Основные тенденции развития современной химической промышленности

Химическая технология как наука

Под технологией в широком значении этого слова понимают научное описание методов и средств производства в какой-то отрасли промыш­ленности. Например, методы и средства обработки металлов состав­ляют предмет технологии металлов, методы и средства изготовления машин и аппаратов - предмет технологии машиностроения. Процес­сы механической технологии основаны преимущественно на механиче­ском воздействии, изменяющем внешний вид или физические свойства обрабатываемых веществ, но не влияющем па их химический состав. Процессы химической технологии включают химическую переработку сырья, основанную на сложных по своей природе химических и физико-химических явлениях.

Химическая технология - наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства.

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, продуктов, материалов, изделий.

Химическая технология базируется, прежде всего, на химических науках, таких, как физическая химия, химическая термодинамика и химическая кинетика, но в то же время не просто повторяет, а разви­вает закономерности этих наук в приложении к крупномасштабным промышленным процессам.

По мере развития химической промышленности содержание хими­ческой технологии обогащалось новыми сведениями, новыми законо­мерностями, новыми обобщениями. В химической технологии произош­ло выделение самостоятельных научных дисциплин, таких, как про­цессы и аппараты химической технологии, общая химическая техноло­гия, автоматизация и моделирование химико-технологических про­цессов и др.

Развитие химической технологии как науки неотделимо от ее прак­тических приложений. За последние десятилетия химическая промыш­ленность уверенно вошла в число ведущих отраслей материального производства. Новые открытия и технологические разработки быст­ро становятся достоянием практики, тесно связывают науку с произ­водством, и эта взаимная связь позволяет более рационально исполь­зовать сырье и топливно-энергетические ресурсы, создавать новые безотходные производства, в которых химико-технологические про­цессы протекают с высокими скоростями в оптимальных условиях, с получением продуктов высокого качества.

Краткие сведения по истории развития химической технологии

История химической технологии неотделима от истории развития химичес­кой промышленности. Вначале химическая технология, возникшая с появлением первых химических промыслов, была чисто описательным разделом прикладной химии.

Возникновение в Европе мануфактур и промыслов по получению основных химических продуктов следует отнести к XV в, когда стали появляться мелкие специализированные производства кислот, щелочей и солей, различных фарма­цевтических препаратов и некоторых органических веществ В России собствен­но химическими производствами, получившими развитие в конце XVI — нача­ле XVII в., было изготовление красок, селитры, порохов, а также получение соды и серной кислоты.

Во второй половине XVIII в. началось выделение технологии в специальную отрасль знаний, закладывались основы химической технологии как науки и учебной дисциплины. Впервые в этом понимании термин «технология» был упо­треблен в 1772г. профессором Гёттингенского университета И. Бекманом, ко­торый издал и первые комплексные труды, освещающие технику многих хими­ческих производств и явившиеся одновременно первым учебником по химичес­кой технологии. В 1795 г. в Германии появился двухтомный курс И. Ф. Гмелина «Руководство по технической химии», изданный в 1803 г. в русском переводе В. М. Севергина под названием «Химические основания ремесел и заводов».

Химическая технология в конце XVII в. стала обязательной учебной дис­циплиной в университетах, в высших технических учебных заведениях стран Европы, в училищах коммерческого и технического профиля в России.

В 1803 г. в Российской Академии наук была учреждена кафедра химической технологии. С 1804 г. в Санкт-Петербурге стал издаваться «Технологический журнал, или собрание сочинений, относящихся до технологии». В эти же годы начинается и преподавание химической технологии в высших учебных заведе­ниях России.

В 1828 г. проф. Ф. А. Денисовым был издан учебник «Пространное руко­водство к общей технологии, или к познанию всех работ, средств, орудий и ма­шин, употребляемых в разных технических искусствах». Крупный вклад в развитие химической технологии как самостоятельной на­учной дисциплины внес проф. П. А. Ильенков, издавший в 1851 г. «Курс хими­ческой технологии» — своего рода энциклопедию всех существовавших к тому времени крупных химических производств.

В 1748 г. в Бирмингеме (Англия) был построен первый небольшой завод по производству серной кислоты в свинцовых камерах (начало камерного спо­соба). В 1805 — 1810 гг. камерное производство серной кислоты получило ши­рокое развитие в Англии и во Франции. В 1804 г. начал работать первый серно­кислотный завод в России, в 1820 г. — в Германии.

Во второй половине XIX в. широко развиваются исследования в области катализа, позволившие осуществить в промышленном масштабе многие химичес­кие процессы. Так, в 70-х годах XIX в. был разработан контактный метод по­лучения серной кислоты, а в 1886 г. организовано ее промышленное производст­во по этому методу.

Внедрение гетерогенного катализа в органический синтез знаменовало на­чало нового периода в истории органической химии. В первые десятилетия XX в. широкое развитие получили синтезы на основе углеводородов и оксида углерода. Работы в области гетерогенного катализа дали возможность осуществить С. В. Лебедеву промышленный синтез каучука.

Большое значение для решения актуальных задач химической технологии имели теоретические и экспериментальные исследования в области химической термодинамики. Большинство из них имело четкую технологическую направ­ленность. Среди этих работ необходимо отметить труды Ле - Шателье, Нернста и Габера, посвященные синтезу аммиака из азота и водорода Создание в 1912 г промышленной установки синтеза аммиака под давлением знаменовало собой революцию в развитии химической промышленности, положило начало промыш­ленным химическим процессам с применением высокого давления.

В середине XIX столетия после широкого развития работ Ю, Либиха в об­ласти агрохимии появилась новая отрасль химической промышленности — про­изводство минеральных удобрений. Технологическим приложением теоретических работ в области цепных реакций в 30—50-е годы XX в, (Н. Н. Семенов и др.) явилась детальная разработка процессов синтеза полиэтилена высокого давления, полистирола, поливинилхлорида и др. В создание отечественной химической промышленности и развитие техноло­гических наук внесли вклад многие русские и советские ученые и инженеры Трудно переоценить роль ряда крупнейших ученых дореволюционной России, прежде всего М. В. Ломоносова (1711 —1765) и Д. И Менделеева (1834-1907), а также Н. Н. Зинина (1812—1880), А. М. Бутлерова (1828-1886), В. В. Марковникова (1838 — 1904). И И. Андреева (1880 1919) и многих других.

Основные тенденции развития современной химической промышленности

Основные тенденции развития современной химической промышлен­ности связаны, прежде всего, с решением глобальных проблем чело­вечества. К ним относятся: продовольственные ресурсы Земли; ре­сурсы минерального сырья для промышленности; энергетические ре­сурсы, предотвращение загрязнения биосферы.

Все эти проблемы взаимосвязаны и должны решаться комплекс­но. В их решении существенно возрастает роль биотехнологии. Био­технические методы борьбы с токсикантами, загрязнением почвы, во­ды и атмосферы, микробиологические методы извлечения полезных ис­копаемых, биологические методы производства ферментов и биологи­чески активных веществ превосходят по эффективности возможно­сти традиционных методов.

Основным путем увеличения производства продуктов питания и по­полнения пищевых запасов является химизация сельского хозяйства и животноводства.

Современный уровень химической технологии и особенно биотех­нологии позволяет получать в промышленном масштабе из непищево­го растительного сырья моносахариды, этанол, глицерин, фурфурол, растительные дрожжи, аминокислоты, белково-витаминные концент­раты и другие продукты.

Конечной целью химической технологии является производство пищевых продуктов из минерального сырья, ресурсы которого прак­тически неисчерпаемы. Это уменьшит зависимость человека от резких колебаний в отдельные годы производства продуктов питания биоло­гическим путем.

Одной из ведущих тенденций химической технологии, в том чис­ле химии углеводородов и химической переработки углей и сланцев, является создание крупномасштабных производств новых видов химических продуктов и сырья многоцелевого назначения. Такими продуктами являются молекулярный водород, аммиак, гидразин, мета­нол, которые выполняют роль, как химических компонентов, так и вторичных энергоносителей. Особое значение среди этих веществ име­ет водород, наиболее чистым и практически неисчерпаемым источником, которого является вода. Получение водорода из воды задача стратегического значения.

Наиболее перспективные технологические процессы использова­ния водорода синтез аммиака и метанола, синтез жидких и газо­образных углеводородов (искусственное жидкое топливо, метан), гидрогазификация твердых топлив, прямое восстановление руд чер­ных и цветных металлов, спекание металлических порошков, авиа­ционное, автомобильное и ракетное топливо, топливо для газовых турбин и магнитогидродинамических генераторов.

К важнейшим направлениям фундаментальных и прикладных иссле­дований относятся:

— новые конструкционные и функциональные органические и не­органические материалы (полимерные, композиционные, керамиче­ские и металлические), эластомеры, искусственные и синтетические волокна, а также способы их защиты от коррозии и износа;

- химическая безопасность и охрана окружающей среды;

— тонкий органический, неорганический и элементоорганический синтез с целью создания новых веществ и материалов;

-новые высокоэффективные химико-технологические процессы, включая каталитические, мембранные, металлургические, электро­химические, а также процессы, связанные с применением высоких •энергий и физических методов ускорения химических реакций;

- новые процессы углубленной и комплексной химической пере­работки минерального сырья, нефти, газа и твердых горючих ископае­мых;

химическая энергетика и создание новых химических источни­ков тока и систем преобразования энергии;

новые методы инструментального химического анализа, хи­мический мониторинг и диагностика химических процессов, свойств материалов и изделий;

Создание эффективных производств неразрывно связано с из­менением подходов к аппаратурному оформлению технологических схем, разработке новейших принципов разделения сред, интенсифи­кации тепло- и массообмена, а также широкому внедрению методов математического моделирования и оптимизации как реакторной ча­сти технологической схемы, так и всей схемы в целом.

Одним из условий успешного решения этих задач является посто­янное совершенствование химической технологии, начиная с развития ее теоретических основ и кончая разработкой эффективных техноло­гических схем и созданием современного химического машиностроения

Таким образом, химико-технологический процесс в целом — это сложная система, состоящая из единичных связанных между со­бой процессов (элементов) и взаимодействующая с окружающей сре­дой.

Элементами химико-технологической системы являются перечис­ленные выше процессы тепло - и массообмена, гидромеханические, хи­мические и т. д. Их рассматривают как единичные процессы химиче­ской технологии.

Важной подсистемой сложного химико-технологического процес­са является химический процесс. Он представляет со­бой одну или несколько химических реакций, сопровождаемых тепло-и массообменными явлениями.

Анализ единичных процессов, их взаимного влияния позволяет разработать технологический режим.

Технологическим режимом называется совокупность параметров, определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.

Оптимальные условия ведения процесса — это сочетание основных параметров (температуры, давления, состава исходной реакционной смеси, катализатора и т. д.), позволяющее получить наибольший выход продукта с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестои­мость.

Единичные процессы протекают в различных аппаратах — хими­ческих реакторах, абсорбционных и ректификационных колоннах, теплообменниках и т. д. Отдельные аппараты соединены в техноло­гическую схему процесса. Разработка и построение рацио­нальной технологической схемы — важная задача химической техно­логии.

2. Классификация химико-технологических реакций, лежащих в основе промышленных химико-технологических процессов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: