
- •Г. М. Давидан, а. Г. Нелин, л. Н. Олейник, е. Д. Скутин общая химическая технология
- •Предисловие
- •Глава 1 общие понятия о химическом производстве
- •1.1. Химическая технология как наука
- •М акрокинетика
- •1.2. Связь химической технологии с другими науками
- •Химическая технология
- •1.3. История отечественной химической технологии
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2 компоненты химического производства
- •2.1. Сырье в химическом производстве
- •Классификация химического сырья
- •2.2. Энергия в химической технологии
- •2.4. Воздух в химической технологии
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 критерии оценки эффективности химического производства
- •3.1. Технико-экономические показатели (тэп)
- •3.2. Структура экономики химического производства
- •Материальный и энергетический баланс химического производства
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4 системный подход в изучении химико-технологического процесса
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Химико-технологическая система как объект моделирования
- •4.3. Операторы
- •4.4. Матричное представление моделей
- •4.5. Подсистемы хтс
- •4.6. Связи
- •4.7. Классификация технологических схем
- •4.8. Системный подход к разработке технологии производства
- •4.9. Оптимизация производства
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 общие закономерности химических процессов
- •5.1. Понятие о химическом процессе
- •5.2. Классификация химических реакций
- •5.3. Интенсификация гомогенных процессов
- •5.4. Интенсификация гетерогенных процессов
- •5.5. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
- •5.6. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6 гетерогенный катализ
- •6.1. Общие положения катализа
- •6.2. Процессы адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
- •6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
- •6.4. Основные требования к гетерогенным катализаторам
- •6.5. Основные структурные параметры гетерогенных катализаторов
- •6.6. Технологические свойства гетерогенных катализаторов
- •6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
- •6.8. Состав катализаторов
- •6.9. Приготовление катализаторов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 гомогенный катализ
- •7.1. Кислотный (основной) катализ
- •7.2. Металлокомплексный катализ
- •7.3. Ферментативный катализ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8 химические реакторы
- •8.1. Принципы классификации химических реакторов
- •8.2. Принципы проектирования химических реакторов
- •8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
- •8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели (8.22) и (8.23) для частных случаев
- •8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
- •8.5. Конструкции реакторов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 производство серной кислоты
- •9.1. Способы производства серной кислоты
- •9.2. Сырье процесса
- •9.3. Промышленные процессы получения серной кислоты
- •9.4. Пути совершенствования сернокислотного производства
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 производство аммиака
- •10.1. Проблема связанного азота
- •10.2. Получение азота и водорода для синтеза аммиака
- •10.3. Синтез аммиака
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11 переработка нефти
- •11.1. Общие сведения о нефти
- •11.2. Классификация нефтей
- •11.3. Состав нефти
- •11.4. Нефтепродукты
- •11.5. Подготовка нефти на нефтепромыслах
- •11.6. Первичная переработка нефти
- •11.7. Пиролиз
- •11.8. Коксование
- •11.9. Каталитический крекинг
- •11.10. Каталитический риформинг
- •11.11. Гидроочистка
- •11.12. Производство нефтяных масел
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 переработка каменного угля
- •12.1. Показатели качества каменных углей
- •12.2. Классификация углей
- •12.3. Коксование каменных углей
- •Коксование
- •Тушение
- •Разгонка
- •12.4. Состав прямого коксового газа и его разделение
- •12.5. Переработка сырого бензола
- •12.6. Переработка каменноугольной смолы
- •12.7. Газификация твердого топлива. Процесс Фишера – Тропша
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13 производство стирола
- •13.1. Получение этилбензола
- •13.2. Производство стирола дегидрированием этилбензола
- •13.3. Технологическая схема производства стирола дегидрированием этилбензола
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 производство этанола
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Глава 12. Переработка каменного угля 231
- •Глава 13. Производство стирола 246
- •Глава 14. Производство этанола 252
4.5. Подсистемы хтс
Большинство ХТС содержит следующие подсистемы:
– подготовки сырья и приготовления катализатора;
– химического и/или физического превращения сырья;
– выделения целевого продукта из реакционной массы;
– обработки технического целевого продукта для доводки его до товарного состояния.
4.5.1. Подсистема подготовки сырья необходима тогда, когда сырье по составу или другим параметрам состояния не соответствует требованиям следующей за ней подсистемы химического превращения. Операторами этой подсистемы, кроме операторов хранения и транспортировки исходных продуктов и вспомогательных материалов, могут быть также нагрев, испарение, охлаждение, сжатие, измельчение, плавление, смешение, очистка и т. д.
4.5.2. Подсистема химического и/или физического превращения – главная среди подсистем в ХТС. Именно в ней в одну или несколько стадий получают целевой продукт.
4.5.3. Подсистема выделения целевого продукта предназначена для разделения полученной в подсистеме химического превращения реакционной массы на отдельные компоненты или смеси более узкого состава, чем исходная смесь. Реакционную массу, полученную в химическом реакторе, разделяют разными приёмами операционной техники. К ним относят ректификацию, экстракцию, абсорбцию, адсорбцию, фильтрацию и т.д. Здесь получают несколько потоков: непревращенного сырья, целевого продукта, побочных продуктов, рециклов и т. п.
4.5.4. Подсистема обработки технического продукта – следующая по ходу технологической схемы – служит для доведения целевого продукта до заданного требованиями стандарта уровня качества и придания ему товарного вида. Сюда входят операции хранения и транспортировки, отгрузка продукта в торговую сеть, расфасовка, маркировка, укупорка и т.д.
4.6. Связи
Связь – это физический канал, по которому происходит обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы (внутренняя связь) и между отдельными системами (внешняя связь). К внешним связям относят ресурсы сырья, вспомогательных материалов, энергии, финансовые и трудовые ресурсы, технику. Информационные внешние связи могут быть представлены связями с потребителями, поставщиками, банками, товарно-сырьевыми биржами, рынком ценных бумаг, налоговыми управлениями, рекламными агентствами и т.д. Наиболее важна связь с потребляющими химический продукт системами, ибо они определяют смысл существования ХТС.
По этой причине в состав ХТС обязательно включают подсистемы, изучающие рынок химических товаров, прогнозирования изменения спроса на отдельные виды продуктов и т.д. По физическому смыслу связи подразделяют на материальные, энергетические и информационные. Первые два типа относятся к технологическим.
4.6.1. Материальные связи – это потоки сырья, вспомогательных материалов, продуктов и полупродуктов, отходов.
4.6.2. К энергетическим связям относят потоки топлива, теплоносителей и хладагентов. Технологические связи в ХТС представлены в виде магистралей газо-, водо- и паропроводов, электрокабелей, электросетей, транспортных средств.
4.6.3. Информационные связи – поступают в систему в виде пневмо-, электро- , теле- и радиосигналов.
По направлению различают прямые и обратные связи. Под мощностью связи понимают ее пропускную способность, которая выражается в следующих единицах: для материального потока – кг/ч, для энергетического – кДж/ч, для информационного – в Мбайт/ч. Роль связи в системе определяется ее влиянием на ход процесса (соединением, усилением, ослаблением, отключением). Наиболее важны так называемые системообразующие связи, разрыв которых приводит к нарушению функционирования системы или разрушению одного или нескольких ее элементов.
Технологическая структура ХТС реализуется в определенной последовательности внутренних технологических связей между элементами. Основные виды структур определяются способами соединения операторов между собой. Различают следующие соединения: последовательное, параллельное, обводное (байпасное) и обратное (рецикл) или их комбинации.
Обычно структуру ХТС представляют словесным описанием, графической или матричной формами. Словесное описание используют при документальном оформлении технологической схемы, которая является составной частью технологического регламента. Графические методы – наиболее информативны и наглядны. В зависимости от элементного состава, характера связей и назначения различают функциональные, операторные, структурные и технологические схемы.
Элементами структуры в функциональной схеме являются подсистемы, соединенные материальными связями. Элементами операторной схемы служат соединенные материальными связями технологические операторы. Операторные схемы дают наглядное представление о физико-химической сущности технологических процессов, используемых системой для последовательного превращения сырья в готовый продукт.
В структурной схеме операторы представлены в виде блоков, имеющих несколько входов и выходов, соединенных между собой сплошными линиями, изображающими материальные связи. В отличие от операторной схемы, на структурной схеме изображают также энергетические связи, которые чаще располагают перпендикулярно блоку и показывают пунктиром. При разработке структурной схемы изображения операторов заменяют прямоугольниками, которые затем объединяют в систему материальными (горизонтальные линии) и энергетическими (вертикальные линии) связями.
На основе структурной схемы составляют энергетические и тепловые балансы, необходимые для расчета энергоемкости системы и определения требуемых поверхностей теплообмена аппаратов.
Технологическую схему составляют на основе операторной, при этом взамен технологического оператора ставят аппарат, наиболее соответствующий требованиям технологической операции, осуществляемoй данным оператором (реактор, колонну, смеситель, теплообменник, печь и т.д.). Технологическая схема состоит из графического изображения соответствующих аппаратов и технологических линий и сопровождается его описанием.
Описание технологической схемы дается по каждой подсистеме: поступления и подготовки сырья и кончая отгрузкой готовой продукции с указанием основных технологических параметров процесса, характеристикой используемого основного оборудования, систем регулирования и блокировок, со ссылкой на чертеж технологической схемы. На чертеже указывают оборудование, направление движения материальных потоков сырья, продуктов, теплоносителей, вспомогательных материалов, места контроля и регулирования технологических параметров процесса, а также сигнализации и блокировок. Технологическая схема снабжается спецификацией оборудования, технологических линий и привязкой контрольно-измерительных (КИП) и регулирующих приборов (РП).
Принципиальная технологическая схема – упрощенный вариант изображения производственного процесса – представлена технологическими аппа-ратами, необходимыми для промышленной реализации разработанной техно-логии, последовательно соединенными материальными линиями.