Методологические, химические, технологические и организационные принципы создания безотходных производств

Под безотходными подразумеваются такие производства, которые позволяют из сырья при воздействии различных видов энергии, вспомогательных материалов, катализаторов и других технологических факторов в специально взаимосвязанных аппаратах получать целевые продукты без выхода из технологической системы потоков, содержащих вещества и различные виды энергии, загрязняющие биосферу.

При создании безотходных производств применяются следующие методологические принципы:

Ø По возможности полное использование сырья для производства продукции при максимальной экономии энергии, вспомогательных материалов и, в первую очередь, воды в рамках функционирования каждого предприятия.

Ø Использование побочных продуктов и отходов одного производства для другого, для которого они могут служить сырьем; создание на этой основе комбинатов, на предприятиях которых происходит последовательное углубление переработки сырья.

Ø Территориальное и функциональное объединение в систему комплексного производства комбинатов разнотипных предприятий, перерабатывающих различные химические вещества.

Ø Дополнение указанных производственных комплексов предприятиями, осуществляющими завершающую переработку отходов в вещества, которые могут служить сырьем для других производственных комплексов или являются составляющими биосферы.

Ø Расширение производственных связей между разными безотходными производственными комплексами и повышение тем самым степени замкнутости общей производственной системы, как в хозяйственном, так и в биогеохимическом отношении.

Ø Ликвидация ранее допущенных нарушений равновесия в природе.

Ø Повышение надежности работы всех установок и производств в целом.

Обобщающим принципом при организации безотходных производств является системный подход, который следует использовать при создании, проектировании и эксплуатации производства.

Химические принципы отражают общую тенденцию в создании новых производств и совершенствовании действующих. Общность их заключается в том, что все они реализуются в виде конкретных химических приемов и методов, позволяющих приблизить производство к безотходному ресурсосберегающему производству.

При создании безотходных производств применяются следующие химические принципы:

Ø Создание малостадийных (одностадийных) химических процессов.

Сокращение химических реакций при получении из сырья целевых продуктов снижает количество побочных продуктов. При этом также не только сокращаются расходы энергии, но и уменьшается число потоков, которые необходимо перерабатывать и энергию которых необходимо утилизировать. В таких технологических процессах в большинстве случаев сокращается количество газовых потоков и воды, которые следует очищать от вредных примесей. Себестоимость продукта, полученного по методу с меньшим числом стадий ниже.

Ø Разработка методов получения продуктов из доступного и дешевого сырья.

Ø Разработка высокоэффективных процессов.

Одним из основных принципов, позволяющих наиболее полно использовать сырье для получения целевых продуктов, является повышение селективности процессов. Селективность процесса зависит от катализатора, а также от условий проведения процесса: температуры, давления, концентрации реагентов, растворителя (в случае жидкофазных процессов), времени пребывания реагентов в зоне реакции и других параметров, а также типа реактора. При этом выбор оптимальных параметров позволяет достигнуть максимальной селективности процесса.

Ø Применение «сопряженных» методов.

Наиболее ярким примером такого производства является «кумольный» метод получения фенола и ацетона. По данному методу из изопропилбензола одновременно получают два ценных продукта: фенол и ацетон.

Ø Разработка технологии, позволяющей достигать высоких конверсий.

Достижение высоких конверсий реагентов за один проход имеет большое значение при создании безотходных производств. Это обусловлено тем, что при малых конверсиях необходимы большие рециклы по сырью, которые будут приводить к значительным энергетическим и капитальным затратам; кроме того, при больших рециклах будут и большие потери этих веществ в окружающую среду.

Ø Совмещение нескольких реакций, направленных на получение одного и того же целевого продукта.

При совмещении реакций повышаются конверсии основного сырья и выход целевого продукта.

Технологические принципы, так же как и химические, отражают общие тенденции в создании новых и совершенствовании действующих производств, но отличаются тем, что их реализация связана с технологическими приемами и методами такими, как организация потоков, использование совмещенных процессов и др.

При создании безотходных производств применяются следующие технологические принципы:

Ø использование рециркуляции по компонентам и потокам;

Ø применение совмещенных процессов;

Ø полнота выделения продуктов из реакционной смеси;

Ø разработка процессов с низким энергопотреблением;

Ø полнота использования энергии системы;

Ø разработка технологии с минимальным расходом воды и использование ее кругооборота;

Ø полнота использования газовых потоков и очистка газовых выбросов;

Ø применение аппаратов и технологических линий большой единичной мощности;

Ø применение непрерывных процессов;

Ø полнота использования жидких и твердых отходов;

Ø высокая степень автоматизации;