- •С.Г. Козлов, м.А. Куликов основыхимической технологии
- •240301.65 «Химическая технология неорганических веществ»
- •Введение
- •1. Общие понятия о химическом производстве
- •1.1. Химическая технология как наука
- •1.2. Связь химической технологии с другими науками
- •1.3. Развитие химической технологии
- •1.4. Классификация химической технологии
- •2. Компоненты химического производства
- •2.1. Сырье в химическом производстве
- •2.1.1. Основные определения
- •2.1.2. Классификация сырья
- •2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья
- •2.1.4. Подготовка минерального сырья
- •2.1.5. Очистка и разделение газовых смесей
- •2.2. Энергия в химической технологии
- •2.2.1. Использование энергии в химической технологии
- •2.2.2. Источники энергии. Классификация источников энергии
- •2.2.3. Рациональное использование энергии
- •2.2.4.Новые виды энергии в химической технологии
- •2.3. Вода в химической промышленности
- •2.3.1. Основные показатели качества воды
- •2.3.2. Промышленная водоподготовка
- •2.4. Воздух в химической технологии
- •3. Критерии оценки эффективности химического производства
- •3.1. Технические показатели
- •3.2. Экономические показатели
- •3.3. Эксплуатационные показатели
- •3.4. Социальные показатели
- •3.5. Материальный и энергетический баланс химического производства
- •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
- •4.8.1. Методологические принципы
- •4.8.2. Выбор технологии производства продукции
- •4.9. Оптимизация производства
- •4.9.1. Декомпозиция химико-технологических систем
- •4.9.2. Оптимизация химико-технологических систем
- •5. Общие закономерности химических процессов
- •5.1. Понятие о химическом процессе
- •5.2. Классификация химических реакций
- •5.3. Виды химических реакций
- •5.4. Характеристика гомогенных процессов
- •5.5. Основные закономерности гомогенных процессов
- •5.6. Интенсификация гомогенных процессов
- •5.7. Гетерогенные некаталитические процессы
- •5.8. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
- •5.9. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
- •6. Гетерогенный катализ
- •6.1. Общие положения катализа
- •6.2. Процессы адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
- •6.2.1. Теория адсорбции Лэнгмюра
- •6.2.2. Нелэнгмюровская адсорбция
- •6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
- •6.3.1. Внешняя диффузия
- •6.3.2. Внутренняя диффузия
- •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
- •7. Гомогенный катализ
- •7.1. Кислотный (основной) катализ
- •7.1.1. Специфический кислотный катализ
- •7.1.2. Специфический основной катализ
- •7.1.3. Общий кислотный катализ
- •7.1.4. Общий основной катализ
- •7.1.5. Электрофильный катализ
- •7.1.6. Кинетика реакций кислотно-основного катализа
- •7.2. Металлокомплексный катализ
- •7.3. Ферментативный катализ
- •8. Химические реакторы
- •8.1. Принципы классификации химических реакторов
- •8.2. Принципы проектирования химических реакторов
- •8.2.1. Моделирование химических реакторов и протекающих в них процессов
- •8.2.2. Структура математической модели химического реактора
- •8.2.3. Уравнение материального баланса для элементарного объема проточного реактора
- •8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
- •8.3.1. Реактор идеального смешения (рис)
- •8.3.2. Реактор идеального вытеснения (рив)
- •8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели
- •8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
- •8.5. Конструкции реакторов
- •8.5.1. Требования к реакторным конструкциям
- •8.5.2. Типизация реакторов
- •8.5.3. Примеры конструкций реакторов
- •9. Переработка природного минерального сырья
- •9.1. Процессы растворения
- •9.2. Процессы кристаллизации
- •9.3. Химическое осаждение
- •9.4. Процессы переработки труднорастворимого сырья
- •10. Химические предприятия верхнекамья
- •10.1. Оао «Уралкалий»
- •10.2. Филиал «Азот» оао «охк уралхим»
- •10.3. Оао «Березниковский содовый завод»
- •10.4. Ооо «Сода-хлорат»
- •10.5. Оао «Метафракс»
- •Рекомендуемая литература
2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья
Доля сырья в себестоимости товарной продукции является основной и достигает 70 %. Отсюда вытекает проблема, как самих ресурсов сырья, так и рационального его использования.
Химическая промышленность использует в качестве сырьевых источников соединения более 80 элементов. Эти элементы, главным образом, входят в состав земной коры и распределены в ней крайне неравномерно и по природе, и по концентрации, и по географическому положению.
Доля, приходящаяся на тот или иной элемент, содержащийся в земной коре, называется кларком.
Кларки наиболее распространенных элементов приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
Кларки наиболее распространённых элементов
Элемент |
О |
Si |
Al |
Fe |
Ca |
Na |
Mg |
K |
H |
Кларк, % |
49,13 |
26,0 |
7,45 |
4,20 |
3,25 |
2,40 |
2,35 |
2,35 |
1,00 |
Как видно из таблицы 2.2, на девять элементов приходится 98 % массы земной коры. Доля всех остальных элементов составляет всего 1,87 %. Из них кларк углерода, составляющего основу жизни, равен 0,35 %.
Все ресурсы химического сырья делятся на запасы, т.е. выявленные и изученные, и на потенциальные ресурсы. В свою очередь по степени изученности и пригодности к эксплуатации запасы сырья делятся на три категории:
– категория А– это запасы, детально разведанные и подготовленные к разработке;
– категория В – это запасы, установленные в результате геологоразведочных работ;
– категория С– это запасы, определенные по результатам геофизической разведки и изучения по естественным выходам на поверхность.
Возможность использования сырья для промышленного производства определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного компонента. Ценность сырья зависит от уровня развития технологии и задач, стоящих перед производством, и может меняться со временем. К примеру, уран, ранее являвшийся отходом при получении радия, теперь является важнейшим стратегическим сырьем.
Доступность сырья для добычи определяется географией месторождения, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов извлечения, наличием людских ресурсов для его эксплуатации.
Существенным фактором, определяющим возможность использования запасов сырья, является концентрация целевого элемента. Известно, что многие, распространенные в земной коре элементы, являются рассеянными, что затрудняет их использование для промышленного производства. Тем не менее, нередко эксплуатация бедных месторождений является рентабельной.
На долю России приходится мировых запасов: газа – 45, ископаемых углей – 23, нефти – 6-8, древесины – 30, торфа и калийных солей – более 50, различного минерального сырья – около 20, в том числе железа и олова более 27, никеля – 36, меди – 11, кобальта – 20, свинца – 12, цинка – 16, металлов платиновой группы – 40% масс. По запасам золота Россия занимает третье место в мире. К этому следует добавить, что на территории России сосредоточено 20 процентов мировых запасов пресной воды.
