Связь химической технологии с другими науками
Все процессы, протекающие при производстве химической продукции, подчиняются общим закономерностям материального мира, характеризуются общностью явлений, лежащих в их основе. Поэтому химическая технология использует материалы ряда других наук: математики, механики, физики, гидродинамики, комплекса инженерных наук, химических наук, минералогии и др.
Эти науки можно считать дисциплинами, обеспечивающими химическую технологию. В то же время, сама химическая технология составляет основу экономических наук, изучающих химическое производство, ее материалы используются при изучении экологических проблем. Эти дисциплины относятся к обеспечиваемым химической технологией /2/.
Основываясь на базе различных наук, химическая технология широко использует соответствующие закономерности и терминологию. Основные обобщения и принципы физической химии в химической технологии используются для определения направления технологических процессов, выбора оптимальных условий, технологической схемы, аппаратного оформления производства. Физико-химические константы рассматриваются как предельные закономерности к достижению которых стремится химическая технология. В химической технологии большая часть материальных и тепловых расчетов основана на стехиометрических уравнениях реакций. Однако производственные технологические расчеты значительно сложнее, т.к. приходится учитывать не только количественные соотношения реагирующих масс, но и состав сырья, готовой продукции, выход продукта /6/.
Научные основы химической технологии
Химическая промышленность строится и развивается на глубоко научной основе, широко использует все новейшие достижения науки и техники.
Под научными основами химической технологии следует понимать общие законы физики, химии и технических наук, лежащие в основе химических производств.
Из законов физики и химии выделяются два закона: закон сохранения массы вещества и закон сохранения энергии, на основе которых в химической технологии производят расчеты технологических процессов, например вычисляют тепловой и материальный балансы производства, выход готовой продукции, количество необходимого сырья, коэффициент его использования и др.
В основе множества химико-технологических процессов лежат обратимые реакции. Протекание обратимых реакций определяется законом действия масс, законом Вант-Гоффа, принципом Ле-Шателье.
Закон действия масс устанавливает взаимосвязь между скоростью химической реакции и концентрацией реагирующих веществ. Как следствие из закона действия масс вытекает ряд технологических приемов. Например, для повышения скорости реакций и смещения равновесия обратимых реакций в сторону образования готовых продуктов используют концентрированные растворы и систематически донасыщают их в процессе производства, а также применяют повышенные и высокие давления (при протекании обратимых реакций в газовой фазе); отводят продукты реакции из гетерогенной системы реагирующих веществ и т.д.
Закон Вант-Гоффа устанавливает взаимосвязь между температурой и направлением течения обратимых реакций. Он формулируется следующим образом: если температура системы, находящейся в равновесии, изменяется, то при повышении температуры равновесие смещается в сторону процессов идущих с поглощением тепла, а при понижении температуры – в сторону процессов, идущих с выделением тепла. В зависимости от того, как протекает процесс, производят охлаждение или нагревание реагирующей системы.
Названные два закона представляют собой частные случаи общего закона, известного под названием принципа Ле-Шателье. Применительно к химическому равновесию этот принцип можно сформулировать так: если в равновесной системе изменить одно из условий равновесия (температуру, давление, концентрацию реагирующих веществ), то равновесие смещается в направлении той реакции, которая ведет к ослаблению влияния произведенного изменения. Принцип Ле-Шателье является теоретической основой для выбора оптимальных условий , позволяющих наиболее экономично использовать сырье и дают максимальный выход готовой продукции заданного качества.
В химической технологии используются и другие законы физики и химии:
- газовые законы для приведения объемов реагирующих газов к нормальным условиям и расчета технологических процессов, протекающих в газовой фазе либо с образованием газа;
-для расчетов протекания электрохимических процессов используются законы электролиза;
-для расчетов экзо- и эндотермический процессов – термохимические законы.
Научные принципы химической технологии
Наряду с законами природы химическая технология использует закономерности экономических и инженерных наук, которые можно назвать политехническими принципами.
К числу таких принципов относятся:
принцип непрерывности технологических процессов;
принцип комплексной механизации и автоматизации технологических процессов,
принцип комплексного использования сырья;
принцип специализации, кооперирования, комбинирования производства;
принцип соответствия аппаратуры протекающим в ней процессам;
принцип противотока в технологических процессах;
принцип цикличности технологических процессов;
8. принцип регенерации веществ и энергии в технологических процессах
Сырье
Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. Как правило, в технологическом процессе участвует несколько видов сырья, взятых в определенных весовых или объемных соотношениях. Смесь твердого сырья называют шихтой.
Сырье – важный элемент любого химического производства. Качество, (состав и свойства) сырья, его стоимость в значительной мере определяют основные качественные и экономические показатели химического производства, в котором затраты на сырье составляют от 50 до 80%.
На пути к готовому продукту сырье проходит через ряд стадий переработки. Продукт, полученный в конечной стадии технологического процесса, называют готовым продуктом. Продукт, полученный в промежуточной стадии данного производства, называется промежуточным продуктом или полупродуктом. В процессе производства основного продукта обычно получают различного рода отходы. Если отходы используются в данном или смежном производстве, то они называются побочными продуктами, если не используются то отбросами.
Сырье химической промышленности классифицируют по различным признакам:
по химическому составу различают неорганическое и органическое сырье; по происхождению на минеральное, неминеральное, растительное, животное,
по агрегатному состоянию сырье делят на твердое, жидкое, газообразное; по видам запасов–возобновляемое и невозобновляемо. /2,6/.
Основными направлениями в решении проблемы сырья для химической промышленности являются:
-изыскание и применение более дешевых видов сырья;
-применение концентрированного сырья;
-комплексное использование сырья;
-замена пищевого сырья не пищевым.