Раздел 4. Основные принципы разработки хтс и способы их реализации.

1. Принцип наилучшего использования сырья.

Классификация природного сырья. Анализ причин неполноты использования сырья в ХТС: термодинамические, кинетические, технологические. Приемы увеличения степени использования сырья: смещение равновесия в обратимых химических процессах, использование реагента в избытке, «закалка» системы вдали от состояния равновесия, подавление побочных реакций, применение противотока, комплексное использования сырья.

Классификация природного сырья.

В настоящее время основная химическая и нефтехимическая промышленности используют, в основном, минеральное сырье, которое делится на рудное, нерудное и горючее (органическое).

Рудное сырье представляет собой твердофазную совокупность минералов, содержащую сульфиды или оксиды металлов и пустую породу. Оно применяется для производства металлов и их соединений. Нерудное сырье содержит в своем составе соли, песок, глину, асбест и используется или в естественном состоянии, или перерабатывается на соли и минеральные удобрения. Горючие минеральные ископаемые представлены нефтью, газом, углем и сланцами и в ХТС используются в качестве источников сырья для производства органических продуктов или в качестве топливно-энергетических ресурсов.

Минеральное сырье относится к практически невозобновляемым ресурсам. В тоже время, используемые в производстве вода и воздух, в соответствии с круговоротом веществ в природе, относятся к числу возобновляемых ресурсов.

Особым видом сырьевых источников для производства химической продукции являются вторичные минеральные ресурсы. Они представляют собой отходы производства и потребления, побочные и промежуточные вещества, образующиеся и не использующиеся в процесс е функционирования данной ХТС.

Анализ причин неполноты использования сырья в ХТС:

• Термодинамические. Состояние равновесия обратимых реакций не позволяет про водить до конца основную реакцию.

• Кинетические. не достигается теоретически возможная степень превращения из-за низких скоростей реакции.

• обусловленным механизмом процесса. Наличие побочных взаимодействий и др.

• на уровне организации производства к ним присоединяются технологические и конструкционные причины.

Основные приемы для увеличения степени использования сырья:

• Использование одного из реагентов в избытке (относительно теоретически необходимого количества).

Для реакции аА + bВ = rR относительный избыток I_B реагента В определяется:

где С_АО и С_ВО - начальные мольные концентрации исходных веществ.

Применение избытка реагентов определяется различными причинами:

1. Избыток реагента приводит к смещению равновесия.

Для реакции: ,

С увеличением парциального давления кислорода Р_О2 возрастает значение знаменателя. А поскольку константа равновесия К_р при данной температуре есть величина постоянная, то возрастает числитель Р_sоз, Т.е. равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

2. Избыток реагентов ускоряет как химическую, так и диффузионную стадии процессов.

Напомним, что в системе газ - твердое тело скорость r_i химической реакции А +В = R определяется:

а скорость диффузии r_g:

где С_A и С_В - концентрации реагирующих веществ, n₁ и n₂ – порядок реакции по соответствующему компоненту, β – коэффициент массопередачи, C_v и C_F - концентрации компонента в объеме потока и на поверхности твердой фазы соответственно.