АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Научные принципы организации химического производства

Научные принципы организации химического производства. Включают принципы, связанные с условиями проведения процессов, использования сырья и энергии, обеспечением экологической безопасности, автоматизации производства и др[1][2].

Научные принципы организации химического производства — система фундаментальных положений, лежащих в основе создания, проектирования и эксплуатации химико-технологических процессов и производств. Эти принципы определяют выбор оптимальных условий проведения химических реакций, способы максимального использования сырья и энергии, а также обеспечивают экономическую эффективность и экологическую безопасность производства[3]. Знание общих закономерностей протекания химических реакций позволяет правильно определить условия, при которых тот или иной процесс протекает с максимальным выходом целевого продукта.

История

undefined

Первые сведения о химических превращениях люди получили, занимаясь различными ремёслами: крашением тканей, выплавкой металлов, изготовлением стекла и керамики. Однако эти операции основывались на эмпирическом опыте и передавались из поколения в поколение как ремесленные секреты.

Возникновение в Европе мануфактур и промыслов по получению основных химических продуктов относится к XV веку. Первым объектом химической отрасли считается завод в Великобритании, открытый в 1736 году, специализировавшийся на выпуске серной кислоты. Во второй половине XVIII века появились заводы по производству калийной соды, которая использовалась в текстильной промышленности и стеклопроизводстве.

Химическая технология как новая наука берёт своё начало в XVIII веке, когда в эпоху развития промышленности на основе знаний в области химии, физики и экономики начали формироваться первые научные подходы к организации производства. Вначале химическая технология, возникшая с появлением первых химических промыслов, была исключительно описательным разделом прикладной химии.

Выделение химической технологии как отдельной области знаний и научной дисциплины началось во 2-й половине XVIII века. На этапе создания первой концептуальной системы химии появилась технология получения основных неорганических продуктов: кислот, солей, щелочей. На основе растущих химических знаний формировалась наука о химических производствах — химическая технология.

Крупнейший «химический бум» произошёл в конце XIX — начале XX веков, когда при помощи научного метода были созданы первые синтетические материалы — резины и пластмассы. Принципиально новое решение проблемы фиксации азота было найдено с разработкой процесса синтеза аммиака — основного процесса современной технологии связывания азота. Работы Карла Боша и Фрица Габера, удостоенного Нобелевской премии в 1918 году, стали классическим примером реализации научных принципов в промышленном масштабе.

Историю развития производства аммиака, метанола и других ключевых продуктов можно рассматривать как борьбу за повышение эффективности использования электрической, тепловой и механической энергии. История химической технологии неотделима от истории развития химического производства.

Основные принципы

Современная химическая промышленность характеризуется высоким уровнем механизированного управления производством. Основой химического производства является химическая технология — наука о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки сырья в продукты потребления и промежуточные продукты[3][4].

Создание оптимальных условий проведения химических реакций

К основным принципам организации химических производств относится создание оптимальных условий проведения химических реакций[3]. Для получения максимального выхода целевого продукта необходимо:

  • Выбор температурного режима — температура влияет на скорость реакции и положение химического равновесия. Повышение температуры ускоряет реакции, но для экзотермических процессов может смещать равновесие в сторону исходных веществ.
  • Оптимальное давление — для реакций, идущих с уменьшением объёма, повышение давления смещает равновесие в сторону продуктов.
  • Использование катализаторов — катализаторы значительно увеличивают скорость химической реакции, позволяя проводить процессы при более мягких условиях. Катализатор не расходуется в процессе и не влияет на положение равновесия.

Интенсификация массообмена

Для увеличения скорости химических реакций и полноты превращения реагентов применяются[5]:

  • Противоток веществ — движение взаимодействующих потоков навстречу друг другу, что обеспечивает максимальную движущую силу процесса.
  • Увеличение площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ — достигается измельчением твёрдых материалов, диспергированием жидкостей и использованием насадок в аппаратах.
  • Повышение концентрации реагирующих веществ — увеличение концентрации реагентов ускоряет реакции и смещает равновесие в сторону продуктов.

Полное и комплексное использование сырья

Принцип рационального использования сырья включает[5]:

  • Циркуляция сырья — возврат непрореагировавших веществ в процесс, что повышает общую степень превращения.
  • Создание смежных производств — организация производств по переработке отходов одного процесса в сырьё для другого.
  • Комбинирование — объединение в одном крупном предприятии производств разных сфер промышленности, где продукты или отходы одного производства используются в качестве материалов для других.

Использование теплоты химических реакций

Для повышения энергоэффективности применяются[5]:

  • Теплообмен — передача тепла от горячих потоков к холодным, что позволяет использовать энергию экзотермических реакций для нагрева исходных реагентов.
  • Утилизация теплоты химических реакций — использование выделяющегося тепла для получения пара, горячей воды или для других технологических нужд.

Принцип непрерывности

Принцип непрерывности заключается в[4]:

  • Механизации и автоматизации производства — непрерывная подача сырья и отвод продуктов без остановки процесса.
  • Создание замкнутых технологических циклов — все современные технологии химического производства основаны на принципе непрерывности, поскольку операции, требующие остановки процесса, нежелательны.

Защита окружающей среды

Экологическая безопасность обеспечивается[4]:

  • Автоматизацией вредных производств — выведение человека из контакта с опасными веществами.
  • Герметизацией аппаратов — предотвращение утечек вредных веществ в атмосферу.
  • Утилизацией отходов — превращение отходов в ценные продукты или их безопасное обезвреживание.
  • Нейтрализацией выбросов в атмосферу — очистка газовых выбросов перед сбросом в атмосферу.
  • Очисткой сточных вод и их повторным использованием.

Примечания

Литература

Категории

© Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».