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

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ ↓+ CO₂ + H₂O

2Mg(НCO₃)₂ = MgCO₃ ^. Mg(OH)₂ + 3CO₂ + H₂O

Жалпы кермектілік, ол уақытша және тұрақты кермектіліктердің қосындысы. Судың тотығуы судағы органикалық қоспалар арқылы сипатталады және 1 кг судағы органикалық қосылыстарды тотықтыруға кететін оттегінің миллиграммы арқылы өрнектеледі.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Химиялық технологияда су және ауаның қолданылуын көрсетіңіздер.

2. Табиғаттағы судың айналуы.

3. Судың сапасына қандай көрсеткіштер арқылы анықтайды?

Ұсынылған әдебиеттер:

6. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
7. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
8. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
9. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
10. 
    Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
    

Мазмұны:

2. Суды жұмсартудың химиялық және ионалмастыру әдістері

3. Электрокоагуляция

4. Суды дегазациялау және зиянсыздандыру

1. Өндірістік су дайындау, судан молекулярлық еріген, коллоидтық және қалқыған күйдегі зиянды қоспаларды аластатуға арналған операциялардың жиынтығы болып табылады. Су дайындаудың негізгі операциялары: қалқыған қоспалардан тұндыру және сүзу арқылы тазарту, жұмсарту, ал кейбір жағдайларда – тұзсыздандыру, бейтараптандыру, газсыздандыру және зиянсыздандыру.

Суды тұндыру процесін үздіксіз жұмыс істейтін, бетондалған тұндырғыш резервуарларда жүргізеді. Түссіздендіруді және мөлдірлендіруді толық деңгейде жүргізу үшін, тұндырғыштың ішіндегі декантацияланатын суды коагуляцияға ұшыратады. Коагуляция – әртекті жүйелерді бөлудің нәтижелі процесі, атап айтқанда, судан лай, кварц құмының, карбонаттардың және басқа тау жыныстарының, сол сияқты, органикалық жаратылысты заттардың, мысалы, белоктардың, коллоидты дисперсиялық бөлшектерін бөліп алу. Коагуляция процесінің маңызы – өңделетін суға коагулянттарды, әдетте, әртүрлі электролиттерді енгізу. Коллоидтық бөлшектердің зарядына қарама қарсы заряды бар ион-коагулянт, бетте адсорбцияланады. Осының нәтижесінде бөлшектердің зарядтары бейтараптандырылады, коллоидтік бөлшектердің айналасындағы сольваттанған қабықшалар қосылып, сығылады да, олар бір бірімен бірігіп, седиментацияға түседі. Коагуляция арқылы түзілген тұнба судан сүзу арқылы бөлінеді.

Сүзу – әртекті жүйелерді бөлудің ең бір универсальды әдісі. Сүзу техникасында, сүзгіш ретінде қолданылатын материалдың дамыған беті, үлкен орын алады. Сүзу нәтижелілігі мына эмпирикалық формуламен анықталады: , мұндағы d — сүзгіште ұсталып қалатын ең ұсақ бөлшектердің диаметрі, мм; l— инертті түйір материалдардың бөлшектерінің тиімді шамасы, мм; w— сүзу жылдамдығы, м/сағ; с —пропорционалдық коэффициенті, кварцті құм үшін 0,0095- ке тең.

2. Суды жұмсарту және тұзсыздандыру - кальций, магний және т.б. металдардың тұздарын судан аластату болып табылады. Қолданылатын реагенттер бойынша бұл әдістер былай ажыратады: әктік (күйдірілген әк), содалық (кальцинацияланған сода), натронды (натрий гидрототығы) және фосфатты (үшнатрий фосфат). Жұмсарту процесі келесі реакцияларға негізделген:

1. Уақытша кермектілікті жою, темір иондарын аластату және СО₂ байланыстыру үшін, күйдірілген әкпен өңдеу:

Са(НС0₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ ↓+ 2Н₂О

Mg(HCO₃)₂ + 2Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ ↓+ Mg(OH)₂ ↓ + 2Н₂0

2. Тұрақты кермектілікті жою үшін кальцинацияланған содамен өндеу:

3. Са²⁺ және Mg²⁺ толық тұндыру үшін үшнатрийфосфатпен өндеу

ЗСа(НС0₃)₂ + 2Na₃P0₄ = Ca₃(P0₄)₂ ↓ + 6NaHCO_a

3MgCI₂ + 2Na₃P0₄ = Mg₃(P0₄)₂ ↓ + 6NaCI

Na₂ [Кат] + Ca(HC0₃)₂ ↔ Са [Кат] +2NaHC0₃

Катион алмастыру процесіне жіберілетін судың мөлшері мына теңдеулер арқылы анықталады: және ,

мұнда L_Na және L_H— Na- жәнеН-катиониттері бар сүзгішке жіберілетін судың мөлшері, %; h_кс, h_к, h_ж — бастапқы судың карбонаттық емес, карбонаттық, жалпы кермектілігі, град; h_б —жұмсартылған судың берілген сілтілігі, град.

Анион алмастыруға мысал ретінде ОН^- аниондарын алмастыру реакциясын алуға болады.

[Ан] ОН + НС1 ↔ [Ан] С1 + Н₂0

Н – катиондау және ОН-аниондау процестерін тізбектей жүргізу арқылы суды тұзсыздандырудың қазіргі кездегі әдісінің экономикалық тиімділігі өте үлкен. Осы процестердің нәтижесінде түзілген Н⁺ и ОН^- иондары өзара әрекеттесіп, су молекуласын құрайды.

3. Электрокоагуляция – еритін электродтары бар электролизерде суды тазартудың әдісі. Ол зиянды қоспаларға қатысты сорбциялық қабілетті жоғары алюминий гидрототығын электрохимиялық жолмен алуға негізделген. Иондардың ток мөлшерін тасымалдауға қатысу дәрежесі, олардың салыстырмалық концентрациясы және қозғалысының шапшандығы арқылы мына теңдеумен сипатталады , мұнда λ_∞ — эквиваленттік электр өткізгіштігі; F — Фарадей тұрақтысы, 96 000 Кл; w_к, w_a—катион және анионның қозғалысының абсолюттік жылдамдығы.

4. Өндірістің қышқыл айналу суларын тазарту үшін нейтралдау – суды кальций тотығымен немесе гидрототығымен өңдеу әдісі қолданылады. Коррозияны төмендету үшін су дайындаудың маңызды бөлігі, судан еріген СО₂ және О₂ газдарын аластату болып табылады. Газдарды аластату бумен қыздыру арқылы десорбция (термиялық деаэрация) қолданылады.

Тұрмыстық қажетте қолданылатын суды міндетті түрде зиянсыздандырады. Зиянсыздандыру – ауру тарататын бактерияларды жою және органикалық қоспаларды тотықтуру – хлорлы әк, кальций гипохлориті және газ тәріздес хлорды қолдану арқылы хлорлаудың негізінде жүргізіледі.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Суды жұмсарту және тұзсыздандыру қалай жүргізіледі?

2. Электрокоагуляция әдісі.

3. Суды тұндыру әдісі?

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. Энергетикалық қорлар жіктелуі.

3. Жағармайдың технологиялық сипаттамасы

Қазіргі кезде химиялық өнеркәсіптің жағармай мен электроэнергияға деген сураныстары артты; ол жылу, электрлік және механикалық энергия кең пайдаланады. Қолданылатын жылу энергияларының түріне байланысты олар жоғары, орташа және төмен температуралы және криогенді процесстер болып бөлінеді. Жоғары температуралы процесстерді (> 773 К) шикізаттың немесе жартылайфабрикаттардың физико-химиялық қасиеттерінің өзгерісінде, сондай ақ химиялық интенсификациясында қолданады. Орташа температуралы (423…773 К) және төмен температуралы (373…423 К) процесстерді өңделетін материалдардың қасиеттерін физико-химиялық өзгерту кезінде қолданады. Криогенді процесстер 120 К нен төмен температурада жүреді (сжижение и отверждение газов) және криохимиялық технология процесстерін жүзеге асыруда қолданады.

Электр энергиясы электрохимиялық және электротермиялық процесстерді жүргізуде қолданады. Электр энергиясы сондай ақ механикалық энергияны алу үшін және жарықтандыру үшін қолданады. Механикалық энергия физикалық операциялар үшін қажет: ұсақтау, араластыру, центрифугалау және т.б.

2. Энергетикалық қорлардың негізгі түрі болып ыстық кендер және олардың өнімдері: су энергиясы, биомасса, атом энергиясы болып табылады. Жел энергиясы мен теңіз құмаларының энергиясы қолданады. Энергетикалық қорларды жағармайлы және жанбайтын, қалпына келетін және қалпына келмейтін, біріншілік және екіншілік деп бөледі.

Жағармайлы қорларға көмір, мұнай, табиғи газ, торф, биомасса, ал жанбайтын қорларға гидроэнергия, жел энергиясы, күн сәулесінің энергиясы жатады.

Барлық қалпына келетін энергетикалық қорлар күн энергиясының туындылары болып табылады. Олар келесі категориялар бойынша жіктеледі: күн энергиясы; гидроэнергетикалық қорлар; толқын мен жел энергиясы; биомасса. Таусылмайтын қорларға геотермальді және термоядролы энергетикалық қорлар жатады. Геотермальді қорлар электр энергиясын және жылу алу үшін қолданады.

Қалпына келмейтін энергетикалық қорларға оларды алған сайын азайып отыратын қорлар жатады. Барлық аталған энергоқорлардың түрлері біріншілікке жатады.

Екіншілік энергетикалық қорлар деп технологиялық агрегаттарда пайда болатын өнімнің, қалдықтың және жағымсыз, аралық өнімдердің энергетикалық потенциалын атайды, олар агрегаттың өзінде қолданылмайды, бірақ басқа агрегаттарды энергиямен жабдықтау үшін қолданады.

Ең үлкен екіншілік жылу қорлары химиялық, мұнай өнеркәсіптерінде, қара және түсті металлургияда, құрылыс материалдар, газ өнеркәсібінде орналасқан.

Жағармайды энергетикалық деп атайды, егер оны электрлік және жылу энергиясын алу үшін қолданса. Әртүрлі агрегаттарда және қурылғыларда қолданылатын жағармай технологиялық деп аталады.

Агрегатты күйіне байланысты жағармайды қатты, суйық және газ тәрізді деп бөледі.

3. Жағармайдың негізгі технологиялық сипаттамасы болып жану жылуы мен жылутүзуі табылады.

Жану жылуы –– бұл 1 кг қатты немесе суйық жанармайдың (кДж/кг) немесе 1м³ газ тәріздес жанармайдың (кДж/м³) толық жанған кезіндегі және өнімдерін бастапқы процесс температурасына суытқан кезде бөлінетін жылу мөлшері. Жағармайдың төмен Q_т және жоғары Q_ж жану жылуын ажыратады. Жанудың төмен жылуы деп 1 кг сутегі су буын түзіп жанған кезде бөлінген жылуды атайды, ал жоғары жылу деп 1 кг сутегінің су түзген кезде бөлінетін жылу мөлшерін атайды.

Жылутүзуі Тmах – ауаның артықшылығынсыз жағармайдың толық жанған кездегі максимальді температурасы, ол жанған кезде бөлінген жылуды түзілген өнімдердің қыздыруына толық жұмсалады. Жылу түзуді есептеген кезде бастапқы жағармай мен ауа температурасын нөлге тең деп алады. Жағармайдың жылу түзуі оның жану жылуына тура пропорционал және өнімдерді Tmax температурасына дейін қыздыру үшін жұмсалған жылуға кері пропорционал.

Жылутүзу жағармайдың энергетикалық жіктелуіне негізделген. Оған байланысты жағармайды екі топқа бөледі: жоғары (Тmах > 2300 К) және төмен (Tmax <2300 К) жылутүзгіш. Қатты және суйық жағармай жанғыш масса және балластан турады. Негізгі баласт компонеттеріне су, азот және бейорганикалық қосылыстар – кальций, темір, алюминий, калий, натрий силикаттары, фосфаттары, сульфидтері, сульфаттары жатады.

Қатты және суйық жағармай құрамына С, Н, S, О, N, күл А және ылғал W кіреді. Ең бағалы көмірсутекті жағармай – табиғи газ және жеңіл суйық жағармай (бензин). Олар үлкен жылутүзгіш қабілетке ие.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Энергетикалық қорлардың түрлері?

2. Қалпына келетін және қалпына келмейтін қорларды атаңыз.

3. ЕМҚ маңызы 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:

2. ХТЖ-нің элементтері және байланыстары.

3. ХТЖ байланыстарының құрылысы.

Химиялық – технологиялық жүйе (ХТЖ) деп – керекті сапасымен және талапты мөлшерінде өнімді алу мақсатымен оларды өткізу үшін барлық процестер және құралдардың жиынтығын түсінеді.

Өнеркәсіптік өндірісті өндеу кезінде жүйелік подход қолданады. Мұнда әрбір химиялық өндіріс сыртқы ортамен әрекеттесетін және күрделі ішкі құрылымымен, құрамды бөлшектер және элементтердің көп санымен сипатталатын объект ретінде қарастырылады.

Ұқсас жүйеде элементті – жеке және шартты бөлінбейтін бірлік ретінде және топшаны айқынды тұтастыққа және мақсат бағытына ие болатын элементтер тобы ретінде айырылады. Химиялық өндірісте элемент ретінде аппаратты есептейді, топша ретінде – аппараттар тобын, технологиялық қондырғыны, агрегатты. Элементтер және топша арасында байланыстардың әр түрлі типтері болады: зат, жылу, энергияны тасымалдайтын ағындар түрінде игерілетін материалдық, энергетиялық, жылулық, ақпараттық типтері.

Химиялық – технологиялық жүйелеріне бірнеше жалпы белгілер міңезді:

• 
  функционалдаудың жалпы мақсаты (химиялық өнімді шығару);
  
• 
  элементтердің және олардың арасындағы сансыз көптігі;
  
• 
  жүйе жұмысын сипаттайтын параметрлердің көп саны:
  
• 
  жүйе жұмысының күрделігі және өзара байланысы (т(әртіптің бір элементте өзгеруі барлық өндіріс жұмысына әсер етеді);
  
• 
  өндіріспен басқару процестің автоматизациялау жоғары дәрежесі;
  
• 
  жүйе эементтер арасында тіркеу және басқару ақпараттың ағындары.
  

1 сурет. ХТЖң иерархиялық құрылысы

2. ХТЖ элементтерін жіктелуі: механикалық және гидромеханикалық элементтер материалдың формасын және көлемін өзгертіп оны тасымалдайды, ағындарды бөледі немесе біріктіреді.

Жылуалмасатын элементтер агын температурасын, оның жылу мөлшерін өзгеретеді, затты басқа фазалық күйге ауыстырады. Массаалмастырғыш элементтер компоненттерінің фазааралық алмасуын жүзеге асырады және компонент құрамын жаңа зат тудырмай өзгертеді. Реакциялық элементтер химиялық ауысуларды жүзеге асырады, ағындар мен материалдардың компопнентті құрамын күрт өзгертеді. Энергетикалық элементтер энергия түрленуі мен энергиятасымалдаушыларды алуды жүзеге асырады. Басқару мен бақылау элементтер ағын күйінің параметрлерін өлшеуге негізделген, және аппараттар мен машиналар күйін бақылауға, процестерді басқаруға, олардың жүру шарттарын өзгертуге мүмкіндік береді.

3. ХТЖ элементтері арқылы ағындардың өту кезегі байланыстардың құрылысын анықтайды. Байланыс құрылысының негізгі типтері 2 суретте көрсетілген. Тік бурыштар элементтер болып табылады, стрелкасы бар сызықтар – байланыстар және ағындар бағыты.

ХТЖ-дегі байланыстар: 1 – ретті; 2 – тармақталған; 3 – қатарласқан; 4- айналмалы қарапайым, 5-айнымалы күрделі; 6 – 9 –қайтымды – толық рецикл (6, 9), фракциялық (7, 8), қарапайым (6) және күрделі (9).

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. ХТЖ дегеніміз не?

2. ХТЖ-ң элементі және параметрлері.

3. ХТЖ ағындарының түрлері.

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. ХТЖ-ң графикалық модельдері

ХТЖ модельдерін екі топқа бөлуге болады: баяндамалы (формула, теңдеулер түрінде) және графикалық. Аталған топтардан модельдердің бірнеше түрін бөлуге болады:

А. баяндамалы: химиялық, операционды, математикалық

Б. графикалық: функциональді, технологиялық, құрылыстық, арнайы.

Химиялық модель шикізаттың өнімге өңделуін қамтамасыз ететін негізгі реакциялармен көрсетіледі. Мысалы, сутек пен азоттан аммиакты синтездеу бір химиялық теңдеумен көрсетілген 3Н₂ + N₂ ↔ 2NH₃.

Табиғи газдан өндіру бірнеше химиялық реакциялардың жүруіне негізделген: CH₄ + H₂O = CO + 3H₂ – су буымен метанды конверсиялау; СО+Н₂О = СО₂ + Н₂ – көміртек оксидін конверсиялау; 3Н₂ + N₂ = 2NH₃ – аммиакты синтездеу.

Бұл теңдеулер – химиялық сызбанусқа – шикізаттың өнімге айналуының негізгі жолын көрсетеді.

Операционды модель шикізаттың өнімге өңделуінің негізгі стадияларын көрсетеді.

Химиялық және операционды сызбанусқалар өндіріс және оның негізгі сатылары жайлы мағлумат береді.









Рис.1 Аммиак өндірісінің функциональды схемасы

2 суретте аммиакты синтездеудің қысқаша технологиялық схемасы көрсетілген.

2 сурет – Аммиак синтезінің технологиялық схемасы: 1-синтез колоннасы (реактор), 2- сулы тоңазытқыш, 3- жылуалмастырғыш, 4- ауалы тоңазытқыш, 5-сепаратор, 6- аммиак жинағы, 7-циркуляциялық компрессор, 8-конденсациялық колонна, 9-буландырғыш.

Технологиялық схеманы өндірістің берілген әдісінің ғылыми жұмысы, сондай ақ схемалар, түйіндер және аппараттарды конструктивті өндеу нәтижесінде алады. Құрылысты модель (схема) технологиялыққа қарағанда ХТЖ элементтері геометриялық фигуралар (тік бұрыш, дөңгелек) түрінде болады. 3 суретте 2 суреттегідей аммиак синтезінің құрылыстық схемасы көрсетілген

3 сурет – аммиак синтезінің құрылыстық схемасы. 2 суреттегі белгілер.

Онда ХТЖ құрылысының жалпы сипаттамасы көрсетілген, ағын бағыттары оңай ілеседі. Байланыс байқампаздығы математикалық сипаттаманы оңай қуруға мүмкіндік береді.

Арнайы модельдерді (схемаларды) ХТЖ анализінде және есептеулерінде арнайы математикалық аппараттар мен есептеуші әдістерді қолдана отырып пайдаланады. Мұндай схемалардың бірі – операторлы. Егер құрылысты схемада барлық элементтер белгісіз болса, операторлы схемада әрбір элемент «технологиялық оператор» деп аталатын арнайы белгілермен көрсетілген. 4 аммиак синтезінің операторлы схемасы көрсетілген.

Рис. 4 – аммиак синтезінің операторлық схаемасы

Рис. 5 – Технологиялық операторлар: а – химиялық өзгерістер, б - массаалмасу, в – араластыру, г – бөлу, д – қыздыру - суыту, е – қысу, кеңею, ж – агрегаттық күйі өзгеру.

Мұндай схеманы ЭВМ-да автоматизирленген есептеулерде қолданған ыңғайлы.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. ХТЖ-ң модельдерін жіктеу.

2. Сода өндірісінің химиялық моделін келтіріңіз.

3. ХТЖ-ң грфикалық моделдері.
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.