробництв натериторії України відбувалося протягом 70 років в системі єдиногогосподарського комплексу Радянського Союзу під дією основних принципів ізакономірностей, притаманних плановій системі господарювання, в якій були своїпереваги і недоліки. Найбільша територіальна концентрація хімічних виробництвспостерігається у промислових районах Донбасу та Придніпров’я, де широкогорозвитку набули промислові (хімічні) вузли: Лисичансько-Рубіжанський, Дніпропетровсько-Дніпродзержинський,Горлівсько-Донецький.
3.Склад та структура хімічного виробництва
Об'єктомвивчення в хімічній технології є хімічне виробництво.
Хімічневиробництво – сукупність операцій, які здійснюютьу відповідних апаратахі машинах, для одержання продукту із сировини доцільним способом. Складхімічного виробництва відображений на рис. 1.
/>
Рис. 1 — Складхімічного виробництва
Першою групоюоперацій у хімічному виробництві є підготовка сировини до здійснення хімічнихперетворень. Як правило, це фізичні впливи – роздрібнення, розчинення,нагрівання, концентрування, очищення від домішок і т.д.
Після підготовкисировини проводиться власно хімічне перетворення, у результаті чого утворитьсясуміш, хімічний склад якої відрізняється від первинної сировини. Наявністьхімічного перетворення сировини є ознакою, що виробництво – хімічне.
Третя групаоперацій – виділення і очищення корисного продукту від домішок. Необхідністьцих операція пов'язана зтим, що в хімічному перетворенні можутьутворюватися побічні продукти, від яких треба очистити продукт або відбуваєтьсянеповне перетворення сировини.
Три групиоперацій – підготовка сировини, хімічне перетворення, виділення продукту –основні складові частини хімічного виробництва.Вони забезпечуютьвиконання основної задачі хімічного виробництва – одержання продукту.
Хімічневиробництво — складна система. У ній протікають хімічні реакції, перенос тепла,речовини на молекулярному рівні і у масштабі апаратів, обмін тепловими,масовими, енергетичними, механічними потоками між різноманітними апаратами іпристроями. Процеси, що протікають, мають різний масштаб, різне місцепроведення, різну інтенсивність. Структура процесів хімічного виробництваієрархічна, послідовно зростаюча за масштабами. Нижній рівень цієї ієрархіїскладають окремі процеси – явища впливу на речовини. Процеси можуть бутимеханічні, фізичні, хімічні. При механічному має місце зміна фізичнихвластивостей, агрегатного стану. У хімічному процесі відбувається змінахімічного складу.
Наступним структурним рівнем процесів хімічного виробництва єхіміко-технологічний апарат – пристрійдля здійснення процесу – абсорбер, ректифікаційна колона, теплообмінник, насос,фільтр, хімічний реактор і та ін. У кожнім з апаратів може здійснюватися кілька процесів.
Сукупність апаратів, в яких здійснюють визначену операцію, назвемоагрегатом – третій рівень. Наприклад, хімічний реактор разом з теплообмінникомі змішувачем, які забезпечують режим роботи реактору можна класифікувати якагрегат (іноді його називають також реакційним вузлом).
Хіміко-технологічнийпроцес (ХТП) – четвертий рівень – протікає в сукупності агрегатів і апаратів зодержанням певного продукту – кінцевого (цільового) продукту, проміжногопродукту, напівпродукту та ін.
Сукупністьхіміко-технологічних процесів створює хімічне виробництво (ХВ). що служить для одержаннякінцевого продукту – п'ятий рівень.
Розвитокпромисловості висунуло нові вимоги до усіх виробництв – основними цілямиїхнього функціонування є не тільки одержання продукту, але виконання такихфункцій, як комплексне використання сировини, захист навколишнього середовища,економія паливно-енергетичних ресурсів.
4.Показники ефективності хімічного виробництва
Визначаючи метухімічної технології як науки: створення економічного способу виробництванеобхідних людству продуктів (з використанням хімічних перетворень), –необхідно визначити показники виробництва, які характеризують його досконалістьі ефективність. Можна виділити наступні групи показників – технологічні,економічні, експлуатаційні і соціальні.
Технологічніпоказники характеризують технологічну досконалість розглянутоговиробництва.
Серед нихнайголовнішими є наступні:
Витратнийкоефіцієнт — є важливимпоказникомтехнічної досконалості виробництва і визначаєвитрати сировини й енергіїна одиницю виробничої продукції:
/>,
хімічнийвиробництво технологія ефективність
деgі – витрати і-го виду сировини, при виробництві продуктупродуктивністю G.
Витратнікоефіцієнти мають розмірність т/т, м3/т, м3/м3.
Розрізняютьтеоретичні витратні коефіцієнти, які розраховують тільки за рівняннями реакційта практичні витратні коефіцієнти, які враховують склад та ступінь перетвореннясировини, вихід продукту, селективність процесу, надлишок окремих видівсировини. Витратні коефіцієнти за різними видами сировини різні.
Ступіньперетворення – показує наскільки повно в хіміко-технологічному процесівикористовується сировина, таким чином – це частка сировини, яка прийнялаучасть в хімічному перетворенні.
Для хімічноїреакції:
/>
можнарозрахувати ступені перетворення для сировини А та сировини В.
/>,
де nA–кількістьмолей речовини А в вихідній реакційній суміші;
nA — кількість молей речовини Апісля закінчення процесу перетворення (залишок реагенту). Ступінь перетворенняречовини А лежить в межах />.Відповідно ступінь перетворення речовини В розраховується за рівнянням:
/>
Якщо реагенти Ата В взято в стехіометричному співвідношенні />,якщо реагент В взято з надлишком />,якщо реагент В взято з нестачею, навпаки />.
Не завжди можнадостигнути повного перетворення реагентів, більшість хімічних реакцій єзворотною. Максимальний ступінь перетворення в таких реакціях – рівноважнийступінь перетворення.
/>,
де /> кількістьмолей речовини А в рівноважній суміші.
Наступнийтехнологічний показник ефективності – вихід продукту – відношенняреально одержаної кількості продукту до його максимально можливої кількості:
/>,
де nD– реально одержана кількість речовини D;
nDmax– максимально можлива кількість речовини D.
Для різних типівреакцій величина nDmaxрозраховується по-різному.
Так для простихнезворотних реакцій максимальна кількість продукту розраховується застехіометрією хімічної реакції, виходячи з кількості реагенту, який взято знестачею. От же, для простої незворотної реакції вихід продукту чисельнодорівнює ступені перетворення сировини, взятої для процесу з нестачею.
Для зворотноїхімічної реакції максимальна кількість продукту обумовлена рівновагою процесу,і /> ,от же:
/>
У випадкупротікання паралельних:
/>,
або послідовнихреакцій:
/>
можливоутворення побічних продуктів процесу. В цьому випадку максимальна кількістьпродукту та, яку було б одержано якби вся сировина витрачалася на утворенняцільового продукту.
Селективністьпроцесу дозволяє оцінити ефективність основної реакції в порівнянні з побічнимиреакціями, таким чином селективність – відношення кількостіосновного компоненту сировини, перетвореного на цільовий продукт до загальноїкількості компоненту А, що прийняв участь у всіх хімічних перетвореннях даногохіміко-технологічного процесу. Наприклад в хіміко-технологічному процесіпротікає цільова реакція утворення продукту Dтапобічна реакція утворення продукту С.
/>
Тодіселективність такого процесу можна обчислити так:
/>,
де /> -кількість речовини А, що взяла участь в одержанні цільового продукту;
/> -загальна кількість речовини А, що взяла участь у всіх хімічнихперетвореннях. Селективність можна розрахувати через ступені перетворенняречовини А.
/>.
5.Економічні показники ефективності
Економічніпоказники визначають економічну привабливість виробництва, як правило, цепотужність виробництва, собівартість продукції та ефективність використанняустаткування (інтенсивність).
Продуктивність П– випуск продукції за одиницю часу. Розрізняють річну, добову, годиннупродуктивність. Максимальну продуктивність називають потужністю виробництва.Звичайно, це проектна характеристика.
/>,
де G– випуск продукції (тонна, кг, м3);
τ – час (рік,доба, година).
Хімічневиробництво працює 300-330 дiб у році, тобто за винятком часу напланово-попереджувальні ремонти і можливі аварійні зупинки.
Сучасніпромислові виробництва досягають продуктивності:
— виробництвоаміаку — 450 тис. т/рік (1360 т/доб );
— виробництвосірчаної кислоти — 500 тис.т/рік (1500 т/доб );
— виробництвометанолу — 250 тис.т/рік (750 т/доб ).
Собівартість –витрати виробника на одержання одиниці продукції.
Інтенсивність –продуктивність, віднесена до величини, яка характеризує розмір апарату – об’єм,площу перетину.
/>,
де П –продуктивність процесу в апараті;
V– об’єм або площа перетину, в залежності від типу апарату.
Інтенсивністьвимірюється в таких одиницях кг/(год.м3),т/(доб.м2)та ін.
У випадкуаналізу каталітичних реакторів інтенсивність розраховують як відношення продуктивностідо об’єму або маси каталізатору, який завантажено до реактору. Таку величинуназивають продуктивністю каталізатору, або його напруженістю.
Ще однимпоказником є якість продукту– набір властивостей і характеристик, щовизначають споживчу цінність продукту. Сюди належать показники чистотипродукту, наявність домішок, а також хімічні, фізико-хімічні, фізичні,механічні та ін. властивості. Вони визначаються державними і галузевимистандартами (ГОСТ, ДСТУ) і технічними умовами на продукцію.
6.Експлуатаційні і соціальні показники ефективності – надійність, ступіньавтоматизації, екологічність
Експлуатаційніпоказники характеризують досконалість створеного виробництва як промисловогооб'єкта. До них належать: керованість або урегульованість, чутливість довідхилень умов роботи, надійність апаратів і виробництва в цілому, пожежо- івибухобезпека.
Соціальніпоказники визначають умови роботи обслуговуючого персоналу і нешкідливістьвиробництва для навколишнього середовища; нешкідливість обслуговування, ступіньавтоматизації і механізації, екологічну безпеку.
Висновок
В процесівиконання роботи ми ознайомилися з хімічним виробництвом і хімічноютехнологією, а саме:
— хімічноютехнологією – як наукою;
— розвиткомхімічних виробництв і хімічної технології;
— сучаснимстаном хімічного промислового комплексу України;
— складом таструктурою хімічного виробництва;
— показникамиефективності хімічного виробництва;
— економічнимипоказниками ефективності;
— експлуатаційними і соціальними показниками ефективності – надійністю, ступнюавтоматизації, екологічністю.
Література
1. Мухленов И.П.и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991. — С. 6, 8, 20-22.
2. Кутепов А.М.и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990. — С. 5-12.
3. Голубовська-ОнісімоваГ.М. та ін. Дослідження політики та законодавства у сфері управління хімічнимиречовинами в Україні. — Київ – 2006.