Предприятия химической промышленности и их особенности

      Полимерные материалы вызвали  подлинную революцию почти во  всех отраслях экономики. Применение  пластмасс, резины, лакокрасочных материалов и химических волокон облегчает массу самолетов, кораблей, автомобилей, увеличивает их скорости, сберегает значительное количество дорогих и дефицитных материалов, продлевает жизнь машин и оборудования, повышает их производительность.

       Особенно широко используются  в машиностроении пластмассы  и синтетические смолы, синтетический  каучук и резины, химические волокна  и изделия из них, краски  и лаки.

       В сельском хозяйстве основная  часть прироста урожая достигается   за счет применения минеральных удобрений, химических средств защиты растений.

       В некоторых случаях, особенно  для новых отраслей техники,  химические продукты оказываются  незаменимыми (в микроэлектронике, приборостроении, атомной и ракетной  технике).

       Внедрение в производство продуктов химии приводит к громадному народнохозяйственному эффекту в виде экономии дефицитных  и дорогостоящих природных материалов.

 

 

2. Основные химические производства и их научные принципы

Современная химическая промышленность выпускает десятки тысяч продуктов. Все многообразие химико-технологических процессов можно свести к пяти основным группам: механические, гидродинамические, тепловые, диффузионные (массообменные) и химические.

Механические  процессы – это, процессы дробления, измельчения, агломерации, транспортирования твердых материалов, гранулирования и т. п. Гидродинамические процессы – это процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам, перемешивания, псевдосжижения, очистка газов от пыли и тумана и др.

Тепловые  процессы – это процессы нагревания, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. д.

Диффузионные (массообменные) процессы – это процессы абсорбции, ректификации растворения, кристаллизации, сушки и т.д.

Наиболее важна  и многообразна группа химических процессов, связанных с изменением химического состава и свойств веществ. К ним относятся: процессы горения – сжигание топлива, серы, пирита и других веществ; пирогенные процессы – коксование углей, крекинг нефти, сухая перегонка дерева;

электрохимические процессы – электролиз растворов и расплавов солей, электроосаждение металлов;

электротермические  процессы – получение карбида кальция, электровозгонка фосфора, плавка стали;

процессы  восстановления – получение железа и других металлов из руд и химических соединений;

термическая диссоциация – получение извести и глинозема;

обжиг, спекание – высокотемпературный синтез силикатов, получение цемента и керамики;

синтез  неорганических соединений – получение кислот, щелочей, солей, металлических сплавов и других неорганических веществ;

гидрирование – синтез аммиака, метанола, гидрогенизация жиров;

основной  органический синтез веществ на основе оксида углерода (II), олефинов, ацетилена и других органических соединений;

полимеризация и поликонденсация – получение высокомолекулярных органических соединений и на их основе синтетических каучуков, резин, пластмасс и т. д.

Каждое химическое производство состоит из трех взаимосвязанных  стадий:

1) подготовка  сырья и подвод реагирующих  компонентов в зону реакции;

2) химическое превращение;

3) отвод продуктов  и непрореагировавших веществ  из зоны реакции, выделение  целевого продукта

Схематически химико-технологический  процесс изображается следующей  схемой:

 

 

 

 

Где А – реагент, R – целевой продукт, S – побочный продукт.

Каждая стадия осуществляется комбинацией различных типовых процессов на основе общих принципов и закономерностей химической технологии.

Научную основу химической промышленности составляет химическая технологя – наука о методах и средствах массовой химической переработки сырья в предметы потребления и средства производства.

Химическая технология является своеобразным мостом, соединяющим химию  с производством. Самые грандиозные научные открытия остаются нереализованными в практическом плане, покуда на основе этих открытий не будет разработана и внедрена в производство приемлемая технология. Иначе говоря, химия становится производительной силой только через технологию. Других путей нет.

Длительное  время считали, что основу химической технологии составляют сырье, энергия и аппаратура. В настоящее время выделяют по меньшей мере 10 элементов химической технологии. К ним относятся:

1) физико-химия  процесса и поиски оптимальных  физико-химических условий его осуществления;

2) сырье, основные  и побочные продукты, отходы производства;

3) энергетика  процесса, условия максимального  полезного действия энергии;

4) аппаратура, среди  которой наиболее важные химические  реакторы, аппараты для осуществления  химико-технологических процессов;

5) материалы  аппаратуры и средства их защиты от коррозии, создание новых материалов;

6) аналитический  контроль и управление процессом (включая автоматизацию и управление ЭВМ);

7) организация  и охрана труда;

8) защита окружающей  среды и создание экотехнологии, т.е. технологии, при использовании которой химическое производство не наносит ущерба окружающей среде;

9) экономика  производства, включая капиталовложения, производительность труда и себестоимость  продукции;

10) развитие  принципиально новых химико-технологических  процессор, в том числе с  использованием экстремальных воздействий  (космическая технология, радиационные, плазмохимические, криохимические процессы).

В современных  химических производствах широко используются общие технологические принципы: непрерывность процесса, противоток, утилизация теплоты реакции (благодаря теплообмену), комплексное использование сырья и отходов производства.

Процессы бывают непрерывные, периодические и циркуляционные. В непрерывных процессах исходное сырье непрерывно подается в реакционный аппарат. Принцип непрерывности используется в производстве чугуна, при обжиге извести в контактном способе производства серной кислоты, при синтезе аммиака и в производстве водяного газа.

В периодическом (прерывном) процессе стадии смешивания реагирующих веществ, химического взаимодействия и выделения продуктов реакции, составляющие цикл, следуют друг за другом и периодически повторяются через определенные промежутки времени. В каждом цикле условия протекания реакции непрерывно изменяются, так как с течением времени концентрация исходных веществ уменьшается, что ведет к снижению скорости реакции, изменению температуры и т.д. Вследствие этого периодические процессы менее производительны. Их используют в производстве стали, кокса, многих органических красителей, взрывчатых веществ, соляной кислоты и других химических продуктов.

В современной  химической промышленности стремятся (там, где это возможно) перейти от периодических к непрерывным способам производства. Например, периодический способ получения анилина путем восстановления нитробензола чугунной стружкой с соляной кислотой в настоящее время заменен непрерывным методом – каталитическим гидрированием нитробензола водородом.

Некоторые процессы производства осуществляются полунепрерывным путем. Например, в коксохимическом производстве коксование – периодический процесс, а переработка коксового газа – непрерывный.

В циркуляционном (циклическом) процессе реакционная смесь покидающая реактор, разделяется. Непрореагировавшие исходные смеси после обогащения реагентами снова направляют в аппарат. Применение циркуляционного принципа способствует более полному использованию сырья и позволяет значительно повысить производительность процесса.

В химической технологии осуществляются следующие принципы.

Принцип противотока. Противотоком называется противоположно направленное движение взаимодействующих веществ.

Движение веществ в  одном и тот же направлении  носит название прямотока (схема а):

 

 

 

 

Противоток (схема б) применяют для реализации оптимальных условий массо- и теплообмена (проведение химических реакций, поглощение газов, растворение твердых тел, охлаждение продуктов реакций, нагревание исходных веществ и т. д.).

Принцип кипящего слоя, или псевдоожижения. Для организации кипящего слоя, или псевдоожижения, газообразные реагенты продувают через отверстия снизу аппарата, а находящиеся в нем твердые исходные вещества при этом как бы кипят, находясь все время во взвешенном состоянии. Этот принцип получил широкое распространение в химической промышленности для интенсификации гетерогенных процессов, т.е. химического или физического взаимодействия веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях (обжиг пирита в производстве серной кислоты, каталитический крекинг нефтепродуктов, сушка влажных материалов, сорбция из газовых смесей и растворов и т. д.).

Принцип утилизации теплоты реакции. Утилизация теплоты реакции, т.е. использование выделяющейся при химических взаимодействиях теплоты для подогрева исходного сырья или дальнейшей тепловой обработки образующихся продуктов позволяет резко снижать производственные энергетические затраты. Например, в производстве чугуна в домну подают воздух, нагретый за счет теплоты происходящих реакций.

Принцип использования производственных отходов (комплексное использование сырья, безотходная технология). Превращение отходов в побочные продукты производства позволяет полнее использовать сырье, что в свою очередь снижает стоимость продукции и предотвращает загрязнение окружающей среды. Например, из полиметаллических сульфидных руд при комплексной переработке получают цветные металлы, серу, серную кислоту и оксид железа (III) для выплавки чугуна. Комплексное использование сырья служит основой комбинирования предприятий. При этом возникают новые производства, перерабатывающие отходы основного предприятия, что дает высокий экономический эффект и является важнейшим элементом химизации народного хозяйства.

Организация химического  производства процесс чрезвычайно  трудоемкий. Необходимо решить много  проблем, связанных с выбором сырья и способов его подготовки, определить оптимальные физико-химические параметры ведения химико-технологического процесса (температура, давление, применение катализатора и т. д.). Современное химическое предприятие характеризуется высокой степенью автоматизации.

 

3. Значение химической промышленности

Химическая  и атомная промышленность - прогрессивная, быстро развивающаяся отрасль.

Место химической индустрии в развитии экономики  страны определяется ее важной ролью  как одного из крупных базовых комплексов народного хозяйства России, который обеспечивает многие отрасли промышленности и сельское хозяйство сырьем, социально-ориентированной продукцией, способствует формированию прогрессивной структуры производства и потребления, развитию новейших отраслей и направлений, обеспечивает экономию и сохранение жизненно важных ресурсов, повышение производительности труда в смежных отраслях. Все большее значение приобретает использование химических технологий и методов при очистке и обезвреживании жидких и газообразных сред в различных отраслях, переработке и утилизации отходов.

В состав химической промышленности входит много отраслей, которые производят десятки тысяч  видов продукции. Уровень их развития сильно различается. По производству серной кислоты Россия занимает второе место в мире, по выпуску минеральных удобрений - пятое, синтетических смол - четырнадцатое.

Химическая  промышленность, наряду с машиностроением  и электроэнергетикой, влияет на развитие НТР в стране путём химизации  её хозяйства. Химизация - широкое применение химических технологий и материалов во всех хозяйственных отраслях. Значение химизации определяется рядом особенностей химической промышленности, которые влияют и на размещение её предприятий.

Во-первых, она  создаёт новые материалы, которых нет в природе. По своим качествам они часто превосходят натуральные продукты. Их применение экономит труд людей и сырьё. Поэтому предприятия хим. промышленности часто создают в уже сложившихся районах, центрах производства и потребления традиционных конструкционных материалов (машиностроительных центрах, металлургических базах).

Во-вторых, у  химической промышленности почти неограниченная сырьевая база: нефть, газ, древесина, вода, воздух и т.д. При этом очень часто  один и тот же продукт можно  получать из разных видов сырья. Например, азотные удобрения можно производить на основе коксования угля, электролиза воды, переработки нефти и природного газа. Поэтому теоретически предприятия химической промышленности можно создать повсеместно. Но на сегодняшний день в основном используются продукты нефте- и газопереработки, т.е. специально подготовленное сырьё. В результате современная химия в значительной мере тяготеет к районам добычи и переработки этих видов сырья.

В-третьих, химические технологии очень разнообразны. Это открывает огромные возможности для комплексной переработки сырья. Так, например, из нефти получают сотни видов продукции. Поэтому и в самой химической промышленности, и при её взаимодействии с другими отраслями широко развито комбинирование. Оно способствует формированию разнообразных комбинатов: химических, коксохимических, нефтехимических, лесохимических и др.

В связи с  глубоким общим экономическим кризисом в стране в химической промышленности снижаются производительность труда, фондоотдача, ухудшаются экологическая ситуация, отраслевая структура, пропорции воспроизводственного процесса; наблюдается усиление внутри- и межотраслевых диспропорций по сырью, топливу, электроэнергии, оборудованию и запасным частям; повсеместно ощущается значительный дефицит химической продукции.

 

4 Структура  отрасли

Отрасль химии  и нефтехимии (как и машиностроение) характеризуется широким спектром видов выпускаемой продукции, которая  используется практически во всех отраслях народного хозяйства и в повседневном быту.