Основні поняття і визначення хімічного виробництва

Хімічне виробництво – це сукупність великої кількості взаємозв’язаних технолоґічних апаратів, які призначені для перероблення сировини в продукти споживання і засоби виробництва. Це – складний комплекс, в якому оптимальні параметри роботи окремих апаратів переважно суттєво відрізняються. Так, наприклад, виробництво сульфатної кислоти складається з трьох основних стадій, які характеризуються різними температурними та гідродинамічними режимами: 1) випалювання сірковмісної сировини у печах, яке здійснюється за температури 973...1273 К; 2) окиснення сірки (ІV) оксиду до сірки (VІ) оксиду за температури 713...873 К в контактних апаратах; 3) абсорбція сірки (VІ) оксиду концентрованою сульфатною кислотою (при цьому відбувається взаємодія SO₃ з водою) за температури 323 К в насадкових колонах. У цьому випадку ми розглядаємо доволі складну хіміко-технолоґічну систему. Більшість сучасних хімічних підприємств – це складні хіміко-технолоґічні системи, що складаються з великої кількості апаратів і потоків між ними. Отже, хіміко-технолоґічна система є низкою взаємозв’язаних технолоґічними потоками і діючих як одне ціле апаратів, в яких відбуваються в певній послідовності технолоґічні операції – підготовка сировини до хімічних перетворень, хімічне перетворення, виділення і очищення кінцевих продуктів. Сучасне хімічне виробництво – це сукупність операцій, які здійснюються у відповідних апаратах і машинах з одержанням продукту з сировини доцільним способом.

Хіміко-технолоґічний процес є сукупністю фізичних, хімічних та фізико-хімічних операцій, що виконуються з метою перетворення сировини у цільові продукти.

Найпростіше виробництво можна описати такими реакціями:

А® R, A® R ® S або та зобразити принциповою схемою, яка охоплює три стадії (рис.1.2).

Рис. 1.2. Принципова схема найпростішого хімічного виробництва:
1 – підготовка сировини; 2– хімічне перетворення сировини у цільовий продукт;
3 – виділення або очищення цільового продукту; R – цільовий продукт;
S – побічний продукт; А – сировина

Першою стадією в хімічному виробництві є підготовка сировини до здійснення хімічних перетворень. Переважно, це фізичні процеси: подрібнення, розмелювання, розчинення, нагрівання, концентрування, збагачення, очищення від домішок тощо. Завдання першої стадії полягає в тому, щоб надати сировині таких властивостей, які дали б змогу здійснити хімічне перетворення з найбільшою ефективністю і забезпечити якомога повніше її перетворення у бажаний продукт з найменшими витратами.

Після підготовлення сировини здійснюється друга стадія – хімічне перетворення. Вона є головною у будь-якому хімічному виробництві, бо саме на цій стадії цінний компонент сировини перетворюється у цільовий продукт. Унаслідок хімічного перетворення утворюється суміш, хімічний склад якої відрізняється від складу початкової сировини. Наявність стадії хімічного перетворення є ознакою того, що виробництво належить до хімічних.

Третя стадія – виділення цільового продукту та очищення його від домішок. Необхідність цієї операції зв’язана з тим, що під час хімічного перетворення одночасно із цільовим (R) може утворюватися побічний продукт (S), а перетворення сировини зазвичай є неповним, унаслідок чого утворений продукт є забрудненим. Це вимагає додаткового його очищення. Тому непрореаговану вихідну речовину необхідно повернути в технолоґічний процес на першу або другу стадію хімічного виробництва.

Усі три вищезазначені стадії є головними складовими частинами кожного хімічного виробництва. Вони забезпечують виконання основного завдання хімічного виробництва – одержання продукту заданої якості у необхідній кількості і утворюють головну підсистему ХТС. Але виробництво не може функціонувати без забезпечення його енергією, воно також використовує значні обсяги води як теплоносія, розчинника, реаґенту. Крім того, розвиток промисловості висунув нові вимоги до всіх виробництв – метою їх функціонування є не тільки одержання продукту, але і дотримання таких технолоґічних принципів, як комплексне використання сировини, раціональне використання паливно-енергетичних ресурсів, захист довкілля від шкідливих промислових викидів і стоків. Отже, в структурі кожного хімічного виробництва необхідно передбачити комплекс, призначений для утилізації відходів та очищення викидів. Тому структура сучасного хімічного виробництва (рис.1.3) охоплює, окрім трьох стадій, зазначених вище, ще й допоміжні підсистеми: енергетичну, водопідготовки і водоочищення, утилізації відходів і очищення викидів, а також управління.

Рис. 1.3. Структура хімічного виробництва.

Головна підсистема: 1 – підготовка сировини; 2 – головний технолоґічний процес (хімічне перетворення); 3 – виділення та очищення цільового продукту;
допоміжні підсистеми: 4 – енергетична; 5 – водопідготовлення і водоочищення;
6 – очищення викидів і утилізації відходів; 7 – управління

Енергетична підсистема призначена для забезпечення всіх технолоґічних процесів та операцій необхідною енергією, переважно у вигляді електричної і теплової. Для цього на підприємстві споруджують теплоелектроцентралі, теплоелектростанції, котельні, бойлерні, а також трансформаторні підстанції для перетворення високої напруги (десятки і сотні кВ), яка надходить зовнішньою енергосистемою, до споживчих: 220 та 380 В.

Підсистема водопідготовки і водоочищення призначена для очищення вод, які забираються із природних водойм, від різних домішок відповідно до того, в якому конкретному технолоґічному процесі вони використовуються, а також кондиціювання води, якщо вона використовується у замкненому технолоґічному циклі. Крім того, у цій підсистемі здійснюють очищення стічних вод, які утворились у різних технолоґічних процесах, перед їх скиданням у природні водойми.

Підсистема очищення викидів та утилізації відходів є обов’язковою у структурі сучасного виробництва. Дуже часто вона виглядає як окреме виробництво, де із відходів або під час очищення викидів одержують додатковий продукт. Наприклад, із шлаків, які утворюються після спалювання твердого палива (вугілля), виготовляють будівельні матеріали, а під час очищення відхідних промислових газів від сірки оксидів можна одержати продукційну сульфатну кислоту.

Підсистема управління призначена для керування окремими підсистемами та узгодження їхньої роботи. Функції цієї підсистеми полягають у забезпеченні оптимальних режимів роботи в межах підсистем і оперативному втручанні в перебіг технолоґічних процесів у разі збоїв у роботі обладнання чи виникненні аварійних ситуацій.