книги из ГПНТБ / Фурмер, И. Э. Общая химическая технология учеб. пособие

И. Э. ФУРМЕР, В. Н. ЗАЙЦЕВ

ОБ Щ А Я

ХИ М И Ч Е С К А Я

ТЕ Х Н О Л О Г И Я

Утверждено Ученым советом Государственного

комитета Совета Министров СССР

по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия для профессионально-техни­ ческих училищ

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974

54 Ф95

Фурмер И. Э., Зайцев В. Н.

Ф95 Общая химическая технология. Учеб, пособие для проф.-техн. учеб, заведений. М., «Высш. школа», 1974.

264 с. с ил.

В пособии приводятся основные технико-экономические показатели и законо­ мерности химико-технологических процессов, типы реакционных аппаратов; по­ дробно рассматривается технология неорганических и органических веществ; в са­ мостоятельный раздел выделена технология полимеров. Для каждого химического продукта приводятся краткие сведения об его свойствах и народнохозяйственном значении, сырье, физико-химические основы процесса, аппаратурное оформление и наиболее типичные технологические схемы, перспективы развития производства.

Пособие предназначено для учащихся профессионально-технических училищ и может быть использовано при подготовке рабочих на производстве.

_ _

ЖШ

© Издательство «Высшая школа» 1974

Г Л А В А I

ЗНАЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

«Широко распространяет химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания». —Эти слова были сказаны нашим великим соотечест­ венником М. В. Ломоносовым более двухсот лет назад. В наше время они справедливы еще больше, чем во времена М. В. Ломоносова, так как именно в последние годы химия все глубже проникает во все области промышленности, сельского хозяйства и быта.

В машиностроении значительное распространение получили пласти­ ческие массы, резины, лакокрасочные покрытия. Достижения в об­ ласти техники были бы невозможны без искусственных материалов, которые поставляет химическая промышленность. Химические мате­ риалы внедрены в отрасль, которая была отгорожена каменной стеной от синтетических материалов. Эта отрасль — строительство.

Велико значение химической продукции для интенсификации сельского хозяйства. Удобрения дают растениям питательные элемен­ ты, ядохимикаты защищают растения от вредителей и болезней.

Ткани, одежда, обувь, трикотажные изделия, искусственные ме­ ха, кожа, хозяйственные и культурно-бытовые товары, предметы домашнего обихода — все это дает химическая промышленность.

Здравоохранение — один из потребителей химических продуктов: лекарств, витаминов, материалов для хирургии и т. д. — могучих средств в борьбе за здоровье человека.

Внедрение химии в различные отрасли настолько широко и пло­ дотворно, что без роста химической промышленности не может быстро развиваться современное хозяйство.

До Великой Октябрьской социалистической революции химиче­ ская промышленность нашей страны была отсталой. Большинство химических продуктов ввозили из других стран. Мощная химическая промышленность была создана в Советском Союзе после Великой Октябрьской социалистической революции. Ее развитию у нас в стране придается большое значение, что отражено в Программе КПСС: «Одна

4

из крупнейших задач — всемерное развитие химической промышлен­ ности, полное использование во всех отраслях народного хозяйства достижений современной химии, в огромной степени расширяющей возможности роста народного богатства, выпуска новых, более совершенных и дешевых средств производства и предметов народного потребления».1

В соответствии с решениями партии и правительства химическая промышленность развивается более быстрыми темпами, чем другие отрасли народного хозяйства. Так, по Директивам XXIV съезда КПСС о развитии народного хозяйства на 1971—1975 гг. предусмотрено уве­ личить производство промышленной продукции на 42—46%, причем

Научной основой выполнения огромной программы ускоренного

переработки сырья, при которых, как правило, не изменяются состав и внутреннее строение исходного вещества. Например, из древесины

кую переработку сырья, при которой получаемые продукты по свое­ му составу, строению и свойствам не похожи на исходные материалы. Так, из природного газа в результате его химической переработки получают пластические массы, синтетические каучуки, синтетические волокна; из древесины — волокна, уксусную кислоту, метиловый спирт; из каменного угля — красители, фармацевтические препара­ ты и другие продукты.

Вместе с тем провести четкую границу между механической и химической технологией в ряде случаев затруднительно, поскольку изменение формы и внешнего вида материалов может иногда сопро­ вождаться химическими реакциями. И, наоборот, химическим про­ цессам, приводящим к изменению состава вещества, сопутствуют про­ цессы механические.

1 Программа Коммунистической партии Советского Союза, М., Политиздат, 1971, стр. 70.

Г Л А В А II

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Цель химической технологии — провести процесс как можно вы­ годнее, наиболее полно превратить исходное сырье в продукты реакции, получить максимальное количество продукта из взятого сырья, повысить выработку продукта в реакторе в единицу времени, т. е. увеличить скорость переработки сырья. При этом стараются по­ лучить продукт высокого качества и свести к минимуму все виды зат­ рат при производстве продукта.

Для анализа хода процесса и определения его эффективности су­

знать, как полно используется сырье, насколько глубоко протекает его химическое превращение. Это можно установить, если сопоставить количество вещества, вступившего в реакцию, с исходным количеством его. Например, протекает простая необратимая реакция типа

А -а- В. (II 1)

Допустим, что Ga„— исходное количество вещества А (в начале процесса), a Ga — количество вещества А после проведения процес­ са. Необходимо установить, насколько полно прошло химическое превращение вещества А. Для этого количество прореагировавшего вещества А, равное величине Ga0 — Ga , относят к его первоначально­ му количеству Gа„. Полученная величина дает долю вещества А,

Таким образом, степень превращения— это отношение количества вещества, вступившего в реакцию, к его исходному количеству. Чем больше степень превращения ха, тем большая часть исходного сырья вступила в реакцию, тем полнее прошел процесс химического превра­ щения.

Об эффективности проведения процесса судят также и по другому показателю — в ы х о д у п р о д у к т а . Выход продукта — от­ ношение количества полученного продукта к максимально возможному.

Для реакции А В выход Фв равен:

(н ,з )

макс

где GB — количество вещества В, полученное практически по реакции; Gв — максимальное количество вещества В, которое можно по-

макс лучить в данном процессе.

6

Максимальное количество продукта, которое можно получить из данного количества сырья, рассчитывается по уравнению реакции с учетом содержания в сырье реагента, подлежащего превращению. Это можно показать на примере получения извести (окиси кальция СаО) разложением углекислого кальция СаС03, содержащегося в извест­ няке, по реакции

СаС03 = СаО + С02

Требуется определить, какое максимальное количество СаО мож­ но получить из 100 кг известняка, если в нем содержится 90% СаС03.

Сначала рассчитывают, сколько углекислого кальция содержится в 100 кг известняка:

юо

Далее по уравнению реакции определяют, что из 90 кг СаС03 можно получить 50,4 кг СаО. Таким образом, из 100 кг известняка можно максимально получить 50,4 кг СаО.

Для сложных реакций, когда с одним и тем же исходным веществом могут происходить несколько химических превращений и получаться различные продукты реакции, оценивать ход процесса только по сте­ пени превращения недостаточно. Степень превращения может быть высокой, т.*е. большая часть исходных продуктов вступит в химиче­ скую реакцию, но не всегда это превращение приведет к образованию нужных нам (целевых) продуктов. Наряду с целевыми может образо­ вываться и ряд ненужных (побочных) продуктов. Чем больше образу­ ется целевых и меньше побочных продуктов, тем эффективнее проте­ кает процесс. Для характеристики таких сложных процессов и уста­ новления доли целевых продуктов в общем количестве полученных

и целевым является продукт В, а побочным — D, количество которых соответственно выражено через GBи Go, то селективность срв равна

g b + g d

Так как общее количество полученных продуктов равно количе­ ству прореагировавшего вещества А:

селективность можно рассматривать как отношение количества по­ лученного целевого продукта В к количеству превраирнного реагента А:

7

Ниже приводится пример расчета степени превращения, выхода и селективности для процесса, где протекает сложная реакция.

Пример. Для получения формальдегида НСНО проводят окисле­

Кроме этой основной реакции, протекает ряд побочных, в результате которых образуются муравьиная кислота НСООН, окись углерода СО, углекислый газ С02, метан СН4 и другие продукты.

Предположим, на окисление подали 3,2 кмоль метилового спирта. Из них образовалось 1,8 кмоль формальдегида, 0,8 кмоль побочных продуктов (суммарно) и остались неокисленными 0,6 кмоль метило­ вого спирта.

Необходимо найти степень превращения метилового спирта Хснаон, выход формальдегида Фнсно и селективность процесса по формальде­

гиду Фнсно* Решение. 1. С т е п е н ь п р е в р а щ е н и я . Для определения

количества прореагировавшего спирта нужно от его начального коли­

формальдегида будет получено, если весь метиловый спирт превра­ тится в НСНО. Из реакции (11,8) видно, что из одной молекулы спирта образуется одна молекула формальдегида. Поэтому максимально возможное количество формальдегида будет <?Нсномакс = 3,2 кмоль.

количество полученных продуктов равно сумме количества формаль­ дегида Ghcho = 1,8 кмоль и побочных продуктов Gno6 = 0,8 кмоль. Тогда

Помимо степени превращения, выхода и селективности, для характе­ ристики процесса используют и ряд других величин.

Показателем, характеризующим эффективность работы машин, аппаратов, цехов и заводов, служит пр о и з в о д и т е л ь н о с т ь —

8

вается м о щ н о с т ь ю . Мощность измеряется в тех же единицах, что и производительность.

Показателем работы аппаратов или установок, в которых проте­

часа с единицы объема аппарата (кг/ч-м3), или количеством тонн про­ дукта, полученного в сутки с единицы сечения аппарата (т/сут ■м2).

Однако для полной характеристики процесса недостаточно при­ веденных выше показателей. Химико-технологический процесс счи­ тается совершенным, если он является и экономически эффективным. Оценку экономической эффективности производства проводят по не­

раты предприятия в денежном выражении, непосредственно связан­ ные с производством продукта. Сумма затрат на изготовление продук­

сто и аппаратура. На строительство промышленных зданий и соору­ жений, обеспечение их оборудованием (основных производственных фондов) тратятся определенные средства. В процессе эксплуатации производственные фонды постепенно изнашиваются. Возмещение их износа осуществляется за счет постепенного переноса их стоимости на производимый продукт в течение соответствующего срока службы основных производственных фондов. Затраты на возмещение износа

п л а т а о с н о в н ы х п р о и з в о д с т в е н н ы х р а б о ч и х ,

9