Хіміко-технологічний процес і його зміст. Критерії ефективності хіміко-технологічного процесу
Хімічна технологія - це наукова основа хімічної промисловості.
Під технологією в широкому значенні розуміють науковий опис методів і засобів виробництва в якійсь галузі промисловості. Т. е. - це обгрунтована послідовність операцій або дій, що призводять до досягнення поставленої мети.
Хімічна технологія - це наука про найбільш економічних та екологічно обгрунтованих методах хімічної переробки вихідної сировини в предмет споживання і засоби виробництва.
Поняття про хіміко-технологічному процесі
Хімічна промисловість дає народному господарству величезна кількість продуктів, без яких неможливе життя сучасного суспільства. Сюди входять моторні палива, масла, горючі гази, кислоти, смоли, волокна, лаки, фарби і т.д.
Найважливіше завдання хімічної технології - відшукання оптимальних умов для економічно доцільного здійснення хімічної реакції у вигляді технологічного процесу.
Хіміко-технологічний процес - це процес отримання цільового продукту починаючи з етапу підготовки сировини і закінчуючи виділенням цього цільового продукту.
Хіміко-технологічний процес складається з трьох стадій:
1) підведення реагентів в зону реакції за допомогою абсорбції, адсорбції, конденсації парів, плавленням, розчиненням та ін (здійснюється, як правило, з використанням фізичних процесів (механічних, гідромеханічних, теплових, масообмінних));
2) хімічні реакції - основа процесу (в ході цього відбувається глибока зміна структури, складу і властивостей речовин, що беруть участь у ньому);
3) відведення продуктів із зони реакції за рахунок дифузії або перекладу речовини з однієї фази в іншу. Стадія виділення цільового продукту для більшості хімічних виробництв є необхідною. Технологічний процес, в якому досягається абсолютна селективність і 100%-ний вихід цільового продукту, просто економічно невигідний. Зростають витратні коефіцієнти, енергетичні витрати, внаслідок чого вартість продукту різко зростає, і тоді товар втрачає свого споживача.
Класифікація хіміко-технологічних процесів
Основою класифікації хіміко-технологічних процесів є:
• спосіб організації процесу (тобто за параметрами технологічного режиму);
За способом організації хіміко-технологічні процеси можуть бути періодичними, безперервними і комбінованими. При цьому комбіновані процеси можуть характеризуватися безперервним надходженням сировини і періодичним відводом продукту або навпаки.
• кратність обробки сировини (тобто за методами обробки);
По кратності обробки сировини розрізняють процеси з відкритою, закритою (циркуляційної) і комбінованої схемами. У процесах із закритою схемою потрібно неодноразовий повернення непрореагировавшего сировини в зону хімічного взаємодії до того моменту, як воно перетвориться в кінцевий продукт.
• вид використовуваної сировини;
По виду використовуваної сировини хіміко-технологічні процеси умовно поділяють на процеси, що використовують мінеральну сировину або сировина тваринного, рослинного походження.
• агрегатний стан речовин, що беруть участь в реакції (тобто по фазовому стану реагентів);
По агрегатному станом речовин, що беруть участь в хімічній реакції, розрізняють гомогенні і гетерогенні хіміко-технологічні процеси.
гомогенності процесами називають такі, в яких всі реагуючі речовини знаходяться в одній небудь фазі: газової (г), твердої (т), рідкої (ж). У цих процесах реакція зазвичай протікає швидше. У цілому, механізм всього технологічного процесу в гомогенних системах простіше, відповідно простіше і управління процесом. З цієї причини на практиці часто прагнуть до гомогенним процесам, тобто переводять реагують компоненти в яку-небудь одну фазу.
У гетерогенних процесах беруть участь речовини, що знаходяться в різних станах (фазах), тобто в двох і трьох фазах.
До гетерогенним процесів відносяться, наприклад, горіння (окислення) твердих речовин і рідин, розчинення металів в кислотах і лугах і ін
• по фазовому Станом продуктів реакції
• тепловий ефект хімічної реакції;
По тепловому ефекту хімічної реакції розрізняють екзотермічні і ендотермічні процеси.
Хімічні процеси, які протікають з виділенням теплоти, називаються екзотермічні.
Хімічні процеси, що протікають з поглинанням теплоти, називаються ендотермічною. Кількість виділюваної або поглинається при цьому теплоти називають тепловим ефектом процесу (Теплотою процесу).
• напрямок протікання;
За напрямком протікання хіміко-технологічні процеси підрозділяють на оборотні та незворотні.
Теоретично всі хімічні реакції оборотні. Залежно від умов вони можуть протікати як в прямому, так і в зворотному напрямках.
У незворотних процесах рівновагу в реакціях повністю зміщується у бік продуктів реакції, а зворотна реакція, як правило, не протікає.
У всіх оборотних процесах встановлюється рівновага, при якому швидкості прямого і зворотного процесів зрівнюються, в результаті чого співвідношення між компонентами під взаємодіючих системах залишаються незмінними до тих пір, поки не зміняться умови протікання процесу.
• тип основний хімічної реакції (тобто за характером хімічних реакцій);
В залежності від типу основної реакції хіміко-технологічні процеси підрозділяють на процеси розкладання (дисоціації), нейтралізації, заміщення, обміну, окислення, відновлення, приєднання (синтезу).
Процеси розкладання, найбільш характерні для технології органічних речовин, супроводжуються утворенням більш простих, ніж вихідна сировина речовин. Процеси нейтралізації між речовиною, що має властивості кислоти і речовиною, що має властивості основи, призводять до утворення речовин, які втрачають характерні властивості обох сполук. Процеси приєднання супроводжуються синтезом більш складних у порівнянні з вихідними речовинами.
• умови протікання.
За умовами протікання хіміко-технологічні процеси підрозділяють на електрохімічні, каталітичні, фотохімічні, радіаційно-хімічні.
Електрохімічні процеси
Електроліз знайшов широке промислове застосування: витяг і очищення металів, нанесення гальванічних покриттів, анодування та отримання багатьох речовин.
Електролізом отримують алюміній, цинк, частково мідь і інші метали. Мідь, цинк та інші метали можна очистити за допомогою електролізу. Такий процес називається рафінуванням.
Нанесення покриття (Електроосадження) здійснюється на катоді. Катод в цьому випадку занурюється в електроліт, що містить іони електроосаждаемого металу. У якості ж анода використовується електрод з того металу, яким наносять покриття.
Анодирування або анодне оксидування - це утворення на поверхні металу шару його оксиду при електролізі. Цьому процесу зазвичай піддають сплави на основі легких металів. При цьому, на одному і тому ж металі можна отримувати фазові оксиди з різною структурою, а, отже, і з різними властивостями (твердість, забарвлення, електрична провідність т.д.).
Каталітичні процеси
Основу каталітичних процесів становить каталіз - найефективніший і раціональне засіб прискорення багатьох хімічних реакцій.
каталізу називається збільшення швидкості хімічних реакцій або їх збудження при дії речовин-каталізаторів, які беруть участь у реакції, вступаючи в проміжні хімічні взаємодії з реагентами, але потім відновлюють свій хімічний склад після закінчення акту (дії) каталізу.
В якості каталізаторів у промисловості найчастіше застосовують платину, залізо, нікель, кобаль...
