1.4. Значення хімічної технології, її міжгалузевий характер
Рівень розвитку хімічної промисловості поряд з металургією, енергетикою, машино- і приладобудуванням, визначає економічний потенціал держави. Саме тому всі розвинені країни велику увагу приділяють покращенню хімічної технології, розробці принципово нових технологічних процесів, розвитку хімічного машинобудування, вдосконаленню наукових досліджень, створенню нових каталізаторів.
Хімічна промисловість забезпечує народне господарство величезною кількістю різноманітних продуктів, без яких неможливе життя сучасного суспільства.
Внаслідок хімічної переробки видобувного палива (кам'яного вугілля, нафти, сланців і торфу) народне господарство отримує такі важливі продукти, як кокс, моторне паливо, мастила, паливні гази і велику кількість органічних речовин. Хімія і хімічна промисловість дають амоніак, нітратну, сульфатну і фосфатну кислоти, з яких отримують мінеральні добрива. З кухонної солі отримують натрій гідроксид, хлор, хлоридну кислоту, соду, які, у свою чергу, використовуються при виробництві алюмінію, скла, паперу, мила, бавовняних і шерстяних тканин, пластичних мас, штучного волокна і т. ін. Пластичні маси, активоване вугілля, бездимний порох, оцтову кислоту, етиловий і метиловий спирти, ацетон, каніфоль, сполуки ароматичного ряду отримують під час хімічної переробки деревини.
Сучасна металургійна промисловість і машинобудування, космонавтика, авіаційний і автомобільний транспорт, виробництво будівельних матеріалів і більшості товарів народного споживання отримали потужний розвиток завдяки досягненням хімії.
1.5. Етапи розвитку хімічних виробництв і хімічної технології
З археологічних розкопок відомо, що вже багато тисячоліть тому людина видобувала і переробляла деякі руди, глину, пісок та вапняки. Більш як шість тисяч років тому люди виплавляли залізо і переробляли його на зброю, інструменти та сільськогосподарське знаряддя. Ще за три-чотири віки до нашої ери деякі народи знали скло, кераміку, користувались сіркою, природними покладами соди, виготовляли мінеральні фарби, виробляли олію, запалювальні бомби (заряди) та ін.
Тисячу років тому на Русі почали варити сіль та виготовляти мінеральні фарби, а в 1632 р. було побудовано перший завод з виробництва заліза.
Початок створення сучасної хімічної промисловості можна віднести до кінця XVIII – початку XIX ст.
Розвиток та перебудова хімічних галузей промисловості в Україні спрямовані на:
підвищення ефективності використання матеріальних ресурсів внаслідок удосконалення технологічних процесів, зменшення витрат сировини і матеріалів;
більш глибоку і комплексну переробку сировини, розширене використання вторинних ресурсів;
скорочення тривалості виробничих циклів за рахунок переходу на безперервні і об'єднані технологічні процеси і застосування інтенсивних методів виробництва.
1.6. Основні напрямки і перспективи розвитку хімічної технології і техніки
Вдосконалення хімічної технології і техніки скеровано на підвищення продуктивності праці, покращення якості готової продукції і зниження її собівартості. Основні напрями розвитку хімічної технології і техніки:
підвищення продуктивності та інтенсивності роботи апаратів;
механізація трудомістких процесів, автоматизація і дистанційне управління процесами;
заміна періодичних процесів безперервними;
комплексне використання сировини, створення маловідходних і безвідходних технологій;
підвищення якості продукції;
зниження собівартості продукції;
покращення соціальних умов праці.
Підвищення продуктивності роботи апаратів. Продуктивність П вимірюється кількістю виробленої продукції або переробленої сировини G за одиницю часу :
.
Збільшення розмірів і продуктивності апаратів знижує капіталовкладення і полегшує можливість автоматизації виробництва. Виходячи з економічної ефективності намагаються збільшувати потужність нових апаратів. Наприклад, потужність основних реакторів сульфатнокислого і амоніачного виробництв за останні двадцять років зросло в 30 разів. Однак при надто великих масштабах (об'ємах) окремих апаратів і цілих ХТС різко збільшуються втрати підприємства при аварійних зупинках і планових ремонтах. Тому у багатьох випадках подальше підвищення продуктивності недоцільне.
Інтенсивність роботи апаратів – це підвищення їхньої продуктивності без збільшення розмірів за рахунок покращення режиму роботи. Інтенсивністю роботи апарата І називають відношення його продуктивності П до об'єму апарата V або до площі його перерізу S:
або
.
Інтенсивність досягається двома шляхами: покращенням конструкції апаратів; вдосконаленням технологічних процесів в апаратах даного типу. Ці два шляхи тісно пов'язані між собою. З покращенням конструкції апарата інтенсивність хімічного процесу підвищується. Збільшенню інтенсивності сприяє підвищення температури, тиску і концентрації реагуючих речовин, перемішування компонентів, збільшення поверхні дотику між реагуючими речовинами, застосування каталізаторів, а також механізації і автоматизації процесів.
Механізація трудомістких процесів – це заміна фізичної праці людини машинною. Механізація підвищує продуктивність праці за рахунок інтенсифікації роботи апаратури і скорочення штату обслуговуючого персоналу. У більшості хімічних виробництв основні операції механізовані. Однак завантаження сировини, розвантаження і транспортування матеріалів ще не завжди виконується машинами.
Автоматизація і дистанційне управління процесами дозволяють здійснювати виробничий процес без участі людини, а тільки під її контролем. Автоматизація – вищий ступінь механізації, який дає змогу значно збільшити продуктивність праці і покращити якість продукції. Найбільш ефективне застосування автоматизованих систем управління технологічними процесами з допомогою керуючих ЕОМ.
Однак у деяких випадках важко або нераціонально застосовувати повну автоматизацію. Тоді використовують дистанційне управління, при якому регулювання режиму хімічного процесу здійснюється людиною на відстані (наприклад, з пульта управління).
Заміна періодичних процесів безперервними забезпечує підвищення продуктивності праці. Періодичним називають процес, в якому сировина завантажується в апарат, проходить у ньому ряд стадій обробки, а потім вивантажуються з апарата отримані продукти. У період завантаження і розвантаження апарат простоює. Механізація, а особливо автоматизація періодичних процесів, дуже ускладнюється. Періодичні процеси складні в обслуговуванні, енергетичні затрати вищі, продуктивність менша порівняно з безперервними.
Безперервними називають процеси, в яких подача сировини і випуск продукції відбувається безперервно протягом тривалого часу. У всіх точках апарата підтримується постійна температура, концентрація речовин, тиск тощо. Такий процес легко механізувати і автоматизувати. Якість продукції при цьому краща. Однак не всі виробництва можна перевести на безперервні. Тому використовуються і періодичні процеси.
Комплексне використання сировини, створення маловідходних і безвідходних технологій – основне завдання виробництва. Одним з найбільш раціональних шляхів організації виробництва, яке наближається до безвідходного, є циркуляція реакційної суміші і теплоносіїв (повітря, води) в окремих процесах і реакторах. Цій же меті служить кооперація хімічних виробництв з іншими (наприклад, металургійними), що дає змогу переробляти відходи у цінні продукти.
Якість продукції визначається вмістом у них основної речовини. Якість хімічної продукції повинна відповідати вимогам державних стандартів.
Питання до розділу 1
1. Дати визначення хімічної технології і назвати її основні завдання.
2. Що таке хімічне виробництво і хіміко-технологічна система (ХТС)?
3. Навести класифікацію хімічних виробництв.
4. Яке основне завдання хімічної технології як науки?
5. Назвати основні групи процесів, об'єднаних характерними кінетичними закономірностями.
6. Яке значення має хімічна технологія у народному господарстві?
7. На що спрямовані розвиток та перебудова хімічних галузей промисловості в Україні?
8. Які основні напрямки розвитку хімічної технології і техніки?
Розділ 2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ У ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ