1. Основи хіміко-технологічних процесів

1.1 Хіміко-технологічний процес і його зміст

Хіміко-технологічний процес є сукупність операцій, що дозволяють отримати цільовий продукт з вихідної сировини. Всі ці операції входять до складу трьох основних стадій, характерних практично для кожного хіміко-технологічного процесу. На першій стадії проводять операції, необхідні для підготовки вихідних реагентів до проведення хімічної реакції. Реагенти переводять, зокрема, в найбільш реакційно здатний стан. Наприклад, відомо, що швидкість хімічних реакцій сильно залежить від температури, тому часто реагенти до проведення реакції нагрівають. Газоподібну сировину для підвищення ефективності процесу і зменшення розмірів апаратури піддають компримуванню до певного тиску. Щоб усунути побічні явища і отримати продукт високої якості, вихідну сировину піддають очищенню від сторонніх домішок, користуючись методами, які засновані на відмінності фізичних властивостей (розчинність в різних розчинниках, густині, температури конденсації і кристалізації і т. ін.).

При очищенні сировини і реакційних сумішей широко застосовують явища тепло- і масообміну, гідромеханічні процеси. Можуть бути використані і хімічні методи очищення, засновані на хімічних реакціях, в результаті яких непотрібні домішки перетворюються на речовини, які легко відділяються. Відповідним чином підготовлені реагенти на наступній стадії піддають хімічній взаємодії, яка може, в принципі, складатися з декількох етапів. У проміжках між цими етапами іноді необхідно знов використовувати тепло-і масообміні і інші фізичні процеси. Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти діоксид сірки частково окиснюють до триоксиду, потім реакційну суміш охолоджують, вилучають з неї шляхом абсорбції триоксид сірки і знов направляють її на окиснення. В результаті хімічних реакцій отримують суміш продуктів (цільових, побічних, попутних) і реагентів, що не прореагували. Завершальні операції останньої стадії пов'язані з розділенням цієї суміші, для чого знову застосовують гідромеханічні, тепло- і масообміні процеси, наприклад фільтрування, центрифугування, ректифікацію, абсорбцію, екстракцію і т. ін. Продукти реакції направляють на склад готової продукції або на подальшу переробку; сировину, що не прореагувала, знову використовують в процесі, організовуючи його рецикл. На всіх етапах, а особливо на завершальних, проводять також рекуперацію вторинних матеріальних і енергетичних ресурсів.

Потоки газоподібних і рідких речовин, що потрапляють в навколишнє середовище, піддають очищенню і знешкодженню від небезпечних домішок. Тверді відходи або направляють на подальшу переробку, або розміщують для зберігання в безпечних для навколишнього середовища умовах. Таким чином, хіміко-технологіч-ний процес в цілому — це складна система, що складається з одиничних зв'язаних між собою процесів (елементів) і взаємодіє з навколишнім середовищем.

Елементами хіміко-технологічної системи є перераховані вище процеси тепло- і масообміну, гідромеханічні, хімічні і т. ін. Їх розглядають як одиничні процеси хімічної технології. Важливою підсистемою складного хіміко-технологічного процесу є хімічний процес.

Хімічний процес представляє собою одну або декілька хімічних реакцій, що супроводжуються явищами перенесення теплоти, маси і імпульсу, що роблять вплив як один на одного, так і на перебіг хімічної реакції. Аналіз одиничних процесів, їх взаємного впливу дозволяє розробити технологічний режим.

Технологічним режимом називається сукупність технологічних параметрів (температури, тиску, концентрацій реагентів і т. ін.), що визначають умови роботи апарату або системи апаратів (технологічної схеми). Оптимальні умови ведення процесу — це поєднання основних параметрів (температури, тиску, складу вихідної реакційної суміші і т. ін.), що дозволяє отримати найбільший вихід продукту з високою швидкістю або забезпечити найменшу собівартість при дотриманні умов раціонального використання сировини і енергії і мінімізації можливого збитку навколишньому середовищу. Одиничні процеси протікають в різних апаратах — хімічних реакторах, колонах абсорбції і ректифікацій, теплообмінниках і т. ін. Окремі апарати сполучені в технологічну схему процесу.

Технологічна схема — раціонально побудована система одиничних апаратів, сполучених різними видами зв'язків (прямих, зворотних, послідовних, паралельних), що дозволяє отримати заданий продукт заданої якості з природної сировини або напівфабрикатів. Технологічні схеми бувають відкритими і закритими, можуть містити байпасні (обвідні) потоки і рецикли, що дозволяють підвищувати ефективність функціонування хіміко-технологічної системи в цілому. Розробка і побудова раціональної технологічної схеми — важливе завдання хімічної технології.