Хімічна наука і виробництво - реферат, сторінка 2

Основні компоненти хімічного виробництва

Хімічна технологія вивчає закономірності проведення хімічних процесів отримання різних за своєю природою і призначенням продуктів. Незалежно від конкретного виду виробленої продукції і типу процесу її отримання будь-яке виробництво включає кілька обов'язкових елементів: сировина, тобто об'єкт перетворення; енергію, тобто засіб впливу на об'єкт і апаратуру, в якій це перетворення здійснюється. Особливе місце в хімічній промисловості займає вода. Вона не тільки служить середовищем, в якій протікають багато хімічні перетворення, але широко використовується в процесі, як розчинник, теплоносій, холодоагент, транспортний засіб. Тому воду є правомочним вважати четвертим обов'язковим елементом хімічного виробництва.

Сировина - один з основних елементів технологічного процесу, який визначає в значній мірі економічність процесу, вибір технології.

Сировиною називаються природні матеріали, використовувані у виробництві промислових товарів.

У хімічному виробництві на різних стадіях переробки можна виділити наступні матеріальні об'єкти: вихідна речовина або власне сировину, проміжні продукти (напівпродукти), побічні продукти і відходи.

Полупродуктом називається сировина, що піддалося обробці на одній або декількох стадіях виробництва, але не спожите в якості готового цільового продукту. Він може бути використаний на наступних стадіях виробництва. наприклад,

кам'яне вугілля е коксовий газ ^ водню аміак.

Побічним продуктом називається речовина, що утворилася в процесі переробки сировини, поряд з цільовим продуктом, але не є метою даного процесу. Наприклад, аміачна селітра, крейда у виробництві нітроамофоски.

Відходами виробництва називаються залишки сировини, матеріалів, напівпродуктів, що утворюються у виробництві і повністю або частково втратили свої якості. Наприклад, фосфогіпс у виробництві суперфосфату.

Напівпродукти, побічні продукти і відходи після попередньої обробки або без неї можуть бути використані в якості сировини в інших процесах.

Все хімічна сировина класифікується за різними ознаками: за походженням, хімічним складом, запасами і агрегатному стані.

Хімічна сировина прийнято ділити на:

первинне (витягають із природного джерела;

вторинне (проміжні і побічні продукти);

штучне (отримане в результаті переробки природної сировини).

Цінність сировини залежить від рівня розвитку техніки. Наприклад, хлористий калій в 19 столітті був використовуваним відходом при добуванні хлористого натрію з сильвініту. В т.ч. хлористий калій - вихідна сировина в мінеральних добривах. До речовин, що використовуються як хімічна сировина, пред'являється ряд загальних вимог. Сировина для хімічного виробництва має забезпечити:

мало стадийность виробничого процесу;

агрегатний стан системи, що вимагає мінімальних витрат енергії для створення оптимальних умов протікання процесу;

мінімальне розсіювання енергії, що підводиться;

можливо більш низькі параметри процесу;

Ресурси і раціональне використання сировини

Можливість використання сировини визначається його цінністю, доступністю і концентрацією корисного компонента. Доступність сировини для його видобутку визначається географічним розташуванням запасів, глибиною залягання, розробленістю промислових методів вилучення.

В т.ч. на частку України припадає 45% світових запасів газу і 23% викопного вугілля. В Україні і країнах СНД зосереджено 60% торфу, 60% калійних солей, 33% фосфору від світових запасів. Висока частка сировини в с / с хімічної продукції, швидке виснаження запасів сировини, подорожчання процесів видобутку його (світовий видобуток мінеральної сировини в 20 столітті зросла в 3.4 рази, з / с видобутку нафти виросла в 2 рази, природного газу в 2.5 рази) висунули дві завдання:

розробку об'єктивної оцінки швидкості вичерпання запасів хімічної сировини,

раціональне використання хімічної сировини.

Підготовка хімічної сировини до переробки

Сировина, призначене для переробки в готову продукцію, має відповідати певним вимогам. Це досягається комплексом операцій, які становлять процес підготовки сировини до переробки.

Метою підготовки сировини є процес надання йому складу і властивостей, що забезпечують оптимальне протікання хіміко-технологічного процесу його переробки. У комплекс операцій з підготовки сировини входять: класифікація, подрібнення (або укрупнення), зневоднення, збагачення.

У місцях видобутку сировини будують великі збагачувальні фабрики, комплексно застосовують різні методи підготовки сировини Методи збагачення різні для твердих матеріалів, рідин і газів

Мінералами називаються фізично відокремлені речовини або суміші речовин в природі. У природі налічується більше 2500 мінералів, що включають органічні і неорганічні речовини. Одні і ті ж речовини можуть бути в складі разліічних мінералів.

Перед збагаченням гірська порода подрібнюється.

Подрібненням називається механічний процес поділу твердого тіла на частини за рахунок додатка зовнішніх сил. Подрібнення виробляють методами удару (1), роздавлювання (2) і стирання (3). Подрібнення до частинок 10 -3 називається дробленням і здійснюється в дробарках.

В окремих випадках проводять укрупнення матеріалу методами брикетування або агломерації.

Далі проводять класифікацію або розсіювання матеріалу.

Класифікацією називається процес поділу однорідних сипучих матеріалів на фракції (класи) за розмірами складових їх частинок. Розсіювання здійснюється методом просіювання на металевих ситах, званих грохотами.

Можна припустити матеріал через кілька грохотов зі все зменшуються отворами і отримати кілька фракцій. Розсіювання застосовується і для сортування по крупності зерен більш-менш однорідного складу, так ділять вугілля. Застосовують плоскі і циліндричні грохоти. Класифікацію можна здійснити крім просівання поділом суміші частинок по швидкості їх осадження в рідкій фазі (гідравлічна класифікація), поділом суміші частинок по швидкості їх осадження в повітрі за допомогою сепараторів (повітряна класифікація).

Зневоднення матеріалу досягається методами стікання, відстоювання (рідка система) і

Збагаченням називається процес відділення корисної частини сировини від порожньої породи з метою підвищення концентрації корисного компонента. В результаті збагачення сировина поділяється на концентрат корисного компонента і хвости з переважанням в них порожньої породи.

Кількісними показниками процесу збагачення є:

Вихід концентрату - відношення маси отриманого концентрату тк до маси збагачуваної сировини тс

Ступінь вилучення корисного компонента - представляє відношення маси корисного компонента в концентраті ТКК до його масі в збагачується сировину.

Ступінь збагачення сировини - відношення масової частки корисного компонента в концентраті до масовій частці його в збагачується сировину.

Вибір методу збагачення залежить від агрегатного стану і відмінності властивостей компонентів сировини.

При збагаченні твердого сировини використовуються механічні, хімічні і фізико-хімічні методи.

До механічних методів збагачення відносяться:

гравітаційні, засновані на різній швидкості осідання частинок різної щільності і розмірів в потоці газу або рідини, або в поле відцентрової сили;

електромагнітні, засновані на різній магнітної проникності компонентів сировини;

електростатичні, засновані на різної електричної провідності компонентів сировини.

Гравітаційні способи широко застосовуються для збагачення сировини у виробництві силікатних матеріалів, мінеральних солей і в металургії. Існує багато типів машин мокрого гравітаційного збагачення, заснованого на осіданні частинок в потоці: гідравлічні класифікатори, гравіемойкі, концентраційні столи, відсадочні машини і т.п. Дуже ефективним є застосування відцентрових гідравлічних класифікаторів. Прикладом такого класифікатора може служити гидроциклон.

Електромагнітне збагачення відбувається в магнітних сепараторах. Застосовується для відділення магнітного залізняку, хромистоїзалізняку від порожньої породи.

Електростатичні сепаратори застосовуються для відділення електропровідних руд від діелектричних порід: вапняку, гіпсу та ін.

Хімічні способи збагачення засновані на застосуванні реагентів, які вибірково розчиняють одне з речовин, що складають суміш, або утворюють з одним з речовин сполуки, легко відокремлюються від інших при плавленні, випаровуванні, осадженні розчину. Приклад, випал мінералів для розкладання карбонатів, видалення кристалізаційної вологи, випалювання органічних домішок.

До фізико-хімічних методів збагачення відноситься найбільш поширений метод флотації. Флотацією називається метод збагачення твердого сировини, заснований на відмінності в змочуваності його компонентів. На збагачувальних фабриках флотаційним методом поділяють на кілька фракцій поліметалічні сульфідні руди, відокремлюють апатит від нефелина, збагачують кам'яне вугілля.

Основним показником смачиваемости мінералів служить величина крайового кута змочування, що утворюється на твердій поверхні уздовж периметра змочування, тобто вздовж лінійної межі розділу тверде тіло - рідина - повітря. Рідина утворює з несмачіваемих часткою тупий кут, а з смачиваемой часткою - гострий. Сили поверхневого натягу прагнуть вирівняти рівень рідини, в результаті цього несмачіваемих частка виштовхується, а змочують занурюється.

Результат флотації залежить від відмінності в гидрофобности компонентів збагачуваної сировини. При флотації в систему вводять флотоагенти: ПАР, активатори, регулятори рН середовища і т.п.

Засноване на різній плавкости матеріалів, що входять в суміш. При нагріванні легкоплавкие матеріали випливають з породи в рідкому вигляді, так виплавляють сірку з вапняку, гіпсу.

Рідини, точніше рідкі розчини, концентруються виправними розчинника донасищеніем розчину корисним компонентом виділенням будь-яких компонентів в осад (кристалізація) або в газову фазу (десорбція). Для розділення рідких сумішей застосовується екстракція.

Випарювання води застосовується у виробництві мінеральних солей і лугів, в кольоровій металургії, для концентрування труднолетучих кислот. Для концентрування природних розсолів використовують як випаровування води, так і виморожування її в зимовий час.

Газові суміші поділяються на окремі компоненти наступними способами:

послідовної конденсації газів при стисненні і зниженні температури;

послідовним випаровуванням газів з попередньо зрідженій їх суміші;

Комплексне використання сировини є дуже важливим завданням.

Багато гірські породи, складні мінерали, що включають багатокомпонентні суміші органічних речовин, піддаються комплексній переробці. При цьому з однієї породи можна отримати різні метали, неметалічні елементи, кислоти, солі, будівельні матеріали. Таким чином, комплексна переробка призводить до комбінації різних виробництв. Прикладом може служити схема переробки апатітонефелінових породи, величезні поклади якої є на Кольському півострові. Породу подрібнюють і розділяють методом флотації на апатит Са5 Б (Р04) 3 і нефелін (ККА) 2 0 * А12 03 * 2БЮ2. Нефелінових фракція містить нефелин, трохи апатитів і титаномагнетиту і невелика кількість мінералів, що включають рідкісні метали. Хімічна переробка нефелина розроблена і успішно здійснена на металургійних заводах РФ, які по суті є металургійно-хімічно-цементними підприємствами. Розроблено та здійснено на різних підприємствах окремі операції переробки апатиту.

Заміна харчового сировини не харчовим і рослинного мінеральним

Успіхи органічної хімії дозволяють виробляти ряд цінних органічних речовин з різноманітної сировини. Так, наприклад, етиловий спирт, який використовується в великих кількостях в виробництві синтетичного каучуку, штучних волокон, пластмас, вибухових речовин тощо, можна отримати з харчових продуктів (зерна, картоплі, цукрових буряків), а можна і гідролізом деревини, гідратацією етилену , який отримують з нафти, природного газу. З 1тонни деревини отримують при гідролізі 160 кг етилового спирту, що замінює 1.6т картоплі, 0.6т зерна, що набагато дешевше. З деревини отримують гліцерин, оцтову, лимонну кислоти, кормові дріжджі. Таким чином, рослинна сировина замінюється мінеральним. З / З синтетичного спирту з нафти в 3 рази нижче, ніж з харчової сировини.

Рослинна і тваринна сировина вже витіснене в основному у виробництві барвників, лаків, пластмас. Витісняється рослинна сировина речовинами, отриманими з природного газу, нафти та вугілля у виробництві каучуку, хімічного волокна і т. П.