Химическая наука и производство (стр. 1 из 3)

Химическая наука и производство

Химическая технология - научная основа химического производства

Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основой которого является химическая технология (от techno- искусство, мастерство + logos- учение), т.е. химическая технология - наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства. Объекты химической технологии - вещества и системы веществ, участвующих в химическом производстве; процессы химической технологии - совокупность разнообразных операций, осуществляемых в ходе производства с целью превращения этих веществ в другие. Современная общая химическая технология возникла в результате закономерного, свойственного на определенном этапе развития всем отраслям науки, процесса интеграции ранее самостоятельных технологий производства отдельных продуктов в результате обобщения эмпирических правил их получения.

Современная химическая технология, используя достижения естественных и технических наук, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути осуществления этих процессов и управления ими при промышленном производстве различных веществ. Химическая технология базируется на химических науках, таких как физическая химия, химическая термодинамика и химическая кинетика. Выдающийся физхимик акад. Коновалов считал одной из главных задач химической технологии, отличающих ее предмет от чистой химии, установление наивыгоднейшего хода операции и проектирование ему соответствующих заводских приборов и вспомогательных устройств. Поэтому химическая технология немыслима без тесной взаимосвязи с экономикой, физикой, математикой и другими техническими науками. Химическая технология на заре своего существования была описательной наукой. Многие первые учебники по технологии служили энциклопедиями технологических процессов. Развитие науки и промышленности привело к значительному росту числа химических производств. Рост химического производства с одной стороны и развитие химических и технических наук с другой стороны позволили разработать теоретические основы химико-технологических процессов. Современное химическое производство перерабатывает гигантские объемы сырья, использует большое количество энергии различных видов, осуществляющихся при больших объемах капитальных и эксплуатационных затрат. Отсюда вытекает одно из основополагающих требований к современному производству - его экономичность. Эту особенность технологии отметил еще Менделеев, определив ее как: «Учение о выгодных приемах переработки природных продуктов в продукты потребления». Технология должна изучать выгоднейшие способы, выбрать из возможных наиболее приемлемую по выгодности данным условиям времени и места, чтобы придать продукту наибольшую дешевизну при желаемых свойствах и формах. Следовательно, технология это наука о наиболее экономичных методах и средствах переработки сырых природных веществ в продукты потребления. Технологии делятся на механические и химические. В механических технологиях рассматриваются процессы, в которых изменяется форма или внешний вид и физические свойства материалов, а в химической технологии- процессы коренного изменения состава, свойств и внутреннего строения вещества.

Особенности химической технологии как науки

Химическая технология отличается от теоретической химии не только необходимостью учитывать экономические требования к изучаемому ею производству. Между задачами, целями и содержанием теоретической химии и химической технологий существуют принципиальные различия, вызванные спецификой производственных процессов, что накладывает ряд дополнительных условий на метод изучения. Рассмотрим пример промышленного синтеза хлористого водорода из С1₂ и Н₂ и влияние различных факторов на синтез.

Для осуществления этого синтеза в промышленных условиях химик - неорганик учитывает саму возможность подобного синтеза, применяя методы физической химии управлять синтезом за счет изменения температуры, давления концентрации компонентов, т.е. влиять на кинетику и термодинамику процесса в масштабе лабораторного эксперимента. Химик - технолог должен учитывать другие факторы: доступность и стоимость сырья и энергии, конструкцию реактора и коррозионно-стойкие материалы для изготовления, меры по защите окружающей среды и т.д. Таким образом, как химическое производство не может рассматриваться в виде некой укрупненной лабораторной колбы, так и химическая технология не может быть сведена к теоретической химии.

Сложность такой системы как химическое производство сделало целесообразным применение для ее исследования системного подхода и введения понятия уровень протекания процесса. При подобном подходе в химическом производстве выделяются несколько последовательно возрастающей сложности подсистем - уровней, каждому из которых свойственен свой метод изучения явления. Такими уровнями в химическом производстве являются:

— молекулярный уровень, на котором механизм и кинетика химических превращений описывается как молекулярное взаимодействие (микрокинетика);

— уровень малого объема, на котором явления описываются как взаимодействие макрочастиц (гранул, капель, зерен катализатора). Для анализа явлений на этом уровне и описания химического процесса введено понятие - макрокинетика, задачей которой является изучение влияния на скорость химических превращений процессов переноса масс исходных веществ и продуктов реакции, процессов теплопередачи и влияние состава катализатора.

- уровень потока, на котором описание явлений дается как взаимодействие совокупности частиц. С учетом характера движения их в потоке и изменения температуры, концентраций реагентов по потоку;

— уровень реактора, на котором описание явления дается с учетом конструкций аппарата, в котором реализован процесс;

— уровень системы, на котором при рассмотрении явлений учитываются взаимосвязи между технологическими узлами промышленной установки и производства в целом.

Таким образом, проблема различия между теоретической химией и химической технологией есть проблема различия между фундаментальными научными исследованиями и реальным промышленным производством, на нем основанном.

Связь химической технологии с другими науками

Химическая технология как наука о крупномасштабном производстве имеет дело со значительными массами и объемами перерабатываемой и производимой продукции.

химический технология производство компонент

Для оценки работы таких крупных агрегатов необходимы крупные единицы.

общепринятыми единицами СИ	(м, Кг, сек, а,	моль) используются и другие
Величина	обозначение	наименование	обозначение
Масса	т	килограмм, тонна	кг, т
Энергия, работа	А	килоджоуль, киловатт час	кДж, кВт ч
Давление	Р.	Паскаль, мегапаскаль	Па, МПС
Мощность	N	киловатт	кВт
Температура	Т,1	Кельвин, градус Цельсия	К, ОС
Время	секунда, сутки, час	сек, сут., ч
Количество теплоты	килоджоуль	кДж
Тепловой эффект	Н	килоджоуль	кДж
Производительность	П.	тонны в сутки, год	т/сут, т/год
Интенсивность	И	килограмм на м2 час	кг/м2
Килограмм на м3 час	кг/м3
Количество вещества	V	килограмм моль, тонна моль	кгмоль,
Константа скорости	К	зависит от порядка реакции	моль/м3
Молярная концентрация	С	моль на м3
Плотность кубическая	33килограмм на м ,тонна на м	кг/м3
Выход продукта
Степень превращения	Х	доля единицы, процент	%
Расходный коэффициент	РК	количество сырья, энергии
на единицу продукции	т/т	2м	2м
площадь	Б
Поверхность контакта	Б	2м	2м
Объемная доля	W	доля единицы

Основные компоненты химического производства

Химическая технология изучает закономерности проведения химических процессов получения различных по своей природе и назначению продуктов. Независимо от конкретного вида производственной продукции и типа процесса ее получения любое производство включает несколько обязательных элементов: сырье, т.е. объект превращения; энергию, т.е. средство воздействия на объект и аппаратуру, в которой это превращение осуществляется. Особое место в химической промышленности занимает вода. Она не только служит средой, в которой протекают многие химические превращения, но широко используется в процессе, как растворитель, теплоноситель, хладагент, транспортное средство. Поэтому воду правомочно считать четвертым обязательным элементом химического производства.

Химическое сырье

Сырье - один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.

Сырьем называются природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов.