1. Химические технологии - наука о наиболее экономичных и экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых природных материалов в продукты потребления и промежуточные продукты.

Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.

Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять основных групп:

• гидромеханические;

• тепловые;

• массобменные (или диффузионные) процессы;

• химические процессы;

• механические процессы.

По организационно-технической структуре процессы делятся на периодические и непрерывные.

Химические процессы подразделяется на технологию неорганических веществ (производство кислот, щелочей, соды, силикатных материалов, минеральных удобрений, солей и т. д.) итехнологию органических веществ (синтетический каучук, пластмассы, красители, спирты, органические кислоты и др.)

2. Химико-технологический процесс и его содержание.

Химическая промышленность дает народному хозяйству огромное количество продуктов, без которых невозможна жизнь современного общества. Сюда входят моторные топлива, масла, горючие газы, кислоты, смолы, волокна, лаки, краски и т.д.

Важнейшая задача химической технологии - отыскание оптимальных условий для экономически целесообразного осуществления химической реакции в виде технологического процесса.

Химико-технологический процесс - это процесс получения целевого продукта начиная с этапа подготовки сырья и заканчивая выделением этого целевого продукта.

Химико-технологический процесс складывается из трех стадий:

1) подвод реагентов в зону реакции при помощи абсорбции, адсорбции, конденсации паров, плавлением, растворением и др. (осуществляется, как правило, с использованием физических процессов (механических, гидромеханических, тепловых, массообменных));

2) химические реакции - основа процесса (в ходе этого происходит глубокое изменение структуры, состава и свойств веществ, участвующих в нем);

3) отвод продуктов из зоны реакции за счет диффузии или перевода вещества из одной фазы в другую. Стадия выделения целевого продукта для большинства химических производств является необходимой. Технологический процесс, в котором достигается абсолютная селективность и 100% -ный выход целевого продукта, просто экономически невыгоден. Возрастают расходные коэффициенты, энергетические затраты, вследствие чего стоимость продукта резко возрастает, и тогда товар теряет своего потребителя.

3. Химическая реакция и химический реактор.

Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества

Химический реактор — агрегат для проведения химических реакций объёмом от нескольких миллилитров до десятков кубометров.

Цель работы реактора – выработка конечного продукта из исходных компонентов при соблюдении требований максимальной эффективности процесса:

1. Создание устойчивого и стабильного режима проведения реакции;

2. высокие энергетические показатели;

3. минимальная стоимость реактора;

4. простота работы и ремонта.

Существует две основные модели протекания реакций в реакторах: - Реактор идеального смешения - Реактор идеального вытеснения

4. Классификация химических реакций:

А) по фазовому составу:

• Гомогенные гомофазные реакции. В реакциях такого типа реакционная смесь является гомогенной, а реагенты и продукты принадлежат одной и той же фазе. Примером таких реакций могут служить реакции ионного обмена, например, нейтрализация кислоты и щелочи в растворе:

NaOH(раств.) + HCl(раств.) → NaCl(раств.) + H₂O(жидкость)

• Гетерогенные гетерофазные реакции. В этом случае реагенты находятся в разном фазовом состоянии, продукты реакции также могут находиться в любом фазовом состоянии. Реакционный процесс протекает на границе раздела фаз. Примером может служить реакция солей угольной кислоты (карбонатов) с кислотами Бренстеда:

CO₃(твердое) + 2HCl(раств.) → Cl₂(раств.) + CO₂(газ) + H₂O(жидкость)

• Гетерогенные гомофазные реакции. Такие реакции протекают в пределах одной фазы, однако реакционная смесь является гетерогенной. Например, реакция образования хлорида аммония из газообразных хлороводорода и аммиака:

NH₃(газ) + HCl(газ) → NH₄Cl(твердое)

• Гомогенные гетерофазные реакции. Реагенты и продукты в такой реакции существуют в пределах одной фазы, однако реакция протекает на поверхности раздела фаз. Примером таких реакций являются некоторые гетерогенно-каталитические реакции, например, реакция синтеза аммиака из водорода и азота:

N₂(газ) + 3H₂(газ) → 2 NH₃(газ) (катализатор Pt)

Б) по механизму:

По механизму химические реакции делят на простые и сложные. К простым относятся реакции, которые протекают только в одну стадию

Сложные реакции в свою очередь делят на последовательные, параллельные и сопряженные. Последовательные - реакции с промежуточными стадиями типа А → В → С. Параллельные - исходные вещества реагируют сразу в нескольких направлениях: 

Например,   

Сопряженные - реакции, из которых одна протекает лишь совместно с другой. Например, Н₂О₂ легко окисляет соединения железа, но практически не окисляет бензол. Однако если провести эти реакции в общей смеси, то Н₂О₂ в этом случае окисляет и бензол:

Fe²⁺ + H₂O₂ = Fe³⁺ + OH^- OH^- + OH^- + C₆H₆ = C₆H₅OH + H₂O.

В) по молекулярности:

Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.

Г) по порядку реакции:

Порядок реакции по данному веществу — показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции

Реакция нулевого порядка Кинетическое уравнение имеет следующий вид:

V₀ = k₀

Скорость реакции нулевого порядка постоянна во времени и не зависит от концентраций реагирующих веществ. Нулевой порядок характерен, например, для гетерогенных реакций в том случае, если скорость диффузии реагентов к поверхности раздела фаз меньше скорости их химического превращения.

Реакция первого порядка

Кинетическое уравнение реакции первого порядка:

Приведение уравнения к линейному виду даёт уравнение:

Константа скорости реакции вычисляется как тангенс угла наклона прямой к оси времени:

k₁ = − tgα

Период полупревращения:

Реакция второго порядка

Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

или

В первом случае скорость реакции определяется уравнением

Линейная форма уравнения:

Константа скорости реакции равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени:

k₂ = − tgα

Во втором случае выражение для константы скорости реакции будет выглядеть так:

Период полупревращения (для случая равных начальных концентраций!):

5) Стехиометрия химических реакций

Стехиометрия — раздел химии о соотношениях реагентов в химических реакциях.

Позволяет теоретически вычислять необходимые массы и объёмы реагентов.

6) Технологические критерии эффективности химико-технологического процесса.

Совершенствование химических производств.

Успехи химической промышленности, перспективы развития, ее роль в народном хозяйстве и обеспечении качества жизни населения зависят от уровня научных и технологических исследований.

Основные направления развития химической промышленности состоят:

в поиске новых соединений и материалов,

в повышении эффективности производства химической продукции.

Эффективность по существу определяется экономикой, и ее повышение обеспечивается:

А) снижением затрат:

на сырьё и материалы

на энергию,

на капитальные вложения

Б) повышением производительности труда.

В) разработкой вопросов охраны труда и окружающей среды

Для повышения эффективности ХТП:

А) инженерные приемы:

рекуперация энергии

использование тепла с помощью котлов-утилизаторов

оптимизация технологических схем разделения и выделения продуктов по минимуму затрат

улавливание и рекуперация отходов и др.

Б) открытие новых реакций и каталитических систем (наиболее кардинальная мера)

В) выяснение детального механизма протекающих реакций, позволяющее найти пути осуществления процесса с максимальной эффективностью.

7) Степень превращения (конверсия) реагента:

Степень превращения – количество прореагировавшего реагента, отнесенное к его исходному количеству.  Для простейшей реакции     ,[1]  где   - концентрация на входе в реактор или в начале периодического процесса,  - концентрация на выходе из реактора или текущий момент периодического процесса.

8) Выход продукта:

ВЫХОД ПРОДУКТА — количество продукта (концентрата или металла), получаемое из единицы веса или объема полезного ископаемого; определяется отношением веса полученного продукта (концентрата, металла) к весу исходной руды в процентах.

Выход продукта - это отношение массы (объема), практически полученного продукта к массе (объему) вещества, рассчитанного теоретически, т. е. по уравнению реакции (m_теор)

9) Селективность – количество реально полученного целевого продукта, отнесенное к количеству этого продукта, которое получилось бы, если бы весь прореагировавший реагент перешел в этот продукта.

10) Производительность - объём продукции (работы), производимой в единицу времени данным оборудованием в соответствии с его конструктивными особенностями, технической характеристикой и производственной квалификацией рабочих

11) Интенсивность - напряженность процесса, характеризуемая мерой отдачи каждого из используемых факторов, ресурсов.

12) Технико-экономические показатели - система измерителей, характеризующая материально-производственную базу предприятий (производственных объединений) и комплексное использование ресурсов.

Расходный коэффициент- показатель использования сырья и материалов, обратный коэффициент использования материалов

Фабрично-заводская себестоимость - денежные (ресурсные) издержки социалистических предприятий на производство и реализацию продукции, выражающие часть её стоимости (стоимость потребленных средств производства и стоимость необходимого продукта)

Качество продукции - Это оценка потребителем степени соответствия её свойств индивидуальным и общественным ожиданиям, обязательным нормам в соответствии с ее назначением.

13) Скорость гомогенной химической реакции - в целом определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема.