2. Структура хімічного виробництва

Відзначалося, що об'єктом вивчення в хімічній технології є хімічне виробництво.

Хімічне виробництво – сукупність операцій, які здійснюються у відповідних апаратах і машинах і спрямованих на одержання продукту із сировини доцільним способом.

Першою стадією в хімічному виробництві є підготовка сировини до здійснення хімічних перетворень. Як правило, це фізичні процеси – здрібнення, розчинення, нагрівання, концентрування, очищення від домішок і т. ін. Підведення реагуючих компонентів у зону реакції здійснюється шляхом молекулярної дифузії чи шляхом конвекції. За інтенсивного перемішування компонентів конвективне перенесення називають турбулентною дифузією.

В багатофазових системах підведення реагентів може відбуватися абсорбцією, адсорбцією або десорбцією пари чи газів, конденсацією пари, плавленням твердих речовин або розчиненням їх в рідині, випарюванням чи сублімацією. Ця стадія переходу реагуючого компонента з однієї фази в іншу в багатьох випадках представляє собою найбільш повільний етап хіміко-технологічного процесу (ХТП) і визначає загальну швидкість його. Міжфазовий перехід за суттю являється складним дифузійним процесом.

Після підготовки сировини проводиться власно хімічне перетворення, у результаті чого утвориться суміш, хімічний склад якої відрізняється від вихідної сировини. Наявність хімічного перетворення сировини є ознакою, що виробництво – хімічне. Хімічні реакції складають основу технологічного процесу. Хімічне перетворення речовини проходить через ряд послідовних (чи паралельних) хімічних реакцій, в результаті яких утворюються основний продукт, а також побічні продукти або відходи виробництва. Звичайно при розгляданні виробничих процесів враховуються не всі реакції а ,лише ті з них, які мають визначальний вплив на якість і кількість одержаних основних продуктів.

Третя група операцій – виділення і очищення корисного продукту від домішок. Необхідність цих операцій пов'язана з тим, що в хімічному перетворенні можуть утворюватися побічні продукти, неповне перетворення сировини, від яких треба очистити продукт. Відведення одержаних продуктів із зони реакції може здійснюватися так само, як і підведення реагуючих компонентів, тобто дифузією чи конвекцією, які в основному визначають перехід речовини із однієї фази в іншу.

Три групи операцій – підготовка сировини, хімічне перетворення, виділення продукту – основні складові частини хімічного виробництва. Вони забезпечують виконання основної задачі хімічного виробництва – одержання продукту.

Розвиток промисловості висунув нові вимоги до всіх виробництв – основними цілями їхнього функціонування є не тільки одержання продукту, але виконання таких функцій, як комплексне використання сировини, захист навколишнього середовища, економія паливно-енергетичних ресурсів. Хімічне виробництво стало багатофункціональним. Тому варто ви ділити так само складові частини хімічного виробництва, що забезпечують рішення відзначених вище додаткових, але так само головних, задач хімічного виробництва.

Склад хімічного виробництва, представлений на рис. 2.1, де показані його основні складові частини і функціональні зв'язки між ними.

Рис. 2.1. Склад хімічного виробництва:

1-підготовка сировини; 2-хімічне перетворення; 3-виділення та очищення цільового продукту; 4-енергетичний комплекс; 5-водопідготовка; 6-санітарне очищення і утилізація.

У системі хімічного виробництва переробляються потоки речовин і енергії, які назвемо компонентами хімічного виробництва. До них відносяться: сировина, енергія, вода, продукти, напівпродукти, відходи. Сировина - вихідні речовини, або матеріали, що переробляються.

За призначенням сировина може бути основною (технологічною) і допоміжною. Основна сировина перетворюється в продукти. Допоміжна сировина використовується для забезпечення виробництва. Енергія також слугує для забезпечення процесів хімічного виробництва. Можливе корисне використання енергії, енергетичних потоків хімічного виробництва у виді так званих вторинних енергетичних ресурсів Вода в хімічному виробництві не тільки холодоагент або теплоносій, але і один з видів сировини. Враховуючи велике споживання води і особливе значення для життєдіяльності людини, її варто виділити як окремий компонент. Продукти хімічного виробництва можуть бути: основні і додаткові чи побічні. Напівпродукти – продукт даного хімічного виробництва, що використовується як сировина в іншому виробництві. Відходи - речовини, що корисно не використовуються, і матеріали, які утворені в даному виробництві.

Хімічне виробництво - складна система. У ній перебігають хімічні реакції, перенос тепла, речовини і імпульсу руху на молекулярному рівні і у масштабі апаратів, обмін тепловими, масовими, енергетичними і механічними потоками в різноманітних апаратах і обладнаннях. Процеси, що перебігають, мають різний масштаб, різне місце проведення, різну інтенсивність. Структура процесів хімічного виробництва представлена на рис. 2.1. Вона являє собою ієрархічну, зростаючу за масштабами, послідовність. Нижній рівень складають окремі процеси - явища впливу на речовини. Процеси можуть бути механічні, фізичні, хімічні і біохімічні. При механічному процесі відбувається зміна фізичного стану, фазового складу і агрегатного стану. У хімічному процесі відбувається зміна хімічного складу. Біохімічні процеси відбуваються під дією мікроорганізмів, а також каталізаторів –ферментів (ензимів).

Наступним структурним рівнем процесів хімічного виробництва є хіміко-технологічний апарат-пристрій для здійснення процесу - абсорбер , ректифікаційна колона , теплообмінник, насос, фільтр, хімічний реактор і т. ін. У кожному з апаратів може здійснюватися декілька процесів.

Сукупність апаратів, що здійснюють визначену операцію, назвемо агрегатом – третій рівень. Наприклад, хімічний реактор разом з теплообмінником і змішувачем , що забезпечують режим роботи реактора можна класифікувати як агрегат (іноді його називають також реакційним вузлом). Апарат і агрегат можуть збігатися. Виділення агрегату в окрему структурну одиницю зумовлено не тільки ієрархічною схемою структури хімічного виробництва. Об' єднання апаратів в агрегат зумовлено також можливістю появи якісно нових властивостей процесу через наявність різноманітних зв'язків між апаратами. Хіміко - технологічний процес (ХТП) – четвер-тий рівень – перебігає в сукупності агрегатів і апаратів з одержанням певного продукту – кінцевого (цільового) продукту, проміжного продукту, напівпродукту і т. ін.

Рис. 2.2 .Структура процесів хімічного виробництва

Сукупність хіміко-технологічних процесів створює хімічне виробництво (ХВ), що слугує для одержання кінцевого продукту - п'ятий рівень. Хімічне виробництво і хіміко-технологічний процес можуть збігатися. Наприклад, виробництво розведеної нітратної кислоти можна визначити як хіміко-технологічний процес. У виробництві аміаку можна виділити, принаймні, два хіміко-технологіч-них процеси – одержання азотоводневої суміші як проміжного продукту і синтез аміаку.

Шостий рівень – це хімічний комбінат або виробниче об’єднання являють собою сукупність хімічних (можливо і інших) виробництв, об'єднаних у виробничі одиниці - структури народного господарства. З визначення випливає, що виробниче об'єднання –економічна одиниця.