Жалпы химиялық технология 050720 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті

Биология-химия факультеті

Химиялық технология кафедрасы

050720 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

050721 «Органикалық заттардың химиялық технологиясы»

мамандықтарының сырттай оқу түрінің студенттеріне арналған

бақылау тапсырмаларының әдістемелік нұсқаулары

Павлодар

ББК 24.23

Я 7
С. Торайғыров атындағы ПМУ Ғылыми кеңесімен ұсынылды
Пікір беруші:

Химия ғылымының кандидаты, доцент Жапрагазинова К.Х.

А.С. Оралтаева, Т.Б. Туғамбаева

Я7 Жалпы химиялық технология: сырттай оқу түрінің

студенттеріне арналған бақылау тапсырмаларының

әдістемелік нұсқаулары. – Павлодар,2007. – 36 б.
Әдістемелік нұсқауларда «Жалпы химиялық технология» пәні бағдарламасының жалпы мазмұны, барлық курс бойынша бақылау жұмыстарының тапсырмалары, бақылау жұмыстарын орындауға қажетті есептеулер әдістемесі, есептеулерді орындауға қажетті ғылыми және анықтамалық әдебиет тізімі берілген. Әдістемелік нұсқаулар мен бақылау тапсырмалары 050720– «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы», 050721– «Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандықтарының сырттай оқу түрінің студенттеріне арналған.

Әдістемелік нұсқаулар білім және ғылым Министрлігінің № 671 07.08.2004 бекітілген, ҚР МСТ-қа 3.08.095-2004, ҚР МСТ-қа 3.08.096-2004 сәйкес дайындалған.

УДК 66.0(07)

ББК 24.23

© Баймухамбетова М.Г., Рыжак Ю.Ф., Оралтаева А.С.,

Туғамбаева Т.Б., 2007

© С.Торайғыров атындағы Павлодар Мемлекеттік

университеті, 2007

Қазіргі заманғы химиялық өндіріс, негізі химиялық технология болатын, көптоннажды мамандандырылған өндіріс болып табылады.

Химиялық технология табиғи материалдардың өндіріс құралдарына (өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығында қолданылатын өнімдер, жартылай өнімдер) және тұтыну құралдарына дейін өңделу процестерін қарастырады. Химиялық технологияда өңделетін заттардың химиялық құрамының өзгеруімен байланысқан процестер қарастырылады. Химиялық технологияның процестерінің мысалдары: синтетикалық аммиакты азот пен сутектен алу, кальцийленген соданы ас тұзы мен әк тастан алу және т.б.

Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясында минералды материалдарды өңдеу процестері қарастырылады: күкірт қышқылын колчеданнан, күкірттен, күкіртқұрамды газдардан өндіру; аммиакты ауа азотынан және, суды электролиздеу нәтижесінде алынатын, сутектен өндіру.

Органикалық заттардың химиялық технологиясы көміртекқұрамды заттарды көмір, мұнай және табиғи газдардан синтездеу процестері, сонымен қатар өсімдік және жануар текті материалдарды (қант, қағаз өндіру, теріні илеу) өңдеу процестері қарастырылады.

Химиялық технология объектілермен және процестермен байланысқан болғандықтан жаратылыс ғылымдарға жатады. Химиялық технологияның объектісі – химиялық өндіріске қатынасатын заттар. Процестер дегеніміз бір заттарды екіншілеріне айналдыруға қажетті әртүрлі операциялар жиынтығы.

Нақты химиялық өндіріс дегеніміз, шикізатты дайын өнімге дейін өңдеуге қажетті, бір-бірмен байланысқан технологиялық процестер мен аппараттардың көптеген сандарының қосындысы болып табылады.

Химиялық салалардың дамуының қазіргі заманғы тенденцияларына, бар өндірістердің интенсификациялануына және модернизациялануына, өндірістердің көлемдерінің өсуіне байланысты инженерлік кадрларды дайындаудың ролі артуда. Химиялық өнеркәсіптің кәсіпорындарына арналған химик-технологтардың дайындықтарының сапасы оқу пәндерінің инженер-химиялық циклы бойынша мамандарды фундаменталды дайындауымен анықталады.

Әдістемелік нұсқаулар химиялық технологиядағы өте маңызды тақырыптарды қарстыруға, сонымен қатар химия-технологиялық процестердің техникалық көрсеткіштерін анықтауға,берілген реакцияларды жүргізуге қажетті реакторларды таңдау және салыстыруға, қарапайым және күрделі реакциялар жүргенде ағындарының жылжу режимдері әртүрлі болатын реакторлардың тиімділігін салыстыруға, процестің жеке сатылары мен өндірістің түгелінің материалды баланстарын құрастыруға арналған.

Әдістемелік нұсқауларда есептеу әдістемелері, есептеулерді жүргізуге қажетті ғылыми және анықтамалық әдебиеттер тізімі берілген.

«Жалпы химиялық технология» курсында студенттер жалпы химия – технологиялық процестердің заңдылықтары, талдау әдістері және химия – технологиялық процестер мен жүйелерді оптимизациялау тәсілдері, бейорганикалық заттардың өндірісінің негізгі технологиялық сызбалары туралы қажетті мәлімет алуы керек.

Бұл курсты білу студенттерге өндірістің үйлесімді тәртіптерін дұрыс таңдай алуына, функционалды, технологиялық, құрылымдық схемаларды, химия – технологиялық процестердің негізгі ағындарын және технологиялық байланыстарды талдауға, химия – технологиялық процестердің материалды және жылу есептеулерін жүргізуге, химиялық технологияның жалпы көрсеткіштеріне әртүрлі факторлар мен режимдердің әсерін анықтауға, химиялық реакторлардың және басқа аппараттардың жұмысқа қабылеттілік белгілерін анықтауға, экономикалық және экологиялық приоритеттерді есепке ала отырып үйлесімді технологиялық шешім таба алуға, келешек мамандарда инженерлік ойлауды қалыптастыруға, нақты өндірісті ұйымдастырудағы және басқарудағы әртүрлі проблемаларды шешу дағдыларын қалыптастыруға, студенттердің химиялық өндірістің өте маңызды аппараттарының технологиялық есептеулерін негізгі әдістермен меңгеруге көмектесуі керек.

«Жалпы химиялық технология» курсының бағдарламасы бес негізгі тақырыптардан тұрады:

-1 тақырып Химиялық өндіріс;

-2 тақырып Химиялық өндіріс химия – технологиялық жүйе (ХТЖ) ретінде;

-3 тақырып Химиялық процестер;

-4 тақырып Химиялық реакторлар;

-5 тақырып Өнеркәсіптік химиялық өндірістер;

Әрбір өнімнің өндірісін зерттеуде әдістемелік нұсқаудағы саналған сұрақтардан басқа келесі сұрақтарды қарастыру қажет:

• 
  процестің техника – экономикалық көрсеткіштері;
  
• 
  процесті бақылау және автоматтандыру;
  
• 
  қауіпсіз жұмыс шарттары;
  
• 
  өндіріс дамуының негізгі тенденциялары;
  
• 
  қоршаған ортаны өндіріс серпулерінен қорғау шаралары.
  

1. 
   Мазмұны мен дайындауға қойылатын талаптар
   

Теориялық сұрақтар химиялық технологияның өнімдерінің біреуін алу процесінің физика-химиялық негіздерін сипаттауды және технологиялық режим нормаларын көрсете отырып6 технологиялық схеманы салуды қарастырады.

Технологиялық схема А-4 форматты бетте салынып, оның астында нөмірленген жабдықтаулардың спецификациясы келтірілу керек. Жабдықтауды салғанда аппараттардың сай келушіліктері сақталғандай етіп масштаб таңдалады.

Есептерді қисынды жүйелікте орындау қажет.

Есептеуде теңдеу, немесе қандай да бір формуланы қолданғанда, алдымен олар жалпы түрде, әрбір параметрі түсіндіріліп, өлшем бірлігі және қолданылған әдебиет көрсетіліп берілуі керек

Барлық шамалар мен параметрлердің өлшем бірліктері СИ системасында берілуі керек.

Бақылау жұмыстары А-4 беттерде, шеттерінде оқытушының ескертулеріне орын қалтырылып, орындалады.

Орындалған бақылау жұмысының соңында қолданылған әдебиет тізімі берілуі керек.

Егер студент бақылау жұмысын өздігінен орындамағаны белгілі болса, оқытушы оған жеке жаңа тапсырма беруге құқығы бар.

Мысал

1 Амелин А.Г. Технология серной кислоты. – 2-е издание., перераб. – М. : Химия, 1983. – 360 с.

Химиялық өндірістердің жіктелуі. Жіктеу принциптері. Химиялық технологияның дамуының негізгі, бір-бірімен байланысқан бағыттары. Химиялық өнеркәсіптің негізгі өнімдерін өндірудің динамикасы мен масштабтары.

Жаңа химия-технологиялық тәсілдер, өнімдерді алу әдістері, химиялық салалардың құрылымы.

2.1 Химиялық өндіріс

Химиялық өндірістің шикізат көздері.

Шикізаттың және көмекші материалдардың сипаттамасы және жіктелуі.Өндіріс қалдықтары екіншілік материалдық ресурстар көзі ретінде. Шикізаттың перспективалы және альтернативалы көздері. Химия-технологиялық процесте шикізатты дайындау.

Су шикізат және өндірістің көмекші компоненті ретінде. Су көздері. Өнеркәсіптік су дайындау.

Химиялық өндірістегі энергия.

Химиялық өндірісте энергияны қолдану және энергиямен қамтамасыз ету. Энергетикалық ресурстардың жалпы сипаттамасы және жіктелуі. Энергияның перспективалы және альтернативалық көздері.

Энергияны рационалды қолдану. Энерготехнологиялық комбинациялау әдістері және шикізаттың энергетикалық потенциалын және экзотермиялық реакциялардың жылуын қолдану әдістері. Екіншілік энергоресурстар (ЕЭР), олардың жіктелуі, негізгі бағыттары, кәдеге жарату.
2.2 Химиялық өндіріс химия-технологиялық жүйе (ХТЖ) ретінде

ХТЖ құрылымы және сипаттамасы. Химиялық өндіріс ХТЖ ретінде. ХТЖ құрамы. ХТЖ модельдерінің түрлері, олардың қолданылуы.

ХТЖ элементтері, олардың жіктелуі.Көпфункционалды элементтер.

ХТЖ элементтерінің технологиялық байланыстары, олардың қолданылуы және сипаттамасы. ХТЖ синтездеуде байланыстардың әр түрлерін қолдану мысалдары.

Химиялық технология әдістері.

Химиялық өндірісте процестердің иерархиялық ұйымдастырылуы. Химиялық технологияның ғылым ретіндегі әдістемелік негіздері – олардың күрделі схемалары мен элементтерінің өзара байланыстарының системалы талдауы. Система түсінігі. Системалық талдау.

ХТЖ талдауы

ХТЖ нәтижелерінің міндеттері мен көрсеткіштері. Талдау әдістері.

Материалды және жылу балансы. Құрастыру әдістемесі және есептеулер. Оларды ұсыну түрлері.

Рециклы бар схемалардың балансты теңдеулерін құрастыру ерекшеліктері Энергетикалық (энтальпиялы) баланс.

ХТЖ-ның технологиялық талдауы. Техника-экономикалық көрсеткіштер құрылымы және оның құрамдарының химиялық өндірістегі маңызы.

ХТЖсинтезі.

ХТЖ синтезінің түсінігі және міндеттері. ХТЖ-ні дайындаудың негізгі этаптары.

ХТЖ-ны синтездеудегі негізгі концепциялар. Олардың құрамы және іске асыру жолдары.

Энерготехнологиялық системалар, комбинацияландырылған өндірістер, қайта құрылатын ХТЖ, біріктірілген процестер, жабық және қалдықсыз өндірістер – оларды құрастыру ерекшеліктері және қолдану аймақтары.

Біртекті технологиялық схемалар. Жылуалмастырғыштар системасы. Күрделі қоспаны бөлу системасы. Реакторлар системасы. Олардың оптималды құрылымын құрастыру негіздері.

Химия-технологиялық процесс жөніндегі түсінік.Химия-технологиялық процестердің жұмыс істеу жағдайлары бойынша, реакция түрі бойынша, әрекеттесетін заттардың күйі бойынша жіктелуі. Химиялық өзгерудің физика-химиялық заңдылықтары. Химиялық процестердің негізгі көрсеткіштері, олардың өзара байланысы. Физика-химиялық заңдылықтарды процестердің тиімділігін арттыру үшін қолдану.

Жылуды, затты және импульсті тасымалдау заңдылықтары. Процестер жүйесіндегі олардың маңызы.

Гомогенді химиялық процестер.

Гомогенді химиялық процестер,жүргізу жағдайларының және химиялық нышандардың өзгеру жылдамдығына және дифференциалды талғамдыққа әсері. Гомогенді процестерді интенсификациялау жолдары және әдістері.

Оптималды температуралар жайлы түсінік. Қайтымды және қайтымсыз, экзо- и эндотермиялық химиялық процестердің оптималды температуралары.

Гетерогенді (каталикалық емес) химиялық процестер.

Гетерогенді химиялық процесс.Фазалық құрамды анықтау. Гетерогенді процесс сатылары. Масса тасымалдаудың химиялық реакциясының өзара әсері. Химиялық өзгеру жылдамдығы. Лимиттейтін саты және оны анықтау. Гетерогенді процестер жүретін аймақтар. Процестің жүру жағдайларының өзгеру жылдамдығына әсері.

«Газ – қатты» гетерогенді процесі. Процестің жүретін әртүрлі аймақтары үшін жылдамдықты және толық өзгерудің уақытын есептейтін теңдеу. Процестердің әртүрлі режимдері үшін интенсификациялау жолдары.

«Газ – сұйық» гетерогенді процесі. Көлем ішіндегі және шекаралық қабаттағы реакция. Өзгеру жылдамыдығын анықтау. Процестердің әртүрлі режимдері үшін интенсификациялау жолдары.

Өнеркәсіптік катализ.

Өнеркәсіптік катализдың маңызы және қолдану аймақтары. Гомогенді катализ. Гомогенді катализ кезіндегі өзгеру жылдамдығы. Процесті жүргізу жағдайларының гомогенді-каталикалық процестің тиімділігіне әсері. Қатты катализатордағы гетерогенді катализ. Химиялық айналу жылдамдығы. Гетерогенді-каталикалық процестің жүру аймақтары. Процесті жүргізу жағдайларының өзгеру жылдамдығы мен талғамдыққа әсері. Ішкі бетті қолдану дәрежесі. Каталикалық процестерді интенсификациялау жолдары.

Негізгі жағдайлар

Химиялық реакторлар (ХР) және оларға қойылатын талаптар.

ХР құрылымдық элементтері – реакциондық көлем, ағындарды еңгізіп шығаратын құрылғылар, жылуалмастырғыш элементтер, ағындырды араластыратын және тарататын құрылғылар. Химиялық реакторлар мен олардың жұмыс режимдерінің жіктелуі.

Химиялық реактордағы материалды және жылу баланстарының теңдеулері.

Ағынының құрылымы идеалды болатын химиялық реакторлар

Ағындарының құрылымы идеалды болатын химиялық реакторлар. Идеалды араластырғыш реактор. Мерзімді жұмыс істейтін идеалды араластырғыш реактор. Стационарлы режимдегі ағынды идеалды араластырғыш реактор. Идеалды ығыстырғыш реактор. Ағынды идеалды араластырғыш реактор мен идеалды ығыстырғыш реактордың салыстыруы. Идеалды араластырғыш реакторлар каскады.

Ағынының құрылымы идеалды емес болатын химиялық реакторлар

Ағынды реакторларда идеалдықтан ауытқуға әкелетін салдар. Реалды гидродинамикалық жағдайдағы реакторлар модельдері. Ячейкалы модель. Бірпараметрлі диффузиялық модель.

Химиялық реакторлардағы жылу тасымалдау

Химиялық реакторлардағы жылу тасымалдау. Химиялық реакторлардың жылу режимдері. Изотермиялық емес режимдегі ағынды идеалды араластырғыш реактор. Изотермиялық емес режимдегі мерзімді жұмыс істейтін идеалды араластырғыш реактор. Химиялық реакторлардың жылутұрақтылығы. Параметрлеік сезімталдық, кеңістіктік біркелкі еместіктер (процестің өнімділігіне тигізетін әсері). Оптималды температуралық оежим және оны өнеркәсіптік реакторда іске асыру әдістері. Оптималды температуралық жағдайларда каталикалық процестерді жүргізу үшін стационарлы емес режимдерді қолдану.

Өнеркәсіптік химиялық реакторлар келесі процестерді жүргізуде қолданылады:

• 
  гомогенді процестерді;
  
• 
  «газ – қатты» каталикалық емес процестерді;
  
• 
  «газ – сұйық» каталикалық емес процестерді
  
• 
  «сұйық – қатты» каталикалық емес процестерді
  
• 
  «газ – сұйық – қатты» каталикалық емес процестерді
  
• 
  «сұйық – сұйық» гетерогенді процестерді
  
• 
  гетерогенді – каталикалық процестерді
  

2.5.1 Күкірт қышқылының өндірісі. Күкірт қышқылының халық шаруашылығындағы ролі. Күкіртқұрамды шикізат түрлері және күкірт қышқылын өндіру әдістері. Күкірт қышқылын өндірудің химиялық және құрылымдық схемалары.

Күкіртті газды флотациялық колчеданнан алу. Флотациялық колчеданды күйдірудің физика-химиялық негіздері. Пириттің жануының кинетикасы. Күйдіретін газды шаңнан тазарту.

Күйдіретін газды қосралардан тазарту (арнайы тазарту). Күкірт диоксидінің тотығуы. Күкірт диоксидінің каталикалық тотығуының физика-химиялық негіздері. Жанама аппараттың принципиалды схемасы. Процесс катализаторлары.

Күкірт ангидридінің абсорбциясы. Жанама және абсорбциялы бөлу. Процестердің аппаратуралық безендірілуі. Күкірт қышқылының 1 тоннасына шығын коэффициенті.

2.5.2 Аммиакты синтездеу. Байланған азот технологиясы. Азот өнеркәсібінің қазіргі күйі және перспективалары. Азот өнеркәсібінің шикізаты. Аммиак пен азот қышқылын көмірсутекті шикізаттан алудың технологиялық жолы. Азотты фиксациялау әдістері.

Сутекті және сутекқұрамды газдарды өндірудің химиялық әдістері. Сұйық және қатты отынды газификациялау.

Көмірсутекті газдарды конверсиялау әдістері. Метанды конверсиялаудың технологиялық схемасы.

Көміртек тотығын конверсиялау. Конвертацияланатын газды көміртектің тотығынан және қостотығынан тазарту әдістері.

Аммиакты синтездеу. Шикізаттың жалпы сипаттамасы. Аммиакты өндірудің химиялық және принципиалды схемасы. Аммиакты синтездеудің физика-химиялық негіздері.

Аммиак өндірісінің технологиялық схемалары. Орташа қысымдағы аммиак синтезінің агрегаты. Аппартуралық безендіру. Жұмыс тәртібі. Процесті реттеу. Аммиакты сақтау және тасымалдау.

2.5.3 Азот қышқылының өндірісі. Химиялық және құрылымдық схема. Аммиактың жанама тотығуының физика-химиялық негіздері. Азот тотығының тотығуы. Азоттың қостотығының және оның димерінің абсорбциялануы.

8 атм. Қысым астында сұйылтылған азот қышқылын өндірудің технологиялық схемасы. Процестің аппартуралық безендірілуі. 60% азот қышқылын өндірудегі шығын коэффициенттері. Азот қышқылын концентрациялау әдістері.

Фосфор қосылыстарының технологиясы

Фосфор өнеркәсібінің шикізаты. Қазақстан территориясындағы табиғи фосфаттар. Фосфор қосылыстарының халық шаруашылығыгдағы маңызы.

Фосфор қышқылын өндіру. Фосфор қышқылын өндірудің экстракциялық және экзотермиялық әдістерін салыстыру. Экстракциялық және экзотермиялық өндіру әдістерінің технологиялық схемасы