Основные тенденции развития химической технологии

Совершенствование ХТ направлено на повышение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции и снижение себестоимости.

Главные направления развития ХТ:

- увеличение мощностей химико-технологических систем и отдельных аппаратов;

- интенсификация работы аппаратов;

- механизация трудоемких процессов;

- комплексная автоматизация отдельных производств с применением ЭВМ;

- замена периодических производств на непрерывные;

- снижение энергозатрат и рациональное использование теплоты химической реакции;

- уменьшение стадий производства и переход к замкнутым системам;

- создание безотходных производств.

Иерархическая структура химического производства представлены на рисунке 1.1

АСУП – автоматизированная система управления предприятием;

АСУ – автоматизированная система управления;

САР – система автоматического регулирования:

Рисунок 1.1 – Иерархическая структура

химического производства

Химико-технологический процесс и его содержание

Химико-технологический процесс (ХТП) – это совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья.

Он состоит:

- из подготовки сырья;

- химической или физико-химической переработки сырья;

- обработки готовой продукции.

Вторую операцию можно подразделить на элементарные стадии:

- подвод реагентов в зону химической реакции;

- химическую реакцию;

- отвод продуктов из зоны химической реакции.

В ХТ используется более ста тысяч реакций, и их классифицируют следующим образом (рисунки 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8).

Рисунок 1.2 – Классификация химических реакций

Формально все реакции являются обратимыми, но у многих реакций скорость обратной реакции настолько мала, что их можно считать условно необратимыми.

Рисунок 1.3 – Классификация химических реакций по фазовому

составу

Гомогенные реакции – это реакции, где все участники химической реакции находятся в одной фазе.

Гетерогенные реакции – это реакции, где один из участников химической реакции находится в другой фазе.

Участниками химической реакции являются реагенты, продукты, катализаторы.

Например: – реакция гетерогенно-каталитическая, т.к. протекает на ванадиевой контактной массе.

Простыми реакциями называют реакции, для осуществления которых требуется преодоление лишь одного энергетического барьера (одна стадия).

Cложные реакции включают в себя несколько параллельных или последовательных стадий (простых реакций).

Реальные одностадийные реакции встречаются чрезвычайно редко. Однако некоторые сложные реакции, проходящие через ряд промежуточных стадий, удобно считать формально простыми. Это возможно в тех случаях, когда промежуточные продукты реакции в условиях рассматриваемой задачи не обнаруживаются.

Рисунок 1.4 – Классификация химических реакций

по механизму осуществления реакции

Классификация по молекулярности учитывает, сколько молекул участвует в элементарном акте химической реакции. Столкновение трех молекул уже маловероятно, следовательно, если в реакции участвует более трех молекул, то реакция протекает более сложно в несколько стадий.

Рисунок 1.5 – Классификация химических реакций по

молекулярностям

дробного

третьего

второго

Порядок реакции – это сумма показателей степеней у концентраций реагентов в кинетическом уравнении.

Рассмотрим простую необратимую реакцию:

aA + bB = rR + sS;

W_rA=k (C_A)^a · (C_B)^b.

Порядок реакции: n = a + b.

Молекулярность: µ = a + b.

Рисунок 1.6 – Классификация химических реакций по порядку

Порядок и молекулярность не всегда совпадают:

- если реакция каталитическая, то порядок реакции меньше молекулярности (как правило, дробный);

- если один из реагентов подан в избытке, то его концентрация практически не меняется и, следовательно, меняется кинетическое уравнение.

Если А в избытке, то W_rA = k^' · (C_B)^b;

n = b, µ = a+ b.

Рисунок 1.7 – Классификация химических реакций по тепловому

эффекту

Катализаторы – это вещества, которые многократно вступают в промежуточное взаимодействие с участниками реакции, изменяют ее механизм и увеличивают скорость реакции; при этом они восстанавливают свой химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

Рисунок 1.8 – Классификация химических реакций

по использованию катализатора