Научные принципы химического производства реферат

Обновлено: 02.07.2024

В настоящее время перед человеческим сообществом стоит задача перехода к обществу устойчивого развития, в котором обеспечивались бы приемлемые для человека и природных экосистем условия существования. Эта задача исключительно сложна и предусматривает осуществление комплекса разноплановых и взаимосвязанных мероприятий, а именно:

· разумное ограничение потребностей человека;

· создание новых технических объектов и технологий, ориентированных на малоотходность и ресурсосбережение;

· обеспечение экологической безопасности производства за счет минимизации его воздействия на человека и природную среду;

· рациональное взаиморазмещение производств и жилых зон.

Любое промышленное производство ставит своей задачей максимальное повышение производительности труда, то есть получение наибольшего количества продукта высокого качества с наименьшей себестоимостью. В химическом производстве это достигается путём осуществления целого ряда общих научных принципов как в части технологии, так и в части организации производства. Поэтому:

Запомнить! Важнейшей задачей организации химического производства является подбор оптимальных условий, при которых скорости химических реакций являются максимальными и при этом обеспечивается максимально возможный выход продукта реакции, то есть реакция должна быть смещена в сторону выхода продукта.

Научные принципы организации химического производства

Рассмотрим, от каких условий зависит скорость протекания химической реакции и какие факторы влияют на смещение химического равновесия и выход продукта во время технологического процесса.

1. С целью ускорения процесса любого химического производства требуется максимальное увеличение поверхности реагирующих веществ. Поэтому технологический процесс обычно начинается со специальной предварительной подготовки сырья: механического измельчения (дробления), обогащения и очистки. Приведем следующий пример: кусок антрацита (каменного угля) массой 1 кг может гореть в печи в течении 3-х часов; при измельчении его до порошкообразного состояния время сгорания составляет несколько секунд. Примерами типичных измельчающих устройств, используемых в быту, являются кофемолка, миксер или мясорубка.

Выбор наилучшей доступной технологии (НДТ), то есть наиболее технически совершенных методов подготовки сырья и его предварительной очистки, относятся к общим научным основам организации современных химических производств.

2. Многие химические реакции являются экзотермическими, то есть протекают с выделение тепла. С другой стороны, для инициирования многих реакций требуется нагрев до определенных температур. Для этого в производстве используют различные теплообменники, которые позволяют утилизировать тепло химических реакций. Роль теплоносителя чаще всего выполняет вода. Примером использования теплообмена является самовар, в котором теплота горения используется для нагрева воды.

Использование тепла химических реакций в технологическом цикле называется теплообменом и относится к технологическим принципам организации химического производства.

3. С целью обеспечения наиболее тесного контакта реагирующих веществ в химических производствах, помимо измельчения этих веществ, требуется также их перемещение относительно друг друга. Для этого используют принцип массообменаи его разновидности - противоток, поток реагирующих веществ в одном направлении и перемешивание, чем достигается наибольшая равномерность течения процесса и полнота использования реагирующих веществ. Перемешивание является типичным примером массообмена, ускоряющим процесс естественной диффузии.

4. Большинство химических производственных процессов - обратимы. С целью ускорения химической реакции и увеличения выхода продукта, в производственных условиях подбирают оптимальные концентрации реагирующих веществ, температуру и давление (для газообразных веществ). Очень часто для изменения направления реакции используют катализаторы (напомним, что использование катализатора не влияет на смещение химического равновесия, так как увеличивает скорости как прямого, так и обратного процессов).

5. Важным технологическим фактором химических процессов является непрерывность производственного процесса, обеспечивающая более высокую производительность труда. Поэтому применение ручных операций, для проведения которых требуется остановка процесса, является нежелательным явлением. С целью обеспечения непрерывности процесса используют автоматические системы управления (АСУ) и механизацию технологического процесса.

1. С целью наиболее полного использования исходного сырья и ресурсов в химическом производстве применяется также принцип циркуляции вещества. За время прохождения через реакционную установку, то есть за один технологический цикл, исходные вещества не всегда успевают полностью израсходоваться, поэтому непрореагировавшие вещества снова возвращают в аппарат. Так, например, при синтетическом получении аммиака в контактном аппарате реагирует только 30–37 % смеси азота и водорода; поэтому оставшиеся газы отделяют от образовавшегося жидкого аммиака и с помощью специальных насосов опять направляются в контактный аппарат.

Кроме того, наиболее важный и дорогой ресурс - вода, также должен использоваться в производственном процессе многократно. С одной стороны, вода используется в технологических процессах для охлаждения продуктов реакции и нагревания исходных веществ, то есть выполняет функции теплоносителя, обеспечивая выполнение принципа теплообмена. Такие операции повторяются многократно. С другой стороны, вода используется непосредственно в химических реакциях, как растворитель или реагент. Если концентрация загрязняющих веществ в сточных водах не очень высокая, то после очистки реакционная вода также может быть возвращена в технологический цикл.

Циркуляционный принцип использования химических веществ и воды – также один из основных принципов организации современного химического производства.

2. Для обеспечения экологической безопасностина химическом производстве используется целый комплекс мероприятий, обеспечивающих защиту окружающей среды. К таким мероприятиям, в первую очередь, относится использование современного очистного оборудования, организация замкнутых сырьевых и ресурсных циклов производства, использование безопасного сырья и др.

Все перечисленные факторы и общие принципы организации современных химических производств основываются на закономерностях химических процессов и обеспечивают экологическую безопасность производства, энерго- и ресурсосбережение.

Таким образом, к химико-технологическим и экологическим факторам, обеспечивающим выполнение научной организации современных химических производств относятся:

· увеличение поверхности реагирующих веществ,

· теплообмен (утилизация тепла),

· циркуляция реагирующих веществ,

· изменение скорости и направления химических реакций (использование катализатора, оптимальных температур, давления и концентрации),

Наука – концентрация человеческого разума в этом мире. Свет надежды. Использование научных принципов приводит к улучшению результатов. Это в полной мере относится и к химическому производству.

Научные принципы химического производства

Они делятся на общие и частные принципы. Первые формулируют направления работы научной философии, вторые – концентрируются на решениях конкретных вызовов.

Общие принципы

Частные принципы

Создание оптимальных условий для химических реакций

Прямоток веществ.
Противоток веществ.
Увеличивается площадь поверхности соприкосновения.
Повышение давления.
Использование катализатора.
Повышение концентрации реагирующих веществ.

Комплексное полное использование сырья

Циркуляция процесса.
Создание смежных производств, перерабатывающих отходы.

Использование теплоты химических реакций

Теплообмен процесса.
Утилизация теплоты реакций.

Механизация производства.
Автоматизация производства.

Защита окружающей среды

Утилизация отходов.
Нейтрализация выбросов в атмосферу.
Герметизация аппаратов.
Автоматизация вредных производств.

Как же эти принципы воплощаются? Чтобы дать ответ на этот вопрос, будут рассмотрены процессы создания химических веществ.

Производство аммиака

Рис. 1. Производство аммиака

Первый шаг – получение из азота и водорода азотоводородной смеси. Азот получается посредством фракционной перегонки жидкого воздуха. Источником водорода выступает процесс паровой природного газа или угля.

Турбокомпрессор сжимает смесь, пока не будет получено давление в 25*10 6 Па. Температура для протекания требуемых химических реакций находится в диапазоне: 400-500 °С. Для ускорения используется катализатор – пористое железо, содержащее примеси K₂O и Al₂O₃.

Данный химический процесс является равновесным: при изменении условий происходит изменение количество продукта реакции, поэтому при проведении данного процесса нужно следить за внешними факторами, которые влияют на протекание химического процесса.

Создаваемый аммиак отделяют от непрореагировавшего водорода и азота в холодильнике процессом сжижения. Непрореагировавшая смесь возвращается в колонну синтеза. Процесс циркулирует непрерывно, пока не будет истрачен требуемый исходный материал. Применяется получаемый аммиак для производства взрывчатых веществ, азотных удобрений, пластических масс и ещё ряда продукции химического производства.

Производство серной кислоты

Рис. 2. Производство серной кислоты

Серная кислота относится к числу сильных кислот. Для получения используется очищенный измельченный влажный пирит (другое название – серный колчедан). Сырьё сверху засыпается в печь, чтобы обжечь вещество. Снизу, по принципу противотока, пропускается воздух, обогащенный кислородом.

Результат обжига в печи: SO₂, пары воды и мельчайшие частицы оксида железа (огарок). Газ очищается от примесей. Твёрдые частицы задерживает электрофильтр и циклон. Для водных паров предусматривается сушильная башня.

Контактный аппарат окисляет сернистый газ с помощью катализатора пятиокиси ванадия. Процесс окисления обратим, для чего подбирают оптимальные условия, способствующие протеканию прямой реакции: повышается давление и поддерживается температура на свыше отметки в 500 °С.

Производство метанола

Для производства метанола используется реакция взаимодействия угарного газа и водорода. Технологическая цепочка практически повторяет ту, что используется для получения аммиака. Схожесть обусловлена частичным сходством проходимых реакций. И аммиак, и метанол – это экзотермические, обратимые, каталитические реакции, процесс протекания которых предусматривает уменьшение объема газообразных веществ.

Для синтеза метанола используются следующие приёмы:

Применение в колонне синтеза катализатора.
Использование высокого давления, повышающего уровень выхода продукта.
Принципы теплообмена и циркуляции.
Для увеличения скорости реакции используется высокая температура.

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Недостаток химического производства – загрязнение окружающей среды, вредоносное влияние на здоровье и жизнь человека и местной флоры с фауной. Негативные последствия накапливаются, приводя к ухудшению самочувствия. При размещении химического предприятия окружающая обстановка может кратно ухудшиться. Падает уровень жизни и удовлетворенность.

Чтобы не допустить этого, с химическим загрязнением окружающей среды борются. Это достигается с помощью следующих мер:

Создание новых технологий и технических объектов, ориентированных на ресурсосбережение и малоотходность.
Получение наибольшего объема продукции требуемого качества с наименьшими вложениями.
Стремление к полному использованию исходного сырья.
Поддержание экологической безопасности на предприятии.

Государство заинтересовано в поддержания благоприятной экологической обстановки. Для стимулирования уменьшения химического загрязнения окружающей среды и последствий используется налоговая экологическая политика, привязанная к объему выбросов и уровню опасности.

_{Рис 1. , Рис. 2 — Назарова, Т.С. Серия 7: Химическое производство. Металлургия: учеб. пособ. / Т.С. Назарова, Н.С. Куприянова.}

Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основой которого является химическая технология (от techno- искусство, мастерство + logos- учение), т.е. химическая технология - наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства. Объекты химической технологии - вещества и системы веществ, участвующих в химическом производстве; процессы химической технологии - совокупность разнообразных операций, осуществляемых в ходе производства с целью превращения этих веществ в другие. Современная общая химическая технология возникла в результате закономерного, свойственного на определенном этапе развития всем отраслям науки, процесса интеграции ранее самостоятельных технологий производства отдельных продуктов в результате обобщения эмпирических правил их получения.

Особенности химической технологии как науки

Химическая технология отличается от теоретической химии не только необходимостью учитывать экономические требования к изучаемому ею производству. Между задачами, целями и содержанием теоретической химии и химической технологий существуют принципиальные различия, вызванные спецификой производственных процессов, что накладывает ряд дополнительных условий на метод изучения. Рассмотрим пример промышленного синтеза хлористого водорода из С1₂ и Н₂ и влияние различных факторов на синтез.

Для осуществления этого синтеза в промышленных условиях химик - неорганик учитывает саму возможность подобного синтеза, применяя методы физической химии управлять синтезом за счет изменения температуры, давления концентрации компонентов, т.е. влиять на кинетику и термодинамику процесса в масштабе лабораторного эксперимента. Химик - технолог должен учитывать другие факторы: доступность и стоимость сырья и энергии, конструкцию реактора и коррозионно-стойкие материалы для изготовления, меры по защите окружающей среды и т.д. Таким образом, как химическое производство не может рассматриваться в виде некой укрупненной лабораторной колбы, так и химическая технология не может быть сведена к теоретической химии.

Сложность такой системы как химическое производство сделало целесообразным применение для ее исследования системного подхода и введения понятия уровень протекания процесса. При подобном подходе в химическом производстве выделяются несколько последовательно возрастающей сложности подсистем - уровней, каждому из которых свойственен свой метод изучения явления. Такими уровнями в химическом производстве являются:

— молекулярный уровень, на котором механизм и кинетика химических превращений описывается как молекулярное взаимодействие (микрокинетика);

— уровень малого объема, на котором явления описываются как взаимодействие макрочастиц (гранул, капель, зерен катализатора). Для анализа явлений на этом уровне и описания химического процесса введено понятие - макрокинетика, задачей которой является изучение влияния на скорость химических превращений процессов переноса масс исходных веществ и продуктов реакции, процессов теплопередачи и влияние состава катализатора.

- уровень потока, на котором описание явлений дается как взаимодействие совокупности частиц. С учетом характера движения их в потоке и изменения температуры, концентраций реагентов по потоку;

— уровень реактора, на котором описание явления дается с учетом конструкций аппарата, в котором реализован процесс;

— уровень системы, на котором при рассмотрении явлений учитываются взаимосвязи между технологическими узлами промышленной установки и производства в целом.

Таким образом, проблема различия между теоретической химией и химической технологией есть проблема различия между фундаментальными научными исследованиями и реальным промышленным производством, на нем основанном.

Связь химической технологии с другими науками

Химическая технология как наука о крупномасштабном производстве имеет дело со значительными массами и объемами перерабатываемой и производимой продукции.

Многие химические реакции, с которыми вы познакомились в лабораторных условиях, или аналогичные им осуществляют в промышленных условиях при производстве важнейшей для повседневной жизни химической продукции.

Пластмассы, синтетические волокна, фармацевтические препараты, удобрения, мыла и моющие средства, красители, пестициды, косметика и парфюмерные изделия и даже компоненты пищи — все это только некоторые виды продукции, выпуск которой полностью или частично зависит от химической промышленности.

Одиннадцать первых мест по объему производства принадлежит веществам, формулы которых: H₂SO₄, NH₃, N₂, СаО, O₂, С₂Н₄, NaOH, Cl₂, НСl, H₃PO₄, HNO₃. Эти-то вещества и используют в больших количествах далее для получения столь необходимых видов продукции, как названные выше.

Главная задача химии и химической технологии — производство разнообразных веществ и материалов с определенным комплексом механических, физических, химических и биологических свойств.

Любое химическое производство создается на основе общих научных принципов (табл. 21).

Таблица 21
Научные принципы организации
химических производств

Несмотря на огромное многообразие химических производств веществ и материалов, все они включают составляющие, указанные на схеме 13.

Схема 13
Важнейшие составляющие химического производства

Сырье

Сырьем называют природные материалы (природные ресурсы), используемые в промышленности для получения различных продуктов и еще не прошедшие промышленной переработки. Иногда используют вторичное сырье — это изделия, отслужившие свой срок, или отходы каких-либо производств, которые экономически выгодно снова переработать в химические продукты.

Сырье химической промышленности классифицируют по различным признакам.

По составу сырье делят на минеральное и органическое (растительное и животное).

По агрегатному состоянию различают твердое (руды, горные породы, твердое топливо), жидкое (нефть, рассолы) и газообразное (природный и попутный газы, воздух) сырье.

К минеральному сырью относят руды (из них получают металлы) и нерудные ископаемые: сера, фосфориты, калийные соли, поваренная соль, песок, глины, слюда (из них получают неметаллы, удобрения, соду, щелочи, кислоты, керамику, цемент, стекло и другие продукты).

К органическому сырью относится ископаемое горючее: торф, уголь, нефть, природный и попутный нефтяной газы — это ценное энергетическое сырье и сырье для химических синтезов. К органическому сырью также относится сырье растительного и животного происхождения, его дают сельское, лесное и рыбное хозяйство. В основном оно идет для производства продуктов питания, но частично, к сожалению, является и техническим сырьем. Кроме природных веществ, на химических заводах применяют полупродукты и отходы предприятий, а также вспомогательные материалы: воду, топливо, окислители, растворители, катализаторы (схема 14).

Схема 14
Классификация химического сырья

В связи с бурным развитием промышленности растет и объем потребления полезных ресурсов. Это приводит к тому, что многие сырьевые источники быстро истощаются, поэтому необходимо решать проблему бережного и рационального использования сырья.

Особое место среди природных ресурсов занимает вода. Она играет важную роль в химической промышленности.

В ряде производств это сырье и реагент, непосредственно участвующий в основных химических реакциях, например при получении водорода, серной, азотной и фосфорной кислот, щелочей; в реакциях гидратации и гидролиза.

Будучи универсальным растворителем и одним из наиболее распространенных катализаторов, вода дает возможность осуществлять многие химические реакции с большой скоростью в растворах или в присутствии ее следов. В химической, металлургической, пищевой и легкой промышленности воду используют как растворитель твердых, жидких, газообразных веществ. Часто ее применяют для перекристаллизации, для очистки различных продуктов производства от примесей.

Вода используется как теплоноситель из-за ее большой теплоемкости, доступности и безопасности в применении. Ею охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций. Водяным паром или горячей водой подогревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций или проведения эндотермических процессов.

Современные химические комбинаты расходуют миллионы кубических метров воды в сутки. Например, для получения 1 т аммиака требуется 1500 м 3 воды. Поэтому химические предприятия, нефтехимические заводы строят рядом с водными источниками.

Задачу сокращения расхода воды химическими предприятиями решают в трех основных направлениях: широкое применение оборотного водоснабжения (вода, используемая в теплообменных аппаратах, охлаждается и снова поступает в теплообменные аппараты, и так повторяется многократно), замена водяного охлаждения воздушным, очистка сточных вод и их повторное использование.

Энергия

Вы знаете, что большинство химических процессов требует затраты энергии. В химическом производстве энергию также расходуют на проведение вспомогательных операций: транспортировку сырья и готовой продукции, сжатие газов, дробление твердых веществ, контрольно-измерительное обслуживание и др. Химическая промышленность относится к одной из самых энергоемких. Средний расход только электрической энергии на производство 1 т аммиачной селитры NH₄NO₃ равен 11 000 кВт•ч; 1т синтетического аммиака — 3200; 1 т фосфора — 16 500; 1 т алюминия — 19 000.

В химической промышленности используют различные виды энергии: электрическую, тепловую, ядерную, химическую и световую.

Электрическую энергию используют для проведения электролиза расплавов и растворов веществ, нагревания, в операциях, связанных с электростатическими явлениями, например, в электрофильтрах при производстве серной кислоты для очистки оксида серы (IV). Электроэнергию вырабатывают тепловые (ТЭС), атомные (АЭС) электростанции и гидроэлектростанции (ГЭС).

Тепловая энергия в химической промышленности необходима для нагревания реагирующих веществ при проведении химических реакций, а также для сушки, плавления, дистилляции, выпаривания и других операций. Ее источником в производстве цемента, стекла, керамики служат различные виды топлива (твердого, жидкого, газообразного). Большинство же химических предприятий используют тепловую энергию в виде пара, горячей воды, получаемых из котельных установок или ТЭЦ.

Ядерную энергию используют главным образом для получения электроэнергии. Но такие реакции, как полимеризация, синтезы фенола и анилина, отверждение полимеров, проводят с помощью радиоактивного излучения.

Химическая энергия выделяется в виде теплоты в результате экзотермических реакций. Ее используют для предварительного подогрева исходных веществ, получения горячей воды, водяного пара. Химическая энергия может превращаться в электрическую, например, в аккумуляторах. А есть такие производства, в которых за счет энергии химических реакций покрывают собственные потребности, а излишки отпускают другим потребителям.

При получении 1 т серной кислоты из серы выделяется 5 МДж теплоты, а общие затраты на ее производство составляют всего 0,36 МДж. Излишки поступают к другим потребителям в виде пара и электроэнергии.

Световую энергию (ультрафиолетовое, инфракрасное, лазерное излучение) используют при синтезе хлороводорода, галогенировании органических веществ, реакциях изомеризации.

Ученые разрабатывают способы использования солнечной энергии, например фотохимическое разложение воды.

Защита окружающей среды и охрана труда

С точки зрения защитников окружающей среды, у химической промышленности плохая репутация. С чем это связано? Попробуем разобраться.

Все отрасли химической промышленности выпускают полезную продукцию. Вы можете сомневаться в необходимости тех или иных продуктов, но экономически они полезны и нужны, иначе бы их не производили.

Например, кому-то может быть неясно, зачем существует производство хлора, зато все согласны с необходимостью строительства завода по выпуску труб из поливинилхлорида.

Некоторые виды химической продукции действительно не вызывают особой симпатии: взрывчатые вещества для мин и снарядов, отравляющие вещества-пестициды, т. е. препараты для борьбы с сорняками, вредителями, возбудителями болезней.

С одной стороны, производство пестицидов возрастает, так как необходимо производить все больше продуктов питания для непрерывно увеличивающегося населения Земли. Но с другой стороны, некоторые пестициды весьма устойчивы в окружающей среде и представляют реальную опасность для существующих экосистем: гибнут полезные насекомые, птицы, рыбы, звери, происходит отравление людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они накопились.

Любое промышленное предприятие (и химическое, конечно) имеет отходы. Производство без отходов невозможно. Газы выбрасывают в атмосферу, жидкие отходы — в канализацию, а иногда и в реку, твердые и некоторые жидкие сжигают в специальных печах или захоранивают в специально оборудованных местах.

Эти вещества загрязняют окружающую среду, неблагоприятно влияют на здоровье людей.

Поэтому химические предприятия потенциально опасны, их не строят непосредственно в городах. На самих предприятиях существуют жесткие требования охраны труда, что делает работу на них иногда даже безопаснее, чем на строительстве.

Например, установлены безопасные для здоровья людей предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе производственных помещений и на территории предприятий, а также в атмосфере населенных мест; предусмотрены строгие меры для предотвращения пожаров и быстрой ликвидации возможных возгораний; на некоторых производствах работники имеют индивидуальные средства защиты от вредных веществ. Выполнение правил охраны труда контролируют органы государственной инспекции, а также внутризаводская служба.

Наилучшим способом решения проблемы снижения вредности производства для людей и охраны окружающей среды служит применение безотходных или малоотходных технологий. Пример — синтез аммиака, в котором отходы (непрореагировавшие газы) многократно возвращают в производство.

В других случаях остро стоит вопрос об очистке отходов. К современным ее методам относят фильтрацию, пыле-, газоулавливание, обезвреживание (нейтрализация, поглощение газов жидкими и твердыми поглотителями), биологическую очистку (при помощи микроорганизмов), осаждение в специальных отстойниках, химические методы (перевод веществ в малорастворимые и нерастворимые соединения) и другие способы.

Очистные сооружения, конечно, требуют определенных материальных затрат, а некоторые руководители предприятий стараются избавиться от отходов самыми дешевыми способами. Такой подход, очевидно, объясняется невниманием к проблемам охраны окружающей среды от загрязнения, а может быть, связан с некомпетентностью в этом вопросе.

Характерная черта химической промышленности — сравнительно небольшое количество работающих. Это обусловлено высокой степенью механизации и автоматизации производств, что также способствует охране труда работников.

Производство аммиака и метанола

Любое химическое производство состоит из отдельных взаимосвязанных процессов-стадий (схема 15).

Схема 15
Основные стадии химического производства

Сравним два химических производства: синтез аммиака и синтез метанола. Оба процесса очень похожи по условиям их проведения и источникам сырья. Их осуществляют на аналогичных установках (рис. 50), которые часто монтируют на одном предприятии.

Рис. 50.
Схема установки, которую можно использовать в производстве аммиака и метанола

Все аппараты этих производств максимально герметичны, используется только энергия экзотермических реакций. Благодаря циклической (замкнутой) схеме синтеза эти производства служат примерами малоотходных, почти не имеющих выбросов в окружающую среду. Затраты на производство существенно снижены за счет осуществления непрерывного процесса: исходные вещества постоянно поступают в реактор, а продукты постоянно из него выводятся. Непрерывность процесса позволяет его полностью автоматизировать.

Производства аммиака и метанола считаются наиболее передовыми с точки зрения химической технологии (табл. 22).

Таблица 22
Производство аммиака и метанола

Основные стадии производства

I. Подготовка сырья. Подвод реагирующих веществ в зону реакции с помощью турбокомпрессора и циркуляционного компрессора

Реагирующие вещества: оксид углерода (II) СО и водород Н₂ (их смесь называется синтез-газом). Синтез-газ получают конверсией метана водяным паром при высокой температуре:

аммиак - 25—60 МПа,
метанол - 25—30 МПа,

а затем смешивают с циркуляционным газом (о нем смотрите далее) и направляют в колонну синтеза

II. Химический процесс проходит в основном аппарате производства — колонне синтеза

Подбор оптимальных условий проведения этих синтезов осуществляют исходя из характеристики химических реакций:

метанол - 2) смещению равновесия вправо способствует также увеличение концентрации водорода в исходной смеси по сравнению со стехиометрическим;

аммиак - 450—500 °С
метанол - 370—400 °С Уменьшение давления и увеличение температуры способствуют увеличению доли побочных продуктов

Исходную смесь газов сначала нагревают в теплообменнике за счет выходящих газов, движущихся противотоком, а затем в зоне экзотермической реакции. Противоток — движение различных веществ навстречу друг другу с целью создания наилучших условий для обмена энергией (в данном случае);

В обоих процессах реагенты и продукты реакции находятся в газовой фазе и образуют гомогенную систему. Реакции протекают на поверхности твердых катализаторов. Такие реакции составляют особый класс — гетерогенно-каталитических реакций.

Важное значение имеет площадь поверхности катализатора. Катализатор изготавливают в виде губчатых гранул или таблеток.

Так как активность катализатора сильно снижается от присутствия примесей, то реагирующие газы подвергают тщательной очистке (от воды, соединений серы и др.);

5) при всех указанных условиях проведения реакций равновесный выход продукта составляет не более 20%. Поэтому синтез продукта осуществляют по способу многократной циркуляции, т. е. непрореагировавшую смесь газов многократно возвращают в производство после отделения от нее полученного продукта

III. Отвод продуктов и непрореагировавших веществ из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в сепараторе

аммиак - N₂, Н₂ и NH₃,
метанол - СО, Н₂ и СН₃ОН,

Аммиак в дальнейшем используют для получения азотной кислоты, которая идет на производство удобрений, лекарств, красителей, пластмасс, искусственных волокон, взрывчатых веществ. Большие количества аммиака расходуются на получение мочевины, являющейся прекрасным азотным удобрением, да и сам жидкий аммиак и его водный раствор — это жидкие удобрения. На легком сжижении и последующем испарении с поглощением теплоты основано его применение в холодильных установках.

Метанол используют для получения большого количества разных органических веществ, в частности формальдегида

которые используют в производстве фенолформальдегидных смол и полиметилметакрилата (органического стекла) соответственно. Помимо этого, метанол используют как растворитель, экстрагент, а в ряде стран — в качестве моторного топлива, так как добавка его к бензину повышает октановое число топлива и снижает количество вредных веществ в выхлопных газах.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Интегрированный урок в рамках выездного заседания методического совета.

План-конспект открытого урока химии

(11 класс)

Бей Виктория Ивановна

Форма урока : Урок-игра

Цель урока: Актуализировать и систематизировать знания о принципах химического производства.

Образовательная : раскрыть особенности химической промышленности; ознакомить учащихся с различными способами получения серной кислоты, метанола, аммиака. Показать их значимость в народном хозяйстве.

Развивающая : продолжить формирование умений составлять схемы межотраслевых связей; совершенствовать умение анализировать теоретический материал, составлять уравнения химических реакций, самостоятельно делать выводы.

Воспитательная : продолжить формирование научного мировоззрения, положительного отношения к предмету, экологическое воспитание учащихся на примере влияния химической промышленности на окружающую среду.

Тип урока: интегрированный (химия-экология), урок обобщения и углубления знаний.

Планируемые результаты:

Личностные: реализация готовности и способности учащихся к саморазвитию и реализации творческого потенциала в духовной и предметно-продуктивной деятельности;

Развитие самосознания, позитивной самооценки и самоуважения, готовности открыто выражать и отстаивать свою позицию, критичности к своим поступкам.

Метапредметные: формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

формирование умения организовывать свою деятельность, определять ее цели и задачи, выбирать средства реализации цели и применения их на практике, оценивать достигнутые результаты;

формирование готовности к осознанному выбору дельнейшей профессиональной траектории в соответствии с собственными интересами и возможностями;

Предметные: формирование представлений о химической промышленности, ее роли в народном хозяйстве, о химических знаниях как компоненте научной картины мира, их необходимости для решения современных практических задач человечества и своей страны, в том числе задачи охраны окружающей среды и рационального природопользования;

Структура урока представлена несколькими звеньями:

1. Подготовительный этап или разминка. Цель: создания эмоционального и делового настроя, включение учащихся в деловой ритм.

2. Обобщение по теме в форме презентации ( домашнее задание). Цель: развивать умения учащихся в создании самостоятельных творческих работ.

3. Практическая работа. Цель: развитие у учащихся умения анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы. (заполнение таблицы)

4. Лабораторная работа. Цель: закрепление знания учащихся в действиях, формирование организационных и практических умений.

5. Исследовательская работа. Цели: проверить усвоение учащимися знаний о качественном анализе органических и неорганических соединений (серная кислота, метанол, ион аммония хлорид — ион) )закрепить умения осуществлять превращения, распознавать органические и неорганические вещества, основываясь на их химических свойствах.

Методы, используемые на уроке:

метод проблемного изложения, частично- поисковый, исследовательский.

На уроке предусмотрены: дифференциация обучения – группировка учащихся на основе их способностей, дифференциация объёма учебного материала по степени сложности; индивидуализация обучения – учёт в процессе обучения индивидуальных способностей учащихся. Использование современных технологий: технология дифференцированного обучения, информационная, игровая технологии.

Девиз урока:

К.Гельвеций

Технологическая карта урока карта

Содержание УЭ и инструкции по выполнению заданий

Источники информации и указания по ее использованию

Постановка целей и задач. Ознакомление с содержанием модуля, источниками информации.

Обобщить сведения о химическом производстве;

Выполнить задания модуля;

Оценить, где считаете необходимым, результаты своей работы.

Коллективное обсуждение задач изучения темы.

Учащиеся выполняют задания, которые указывают на связь изученного материала с содержанием урока, предполагают цель данного урока.

Химическое производство

Цель: установить первоначальный уровень знаний о химическом производстве и химической технологии.

Задание. Расположите ниже перечисленные события в хронологическом порядке: (установите соответствие стрелками)

Временные рамки: События: 1)каменный век; - Производство

2) бронзовый - производство

и железный век; чугуна и стали;

3) средние века - производство

( XV - XVI в); керамики;

4) XVIII век; - получение металлов

После выполнения задания проверьте себя по справочному материалу и оцените свою работу.

Использование презентации к уроку.

Химическая промышленность и химическая технология .

Цель: конкретизировать сведения о химической промышленности, технологии повторить основные термины и определения.

Задания. 1. Сформулируйте определение химической промышленности.

2. мсравните два определения: Технология и химическая технология.

3. Заполните таблицу:

Опорные понятия, термины

Гомогенная и гетерогенная реакции, скорость химической реакции, факторы влияющие на скорость химической реакции (концентрация, температура, природа реагирующих веществ, поверхность соприкосновения реагирующих веществ,катализатор, ингибитор).

Обобщить знания о научных мпринципах химической технологии.

Цель: Развивать умения учащихся в создании самостоятельных творческих работ, обобщить сведения о важнейших составляющихсовременного химического производства на примере синтеза аммиака, метанола и серной кислоты. Определить их значение и перспективы развития;

1. Домашнее задание: Презентация предприятия

( Предприятие представляют, директор, технолог и эколог) по примерному плану:

Применение выпускаемого продукта, его востребованность на рынке. (директор)

Стадии химического производства и их особенности (технолог);

Используемые на производстве научные принципы.

Охрана окружающей среды. (эколог);

Проблемная ситуация: Историю развития производства аммиака, метанола и второй стадии серной кислоты можно рассматривать как борьбу за повышение полезного использования электрической, тепловой и механической энергии. Из-за обратимости реакции выход продукта далек от 100%. Можно ли сделать так, чтобы выход продукта на современном производстве этих важнейших веществ значительно увеличился?

Таблица 2. Оформить в тетради таблицу

4. Просмотрите проработанный вами материал. Сравните все три производства и сделайте вывод о общих научных принципах, используемых на современных химических предприятиях.

Читайте также: