Технология химических производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ")

Кафедра экономики

Контрольная работа

по дисциплине: "Технология химических производств"

Выполнил: студент группы 3223-81С

Сабирова Лилия Ильгизаровна

Казань - 2013

1. Механическая технология

Технология (от греч. technos - искусство, ремесло или производство; logos - учение, наука) - наука о способах и средствах проведения производственных процессов.

Можно определить технологию как науку о производстве. Технологию характеризуют также как науку, изучающую способы и процессы переработки природных материалов (сырья) в предметы потребления и средства производства.

Промышленные продукты могут служить средствами производства (например, металлообрабатывающие станки) или предметами потребления (например, хозяйственные изделия из пластмасс, бумага). В то же время многие промышленные продукты могут использоваться как сырьё для других производств. Так, аммиак служит основным сырьём в производстве азотной кислоты, которая, в свою очередь применяется для производства минеральных удобрений, органических нитропроизводных и ряда других веществ.

Различают механическую и химическую технологию. Процессы механической технологии основаны на механическом воздействии, изменяющем внешний вид или физические свойства обрабатываемых веществ, но не влияющем на их химический состав. Процессы химической технологии связаны с протеканием химических реакций, приводящих к изменению состава, а также внутреннего строения и свойств веществ. Например, обработка древесины для получения из неё стройматериалов относится к механической технологии, а обработка древесины для получения из неё бумаги, уксусной кислоты и других продуктов - к химической технологии. Процессы обработки металла ковкой, литьем, прокаткой для получения различных предметов и деталей относятся к механической технологии, а получение металлов из руд - к химической технологии.

Химическая технология - наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырья в промышленные продукты.

Механическая технология - наука об обработке веществ механическими действиями ковкой, теской, рубкой, тесанием, трепанием и т. д.

Предметом изучения химической технологии являются промышленные химико-технологические процессы, но эти процессы имеют место не только в химической промышленности, они могут лежать в основе и других отраслей промышленности: металлургии, нефтепереработки, производства строительных материалов и др.

Основной задачей химической технологии является исследование и установление оптимальных условий осуществления химических реакций на производстве, т.е. условий, при которых химические реакции протекают с максимальным экономическим эффектом, с наилучшими технико-экономическими показателями. Химическая технология решает следующие вопросы:

- выбор способов и методов переработки сырья в готовые продукты;

- выбор конструкций аппаратов, машин и параметров их работы, а также - взаимосвязь аппаратов между собой;

- управление технологическим процессом;

- экологическая безопасность производства.

Как наука химическая технология базируется, прежде всего, на химических науках, таких как физическая химия, химическая термодинамика и химическая кинетика, а также на закономерностях физики, математики, общехимических и общеинженерных дисциплин.

Из законов физики и химии можно выделить два закона: закон сохранения массы вещества и закон сохранения энергии, на основе которых в химической технологии производят расчёты технологических процессов, например, вычисляют материальный и тепловой балансы производства, выход готовой продукции, количество необходимого сырья и др.

Историю химической технологии неотделима от истории химической промышленности. Вместе с возникновением первых химических промыслов появилась и химическая технология, как раздел прикладной химии.

Ещё в XV в. в Европе стали появляться мелкие специализированные цеха по производству кислот, солей, щелочей, фармацевтических препаратов. В России в конце XVI - начале XVII вв. получило развитие собственное производство красок, селитры, порохов, а также соды и серной кислоты.

Выделение химической технологии как отдельной области знаний и учебной дисциплины началось во второй половине XVIII в. Впервые термин "технология" употребил профессор Геттингенского университета И. Бекман в 1772 г. Он же издал и первые труды по технике многих химических производств, явившиеся по сути и первыми учебниками по химической технологии.

В 1803 г. учреждена кафедра химической технологии Российской академии наук. А с 1804 г. стал издаваться "Технологический журнал, или собрание сочинений, относящихся до технологии".

В 1807-1808 гг. издаётся первый русский учебник профессора И.А. Двигубского по химической технологии - "Начальные основания технологии, или краткое показание работ на заводах и фабриках производимых".

В 1828 г. был издан учебник Ф.А. Денисова "Пространной руководство к общей технологии, или к познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в разных технических искусствах".

Современное название учебной дисциплины "Основные процессы и аппараты химической технологии" появилось в 1913 году с выходом одноименного учебника профессора И.А. Тищенко, который основал научную школу химической технологии в России.

Бурное развитие химической технологии в советские годы обусловило развитие ее теоретических основ. В СССР стали появляться крупные научные школы с мировым именем. Среди известных советских специалистов в области химической технологии и ее теоретических основ можно назвать А.Н. Плановского, В.Г. Левича, М.Г. Слинько, Г.К. Борескова, П.Г. Романкова, В.В. Кафарова, Н.М. Жаворонкова, Л.П. Холпанова, О.М. Тодеса. В послевоенные годы началось развитие и применение методов математического моделирования для решения проблем химической технологии.

2. Гомофазные и гетерофазные химические реакции

В зависимости от того, сколько (одну или несколько) фаз образуют исходные реагенты и продукты реакции, химические реакции делят на гомофазные и гетерофазные.

Гомофазными называют реакции, в которых исходные реагенты, стабильные промежуточные вещества и продукты реакции находятся в пределах одной фазы.

Кинетические закономерности реакции зависят от соотношения среднего времени, необходимого для достижения состояния активации и для вступления активной молекулы в реакцию. Если превращение активной молекулы в продукт реакции происходит быстро, процесс активации становится медленной определяющей стадией реакции. Так как активация происходит при соударениях молекул, число которых пропорционально квадрату концентрации, то в этом случае реакция имеет второй порядок.

3. Химические реакции замещения

Среди процессов данного типа можно назвать окисление, гидрогенизацию, алкилирование, галогенирование, нитрование, сульфирование, гидратацию и многие другие процессы. Основными условиями эффективного проведения этих процессов, при которых достигаются высокие степень превращения и селективность, а также устойчивость процесса, являются обеспечение хорошего контакта фаз и теплообмена в реакторе.

Реакторы смешения. К данному типу аппаратов относятся реакторы с механическими смесителями, а также реакторы с использованием газлифтов или инжекторов для перемешивания газожидкостной среды за счет гидродинамических эффектов. Теплообмен в таких реакторах осуществляется через стенки циркуляционных труб или с помощью встроенных теплообменников.

Реакторы вытеснения. Для процессов, протекающих в кинетической или переходной областях, применяют барботажные реакторы колонного типа с колпачковыми или ситчатыми тарелками, аналогичные по конструкции с абсорберами. В качестве теплообменных устройств в реакторах используются змеевики или трубы Фильда.

Для процессов, протекающих в диффузионной области, используются аппараты с развитой поверхностью контакта фаз - пенные или пленочные, аналогичные по устройству с абсорберами. Основной недостаток пенных аппаратов - трудность организации теплообмена. Этот недостаток устраняется благодаря примене­нию встроенных теплообменных устройств.

4. Виды загрязнений окружающей среды

Промышленная экология - прикладная наука о взаимодействии промышленности (как отдельных предприятий, так и техносферы) и окружающей среды, и наоборот - влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов.

Загрязнение окружающей среды - привнесение в нее новых, не характерных для нее физических, химических, и биологических загрязнителей либо превышение в ней естественного многолетнего уровня этих загрязнений.

Виды загрязнений:

* естественное загрязнение, возникающее в результате действий природных явлений без участия людей;

* антропогенное загрязнение, связанное с человеческой деятельностью, главной составной частью которого является техногенное загрязнение, обусловленное деятельностью промышленных производств.

По способу образования различают:

* первичное загрязнение - поступление в среду загрязнителей, образующихся непосредственно в ходе естественных или антропогенных процессов в биосфере;

* вторичное - образование (синтез) вредных и опасных для окружающей среды и человека загрязнителей в ходе физико-химических процессов в окружающей среде, при этом все или некоторые реагенты могут быть сами по себе неопасными веществ.

По пространственному признаку различают:

* локальное (повышенное содержание загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район));

* региональное (в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета);

* глобальное (связано с изменением состояния атмосферы в целом).

Различают:

* биологическое;

* физическое (в том числе радиационное, световое, шумовое и т.д.);

* химическое (поступление в окр. среду загрязнителей в виде химических веществ).

а) Загрязнение атмосферного воздуха - любое изменение его состава и свойств, негативно влияющих на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Естественное загрязнение (природное). Вызвано природными процессами - вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений и др.

Антропогенное (техногенное). Основные загрязнители: оксиды азота, сера, углерод, газообразные соединения, пыль, аэрозоли, и др.

В основном загрязняют атмосферный воздух такие предприятия, как:

- тепловые и атомные электростанции;

- промышленные и городские котельные и др.;

- по производству черной и цветной металлургии;

- по нефтедобыче и нефтехимии;

- выбросы автотранспорта.

б) Загрязнение водоемов. Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Источником естественного загрязнения являются паводки, размыв берегов, загрязнение атмосферными осадками.

Антропогенное загрязнение. В реки, озера, водоемы выбрасываются вредные отходы промышленности, бытовой мусор и фекальные воды, удобрения, навоз, нефтепродукты и др. Главный загрязнитель - промышленные сточные воды, отходы и сбросы (предприятия химии, нефтехимии, нефтепереработки, целлюлозно-бумажной отрасли).

Еще одним серьезным загрязнителем является сельское хозяйство: в воду попадают химикаты, применяемые для подкормки растений, борьбы с вредителями сельхозкультур, удобрения.

в) Загрязнение почвы. Источником естественного загрязнения являются выветривание горных пород, выпадение осадков в виде дождя или снега, вымывающих загрязняющие ингредиенты из атмосферы.

Источником антропогенного загрязнения являются сброс твердых и жидких отходов промышленного и бытового происхождения; использование пестицидов и удобрений в сельскохозяйственном производстве.

г) Радиационное загрязнение. Источником естественного загрязнения являются ископаемые руды, излучение при распаде радиоактивных элементов в толще земли и др.

Источником антропогенного загрязнения являются добыча, переработка и использование радиоактивных веществ, производство и использование атомной энергии, разработка и испытание ядерного оружия и т. п. Виды и отрасли человеческой деятельности: - атомная промышленность; ядерные взрывы; ядерная энергетика; медицина и наука.

Способами очистки пылегазовых выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей являются:

- нейтрализация загрязнений с применением катализаторов;

промывка газовых потоков поглощающими растворами (абсорбционный метод);

- поглощение газообразных примесей твердыми телами с ультрамикропористой структурой (адсорбционный метод).

С помощью каталитического метода очистки токсичные компоненты промышленных выбросов превращаются в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды под воздействием катализаторов, например, платиновых, палладиевых и ванадиевых. С их помощью происходит каталитическое дожигание оксида углерода до диоксида, а диоксида серы до оксида. Возможно также восстановление оксидов азота аммиаком до элементарного азота. химическая технология гомофазный замещение

Абсорбционный метод очистки основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем - абсорбентом. В качестве абсорбента используются вода, растворы щелочей (соды), аммиака и др. Газообразные цианистые соединения абсорбируют, например, 5 % раствором железного купороса. Устройство, в котором осуществляется процесс абсорбции, называется абсорбером.

Адсорбционный метод очистки позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов, т. е. твердых тел с ультрамикропористой структурой - активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества. Например, на атомных электростанциях (АЭС) широко применяется метод очистки технологических газов путем сорбции радиоактивных продуктов на угольных фильтрах - адсорбентах, которые позволяют надежно предотвратить загрязнение атмосферы при всех режимах работы АЭС.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют для снижения опасных концентраций примесей до уровня соответствующего норматива ПДК. Как показывает опыт, в приземном слое атмосферы вблизи крупных предприятий (ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС) концентрация вредных веществ в отходящих газах может превышать предельно допустимые нормы, несмотря на все применяемые меры по очистке газов и экологизации технологических процессов. Рассеивание пылегазовых выбросов осуществляют с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. На ряде предприятий высота дымовых труб достигает 300-400 м. Однако рассеивание загрязнений в атмосфере - это не самое лучшее решение проблемы, связанной с загрязнением воздушного бассейна, так как при этом возникают, например, проблемы выпадения кислотных дождей. Поэтому рассеивание вредных веществ в атмосфере - это вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные устройства не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предприятий в значительной степени связана с устройством санитарно-защитных зон и с архитектурно-планировочными решениями.

Санитарно-защитная зона - это территория (полоса), отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ и принимают равной от 50 до 1000 м. Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников, например акацией белой, тополем канадским, елью колючей, шелковицей, кленом остролистным, вязом листовитым и др. Об эффективности озеленения свидетельствуют следующие данные: хвоя одного гектара елового леса улавливает 32 т пыли, листва букового леса - 68 т.

Архитектурно-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом направления ветров, выбора под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружения автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Список литературы

1. Общая химическая технология /Под редакцией А.Г. Амедина, 1977. - 400 с.

2. Основы химической технологии /Под редакцией И.П. Мухленова, 1991. - 463 с.

3. http://vcvetu.ru/udobrenie/4525/index.html.

Размещено на Allbest.ru