Слово «технология» в переводе с греческого означает «учение о мастерстве»

Вводная лекция

по курсу «Общая химическая технология»

Химическая технология – наука о наиболее экономичных и экологических обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства.

Химическая технология возникла с появлением химических промыслов и в течение долгого времени была чисто описательным разделом прикладной химии:

- термин «технология» - 1772 г. профессором Геттингемского университета И. Бехманом.

- 1795 г. – двухтомный курс И. Ф. Гмелина «Руководство по технической химии»;

- 1803 г. – кафедра ХТ в российской академии наук;

- 1807 – 1808 г.г. – первый русский учебник профессора Двигубского И. А. «Начальные основания технологии, или краткое показание работ на заводах и фабриках производимых»;

- 1828 г. – профессор Денисов Ф. А. учебник «Пространное руководство к общей технологии, или к познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в разных технических искусствах»;

- 1851 г. - профессор Ильенков П.А, «Курс химической технологии».

Выделение химической технологии в отдельную отрасль знаний началось в первой половине Х1Х века, когда при Российской Академии наук была создана кафедра химической технологии (1803 г.). В самостоятельную научную дисциплину химическая технология сформировалась в начале ХХ века, когда были сформулированы основные закономерности химико-технологических процессов. Плодотворное влияние на развитие химической технологии оказали работы по моделированию тепловых и гидродинамических процессов (теория подобия), а в 1960-х годах – работы по химической кибернетике. В настоящее время прогресс химической технологии в значительной мере связан с разработкой и использованием методов математического моделирования, оптимизации и автоматизации управления химическими процессами.

Современная химическая технология, используя достижения естественных наук (химических прежде всего), промышленной экономики материаловедения, химического аппаратостроения, прикладной математики и др., разрабатывает и изучает совокупность физических и химических процессов, оптимальные способы их осуществления и управления ими в промышленном производстве различных веществ, продуктов и материалов.

Химическая технология является научной базой развития не только чисто химических отраслей промышленности (нефтехимической, металлургической, основного органического синтеза, продуктов тонкого органического синтеза, пластических масс и т. д. и т. п.), но и многих нехимических отраслей производства. Сегодня развитие машиностроения, производства строительных материалов, транспорта, пищевой промышленности, здравоохранения и др. невозможно без использования достижений химической технологии.

Цель любого производства. в том числе и химического – получение конечного продукта при минимальных удельных капитальных вложениях и эксплуатационных затрат и ограничениях, накладываемых требованиями техники безопасности и охраны окружающей среды. Эта цель достигается выбором соответствующих технологических процессов, оптимальных режимов их осуществления, необходимого оборудования, рациональной аппаратурно-технологической схемы, а также путем автоматизации контроля и управления технологическими процессами и производством в целом.

Все многообразие процессов химической технологии сводится к пяти группам:

1) механические – измельчение, грохочение, гранулирование, транспортирование твердых материалов, упаковка и др.;

2) гидродинамические – перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, пневматический транспорт, фильтрование, флотация, центрифугирование, перемешивание, псевдосжижение и др. Скорость этих процессов определяется законами механики и гидродинамики;

3) тепловые – испарение, конденсация, нагревание, охлаждение и др. Скорость этих процессов определяется законами теплопередачи;

4) диффузионные или массообменные – процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую - абсорбция, адсорбция, дистилляция, ректификация, сушка, кристаллизация, т. экстракция, ионный обмен и др.;

5) химические.

Последняя группа процессов химической технологии наиболее многочисленна и сложна. Эта группа является определяющей для неорганического синтеза и ядерно-химической технологии.

Единой общепринятой классификации химических процессов нет. Их можно классифицировать по различным признакам:

1) по сырью (переработка растительного и животного сырья, переработка угля, нефти, газа и др.)

2) по потребительскому или товарному признаку (производство удобрений, красителей, лекарственных препаратов и пр.),

3) по группам периодической системы элементов (производство щелочных и щелочноземельных металлов, производство редких и рассеянных элементов),

4) по типам химических реакций 9процессы окисления. восстановления, титрования, сульфирования, галогенирования и т.д.),

5) по фазовым состояниям реагирующих веществ (гомогенные, гетерогенные, газофазные и т.д.),

6) по механизму молекулярности (нуклеофильное замещение, гомолитическое присоединение и пр.)

Многообразие химических процессов и условий их проведения обуславливает разнообразие конструкций аппаратов, в которых осуществляются эти процессы. Принцип действия, методы расчета и типовые конструкции аппаратов для проведения механических, гидродинамических, тепловых и массообменных процессов рассматриваются в курсе «Процессы и аппараты химической технологии». Химические реакторы будут рассматриваться нами в курсе ОХТ и в специальных курсах, читаемых на кафедре ХТП и обращения с РАО.

При расчете и проектировании химических процессов и аппаратов определяют:

- материальные потоки перерабатываемых веществ;

- энергетические затраты, необходимые для осуществления процессов;

- основные размеры и количество аппаратов, необходимое для осуществления этих процессов.

Способ переработки – это совокупность всех операций, которые проходит сырье до получение из него продукта (способ производства). Способ производства излагается как последовательное описание операций, протекающих в соответствующих машинах и аппаратах.

Анализ кинетических закономерностей процессов и его термодинамических характеристик позволяет определить оптимальные условия ведения процесса. математическое моделирование широко используется при расчетах и проектировании химических процессов и оборудования. Для успешного использования ЭВМ необходима формализация процесса в виде математического описания, составление математической модели процесса и установление ее адекватности реальному процессу. Оптимизация химико-технологической системы осуществляется по экономическим и энерготехнологическим показателям.

Технология делится на механическую и химическую.

В механической технологии рассматриваются процессы, в которых изменяется форма или внешний вид и физические свойства материала, а в химической – процессы коренного изменения состава свойств и внутреннего строения вещества.

Химическая промышленность начала оформляться в Х1Х веке. Большой вклад в ее развитие внесли М.В. Ломоносов, А.М. Бутлеров, Д.И. Менделеев и другие. Дальнейшее развитие характеризуется более глубоким использованием законов математики, физики, химии. В этот период всемирное признание получили труду М.А. Ильинского, И.А. Каблукова, А.Е. Фаворского и т.д. В 1932 году в СССР был пущен первый в мире завод синтетического каучука по способу Лебедева С.В. (в Германии – в 1934 г., в США – в 1942 г.)

Основные направления развития.

1) Повышение производительности и интенсивности работы аппаратов.

2) Механизация трудоемких процессов.

3) Автоматизация и дистанционное управление процессами.

4) Замена периодических процессов непрерывными.

Производительность П – количество выработанного продукта С₁ или переработанного сырья за единицу времени τ (кг/ч или т/ч)

или

,

где V_п – объем производства.

Это основная характеристика работы оборудования, цехов, заводов.

Повышение производительности может быть достигнуто:

- увеличением его размеров;

- увеличением интенсивности его работы.

Интенсивностью работы аппарата J называется производительность его отнесенная к какой-нибудь величине, характеризующей размеры данного аппарата:

,

где V – объем, м³.

,

S – площадь сечения, м².

Интенсификация достигается двумя путями:

1) улучшением конструкций машин и аппаратов;

2) совершенствованием ТП в аппаратах данного вида.

Механизация – замена физического труда человека машинным.

Автоматизация – применение приборов, позволяющих осуществлять производственный процесс без непосредственного участия человека и лишь под его контролем. Широкое применение в промышленности АСУ технологией производства (АСУ ТП) – одна из главных задач.

Современная химическая технология ставит задачу комплексного использования сырья и энергии, комбинирования и кооперирования различных производств, создания малоотходных ресурсосберегающих технологий, охраны окружающей среды.

Химическая технология занимает ведущее место в промышленном производстве. В большинстве развитых стран суммарный вклад в химические отрасли составляет 1/3 общих капиталовложений в промышленность.

Потребление энергетических ресурсов в химических отраслях в 1/5 раза выше, чем среднее по промышленному производству. К сожалению, отечественная химическая промышленность характеризуется крайне неэффективным расходованием энергии.

Следует отметить, что надежность производства и безопасность его в химических отраслях имеет особое значение. К сожалению, с ростом производства растет и число аварий. Увеличение единичных мощностей приводит к значительному усложнению производства и резкому увеличению ущерба в случае аварии. Стоимость ущерба от аварии химической промышленности возросла в 15 раз.

Таким образом, для успешной работы в области химической технологии необходима глубокая подготовка в области фундаментальных и инженерных дисциплин, в первую очередь, таких как общая, неорганическая, физическая, аналитическая химии; высшая и прикладная математика; математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов; прикладная механика и процессы и аппараты химической технологии. Академик Д.П. Коновалов еще в 1924 году писал, что одной из главных задач химической технологии является: «установление наивыгоднейшего хода операции и проектирование ему соответствующих заводских приборов и вспомогательных механических устройств».

Данная дисциплина будет изучаеться в соответствии с требованиями нормативного документа «Енергетична стратегія України на період до 2030 року», - К.: Минтопэнерго.

Дата добавления: 2014-01-07