2 Конспект лекционных занятий модуль 1. Введение Лекция 1. Технологическое оформление производств основного органического и нефтехимического синтеза

План лекции:

Введение

1. Химическая технология как наука. Структура производства и отрасли

2.Особенности технологии основного органического и нефтехимического синтеза

3. Структура производства и отрасли

Производство органических веществ зародилось в очень давние времена, но на первых этапах оно заключалось или в простом выделении соединений, содержащихся в природных веществах (животных и растительных жиров и масел сахара и др.), или в расщеплении самих природных веществ (спирт – из углеводов, мыло и глицерин – из жиров, разделение продуктов сухой перегонки древесины и т. д.).

Различные виды горючих ископаемых (природных энергоносителей - уголь, нефть и природный газ – известны человечеству с доисторических времен. Археологическими раскопками установлено. Что на берегу Евфрата нефть добывалась за 6-4 тыс. лет до н. э. Использовалась она для различных целей, в т. ч. и в качестве лекарства. Еще строители Вавилонской башни, Великой Китайской стены использовали для скрепления кирпичей между собой «земляную смолу». Применялся асфальт и при сооружении висячих садов Серамиды, и при строительстве древнейших дамб на реке Евфрат. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческий огонь». Ее применяли в медицине, живописи в качестве растворителя при изготовлении красок, а также в военном деле для изготовления гранат, не гасимых ветром свечей и «светлых» ядер для «огнестрельных потешных стрельб».

Начало использования угля археологи относят к каменному веку (т. е. до 2 млн лет назад). Греческий философ Аристотель описал некоторые физические свойства угля, сравнивая его с древесным углем. В 325 г. До н. э. ученик Аристотеля Теофаст называет угли «горячими камнями» - антраксом (откуда и появилось название «антрацит» - описывает свойства, а также известные в то время месторождения угля. Уголь применяли в качестве бытового топлива с ХIII в. сначала в Бельгии, а затем и в других европейских странах.

В 30 – 40-х гг. ХVIII в. английский инженер-металлург К. Дерби предложил заменить древесный уголь каменноугольным коксом в доменном

процессе. Выделяющий при коксовании газ стали использовать для освещения и бытовых нужд (отсюда название «светильный газ»).

А из каменноугольной смолы стали выделять такие химические вещества, как бензол, ксилол, антрацен и пек.

Около 70 % мас. Извлекаемых запасов органических горючих ископаемых мира составляют твердые горючие ископаемые (каменные и бурые угли, антрацит, сланцы, битумы, торф и др.). Роль и значение их по сравнению с жидкими и газообразными горючими были преобладающими до середины нынешнего столетия и остаются весьма значительными в современной мировой экономике. Основная доля добываемых твердых горючих ископаемых продолжает использоваться как энергетическое топливо. Наиболее массовый продукт химической переработки угля – кокс – является основой черной и цветной металлургии. А из жидкой части – смолы – получают большой ассортимент ценных коксохимических продуктов: красители, лаки, удобрения, взрывчатые вещества, лекарства, пропитывающие и связующие пеки и углеродные электродные и графитовые изделия и др.

Особенно велико современное экономическое значение нефти и газа. Нефть и газ – уникальные и исключительно полезные ископаемые. Продукты их переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т. д.

Исключительно велико значение углеводородных газов, ароматических углеводородов, жидких и твердых парафинов и других продуктов, выделенных из нефти, как сырья для дальнейшей химической переработки.

Нефть и углеводородные газа являются прекрасным и, пожалуй, универсальным химическим сырьем для производства огромного количества химических продуктов и потребительских товаров.

Вторичная переработка нефтяного и газового сырья получила ныне название нефтехимического синтеза.

Органический синтез – получение более сложных веществ из менее сложных – возник в середине ХIХ в. и за свою сравнительно короткую историю достиг колоссального развития.

В своем развитии органический синтез разделился на ряд специфических отраслей – технологию пластических масс, синтетического каучука, химических волокон, красителей, лекарственных веществ и т. д. Среди них важное место занимает промышленность основного органического и нефтехимического синтеза. Главными ее объектами являются первичная переработка парафинов, олефинов, ароматических углеводородов, ацетилена и окиси углерода, а также производство многотоннажных продуктов органического синтеза. По химической природе

это - синтетические углеводороды и их галогенпроизводные, спирты и фенолы, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и их производные,

нитросоединения и амины, т.е. вещества, на которых основан синтез других, более сложных органических соединений.

Химическая технология как наука.

Технология – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов (от греч. «техно» - искусство, ремесло или производство; «логос» - учение, наука).

Можно сформулировать технологию как науку о производстве. За последнее время появились более полные определения технологии. В частности, технологию характеризуют как науку о рациональных средствах и способах осуществления производственных процессов или науку о рациональных методах и процессах переработки сырья в продукты потребления и средства производства.

Согласно другому определению, технология – наука, изучающая способы и процессы переработки продуктов природы (сырья) в предметы потребления и средства производства.

По характеру использования исходного вещества издавна отличают химическую технологию от механической. В производственных процессах, связанных с применением механической технологии, у обрабатываемого исходного материала происходит в основном изменение лишь внешней формы. При этом материал качественно не изменяется.

Химическая технология за счет реакций приводит к качественным преобразованиям исходных веществ. В ней они проявляют свою внутреннюю активность в отличие от пассивной роли в механической технологии. Следовательно, в результате химического процесса изменяется не только форма, что может быть и в любом физико-механическом процессе, не только агрегатное состояние, что наблюдается при осуществлении физических процессов, но и молекулярная структура исходных веществ. Следовательно, в химической технологии протекают, прежде всего процессы, приводящие к изменению состава, свойств, внутреннего строения и агрегатного состояния исходных веществ. Поэтому химическая технология позволяет использовать химическую активность веществ для получения новых соединений и материалов, которые отличаются по своим физико-химическим свойствам от исходных и могут быть использованы человеком.

Химическая технология может рассматриваться в четырех аспектах:

- с точки зрения анализа путей превращения сырья в готовые продукты, т. е. с точки зрения выбора способов и методов переработки сырья на основе изучения различных процессов;

- с точки зрения анализа работы типовых аппаратов и машин (выбора конструкций и параметров их работы) и их взаимосвязи между собой;

- с экономической и социальной точек зрения;

- с точки зрения экологической безопасности.

Как наука химическая технология базируется на закономерностях общей, органической и физической химии, математики, общехимических и общеинженерных дисциплин, а также на общетехнологических закономерностях, в основу которых положен прежде всего системный подход.

Главнейшей задачей технологии является определение наивыгоднейших условий проведения технологических процессов.

Таким образом, химическая технология фокусирует самые существенные черты развития науки о производстве. Для нее характерен также качественно более высокий уровень производственного использования самого вещества, его внутренней активности. Кроме того, химической технологии присуща возможность более полного использования отходов производства за счет их превращения в ценное сырье для других производств.

В задачу химической технологии в настоящее время входит не только создание необходимых видов веществ и материалов, но и производство энергии, защита окружающей среды и др. Химическая технология охватывает широкий круг методов и процессов, которые связаны не только с молекулярным изменением исходных продуктов, но и с фазовыми переходами, используемыми при разделении продуктов химического синтеза.

В связи с этим, химическая технология как наука связана с изучением химических, физико-химических, массо- и теплообменных и других процессов, с выбором методов и способов переработки исходного сырья в продукты и предметы потребления, а также средства производства и, наконец, с выбором маршрута прохождения сырья и полупродуктов по различным аппаратам, связанным в единую технологическую схему.