Химиялық технология

Химиялық технологияның негізгі ұғымдары мен анықтамалары. Химия өнеркәсібін ұйымдастыру

С. Ж. Асфендияров атындағы Қазақ Ұлттық Медицина Университеті

Казахский Национальный Университет имени С. Д. Асфендиярова

Алматы, 2020

Инженерлік пәндер кафедрасы

Жоспар:

Химиялық технология туралы түсінік. Негізгі ұғымдар мен анықтамалар

Химиялық технологияның пайда болуы және дамуы

Химиялық өндірістің көрсеткіштері: технологиялық, экономикалық, пайдалану

Химия-технологиялық жүйе

Материалдық және энергетикалық баланс

Химия өнеркәсібіндегі есептеулер

Қолданылған дерек көздері

Химиялық технология

Технология - табиғи шикізатты тұтыну бұйымына жəне өндіріс құралына дейін өңдеудің əдістерімен құралдары туралы ғылым.

Технология гректің «технос» - өнер, шебер немесе шебер кəсіп, «логос» - ғылым деген сөзінен шыққан. Демек, технология - кəсіп туралы ғылым.

Химиялық технологияның пайда болуы және дамуы

XV ғасырда Европада қышқылдар, негіздер, тұздар және әр түрлі фармацевтикалық препараттар мен кейбір органикалық заттардың ұсақ өндірістері пайда болды.

XVIII ғасырда технология арнайы білім саласы болып бөліне бастады, технология ғылым және оқу пәні ретінде дами бастады. Осы түсінікте «технология» терминін 1772 ж Геттинген университетінің профессоры И. Бекман қолданды, ол химиялық өндірістің көптеген техникасын түсіндіретін алғашқы еңбектерін шығарды және ол химиялық технологиядан алғашқы кітап болды.

XIX ғасырда Батыс Европа елдері мен Ресейде химиялық технологиядан кітаптар, басқармалар және ғылыми зерттеулердің көп болуы химиялық өндіріс пен химиялық технологияның ғылыми негіздерінің тез дамуына үлкен үлес қосты. Ең маңызды жағдайлар:

1748 жылы Бирмингемда (Англия) күкірт қышқылының қалайы камерасында өндіретін ең алғашқы зауыт құрылды. 1787-1789 жылдары Н. Леблан ең алғаш рет соданы өндірістік әдіспен алуды ойлап тапты. Өндірістің көп салаларында содаға деген сураныс жоғарлағандықтан Н. Леблан әдісі кең тарала бастады. 1861 жылы соданы алудың аммиакты әдісі пайда болады (Сольве әдісі) .

XIX ғасырдың ортасында К. Либихтің кең таралған агрохимия жұмыстарынан кейін химиялық өнеркәсіпте жаңа саласы - минералды заттар өндірісі пайда болды.

Химиялық технологияның:

Зерттеу пәні - химиялық өндіріс;

Зерттеу мақсаты - адамға қажетті заттардың тиімді өндіру жолдарын табу;

Зерттеу әдістері - тәжірибелік, моделдеу және жүйелік талдау.

Химиялық технологияның классификациясы

Химиялық технология салалары бойынша 2 топқа жіктеледі:

Химиялық технологияның негізгі ұғымдары

Химиялық өндіріс - шикізатты қажетті өнімдерге химиялық өзгерістер жолымен өңдеуге арналған машиналар мен аппараттарда жүзеге асырылатын процестер мен операциялардың жиынтығы.

Технологиялық процесс - шикізат жəне материалдарды өнімдерге дейін өңдеу операциялары мен үдерістердің жиынтығы.

Химия-технологиялық процесс - бастапқы затты өнімге айналдыру кезіндегі химиялық және физико-химиялық процесстердің тізбегі.

Химиялық өндіріске қойылатын жалпы талаптар:

өндірісте қажетті өнімдер алу;

экологиялық қауіпсіздік;

пайдаланудың қауіпсіздігі және беріктігі;

шикізат және энергияны максималды пайдалану;

максималды еңбек өнімділігі.

Химиялық өндірістің компоненттері :

ауыспалы

тұрақты

Ауыспалы компоненттер - өндірісте тұрақты түрде тұтынылады немесе түзіледі.

Тұрақты компоненттер - өндірістің пайдалану мерзімінде тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

Химиялық өндірістің компоненттері

Химиялық өндірістің құрылымы және

функционалды элементтері

1-сурет. 1 - шикізатты дайындау; 2 - шикізатты өңдеу; 3 - негізгі өнімді бөлу;

4 - қалдықтың утилизациясы және санитарлық тазалау;

5 - энергетикалық жүйе; 6 - қосымша материалдар мен суды дайындау;

7 - басқару жүйесі

Химиялық-технологиялық процестердің техникалық-экономикалық көрсеткіштері:

Өнімділік

Өндіріс қуаты

Интенсивтілік

Шығын коэффициенті

Айналу коэффициенті

Өнім шығымы (қайтымсыз және қайтымды реакция үшін)

Талғампаздық

Өнімділік - өндірілген өнімнің мөлшері немесе бірлік уақыт ішінде өңделген өнім.

Ө =

Мұндағы, Ө-өнімділік, В-өнім массасы, кг, т, -уақыт, сағ. Өнімділік, кг/сағ; т/тәулік, м3/тәулік өлшенеді.

Егер реакциялық қоспада өнімнің концентрациясы белгілі болса, өнімділікті анықтау үшін келесі теңдеу қолданады:

Ө = СR v

мұндағы, СR - өнімнің концентрациясы, v - реакциялық қоспаның жұмсалу көлемі.

Өндіріс қуаты - аппараттың оптималды жағдайдағы ең жоғарғы өнімділігі:

W=Өmax

Аппараттың өнімділігін, оның мөлшерін үлкейту арқылы немесе интенсивтілігін арттыру арқылы көтеруге болады.

Интенсивтілік - бірлік уақыттағы аппарат өнімділігінің аппарат көлеміне немесе өнім өндіретін ауданына қатынасы.

Vr- аппарат (реактор) көлемі.

Интенсивтілік бірлік уақытта аппаратың бірлік көлемінен немесе қимасынан алынған өнімнің мөлшерімен өлшенеді. Өлшем бірліктері - (кг/м3. сағ, т/тәулік. м2) .

Жұмсалу коэффициенті - белгілі мөлшерде өндірілген өнімге жұмсалған шикізаттың, судың, энергияның және әртүрлі реагенттердің мөлшері.

Q-жұмсалған шикізат, су және т. б мөлшері, В-өнім массасы.

Шығын коэффициентін тонна тоннаға (т . т-1) кубметр тоннамен (м3. т-1),

киловатт сағат тоннамен (квт. сағ. т -1) өрнектейді.

Айналу дәрежесі - бұл реакцияға түскен реагент мөлшерінің, алғашқы реагент мөлшеріне қатынасы.

Қайтымсыз А→В реакциясын қарастырайық,

Егер, NAo- А затының алғашқы мөлшері,

NA - А затының нақты осы кезеңдегі мөлшері деп белгілесек, онда А реагентінің айналу дәрежесі :

ХА=

Айналу дәрежесі үлеспен немесе %-пен өрнектеледі, %-пен өрнектелгенде

(1) -теңдеу былай жазылады:

ХА=

100%

(1) -теңдеуден

Егер реакция көлемді өзгертпей жүретін болса, онда

САО, СА-бастапқы А- реагентінің процестің басындағы және соңындағы мөлшері болса, онда

Өнім шығымы - мақсатты өнім мөлшерінің, оның стехиометриялық теңдеу бойынша алынуға тиісті мөлшеріне қатынасы немесе шын өндірілген өнімнің теорияға сәйкес өндірілетін өнім мөлшеріне қатынасы.

Қайтымсыз А→R реакциясы үшін:

Мұндағы, QR-мақсатты өнім шығымы; NR-процесс соңындағы R затының өнім мөлшері; NRmax-R затының максималды мүмкін өнуге тиіс мөлшері.

Қайтымсыз химиялық реакция. Бұл реакция үшін максималды мүмкін өнім мөлшері NR max реакцияға түскен зат мөлшеріне NAO-сәйкес келеді (NR max= NAO), яғни өнім шығымын алынған мақсатты өнімнің оның алғашқы мөлшеріне қатынасы деп қарастыруға болады:

екінші жағынан NR= NAO-NA тең болғандықтан қайтымсыз процестер үшін

яғни мақсатты өнім шығымы, айналу дәрежесіне тең.

Қайтымды химиялық реакция. Бұл реакция үшін тепе-теңдіктік айналу дәрежесі деген ұғымның маңызы бар. Тұрақты жағдайда тепе-теңдік кезінде қайтымды АR реакциясы үшін NRmax= Nm. m.

Осы АR реакциясы үшін тепе-теңдіктік айналу дәрежесі

Х*А- тепе-теңдіктік айналу дәрежесі, N*A- тепе-теңдік кезіндегі А затының мөлшері.

Қайтымды реакция үшін NRmax=NR* болса, онда

N*R- тепе-теңдік кезіндегі R затының мөлшері.

Бірақ, NR=NAO-NA, ал N*R= NAO* Х*А, онда теңдеу былай жазылады:

Талғампаздық - мақсатты өнімнің жалпы шыққан өнімге қатынасы. Мынандай параллель жүретін реакцияны қарастырайық:

мұндағы, R-мақсатты өнім, S-аралық өнім.

Онда талғампаздықты былай тұжырымдауға болады:

NR, NS- R және S өнімдердің мөлшері, mR-талғампаздық. Осы қаралған параллельді реакция үшін,

NR+NS= NAO-NA, онда

Сонымен алынған байланысты QR=(X mR) былай жазуға болады: QR=X -қайтымсыз А-R реакциясы үшін;

QR=X/Хх - қайтымды А R реакциясы үшін;

QR=XА* mR -күрделі

реакциясы үшін.

Химиялық өндірістің экономикалық тиімділігі

Капиталдық шығын

Өзіндік құн

Еңбек өнімділігі

Капиталдық шығын - кәсіпорынды немесе цехтың құрылысын салуға жұмсалған барлық шығынның қосындысы. Барлық жағдайда жұмсалған шығынның мөлшері неғұрлым аз болуына ұмтылу керек.

Меншікті капиталдық шығын капиталдық шығынға қарағанда көрнекті көрсеткіш болып табылады, ол цехтың қондырғыларының жалпы құнын, олардың жылдық қуаттылығына бөлгенге тең болады.

мұндағы: Р-меншікті капиталдық шығын, тенге т . жыл-1

К-капиталдық шығын, теңге

Q-қондырғының қуаттылығы, т . жыл-1

Өзіндік құн. Кәсіпорынның өнімді дайындауға және тұтынуға кететін шығынның ақшамен өрнектелуін толық өзіндік құн деп атайды. Ал кәсіпорынның тікелей өндіріспен байланысты шығынын өнімнің фабрикалық-зауыттық өзіндік құны деп аталады.

Өнімнің фабрикалық-зауыттық өзіндік құны келесі негізгі шығындардан құралады

Химия өнімінің өзіндік құнының құрылымы

Шығын баптары

Өзіндік құндағы үлесі, %

Шикізат және негізгі материалдар

57, 0

Көмекші материалдар

6, 6

Отын

1, 6

Энергия

8, 1

Жалақы және сақтандыру

11, 9

Құрал-сайман (жабдық) амортизациясы

11, 0

Басқа шығындар (цех, зауыт шығындары)

3, 8

Барлығы

100

Өндірістік агрегаттың бірлік қуаттылығымен өзіндік құн арасындағы тәуелділік мына теңдеумен өрнектеледі:

мұндағы: S-өзіндік құн, тенге*т-1, Q-цехтың қуаттылығы, тенге*жыл-1,

m, n-коэффициенттер, n=-0, 2ден-0, 3 дейін.

Еңбек өнімділігі - жұмыскердің бірлік уақыт ішінде өндіретін өнімінің мөлшері немесе бірлік өнімді өндіруге жұмсалатын жұмысшы уақытының мөлшері.

Меншікті капиталдық шығын, өзіндік құн және еңбек өнімділігі негізінен өндірістің техникасы мен қондырғысының қуаттылығына байланысты. Қондырғының бірлік қуаттылығы артқанда көптеген химиялық өндірістер үшін еңбек өнімділігі 60-80% артады.

Экономикалық көрсеткіштерді техникалық көрсеткіштер негізінде есептейді.

Эксплутациондық көрсеткіштер - өндірісте жəне химиялық-технологиялық үдерісте регламенттік жағдаймен күйден ауытқулар пайда болған өзгерістерді сипаттайды. Үдерістің көрсеткіштеріне ауытқулардың əсерін эксплутациондық көрсеткіштермен анықтайды.

Беріктілік - өндірісте немесе қондырғыда белгілі уақыт аралығында авариясыз жұмыс істеудің не болмаса авариялық жағдайда тоқтап қалу санының орташа уақытымен сипатталады. Бұл көрсеткіш қондырғының дұрыс жəне сапалы жұмыс істеуіне тəуелді.

Жұмыс істеу қауіпсіздігі - қоршаған ортаға, қызметкерлерге жəне қондырғыларға əкелетін зиянды əрекеттерден жұмыс режимінің бұзылу ықтималдығы.

Сезімталдық - өндірісті, қондырғыны пайдалану барысында ре-жимнің бұзылуына жəне пайдалану шартының өзгеруіне уақытында бақылау жасау. Бұл үдеріс көрсеткішінің болған жағдайға байланысты ауытқулар өзгерісінің қатынасымен анықталады.

Басқару жəне реттеу - берілген шекте үдеріс көрсеткіштерін мүмкіндігінше қалыпта ұстауды сипаттайды. Бұл басқару параметрлері жəне олардың өзара əсерінің (басқару күрделілігі) үдеріс шартына өзгерісінің шамасымен анықталады.

Əлеуметтік көрсеткіштер - өндірісте жұмыс істеудің қолайлығын жəне оның қоршаған ортаға əсерін сипаттайды.

Қызмет көрсетудің зиянсыздығы - газдану, шаң-тозаңдану, қатты дауыс деңгейі жəне т. б. талапқа сəйкес нормада болуын санитарлық-гигиеналық тұрғыдан қадағалау.

Автоматтандыру жəне механикаландыру дəрежесі өндірісті пайдаланудағы қол жұмысы мен ауыр еңбек үлесін анықтайды

Экологиялық қауіпсіздік өндірістің қоршаған ортаға жəне орналасқан аймақтың экологиялық жағдайына əсер ету дəрежесін анықтайды.

Химиялық-технологиялық жүйе

Жүйе деп өндірістегі элементтер жəне байланыстар арасындағы біртұтас жиынтықты айтады.

Химиялық-технологиялық жүйе (ХТЖ) - бастапқы затты (шикізат) өнімге дейін өңдеуге арналған аппараттардың, машиналардың, басқа қондырғылардың (элементтер) жəне материалдық, энергетикалық, басқа ағыстардың (байланыстар) өзара біртұтас жиынтығын айтады.

2-сурет. ХТЖ-ның иерархиялық құрылымы