ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «жалпы химиялық технология» 5В072000 – «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы ушін ОҚУ-Әдістемелік материалдар

мамандығы ушін

СЕМЕЙ

Мазмұны:

2. Химиялық технологияның дамуы жайында қысқаша мағлұмат

1. Технология – өнеркәсіп өнімдерін табиғи шикізаттан өндірудің нәтижелі әдістері мен процестері жайлы ғылым. Технология механикалық және химиялық деп бөлінеді. Механикалақ технология өнделетін материалдын сыртқы түрі, формасы және физикалық қасиеттері өзгеретін процестерді зерттейді. Химиялық технология заттың қасиеттері, ішкі құрылысы және түгелдей құрамы қалай өзгеретіндігін қарастырады. Бастапқы заттарды қайта өңдеу әдістеріне және өнімдерді пайдалану мақсатына байланысты металлдар технологиясын, машина құрлысын технологиясын, тамақ технологиясын және т.б. ажыратады.

Бейорганикалық және органикалық заттар технологиясы жалпы принциптер мен заңдылықтармен біріктірілсе де, тарихи химиялық технологияны шартты түрде бейорганикалық және органикалық заттар технологиясы деп бөледі.

А.Бейорганикалық заттар технологиясы

1) Негізгі химиялық заттар өндірісін (қышқылдар, сілтілер, тұздар, тыңайтқыштар және т.б.).

2) Нәзік бейорганикалық өнімдер өндірісін (реактивтері, сирек кездесетін элементтер, жартылай өткізгіштер, дәрі – дәрмектер және т.б.).

3) Электрохимиялық өндірісін (хлор, сілтілер, оттегі, сутегі және т.б.)

4) Металлургия (қара, түрлі – түсті, бағалы және сирек кездесетін металдар металлургиясы және т.б.)

5) Силикаттар өндірісін (шыны, цемент, қыш және т.б.)

6) Минералды бояу және пигменттер өндірісін

Б. Органикалық заттар технологиясы:

1) Негізгі (ауыр) органикалық синтезді (спирттер, қышқылдар, эфирлер, метан, СО, этилен және т.б. өңдеу)

2) Жартылай өткізгіштер және бояғыштар өндірісі

3) Нәзік органикалық синтез (дәрі–дәрмектер, реактивтер)

4) Жоғары молекулалық заттар өндірісін (пластикалық масса, жасанды және синтетикалық талшықтар, каучук және т.б.)

5) Жаңғыш материалдар өндеу (мұнай, көмір, сланцтар және т.б.)

6) Тамақ өнімдері өндірісін (қант, майлар және т.б.)

2. Химиялық технология даму тарихи жайлы қысқаша мағлумат.

Химиялық технология даму тарихи өнеркәсіптің даму тарихымен байланысты. Европада мануфактур мен алғашқы химиялық өнімдер алынған кезді XV ғасырға жатқызуға болады, сол кезде қышқылдар, негіздер, тұздар және әр түрлі фармацевтикалық препараттар мен кейбір органикалық заттардың ұсақ өндірістері пайда болады. XVIII ғасырда технология арнайы білім саласы болып бөліне бастады, технология ғылым және оқу пәні ретінде дами бастады. Осы түсінікте «технология» терминін 1772 ж Геттинген университетінің профессоры И.Бекман қолданды, ол химиялық өндірістің көптеген техникасын түсіндіретін алғашқы еңбектерін шығарды және ол химиялық технологиядан алғашқы кітап болды.

XIX ғасырда Батыс Европа елдері мен Ресейде химиялық технологиядан кітаптар, басқармалар және ғылыми зерттеулердің көп болуы химиялық өндіріс пен химиялық технологияның ғылыми негіздерінің тез дамуына үлкен үлес қосты. Ең маңызды жағдайлар:

1748 жылы Бирмингемда (Англия) күкірт қышқылының қалайы камерасында өндіретін ең алғашқы зауыт құрылды. 1787—1789 жылдары Н. Леблан ең алғаш рет соданы өндірістік әдіспен алуды ойлап тапты. Өндірістің көп салаларында содаға деген сураныс жоғарлағандықтан Н. Леблан әдісі кең тарала бастады. 1861 жылы соданы алудың аммиакты әдісі пайда болады (Сольве әдісі).

XIX ғасырдың ортасында К. Либихтің кең таралған агрохимия жұмыстарынан кейін химиялық өнеркәсіпте жаңа саласы — минералды заттар өндірісі пайда болды.

Химиялық технология дамуына, химиялық өнеркәсіптердің құрылуына және химиялық машинақұрылысына және осы салаларға кадрлар дайындауда бірқатар ірі ғалымдар мен инженерлер айтарлықтай үлес қосты. Олар И.А. Каб­луков, Н.Д. Зелинский, Н.Н. Ворожцов, СИ. Вольфкович, И.А. Тищенко, Н.Ф. Юшкевич, А.Г. Касаткин, А.Н. Плановский, П.М. Лукьянов, Н.М. Жа­воронков, Л.А. Костандов, Г.К. Боресков, М.М. Дубинин, Н.М. Эмануэль, В.А. Легасов, В.В. Кафаров, П.Г. Романков және т.б.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Химиялық технология қалай жіктелінеді?

2. Химиялық технология мен техника дамуының негізгі бағыттары.

3. Химиялық өнеркәсіптің техникалық процесс үшін маңызы.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. Химиялық – технологиялық процесс. ХТП көрсеткіштері.

Химиялық технологияның зерттеу объектісі болып химиялық өндіріс табылады.

Химиялық өндіріс – процесстер мен операция үйлесімділігі, ол қажетті өнімдерге химиялық ауысулар арқылы шикізатты өңдеуге арналған машиналар мен аппараттарда жүзеге асады.

1) Өндіріс кезінде қажетті өнімді алу

2) Экологиялық қауіпсіздік

3) Эксплуатация қауіпсіздігі мен сенімділігі

4) Шикізат пен энергияны барынша пайдалану

Химиялық өндірістің негізгі міндеті - өнімді алу, осымен қоса химиялық өндіріс көпфункционльді болып табылады. Химиялық өндірістің функциональді бөліктерінің жалпы көрінісі 1-суретте көрсетілген.

1-сурет. Химиялық өндірістің құрылысы мен функциональді элементтері

1- шикізатты дайындау, 2-шикізатты қайта өңдеу, 3-негізгі өнімнің бөлініп шығуы,4-қалдықтарды санитарлы тазалау және утилизациялау, 5-энергетикалық жүйе, 6-қосымша материалдар мен суды дайындау, 7-жүйелік басқару.

Химиялық өндіріс компоненттері. Өндірісте үнемі ауыспалы компоненттер қолданылады және түзіледі: қайта өңдеуге түсетін шикізат, қосымша материалдар, өнімдер – негізгі және қосымша, өндіріс қалдықтары, өндірістің функционирленуін қамтамасыз ететін энергия. Тұрақты компоненттер өндірісте оның барлық өмір сүру уақытында қатысады: аппаратура (машиналар, аппаратар, арматур), басқару және бақылау құрылғысы, құрылыс конструкциялары, қызмет көрсететін адамдар (жұмысшылар, инженерлер, аппаратпен жұмыс жасайтын адамдар).

Химиялық өндіріс құрамы: химиялық өндіріс, шикізат пен өнім сақтайтын жер; шикізатты, өнімдерді, аралық өнімдерді, қалдықтарды тасымалдау; өндіріс кезінде қызмет көрсетуші адам; басқару, қамтамасыздандыру және қауіпсіздік жүйесі.

2. Шикізат пен материалдарды тағам өнімдеріне өңдеу прцестері мен операцияларының үйлесімділігін технологиялық процесс деп аталады. Химиялы-технологиялы процесс (ХТП) - бұл шыққан заттарды өнімдерге өңдеуге негізделген процесстер – химиялы және физико-химиялы процесстер және олардың үйлесімділігі.

Техникалық көрсеткіштер ХТП сапасын анықтайды.



Экономикалық көрсеткіштер өндірістің экономикалық эффективтілігін көрсетеді.















Эксплуатациялық көрсеткіштер өзгерісті сипаттайды, ол регламентті жағдайлар мен күйлер ауытқығанда оларды эксплуатациялау кезінде өндірісте және ХТП – да пайдалануға болады.

Социалді көрсеткіштер.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Химиялық өндіріске қандай талаптар қойылады?

2. Химиялық өндірістің мақсаты?

3. Қандай көрсеткіштер өндірістің экономикалық эффективтілігін сипаттайды?

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

1. 
   Химиялық өндірісінің шикізат қорлары
   
2. 
   Химиялық өндірісінің шикізаттардың жіктелуі
   
3. 
   Екіншілік материалды қорлар
   

Химиялық өнеркәсіп суды, отынды, энергияны көп мөлшерде жұмсап, шикізаттың көп мөлшерін өңдейді. Технологиялық процесстерде шикізат пен энергияны эффективті пайдалану- химиялық өнеркәсіптің маңызды поблемасы. Қорларды сақтаудың негізгі әдісіне:химико-технологиялық процессінің қозғалыс күштерін дурыс қолдану, жанармай-энергетикалық қорларды рационалды қолдану, аппараттар мен машиналарды структура – функциональді түрде дұрыс пайдалану, химиялық өндірісте сенімділігін қамтамасыз ету және жоғарлату жатады.

Шикізатты қолдану жағынан химиялық өндірістің ерекшеліктері: 1) шикізат базасының көпнұсқалылығы, 2) әртүрлі химиялық өнімдерді алу үшін шикізаттың бір түрін комплексті қолдану мүмкіндіктері; 3) бір шикізаттан химиялық өнімнің бірнеше түрін алуға мүмкіндік беретін химиялық өңдеу әдістерінің көп түрлігі.

Химиялық өнімдерінің көпшілігі бірнеше жолдармен алынады. Химиялық өнеркәсіп шикізат ретінде тау рудаларынаң, мұнайдіқ, газдық, орманның және целлюлозо – қағаздық өнеркәсіптің, қара және түсті металлургияның өнімдерін қолданады. Бөлініп шыққан газдарды пайдаланудың практикалық мәні зор, себебі, мысалы, құрамында күкірт бар шикізаттарды шығындалмай, мыстың әрбір тоннасына 10 тоннадан артық мөлшерде күкірт қышқылын алуға болады.

Химиялық өнеркәсіптің шикізат базасының дамуы неғурлым толық бағытпен жүреді, мүмкіндік бойынша шикізатты комплексті пайдалану, төмен процентті шикізатты өңдеуге негізгі затты араластыру, химиялық өнеркәсіптегі және басқа да саладағы қалдықтарды утилизациялау.

2. Өндірісте химиялық өнімдерді бастапқы зат (шикізат), аралық өнімдер (жартылай өнімдер) және дайын өнімдер деп ажыратады. Шикізат дегеніміз – өнеркәсіп тауарларын өндіруде қолданылатын табиғи материалдар және шала өнімдер. Химиялық өндіріс шикізатын әр түрлі қасиетіне байланысты жіктейді: шығу тегіне байланысты – минералді, өсімдік, жануарлар; агрегаттық күйі бойынша – қатты, сұйық, газ тәріздес. Қорына байланысты – қалпына келмейтін және қалпына келетін. Соңдай ақ шикізатты біріншілік және екіншілік, табиғи және жасанды деп бөлінеді. Химиялық құрамы бойынша – бейорганикалық және органикалық. Минералды шикізатты рудалық, рудалық емес және жаңғыш (органикалық). Рудалық шикізат – бұл темір, мыс, хром, титан және басқа рудалар, көбінесе олардың құрамында металдардың оксидтері мен сульфидтері болады. Рудалық емес шикізат – ас тұзы, фосфориттер, апатиттре, гипс, қум, асбест, күкірт, және т.б. жаңғыш кендер – торф, тас көмірлер, сланцы және табиғи газ. Олар органикалық қосылыстардан турады және шикізат, энергия қорлары ретінде қолданады.

3. Химиялық шикізаттың негізгі көзі болып екіншілік материалді қорлар (ЕМҚ) табылады. Оларға өнеркәсіп қалдықтары, қолдану қалдықтары және жағымсыз өнімдер жатады. Өндіріс қалдықтары деп өндіріс кезіндегі шикізаттың, материалдардың, жартылай өнімдерінің қалдықтарын айтады, олар біртіндеп немесе бірден өздерінің сапасын жоғалтады және стандарттарға (техникалық жағдайға) сәйкес келмейді.

Құрамы мен құрылысына байланысты химиялық өнеркәсіп пен мұнай өндіретін өнеркәсіп қалдықтарын 3 топқа бөледі: 1) бастапқы шикізатқа жақын; 2) негізгі өнімге жақын; 3) басқа өндіріс немесе сала шикізатына жақын.

Қолдану қалдықтары деп қайтадан қалпына келтірудің экономикалық маңызы жоқ және қолдануға келмейтін буымдар мен заттарды атайды.

Жағымсыз өнімдер өндірісте өнімдерімен бірге өндеу процесінде пайда болады, бірақ өндіріс процесінің мақсаты емес. Алайда жағымсыз өнімдер дайын өнім ретінде қолдану мүмкін. Олар көп жағдайда тауарлы болып табылады. Олардың өздерінің ГОСТ-тары немесе ТУ бар. Негізгі шикізатты алу кезінде алынатын жағымсыз өнімдер жолаушы деп аталады. Жағымсыз және попутный өнімдер басқа өндіріс үшін негізгі өнім болып табылады.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Химия өндірісінің шикізаттарын қалай жіктеуге болады?

2. Екіншілік материалді қорлар дегеніміз не?

3. Шикізатты қолдану жағынан химиялық өндірістің ерекшеліктері?

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. Сұйық және газ тәріздес шикізатты байыту

1. Құрамында пайдалы компоненттің мөлшері ұлғайып, концентрацияланған шикізатты, оны байыту арқылы алады. Байыту деп минералдық шикізатты алғашқы (мехникалық) өңдеу кезіндегі процестердің жиынтығын атайды, оны жүргізудің мақсаты, пайдалы минералдарды (концентратты) бос тау жынысынан бөліп алу. Байыту әдістері әр алуан және олар қатты, сұйық және газ тәріздес шикізаттар үшін бөлек болады.

Қатты минералды шикізаттар, тау жыныстарының құрамына жекеленген заттар немесе зат қоспалары түрінде кіреді. Қатты шикізаттар үшін, көбінесе, байытудың механикалық әдістері – жайып ыдырату, гүрсілдетіп елеу, гравитациялық бөлу, электромагниттік және электростатикалық айыру және физика химиялық әдіс – флотациялау қолданылады.

1 сурет – Ылғал гравитациялық байытудың принциптік схемасы: I, II, III — отырғызылатын камералар; 1— ауыр (ірі түйіршікті) фракцияларды шығару; 2 — орта фракцияны шығару; 3 — жеңіл (ұсақ түйіршікті) фракцияны түсіру

2-ші сурет Гидроциклонның схемасы: 1— орталық (шлам) түтікшесі; 2 — қоршау; 3 — құйылу камерасы; А — бөлінетін суспензияны енгізу; Б — жеңіл фракциялар ағынының шығуы; В — тығыздалған суспензиялардың ауыр фракцияларының шығуы

3-ші сурет. Ауалы айырғыштың схемасы: 1— айнамалы табақша; 2 —вентилятордың қанаты; 3 — сыртқы конус; 4 — ішкі конус

мұндағы L-бөлінетін пульпаның көлемдік шығыны,м³/сағ; d_кіру – енгізу түтікшесінің диаметрі, см; d_ш-орталық (шлам) түтікшесінің диаметрі, см; P-кіру түтікшесінің алдындағы артық қысым, кг/см².

Тұндырғыш машиналарда минералдар пульсациялайтын су ағынында бөлінеді.

Ауамен байытуда ылғалдыда сияқты классификаторлар, үстелдер, тұндырғыш машиналар пайдаланады. Жиі ұсақтаудан кейін материалды сұрыптау үшін пайдаланатын ауа айырғыштары қолданылады (3сурет).

4-ші сурет. Электромагнитті айырғыштың схемасы.

1- транспортер лентасы; 2-транспортер барабаны; 3-электромагнит; 4, 5-бункерлер.

Электростатикалық айырғыштарда магниттің орнына, электр тоғының түзеткішінің теріс полюсымен жалғасқан электрод орналасқан, ал жұмыс істеу принципі электромагниттік айырғышқа ұқсас.

Табиғи кендердің минералдарының көпшілігі жұққыштығы бойынша бір бірінен айырмашылығы аз. Оларды бөлу үшін, алдымен, тау жынысы компоненттерінің су бойынша жұққыштары әртүрлі болатындай етіп жағдай жасау керек, ол үшін флотация реагенттері деп аталынатын әртүрлі химиялық қосылыстарды қолданады. Олар суға жұққыштықты, сол сияқты қалқыған минерал түйіршіктерінің ауаның көбігіне жабысуын іріктеп көбейтеді немесе азайтады. Жинағыштар (коллекторлар) деп аталатын флотация реагенттері пульпаға енгізілгенде, гидрофобтық адсорбциялық қабат құрып, белгілі бір минералдың бетінде адсорбцияланады. Гидрофобтанған бөлшіктер ауаның түйіршіктеріне жабысып, пульпаның бетіне көтеріліп, пульпаның бетіндегі көбіктің құрамына еніп, сонымен бірге аластатылады. Коллекторлар арқылы адсорбцияланбайтын бөлшектер, атап айтқанда, бос тау жыныстары, пульпаның ішінде қалып, камералық өнім құрайды.

Флотациялық концентратты құрайтын минералданған көбік берік, тығыз және қозғалғыш болуы қажет. Осындай көбік, суспензияның ішіне көбікқұрағыштарды ауаның түйіршіктерінің бетіне адсорбциялық қабықша құрайтын беттік активті заттарды енгізу арқылы алынады.

Флотация процесі флотация машиналарында жүргізіледі. Екі түрлі флотациялық машиналар қолданылады: пульпаны ауамен механикалық араластырумен камералық және пневматикалық араластырумен. Ауалы араластырумен машинада (6 сурет) ұнтақталған жыныс пульпаға енеді де гидрофобты бөлшектерді су бетіне шығаруға арналған ауамен араластырылады. Ортақ жинағыш құбырдан шығатын ауа көпіршіктермен бірге түтіктер арқылы шығады. Көпіршіктер көтеріліп орташа тар бөлімшесінде пульпа мен тығыздығы шеткі бөлімшелердегі сұйықтықтың тығыздығынан төмен болатын көбікті алып кетеді.

Рис.6 – Ауалы араластырумен флотациялық машина: 1- резервуар, 2- бөліктер, 3 – ауалық түтік, 4 – концентрат үшін саңылау.

2. Сұйық ерітінділер еріткішті буландырумен, ерітіндіні пайдалы компонентпен жете қанықтыру, қандай бір компоненттердің тұнбаға немесе газ фазасына бөлінуімен концентрленеді. Сұйық қоспаларды бөліп алу үшін сұйықтық экстракция жүргізіледі.

Суды буландыруды жиі минералды тұздар мен сілтілер өндірісінде, түсті металлургияда, және де қиын ұшатын қышқылдарды концентрлеу үшін қолданады. Табиғи ерітінділерді концентрлеу үшін суды буландырады (жазда) немесе мұзға айналдырады. Мұнай өңдеуде, спирттер, эфирлер, анилин және т.б. органикалық өнімдердің өндірісінде дистилляция мен ректификацияны қолданады, сол кезде қоспадан ең құнды компонент буланады, ал сұйық фазада құндылығы шамалы жоғары қайнайтын компоненттер қалады.

Бастапқы және циркуляцияланатын ерітінділерді қатты немесе газ тәрізді компоненттерді еріту арқылы қанықтыру химиялық өндірістерде кең тараған. Сұйықтықтардан зиянды немесе керек емес қоспаларды бөліп алу үшін оларға қоспалармен кристалды тұнбалар түзетін заттар қосады; содан кейін тұнбаларады бөліп алады. Кейде қоспалар коагуляцияны және коллоидты ерітінділердің немесе полимерлердің тұнбаға түсуін туғызады. Сұйықтық экстракция сұйық қоспаның белгілі компоненттерін талғамды ерітуден тұрады. Нәтижесінде екі сұйық фаза алынады: бөліп алынған компоненттердің ерітндісі және қоспаның қалған бөлігі. Бұл әдіс органикалық заттардың технологиясында кеңінен қолданылады.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Шикізатты байыту дегеніміз не? Және оны қандай мақсатпен жүргізеді?

2. Шикізатты байытудың қандай әдістері бар?

3. Шикізатты комплексті түрде өңдеудің маңызы мен мақсаты қандай?

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

1. 
   Ауа және судың маңызы, қолданылуы
   
2. 
   Табиғи судың жіктелінуі және су сапасы
   

Ауаны энергетикада қолданылуы, әртүрлі отындарды жағу кезінде оттегіні тотықтырғыш ретінде жылу энергиясын алуына байланысты болады. Ауа, сол сияқты, газдар және сұйықтарды суытқан кезде мұздату агенті ретінде мұздатқыштарда немесе жанастыру аппараттарында кейбір қосылыстардың балқымаларын түйіршіктегенде қолданылады.

Көп жақты қасиеттеріне байланысты су, халық шаруашылығында кеңінен қолданылады, шикізат ретінде, химиялық реагент ретінде, еріткіш ретінде, жылу және салқынтасымалдағыш ретінде. Суды өндірісте кеңінен арзан, жеткілікті, жанбайтын еріткіш ретінде қатты, сұйық және газтәріздес заттарды еріту үшін қолданады. Судың тоқыма өндірісінде алатын орны үлкен. Су жоғары температурада жұмыс істеу қабілеті бар ерекше жылутасымалдағыш болып табылады. Суды, сол сияқты, жылуды тартып алатын мұздатқыш агент ретінде экзотермиялық реакцияларда және атом реакторларын суыту үшін қолданады.

2. Жаратылысы бойынша табиғи сулардың үш түрін айырады – атмосфералық, жер беті және жер асты сулары.

Судың сапасы оның физикалық және химиялық қасиеттерімен анықталады: мөлдірлік, түс, иіс, температура, жалпы тұз мөлшері, кермектілік, тотығулық және судың реакциясы.

Кермектік, уақытша (карбонаттық), тұрақты (карбонаттық емес) және жалпы түрлеріне бөлінеді.

Уақытша немесе жойылатын кермектілік судағы кальций және магний гидрокарбонаттарының арқасында пайда болады. Олар суды қайнатқанда ерімейтін орта немесе негізгі тұздар түрінде тұнбаға түседі (қақ):