Тема 6. Техніка, технологія і продукція хімічної та нафтохімічної промисловості

Вивчення теми слід починати з визначення техніко-економічних показників, що характеризують перебіг процесів у хімічній промисловості: вихід продукту, ступінь перетворення, селективність, витратні коефіцієнти, собівартість продукції, продуктивність праці.

Наступним проблемним питанням теми є усвідомлення основних закономірностей протікання хіміко-технологічних процесів. Незважаючи на те, що способів класифікації технологічних процесів багато (зокрема, за способом організації, агрегатним і фазовим станом, тепловим ефектом, визначальними параметрами тощо), будь-який хіміко-технологічний процес складається із трьох стадій: 1) підведення реагентів в зону реакції; 2) хімічна реакція; 3) виведення реагентів із зони реакції. Щоб управляти таким процесом, потрібно знати, яка з названих стадій є найповільнішою, бо саме від швидкості її проходження буде залежати загальна швидкість процесу. Якщо найповільнішими стадіями будуть перша або третя (процеси, що знаходяться в дифузійній області), то їх прискорення буде визначатися швидкістю перемішування, способами гомогенізації та іншими засобами, які використовують для дифузних процесів. Якщо ж швидкість процесу визначатиметься швидкістю хімічної реакції, потрібно знати залежність останньої від зміни тиску, температури та концентрації, бо саме зміною цих параметрів можна впливати на перебіг технологічних процесів хімічної промисловості.

Для проведення розрахунків використовують закон дії мас, що визначає залежність швидкості процесу від концентрації речовин і формулюється так: швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях, що дорівнюють коефіцієнтам, які стоять перед формулами речовин у відповідному рівнянні реакції. Використовуючи цей закон, пам’ятайте, що для гетерогенних процесів у рівняння закону діючих мас входять лише концентрації речовин, що перебувають у газовій або рідкій фазах.

Величезне значення для хімічної промисловості мають каталітичні процеси, оскільки близько 90 % всіх виробництв цієї галузі використовують каталіз. Тому зверніть увагу на відміну дії каталізу на прискорення хімічних реакцій, яке відрізняється від дії зміни температури, тиску або концентрацій тим, що каталіз однаково впливає як на швидкість прямої, так і зворотної реакцій. Суттєвий виграш полягає в зменшенні часу настання рівноваги та селективності дії каталізаторів. Згідно з класифікацією каталітичні процеси бувають гомогенні та гетерогенні. Пам’ятайте, якщо для перших апаратурне оформлення просте, то для других (які значно частіше використовуються в промисловості) – значно складніше та різноманітніше. Каталітичні процеси використовуються у виробництві кислот, аміаку, органічних речовин тощо. Ознайомтеся з технологічними процесами виробництва сірчаної та азотної кислот.

Оскільки для виробництва сірчаної кислоти вихідною сировиною можуть бути як тверді речовини (самородна сірка, пірит), так і газоподібні (гази нафто-, коксохімії, кольорової металургії), то необхідно ознайомитися з апаратурним оформленням процесів обпалення сировини і очищення газів. На техніко-економічні характеристики виробництва впливає також апаратурне оформлення цехів каталітичного окислення.

На прикладі виробництва калійних мінеральних добрив ознайомтеся з перебігом технологічних процесів, характерних для сольових технологій, де використовуються типові фізичні методи, зокрема подрібнення, класифікація, збагачення, сушка та ін. Важливими є стадії процесу, що містять у собі розчинення, фільтрацію, відстоювання, випаровування, кристалізацію, висушування тощо. Отримання власне калійних добрив пов’язано зі застосуванням флотаційного та галургічного методів. Ознайомтеся більш детально з цими методами.

Так, флотаційний метод отримання хлориду калію з сильвініту засновано на флотаційному розділенні водорозчинних мінералів калійної руди в середовищі насиченого сольового розчину за рахунок селективної гідрофобізацїї поверхні часток калійних мінералів за допо­могою флотореагентів.

Галургічний метод отримання хлориду калію з сильвініту (метод вибіркової розчинності та розділеної кристалізації) засновано на різній розчинності хлоридів калію та натрію при зміні температури при їхній спільній наявності в системі “КС1 – NаСІ – Н₂О”. Позитивні та негативні характеристики кожного з названих методів зумовлюють використання обох. Вибір методу визначається бажаними характеристиками продуктів, які необхідні споживачу.

Власне утворення мінеральних солей, якими є мінеральні добрива, відбувається із застосуванням хімічних процесів: обпалювання, вилуговування, реакції обмінного розкладу, реакції нейтралізації тощо. Саме ці процеси знаходяться в основі отримання аміачної селітри, карбаміду, подвійного суперфосфату, рідких та складних добрив.

Під час вивчення сукупності технологічних процесів отримання азотних добрив, способів їх використання та зберігання зверніть увагу на вплив хімічних властивостей на фізичні та експлуатаційні характеристики. При отриманні аміачної селітри важливим є енергозберігаючий аспект, коли теплота реакції нейтралізації аміаку азотною кислотою використовується для випарювання та отримання сплаву цієї речовини. Це спрощує та здешевлює вартість отримуваного продукту.

Розглядаючи технологічні процеси, які використовують при отриманні карбаміду, зверніть увагу на можливість різних способів використання вихідних речовин, які не прореагували при взаємодії оксиду вуглецю та аміаку. Це дасть можливість обрати оптимальний варіант для конкретного підприємства, що буде залежати від наявної сировини та виробничих потужностей.

Подвійний суперфосфат є важливим серед переліку мінеральних добрив, оскільки це розчинне у воді концентроване фосфорне добриво. Технологія його отримання містить як хімічні методи (взаємодія середньої солі з кислотою), так і фізичні – подрібнення, розбризкування, нашаровування тощо. Фосфорні добрива входять до складу складних та комплексних добрив, які мають переваги порівняно з простими, оскільки містять декілька поживних речовин.

Важливе місце серед технологічних процесів хімічної галузі займають електрохімічні процеси, що пов’язані з взаємоперетворенням хімічної та електричної енергії. Для проведення розрахунків потреб речовини та енергії повторіть закони Фарадея, рівняння Нернста, правила розкладу іонів на катоді та аноді для багатокомпонентних систем, ряд напруг металів. Слід зрозуміти, що, залежно від умов проведення процесу електролізу та матеріалу катода, можна отримати різний спектр готових продуктів.

Ознайомтеся з технологічними процесами виробництва целюлози, пластичних мас, виготовлення хімічних волокон, каучуку і гуми.