Химиялық-технологиялық үдерістерді ұйымдастыру

30
Химиялық-технологиялық  жүйенің  моделін:  жазу  (форму-
ла,  теңдеулер  түрінде)  жəне  графикалық  (сызбанұсқа  жəне  басқа 
графикалық  бейнелеулер  түрінде)  сияқты  екі  топқа  бөледі.  Аталған 
əрбір топты түрі жəне қолданылу орнына қарай:
А. Жазу модельдері: химиялық, операциондық, математикалық;
Ə.  Графикалық  модельдер:  функционалдық,  технологиялық, 
құрылымдық, арнаулы болып бірнеше түрге бөлінеді. 
Химиялық  сызбанұсқа.  Өндірістің  химиялық  сызбанұсқасының 
негізіне, мақсатты өнім алу үшін жүргізілетін химиялық реакция жата-
ды. Химиялық сызбанұсқа ғылыми зерттеудің нəтижесінде, шикізат пен 
алынған  өнімнің,  сонымен  қатар  негізгі  жəне  жанама  реакциялардың 
қасиеттерін  еске  ала  отырып,  жасалады.  Химиялық  сызбанұсқаны 
біржола таңдау – химиялық реакцияның өндірісте іске асуына байла-
нысты.
Химиялық-технологиялық  үдерістер  өте  көп,  соған  сəйкес  хи-
миялық  сызбанұсқаларда  əр  алуан,  кейбіреулері  өте  күрделі,  ал  енді 
біреулері ерекше болып келеді. Мысалы, аммиак əдісімен сода алудың 
химиялық  сызбанұсқасын  қарастырайық.  Сода  өндірісінің  химиялық 
сызбанұсқасы ерекше сызбанұсқаға мысал бола алады.
Аммиакты əдіспен сода алу сызбанұсқасы XIX ғасырдың 60 жылда-
рында жасалынды. Аммиакты əдістің экономикалық тиімділігі жоғары, 
себебі  ол  бірнеше  мейлінше  тиімдірек  өңделген  сызбанұсқалардан 
тұрады.
Соданың:  кальцинирленген  сода Na
2
CO
3
,  ас  содасы NaHCO
3,
 
кристалдық сода Na
2
CO
3
* 10Н
2
О, жəне каустикалық сода NaОН сияқты 
бірнеше түрі бар.
Натрий көмір қышқыл тұзы немесе кальцинирленген соданы алудың 
химиялық  сызбанұсқасын  қарастырайық.  Соданы  алу  үшін  шикізат 
ретінде табиғи ас тұзы (NaСl) мен табиғи əктас  СаCO
3 
қолданылады. 
Үдерістің міндеті – Na жəне Са иондарын өзара алмастыру мүмкіндігін 
жасау. Үдерістің химиялық сызбанұсқасы 7-суретте көрсетілген. 
Үдеріс  бірнеше  реакциялардан  тұрады: (а)  реакциясы  бойынша 
əктасты СаCO
3 
өртеу нəтижесінде сөндірілмеген əктас СаО пен көміртек 
(ІҮ) оксиді СО
2 
алынады
,
 (ə) реакциясы бойынша NaСl, СО
2
 жəне NН
3
-
пен  əрекеттесіп  аммоний  хлориді (NH
4
Cl)  мен  ас  содасын (NaHCO
3
) 
түзеді.  Ас  содасын  қыздырғанда  ол  айырылып  (г)  реакциясы  бойын-
ша мақсатты өнім сода – Na
2
CO
3 
мен СО
2
 түзеді. Көмір қышқыл газы 
қайтадан үдеріске жіберіледі де, (б) реакциясы бойынша СаО кальций 
гидроксидіне Ca(OH)
2
 айналады да, кейіннен, (в) реакциясы бойынша 

31
 
аммоний  хлоридімен  əрекеттесіп  газтəріздес  NН
3,
  кальций  хлоридін 
CaCl
2
  түзеді.  Аммиак  қайтадан  үдеріске  жіберіледі,  ал CaCl
2
  қалдық 
ретінде үдерістен шығарылады. 
Сода  өндірісінің  химиялық  сызбанұсқасы  ХТҮ-ті  кəсіби  өңдеудің 
үлгісі болып табылады. Себебі химиялық технологияның жетістіктері 
орасан  зор  болғанымен,  сода  алудың  арзан  да,  тиімді  əдістері  əлі 
табылған жоқ. XIX ғасырда жасалынған аммиакты əдіс əлі күнге дейін 
қолданылып келеді. 
     
        ȱ               
ɋɚCO
3 
 ĺ ɋɚɈ+ɋɈ
2
   (ɚ)        
                             ȱ 
        Naɋl+Nɇ
3
+ɋɈ
2
+ɇ
2
Ɉ=NH
4
Cl+NaHCO
3 
(ԥ) 
 
 
ɋɚɈ+ ɇ
2
Ɉ=Ca(OH)
2
 (ɛ) 
                                                              ȱȱȱ 
      Ca(OH)
2 
+ 2NH
4
Cl =2 Nɇ
3
+ CaCl
2
+ ɇ
2
Ɉ (ɜ) 
                 
 
                                      ȱȱ 
                    2 NaHCO
3
= Na
2
CO
3
+ ɋɈ
2
+ɇ
2
Ɉ    (ɝ) 
7-сурет. Аммиакты əдіспен сода алу үдерісінің химиялық сызбанұсқасы:
І – шикізат; ІІ – мақсатты өнім (сода); ІІІ – қалдық
Қалдық ретінде түзілетін кальций хлоридін (CaCl
2
) қолдану əлі де та-
былмаса да, дүниежүзінде соданың орасан зор бөлігін осы əдіспен ала-
ды. CaCl
2
 үдерістен ерітінді ретінде шығарылады. Оны арнайы қазылған 
қазан шұңқырларға жинайды. Қазаншұңқырлар толтырылғаннан кейін 
«ақ теңіз» деп аталынады. Бұл «ақ теңіз» жер асты суларын, топырақ, 
су  қоймаларын  уландырады.  Сондықтан  да  аммиакты  əдіспен  сода 
өндіруде  түзілген  қалдықтан (CaCl
2
)
 
  қоршаған  ортаны  қорғау    өзекті 
проблема болып табылады. 
Енді  фосфор  қышқылын  алу  үдерісінің  химиялық  сызбанұсқасын 
қарастырайық.
Фосфор  қышқылын  алу  үшін  шикізат  ретінде  фосфаттар  (фосфо-
рит жəне аппатит минералдары) қолданылады. Əртүрлі қышқылдармен 
фтор-аппатитке Ca
5
(PO
4
)
3
F  əсер  еткенде,  ол  фосфор  қышқылын  түзіп 
айырылады:

32
    
Ca
5
(PO
4
)
3
F + 5H
2
SO
4
 = 3H
3
PO
4
 + 5CaSO
4
 + HF
                    
(1)
    
Ca
5
(PO
4
)
3
F + 10HCI = 3H
3
PO
4
 + 5CaCI
2
 + HF
                      
(2)
    
Ca
5
(PO
4
)
3
F + 10HNO
3
 = 3H
3
PO
4
 + 5Ca(NO
3
)
2
 + HF
              
(3)
Сонымен  бірге  H
3
PO
4
  фосфаттардан  электртермиялық  əдіспен 
алуға  болады.  Майдаланған  фторапатитті  көмірмен  араластырып 
электрпеште 1200-1300
0
С  температурада  қыздырғанда  элементтік 
фосфор түзіледі:
2Ca
5
(PO
4
)
3
F + 15C + H
2
O = 3P
2
 + 15CO + 10CaO + 2HF
                 
(4)
Түзілген фосфорды бөліп алып, ауа ағынында өртейді:
2P
2
+ O
2
 = 2P
2
O
5
                                                  
(5)
Фосфор ангидриді сумен əрекеттесіп, фосфор қышқылын түзеді:
P
2
O
5
+ 3H
2
O = 2H
3
PO
4
                                      
(6)
Ғылыми-зерттеу  жұмыстарының  нəтижесі  мен  өндірістік  қон-
дырғылар  жұмысының  анализі,  қазіргі  уақытта,  ең  арзан  H
3
PO
4
  фос-
фаттарды күкірт қышқылымен айыру арқылы алынатынын көрсетті (1 
-реакция).  Электр энергиясы арзан аймақтарда H
3
PO
4
 электртермиялық 
əдіспен  алу  экономикалық  жағынан  тиімді  болып  табылады.  Дүние 
жүзілік  өндірісте  элементтік  фосфор  негізінде  электр-термиялық 
əдіспен 10%-ға жуық H
3
PO
4
 өндіріледі.
Химиялық сыба-нұсқа – шикізаттың өнімге дейін айналуының бас-
ты жолын көрсетеді. Бірақ бұл айналудың жүзеге асырылуы тек қана 
теңдеулермен  шектелмейді,  осы  химиялық  түрленуді  қамтамасыз 
ететінтағы басқа сатылар қажет. Оны үдерістің басқа сызбанұсқалары 
көрсетеді.
Операциялық сызбанұсқа.  Шикізатты өнімге дейін өңдеудің негізгі 
өзгерістерінің жүруін қамтамасыз ететін  негізгі операцияларын (саты-
ларын)  көрсетеді.  Аммиак  өндірісі  келесі  операциялық  нұсқа  түрінде 
беріледі:
1) өңдеуге кедергі жасайтын күкірт қосылыстарынан табиғи газды 
тазалау:
H
2
S + ZnO = ZnS + H
2
O
.

33
 
2)  су  буымен  метан  конверсиясы.  Табиғи  газ  жəне  су  аммиак 
синтезінің  бір  компоненті  сутекті  алудың  шикізаты  болып  табылады. 
Бұл өзгерісте біруақытта екі реакция жүреді:
CH
4
 + H
2
O = CO + 3H
2
; CO + H
2
O = CO
2
 + H
2
.
3)  көміртек (II) оксидінің  су  буымен  конверсиясы  (тепе-теңдіктік 
шектеулерге сəйкес алдыңғы үдерісте көміртек монооксиді толығымен 
көміртек диоксидіне айналмайды):
 CO + H
2
O = CO
2
 + H
2
Осы  үдерістен  кейін  бастапқы  шикізаттан  (метан  жəне  су)  сутекті 
максималды бөлуге болады.
4) аммиак синтезі үшін екінші бастапқы компонент – азот алу.  Азот-
ты  ауадан  алады.  Ауа – газдардың  күрделі  қоспасы.  Сондықтан  азот-
ты алу үшін оны оттек жəне басқа газдардан бөлу керек. Бұл үдеріс 
азот  жəне  оттектің  қайнау  температураларының  айырмашылығына 
негізделген.  Атмосфералық  қысымда  азот –1960С-та,  ал  оттек 
–1830С  температурада  қайнайды,  яғни  оттекке  қарағанда  азоттың 
қайнау температурасы төмен. Кəдімгі жағдайда ауа түссіз газ. Егер-
де  оны –1920С  температураға  дейін  салқындатса,  онда  ол  түссіз 
сұйықтыққа  айналады.  Сұйық  ауаны  ректификациялағанда  азот 
буланады  да,  оттек  сұйық  түрінде  қалады.  Осындай  жолмен  аммиак 
синтезіне қажетті азотты алады. 
5)  сутек  алу  кезінде  алынған  көміртек  диоксидінің  абсорбциясы. 
Оны моноэтаноламин ерітіндісімен сіңіреді:
 CO
2
 + 2RNH
2
 + H
2
O = (RNH
3
)
2
CO
3
6) газды көміртек оксидінен СО тазарту. Көміртек оксидінің СО кон-
версиясынан кейін, аздаған мөлшерде СО қалады, ол одан əрі өзгеріске 
кедергі жасайды. Одан оны метанға айналдыру арқылы құтылады:
 CO + 3H
2
 = CH
4
 + H
2
O
7)  аммиак  синтезі  (барлық  сатылардан  кейін  таза  азоттысутек 
қоспасы алынады, алдыңғы сатыларда алынған СН4 мөлшері аз): 
 N
2
 + 3H
2
 = 2NH
3

34
Химиялық  жəне  операциялық  сызбанұсқалар    өндіріс  жəне  оның 
негізгі  сатылары  туралы  алғашқы  түсініктерді  береді.  Химиялық-
технологиялық  жүйені  одан  əрі  қарастыру  үшін  графикалық  моделді 
қолданған қолайлы.
Функционалдық  (принципиалдық)  сызбанұсқа.  Бұл  модель 
химиялық,  операциондық  сызбанұсқалар  негізінде  құрылады  жəне 
химиялық-технологиялық  үдерістің  негізгі  сатыларымен  олардың 
өзара  байланысын  нақты  көрсетеді.  Принципиалдық  сызбанұсқа 
технологиялық үдерісті құрайтын неізгі физикалық жəне химиялық 
операциялар  арсындағы  байланысты  сипаттайды.  Олардың 
əрбіреуі  тік  төртбұрыш  түрінде,  ал  арасындағы  байланыстар  ли-
ниямен  көрсетілген.  Химиялық  өндірісті  көбінесе,  бірнеше  жеке 
физикалық жəне химиялық операция лар түрінде сипаттайды. Себебі 
қазіргі  уақыттағы  өте  үлкен  масштабты  өндірісте  ең  қарапайым 
технологиялық үдерісті жеке сатыларға бөліп қарастырған қолайлы. 
Бұл  химиялық,  физикалық  операцияларды  құрайтын  негізгі  жəне 
қосымша  үдерістердің  жүру  жағдайына  қолайлы  мүмкіндіктер 
туғызады. Бұл операциялардың əрқайсысының өз ерекшеліктері бар 
жəне толық бақылау жеке аппаратта жүргізіледі. 
Аммиак  өндірісінің  функционалдық  сызбанұсқасы  жоғарыда 
келтірілген операциялық моделге сəйкес 8-суретте берілген. 
8-сурет. Аммиак өндірісінің функционалдық сызбанұсқасы
Сызбанұсқадағы  цифралар  операциялық  моделдің  сатылары-
на (2- жəне 4-сатылар  біріктірілген)  сəйкес  келеді.  Функионалдық 
сызбанұсқаның элементтері кезектесіп қосылған.
Химиялық-технологиялық  үдерістің  негізгі  операцияларын 
функционалдық сызбанұсқа түрінде беру оны түсіну үшін қолайлы. 
Ол  ХТЖ-нің  функциясы  туралы  жалпы  түсінікті  береді  жəне 
аппаратуралық  бейнелеуге,  ХТЖ-ні  детальды  талдауға  мұрындық 
болады.  Аммиак  синтезінің  тағы  бір  функционалдық  моделін 
келтірейік, яғни аммиак өндірісіндегі 7-подсистеманы ХТЖ түрінде 
қарастырайық (9-сурет).   
Сутектің  азотпен  реакциясы  тепе-теңдіктің  шектеуінен  толық 
жүрмейді. Сондықтан аммиак синтезі: 

35
 
А. Аммиак синтезі – 
N
2
 + 3H
2
2NH
3
; 
Ə. Аммиакты бөлу; 
Б. Əрекеттеспеген сутекпен азотты реакторға қайта жіберу (А-саты) 
сияқты үш сатыдан тұрады. 
Бөліну жүйесінен кейін компоненттің біраз бөлігі қайта қайтарылуы 
(рецикл)  мүмкін.  Бұл  шикізатты  толық  пайдалану  үшін  кеңінен 
қолданылатын    фракциялық  рецикл  (ағыстың  фракциясының  жүйеге 
қайтарылуы, 8-сызбанұсқа) болып табылады.
9-сурет. Аммиак өндірісінің функционалдық сызбанұсқасы
Осы айтылғандарға дəлел ретінде фосфор қышқылын өндірісте алу 
үшін қолданылған алғашқы принципиалдық сызбанұсқа мен үдерістің 
жеке  сатыларын  жүргізу  үшін  қолайлы  жағдай  жасалынған  қазіргі 
уақыттағы сызбанұсқаны салыстырайық. 
Шикізат  ретінде  қолданылатын  фосфат  майдаланып  (10-су-
рет, 1-операция) (1) реакция  бойынша  фторапатиттің  айрылуы 
өтетін 2-реакторға  жіберіледі. 2-реакторға  күкірт  қышқылы  жəне 
өнім  ретінде  алынған  фосфор  қышқылының  жартысы  жіберіледі 
(тəжірибе  жүзінде  фторапатиттің  айырылу  реакциясы  күкірт  жəне 
фосфор  қышқылдарының  бірге  əсерінде  жылдамырақ  жүретіндігі 
дəлелденген).  Алынған  құрамында  фосфор  қышқылы  мен  жүзгін 
бөлшектер  бар  гипс (CaSO
4
)  араласқан  қойыртпақ  (пульпа)  қоспа 
(3) сүзгішке жіберіледі. Мұнда гипс фосфор қышқылынан бөлінеді. 
Сүзгіште қалған гипс қалдық болып табылады. Оны фосфогипс деп 
атайды,  себебі  оның  құрамында  біраз  мөлшерде  фосфор  қышқылы 
айдайды. 
Сонымен бірге (1) реакция бойынша 2-реакторда газ тəріздес фтор-
лы сутек (НF) түзіледі. Бұл қосымша өнім əртүрлі фтор тұздарын алу 
үшін қолданылады.
Қазіргі уақытта өндірісте фосфор қышқылын алу үшін қолданылатын 
принципиалды сызбанұсқа əлдеқайда күрделі. Оның құрамы көптеген 
операциялардан тұрады (11-сурет):     

36
10-сурет. Күкірт қышқылымен айыру арқылы өндірісте фосфор қышқылын 
алудың принципиалды сызбанұсқасы:
1 – шикізатты дайындау (фосфатты майдалау); 2 – фосфатты химиялық өңдеу; 
3 – фосфор қышқылын бөліп алу
Ca
5
(PO
4
)
3
F + 5H
2
SO
4
 = 3H
3
PO
4
 + 5CaSO
4
 + HF
11-cурет. Қазіргі уақытта өндірісте фосфор қышқылын алудың 
принципиалдық сызбанұсқасы:
1 – фосфорды майдалау; 2 – байыту (флотация); 3, 4 – химиялық айыру; 
5 – фосфор қышқылын бөлу; 6 – фосфогипсті шаю; 7 – H
2
SO
4
-н сұйылту; 
8 – қойыртпақты вакум-буландырғышта салқындату.
Фосфатты  майдалап (1-операция)  кейіннен  байытады (2-опера-
ция).  Байыту  (флотация)  нəтижесінде  фосфат  құрамындағы  фосфор 
ангидридінің P
2
O
5 
мөлшері 10-15%-дан 30-40%-ға дейін артады. Фос-
фат құрамындағы P
2
O
5 
мөлшерінің артуы үдерістің келесі сатыларының 
өнімділігін арттырады.

37
 
Байытылған  фосфат  бірінші  реакторға (3) жіберіледі.  Мұнда  фос-
фат  фосфор  қышқылымен  араласып  қойыртпақ  (пульпа)  түзеді.  Оны 
əрі қарай екінші реакторға (4) жібереді. Екінші реакторға (4), сондай-
ақ күкірт қышқылын да жібереді. Құрамы фосфор қышқылы мен каль-
ций сульфатынан тұратын қойыртпақты екінші реактордан (4) бірінші 
сүзгішке (5) айдайды.
Бұл  жерде  фосфор  қышқылының  негізгі  мөлшері  кальций  суль-
фатынан  бөлінеді.  Алынған  фосфор  қышқылының  бір  бөлігі  өнім 
ретінде үдерістен шығарылады, ал қалған бөлігі бірінші реакторға (3) 
жіберіледі.
Сүзгіште (5) қалған  тұнбада  кальций  сульфатымен  бірге  фосфор 
қышқылының  біраз  мөлшері  болады.  Бұл  тұнбаны  екінші  сүзгішке 
(6)  жібереді.  Мұнда  фосфатты  шаю  арқылы  құрамындағы  фосфор 
қышқылын  бөліп  алып,  өзін  қалдық  (фосфогипс)  ретінде  өндірістен 
шығарады.
(6)-сүзгіште  түзілген  шайынды  су  фосфор  қышқылының  əлсіз 
ерітіндісін  құрайды.  Бұл  ерітіндіні 93% күкірт  қышқылының  концен-
трациясын сұйылту үшін араластырғышқа (7) жібереді. Мұнда күкірт 
қышқылының  концентрациясы 70%-ға  дейін  сұйылады. (5) жəне (6) 
сүзгіштерде  фосфор  қышқылын  бөлу  үдерісі  кальцийдің  жартылай 
гидраты  кристалдарының  өлшеміне  байланысты  болғандықтан (3) 
жəне (4) реакторларда ірі кристалдар түзілу үшін қолайлы жағдайлар 
жасалады. Ол үшін (4)-реактордағы қойыртпақтың бір бөлігін вакуум-
буландырғышта (8) суалтады да бірінші реакторға (3) жібереді. Суалту 
кезінде қойыртпақ температурасы төмендеп, кальций жартылай гидра-
ты кристалдарының мөлшері артады. Соның нəтижесінде бір мезгілде 
үдерістің  температуралық  режимі  мен  кристалдардың  мөлшері 
реттеледі. (3) жəне (4) реакторларда,  сондай-ақ  араластырғышта 
(7)  фторлы  сутек  бөлінеді.  Оны  əрі  қарай  фтор  тұздарын  алу  үшін 
қолданады. 
Сонымен,  қазіргі  уақытта  қолданылатын  сызбанұсқада  фосфаты 
байытуға арналған (2)-операция қосылған. Фосфатты химиялық айыру 
екі реакторларда (3) жəне (4) жүзеге асырылады, ал фосфор қышқылы 
екі сүзгіштерде (5) жəне (6) бөлінеді. Сондай-ақ араластырғыш (7) мен 
вакуум-буландырғыш (8) іске қосылған.
ХТҮ-тің біраз күрделенгеніне қарамастан, оның үнемділігі біршама ар-
тады. Қазіргі уақытта өнеркəсіпте фосфор қышқылын өндірудің бірнеше 
сызбанұсқасы  қолданылады.  Олардың  негізіне  жоғарыда  айтылған 
əдіс  алынған.  Бұл  сызбанұсқалар  өзара  реакторлардың (4-ке  жуық), 

38
сүзу  сатыларының  сандарымен,  сондай-ақ  технологиялық  режимдері 
(қойыртпақ  температурасы,  реактордағы  H
2
SO
4
, H
3
PO
4
  қатынастары, 
олардың концентрациясы жəне т.б.) бойынша ерекшеленеді.
Технологиялық  сызбанұсқа.  Бұл  сызбанұсқа  жүйе  элементтерінің 
қосылу ретін жəне технологиялық операциялардың кезегін көрсетеді. 
Технологиялық  сызбанұсқада  əрбір  элемент  (агрегат,  аппарат,  ма-
шина)  сыртқы  түріне  сəйкес  жалпы  қабылданған  бейнелеумен  су-
рет  (суреттер  белгілі  масштаб  бойынша  салынады)  арқылы    беріледі. 
Кейбір жағдайда аппараттардың ішкі құрылысын көрсету мақсатымен 
олардың қиындыларын бейнелейді. Параллельді жұмыс істейтін аппа-
раттар бір аппарат түрінде көрсетіледі. Газ жəне сұйықтық ағындары 
солдан оңға қарай беріледі. Пайдалану мақсатына қарай технологиялық 
сызбанұсқалар əр алуан болып жасалады. Оларды жасау үшін белгілі бір 
ережелерді сақтау қажет емес. Технологиялық сызбанұсқада үдерістің 
параметрлері туралы қысқаша мағұлматта берілуі мүмкін.
Кальций  карбидінен  ацетиленді  өндірудің  технологиялық  жəне 
принципиалды сызбанұсқаларын салыстырайық. Үдеріс:
 CaC
2
 + 2H
2
O = C
2
H
2
 + Ca(OH)
2
теңдеуі бойынша жүзеге асырылады.
Принципиалды  сызбанұсқа (4) негізгі  операцияларды  қамтиды 
(12 а-сурет). 
Кальций карбиді ұсатылып, (І операция) химиялық əрекеттесу жүзеге 
асырылатын ІІ операцияға жіберіледі. Түзілген газтəріздес ацетиленді 
салқындатып, шаң-тозаңнан тазартылады (ІІІ операция). Бұдан соң ар-
найы қондырғыда (ІV операция) ацетиленді бөгде қоспалардан: амиак, 
фторлы сутек жəне т.б. тазартады.
Технологиялық сызбанұсқада (12ə-сурет) қосымша аппараттар (1-4, 
6) көрсетілген, сондай-ақ ІІІ операция жүзеге асырылатын скруббер (7) 
мен ІІ  операция өтетін ацетиленді реактордың (5) (негізгі аппараттар) 
қиындылары бейнеленген.
Технологиялық  сызбанұсқа  түйіндерді,  сызбанұсқаларды,  аппа-
раттарды  технологиялық,  конструктивтік  толықтырулармен  жетілдіру 
жəне өндіріс  əдістерінің ғылыми негіздемелерінің жасалу нəтижесінде 
алынады. Бұл сызбанұсқа өндірісті іске қосқанда, сонымен бірге оны 
жобалағанда қолданады. Ол əрбір өндірістің жобалық жəне техникалық 
құжаттарына кіреді.
Құрылымдық  сызбанұсқа.  Технологиялық  сызбанұсқадан  ерек-
шелігі  ХТЖ  элементтері  қарапайым  геометриялық  фигуралар  (тік 

39
 
төртбұрыш,  шеңбер)  түрінде  көрсетіледі.  Аппараттардың  бейнеленуі 
көрсетілмегендіктен, ХТЖ құрылымының жалпы түрі едəуір қысқарады. 
Аммиак синтезінің құрылымдық сызбанұсқасы 13-суретте берілген. 
13-сурет. Аммиак синтезінің құрылымдық (а) жəне операторлық 
(ə) сызбанұсқасы
12-cурет. Кальций карбидінен ацетилен өндірудің принципиалды (а) жəне 
технологиялық (ə) сызбанұсқалары:
а.  І – CaC
2 
майдалау, ұсату; ІІ – химиялық реакция; ІІІ – C
2
H
2
 салқындату 
жəне шаю; ІV– C
2
H
2 
тазалау.
ə. 1 – қабылдағыш бункер; 2 – автоматты тығын; 3 – буферлі бункер; 4 – шнек; 
5 – ацетиленді генератор; 6 – əкті алуға арналған шнек; 7 – скруббер; 
8 – тұндырғыш; 9 – тоңазытқыш.

40
Элементтердің  белгіленулерін  біле  отырып,  мұндай  сызбанұсқаны 
автоматты  есептеулерде  қолдануға  қолайлы.  Əрбір  элемент  түріне 
есептеу жүйесінің белгілі бір блогы сəйкес келеді. 
Мұнда ХТЖ құрылымының жалпы сипаты көрсетіліп, ағыстардың 
бағыты жеңіл көрінеді. Күрделі ХТЖ-ны көрнекті етіп бейнелеуге бо-
лады,  мұнда  элементтердің  орнын  ауыстыру  қолайлы.  Байланыстың 
көрнектілігі  элементтер  арасындағы  байланыстарды  жеңіл  меңгеріп 
математикалық жазуды жеңіл құруға мүмкіндік береді.
Арнаулы сызбанұсқа. Математикалық аппарат жəне есептеу əдістерін 
қолданып,  ХТЖ-ны  анализдеуде,  есептеуде  қолданады.  Мұнда  тек 
қана операторлық сызбанұсқа туралы айтылады. Егерде құрылымдық 
сызбанұсқада  барлық  элементтер  көрсетілмесе,  операторлықта  əрбір 
элемент  технологиялық оператор деп аталатын  арнаулы белгілермен 
бейнеленеді. Бұл белгілеулер 14-суретте көрсетілген. 
14-сурет. Технологиялық операторлар:
а – химиялық өзгеріс; ə – массаалмасу; б –  араластыру; в – бөлу; 
г – жылуалмасу; д – сығылу, ұлғаю; е – агрегаттық күйдің өзгеруі
Олар  сызбанұсқа  бойынша  элементте  ағыстармен  бірге  қандай 
операциялар    жүретінін  анықтауға  көмектеседі.  Аммиак  синтезінің 
операторлық  сызбанұсқасы  13  ə-суретте  келтірілген.  Элементтердің 
белгіленулерін  біле  отырып,  мұндай  сызбанұсқаны  автоматты  есеп-
теулерде қолдануға қолайлы. Əрбір элемент түріне есептеу жүйесінің 
белгілі бір блогы сəйкес келеді. 
1.8. Үдерістің параметрлерін таңдау
Химиялық-технологиялық  үдерістің  параметрлерін  қарастырғанда  
жеке  операциялардың  емес,  тұтастай    өндірістің  максималды  жоғары 

41
 
экономикалық  тиімділігін  қамтамасыз  ету  тұрғысынан  химиялық-
технологиялық үдерістің параметрлерін таңдайды. Мысалы, жоғарыда 
қарастырылған  фосфор  қышқылының  өндірісіндегі  фтораппатитті 
күкірт  қышқылымен  айыру  үдерісінде  алынған  қышқылдың  өзіндік 
құнына 13 əртүрлі факторлар, онын ішінде:
–  шикізатты  дайындау  сатысындағы  ұнтақтау  дəрежесі, 
фтораппатитттің флотациясы жəне аппараттардың конструкциясы;
–  өнімді  бөлу  сатысындағы  сүзу  операцияларының  саны, 
фосфогипсті жуу температурасы жəне сүзгіштердің конструкциясы;
–  қондырғының  қуаттылығы,  қолданылатын  энергияның  түрлері, 
сумен  қамтамасыз  ету  көздері  жəне  басқа  көптеген  жағдайлардың 
өндірістің құрылысына əсер етеді.
Көптеген  жағдайларда  үдерістің  əртүрлі  параметрлері      соңғы 
нəтижеге қарама-қарсы əсер етеді. Сондықтан бұл параметрлердің оп-
тималды мəндерін анықтау қажет. Бұл мəндер алынатын өнімнің мини-
малды өзіндік құнын қамтамасыз етеді. Мəселен, фосфор қышқылының 
өндірісіндегі  шикізатты  ұнтақтау  сатысында  бөлшектердің  өлшемі 
артқанда диірменнің өнімділігі де артады, ал ұнтақтау операциясының 
бағасы төмендейді. Бірақ бұл кезде ұнтақталған шикізаттың айырылу 
үдерісі баяулағандықтан реактордың өнімділігі төмендеу есебінен бұл 
операцияның бағасы артады (15-сурет).
15-cурет. Фторапатиттің ыдырауы 
(1) жəне ұнтақталуының (2) құны
16-сурет.  Фосфор  қышқылының 
ұнтақталу дəрежесіне тəуелді құны        
           
Осыдан,  алынатын  фосфор  қышқылының  өзіндік  құнын 
анықтайтын  екі  сатыны  жүргізуге  жұмсалатын    минималды 
шығынды шикізатты  ұнтақтаудың оптималды дəрежесінің шамасы 
арқылы көрсетуге болады, бұл қисықтағы минимумға сəйкес келеді 
(16-сурет).

42
     1.9. Химиялық-технологиялық жүйенің күйі
Химиялық-технологиялық жүйенің қасиеті, көрсеткіштері, үдерісті 
басқару тиімділігі туралы білу үшін ХТЖ-нің күйін анықтау қажет. 
ХТЖ-нің  күйі  немесе  режимі  ағыстардың  (байланыстардың) 
параметрлерімен  жəне  аппараттардың  (элементтердің)  күйімен 
анықталады. 
Ағыстардың параметрлері – ағыстар туралы химиялық, физикалық-
химиялық жəне физикалық мəліметтер. Оларға:
күй  параметрлері:    бірлік  уақыттағы  ағыс  мөлшері  (жұмсалу), 
фазалық құрам, химиялық құрам, температура, қысым, жылуқұрамы;
қасиет  параметрлері:  жылу  сыйымдылық,  тығыздық,  тұтқырлық 
жəне т.б. жатады.
Ағыстың қасиетінің параметрлері жеке компоненттердің қасиетімен 
жəне оның күй параметрлерімен анықталады.
Егер  жүйе  бойынша  заттың  таралуы  қызығушылық  туғызса, 
онда  ағыстың  шамасын,  химиялық,  фазалық  құрамдарын,  қысымын 
анықтау жеткілікті. ХТЖ-дағы энергетикалық шығын  ағыстың шама-
сына  жəне  оның  қозғалыс  жылдамдығына,  қысымына,  тығыздығына, 
тұтқырлығына, жылу құрамына тəуелді. 
Элемент күйі элементте ағыс көрсеткіштерінің өзгерісіне байланыс-
ты пайда болған мəліметтерді сипаттайды. Оларға:
–  реттелетін  əсерлер  –  мысалы,  хладагенттің  температурасы, 
реактордан  жылудың  шығарылуы  немесе  бу  трубинасына  будың 
жіберілуі;
–  аппаратты  пайдалану  барысында  сипаттамаларының    жəне 
соған сəйкес үдеріс шартының өзгеруі  – мысалы, катализатор дезак-
тивтенуі салдарынан реакторда үдеріс шартының немесе оның бетінің 
ластануы нан жылу алмастырғышта  өзгерістің болуы жатады.
ХТЖ  элементіндегі  ағыстардың  күйінің  кезкелген  өзгерістерінде 
масса жəне энергия сақталу заңдары қатаң сақталуы тиіс.                                                    
1.10. Материалдық жəне энергетикалық баланс
Материалдық  жəне  энергетикалық  баланс  жаңа  өндіріске  жоба 
жасағанда  жəне  істеп  тұрған  өндірістің  жұмыстарына  талдау  жасау 
үшін жасалынады.
Материалдық баланс масса сақталу заңына негізделген.
Барлық  тұйықталған  жүйеде  реакцияға  түсетін  заттың  массасы 

43
 
реакция  нəтижесінде  алынған  заттың  массасына  тең  болады.  Егер 
осыны кез келген технологиялық үдерістің материалдық баланысы-
на  сəйкестесек:  технологиялық  операцияға  түсетін  заттың  массасы 
–  кіріс,  операция  нəтижесінде  алынған  барлық  заттың  массасына 
–  шығыс  тең  немесе  заттардың  кірісі  ∑В  оның  шығысына  ∑В  тең. 
Сонымен  материалдық  баланстың  теңдеуі:  ∑В  кіріс = ∑В  шығыс. 
Материалдық баланс – технологиялық үдерістің айнасы. Периодтық 
үдерістер  үшін  материалдық  баланс  бір  операцияға  есептеліп, 
ал  үздіксіз  үдерістер  үшін  бірлік  уақытқа  арналып  жасалады. 
Материалдық  баланс  барлық  үдеріске  немесе  оның  жеке  бір  саты-
ларына  құрылады.  Материалдық  баланс  қатты,  сұйық  жəне  газдың 
массасына  жеке-жеке  түрде  беріледі.  Сондықтан  жалпы  жағдайда 
материалдық баланс:
В
қ
 + В
с
 + В
г 
= В
/
қ
 + В
/
с
 + В
/
г
                                  (1)
теңдеуімен өрнектеледі.
Мұндағы, В
қ
, В
с
, В
г 
– бірлік уақытта операцияға түсетін қатты, сұйық 
жəне газ тəрізді заттардың массасы; В
/
қ
, B
/
c
, B
/
г  
– алынатын өнімнің мас-
сасы.
Кейбір уақытта іс жүзінде есептегенде жеке фазаларды ескермеу-
ге немесе бір фазаның ішінде бірнеше заттың болуын ескеруге тура 
келеді, сондықтан (1) теңдеу кейде азайып, кейде күрделене түседі. 
Нəтижесінде  бірнеше  өнімдер  түзілетін  химиялық  үдерістердің 
материалдық  балансын  жасаумен  танысу  үшін  байытылған  колче-
данды  күйдіруге  арналған  КС-450  пешінің  қайнаушы  қабатының 
материалдық  балансын  жасауды  мысалға  алып    қарастырайық 
(2-, 3-кесте).
Байытылған колчедан –  минерал пириттен (FeS
2
) тұрады. Колчедан-
ды күйдіргенде күкіртті ангидрид (SО
2
) түзіледі, ол күкірт қышқылын 
алу үшін шикізат болып табылады. Колчеданды күйдіру реакциясының 
жалпы теңдеуі:
4FeS
2
 + 11O
2
 = 2Fe
2
O
3
 + 8SO
2
 + 3416 кДж
                         
(2)
Күйдіру  үдерісінде  түзілген  күкіртті  ангидридтің  біраз  мөлшері 
күкірт ангидридіне дейін тотығады:
   
SO
2
 + 0,5O
2
 = SO
3
 + 96 кДж
                             (3)  

44
 2-кесте
Есептеу шарттары
Күкірт қышқылына (100% H
2
SO
4
) есептегенде  КС-450 
пешінің өнімділігі, кг•сағ
-1
B
H
2
SO
4
=20833 
Колчедандағы күкіртті пайдалану дəрежесі
В= 0,885
Құрғақ колчедандағы күкірт                
С
s
 = 41
Колчедандағы ылғал                           
С
ылғ
= 6
Огароктағы күкірт                              
С
өрт
= 1
Құрғақ күйдіру газындағы SO
2
            
 C
SO2
= 14,5
Құрғақ күйдіру газындағы SO
3
            
 C
SO3
=0,1
Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы   
   φ = 50
                                         
3-кесте
КС-450 пешінің материалдық балансы
Кіріс
Мөлшері
Шығыс
Мөлшері
кг•сағ
-1
м
3
.сағ
-1
кг•сағ
-1
м
3
 сағ
-1
Колчедан
18768
-
Огарок, 
күйдіру газы
14038
Колчедан ылғалды-
лығы
1198
-
SO
2
SO
3
15337
129
5443
36
Құрғақ ауа
49400
38147
О
2
1063
1044
Ауамен бірге ылғал
358
445
N
2
H
2
O
37600
1556
30136
1936
Барлығы
69724
38592 Барлығы
69724
38592
                      
Үдеріске  түсетін  байытылған  колчеданмен  ауа  арқылы  берілетін 
оттек  құрамында  ылғал  болғандықтан,  баланс  жасау  кезінде  «Кіріс» 
жағына колчедан мен ауадан басқа, колчеданның ылғалдылығын жəне 
ауа  құрамындағы  су  буында  ескеру  қажет. «Шығыс»  жағында Fe
2
O
3 
өртенді  массасын  жəне  түзілетін  газ  қоспаларының  массасын  ескеру 
керек. Осы айтылғандарды назарға ала қарастырып отырған жағдайда 
материалдық баланстың жалпы теңдеуі: 
B
B
ɤɨɥ .
 +  ȼ
ɤɨɥ.ɵ ɥ. 
+ ȼ
ɚɭɚ
 +  ȼ
ɚɭɚ ɵ ɥ.
=ȼ
ɨɪɬ
 + B
S O
2
B
B
S O
3
+
+
+
O
2
+ B
N
2
H
2
O
-
 
    (4)
мұндағы,  В
кол
,  В
кол.ылғ
,  В
ауа
,  В
ауа.ылғ 
–  жанған  колчеданның  (құрғақ), 
колчедандағы су, ауа (құрғақ), ауадағы су массасы, кг/сағ.
Энергетикалық  баланс  энергияның  сақталу  заңына  негізделген. 

45
 
Соған сəйкес үдеріске енгізілген энергия мөлшері бөлінетін энергияның 
мөлшеріне, яғни энергияның кірісі оның шығысына тең.
Химиялық-технологиялық  үдерістер  энергияның  əртүрінің  (жылу, 
механикалық, электр энергия) жұмсалуымен байланысты. Бұл үдерістерде 
жылу  энергиясының  маңызы  зор  болғандықтан,  жылу  балансы  жасала-
ды.  Бұл  жағдайда  энергияның  сақталу  заңы  былай  айтылады:  берілген 
өндірістік  операциядағы  жылудың  кірісі    –  ∑Q  кіріс  осы  операциядағы 
жылудың шығысына  –  ∑Q шығыс тең болуы қажет, яғни:
∑Q
кіріс
=∑Q
шығыс
                                           (5)
Жылу балансы материалдық баланстың деректеріне сүйене отырып 
жасалады. Баланс жасағанда берілетін жəне алынатын жылуды, аппа-
ратта  өтетін  физикалық  өзгертулерді  жəне  химиялық  реакциялардың 
жылу эффектілерін ескереді.
Жылу балансы жалпы түрде:
Q
ɤ 
+ Q
ɫ
 + Q
ɝ
 + Q
ɮɢɡ.ɩɪ.
+ Q
P
 + Q
ɉ 
=Q
ɤ 
+ Q
ɫ
 + Q
ɝ
 + Q
ɮɢɡ.ɩɪ.
+ Q
P
 + Q
ɉ
/
/
/
/
/
/
 
      (6)
теңдеуімен беріледі.
Мұндағы, Q
қ
, Q
с
, Q
г  
– қатты, сұйық жəне газ тəріздес материалдар-
мен аппаратқа берілетін жылу.
Q
’
қ 
,Q’
с
 , Q
’г 
– шығарылатын материалдармен кететін жылу;
 
Q
физ.пр
, Q
’
физ.пр. 
– физикалық үдерістерде сіңірілетін жəне бөлінетін жылу;
Q
р
, Q
’
р
, – экзо- жəне эндотермиялық реакциялардың жылуы;
Q
п
, Q
’
п 
– аппараттан шығарылатын жəне аппаратқа сырттан берілетін жылу.
КС-450  пешінде  колчеданды  күйдіру  үдерісінің  теңдеуі  бойынша 
жылу балансының теңдеу былай жазылады:
Qкол+Qкол.ылғ+Qауа+Qауа.ылғ.+Qр=Qөрт+Qг+Q?
Кіріс
Мөлшері
Шығыс
Мөлшері
10
-3
кДж*сағ
-1
%
10
-3
кДж*сағ
-1
%
Құрғақ колчедан 
жылуы
204
0,20 Огароктың 
жылуы
8380
8,2
Колчедан 
ылғалының 
жылуы
101
0,10 Күйдiру газының 
жылуы
46128
45,3
Құрғақ
ауа жылуы
993
0,97
Қайнаушы қабатта 
бу алу үшін қажет 
жылуы
46437
45,5
Ауа ылғалының 
жылуы
13,4
0,01 Жылу шығыны
1022
1,0
Колчеданның 
жану жылуы
100656
98,72
Барлығы
101967
100 Барлығы
101967
100

46
Бөлінетін  жылудың  негізгі  мөлшері  түзілетін  күйдіру  газымен 
шығарылады (45,3%) жəне бу алу үшін жұмсалады (45,5%). Бу қосымша 
өнім, оның бағасы жоғары, сондықтан да оны алу жəне процесте немесе 
басқа жағдайларда қолдану мақсатты өнімнің өзіндік құнын төмендету 
үшін практикалық маңызы зор болып табылады.  
Қоршаған ортаға таралатын жылу шығыны (1%-ке жуық) аз, алай-
да оның мөлшері біртіндеп азаюда, себебі КС-450 пешінің, сондай-ақ 
өндірістік агрегаттардың қуаты артуда.
                                                                                        
Бақылау сұрақтары
1.  Химиялық  өндірістің  материалдық  балансы  деген  не?  Бір 
өндіріс мысалында оның құрылымын жазыңыз.
2.  Материалдық ағыс жəне материалдық граф деген не?
3. Химиялық өндірісте материалдық ағыстың қандай түрлері бар?
4. Аппараттың жылулық балансы негізінде не анықталады?
5.  Химиялық  өндіріс  үшін  энергия  үнемдейтін  технологияның 
мəні неде?
6. Химиялық-технологиялық жүйенің элементтері жəне байланыста-
ры деген не?
7. Химиялық-технологиялық үдерістерді ұйымдастыру қалай жүзеге 
асырылады?
8. Функционалдық сызбанұсқа деген не?
9. Химиялық сызбанұсқа деген не?
10. Құрылымдық сызбанұсқа деген не?

47
 
2-БӨЛІМ
ХИМИЯЛЫҚ-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮДЕРІСТЕРДІҢ 
НЕГІЗГІ ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ
Кез келген химиялық-технологиялық үдеріс белгілі бір талаптарға жа-
уап беру керек. Химиялық-технологиялық үдерісті алынған шикізаттан 
көп  мөлшерде  өнім  алу  жағдайында  жүргізу  қажет,  яғни  үдерісті 
жүргізу  шарты  оның  жоғары  жылдамдықпен  жүруін  қамтамасыз  етуі 
керек.  Үдерістің  жылдамдығы  неғұрлым  жоғары  болса,  соғұрлым 
бірлік уақытта аппаратта бастапқы заттың көп мөлшері өнделеді, яғни 
үдерістің жылдамдығы жоғарылағанда аппараттың өнімділігі де арта-
ды. Сондай-ақ алынған өнім арзан жəне жоғары сапалы болуы керек. 
Бұл  талаптарды  қанағаттандыру  үшін  үдерісті  оптималды  жағдайда 
жүргізу қажет. 
Үдерісті  жүргізудің  оптималды  жағдайы  –  өндіріс  өніміне  кететін 
еңбектің,  аппараттың  құрылысына  жəне  пайдалануына  жұмсалатын 
шығындардың, 
шикізаттың, 
энергияның, 
отынның 
жұмсалуын 
төмендететін  жəне  жоғары  жылдамдық  пен  шығымы  мол  өнім  алуға 
мүмкіншілік  беретін  үдерістердің  негізгі  көрсеткіштерінің  (температу-
ра,  қысым,  бастапқы  реагенттердің  концентрациясы  жəне  т.б.)  қолайлы 
жағдайға  үйлесімді  болуы.  Оптималды  жағдайда  технологиялық 
үдерістің  барлық  сатылары  жүргізіледі.  Химиялық  реакцияны  жүргізу 
үшін  бастапқы  заттар  бір-бірімен  жанасуы  қажет,  сондықтан  химиялық 
өзгеру  өзара  байланысқан  элементарлық  үдерістердің  реакция  зонасына 
реагенттердің келуі, химиялық реакция жəне реакциялық зонадан алынған 
өнімнің  шығарылуы  сияқты  элементарлы  үдерістерден  құралады.  ХТЖ 
элементтеріне: жылу жəне масса алмасу,  гидро-механикалық, химиялық 
жəне  т.б.  үдерістер  жатады.  Оларды  химиялық  технологияның  бірлік 
үдерістері  түрінде  қарастырады.  Күрделі  химиялық  технологиялық 
үдерістің маңызды бөлігі химиялық үдеріс болып табылады. 
Химиялық үдеріс – химиялық реакцияның жүруіне жəне бір-біріне 
əсер ететін, жылу, масса, импульс құбылыстарының ауысуымен жүретін 
бір немесе бірнеше химиялық реакциялар.
Химиялық үдерісте химиялық реакция жəне əрекеттесетін орынына 
реагенттерді тасымалдауды қамтамасыз ететін фазалар арасында ауысу 
құбылысы  жүреді.  Сондықтан  белгілері  бойынша  екі  топқа  бөлінеді: 
жүретін реакцияны сипаттайтын – физикалық-химиялық жəне реагент-
тер мен ортаның фазалық құрамын анықтайтын – физикалық. 

48
Физикалық-химиялық белгілері бойынша жіктеу. Химиялық өзгеріс 
жүру үшін қандай да бір əсер керек, яғни химиялық реакция типі бойын-
ша: тура химиялық əрекеттесу – молекулалардың өзінің энергиялары 
өзгеріске түсуге жеткілікті болса, реагенттер жанасу арқылы реакцияға 
түседі.  Химиялық əсер ету – реакция катализатор қатысуымен жүреді. 
Катализатор    реакцияны  жылдамдатумен  қатар  жаңа  реакция  жолда-
рын  ашады.  Физикалық  əсер  ету – электр  тогымен,  табиғаты  əртүрлі 
сəулелермен  сəулелендіргенде,  механикалық  əсер  еткенде  (электро-, 
фото-, радиация-, механо-химиялық реакциялар) жүретін реакциялар.
Термодинамикалық  көрсеткіштеріне  үдерістің  энергетикасы  жəне 
реакцияның  қайтымдылығы  жатады.  Реакцияның    энергетикасы – 
үдерістің  жылулық  құбылысын  жəне  тепе-теңдік  күйін  анықтайды. 
Реакцияның қайтымдылығы – реагенттердің терең өзгеру мүмкіншілігін 
көрсетеді.
Кинетикалық  сипаттамалары – реакцияның  динамикасын,  өзге-
рістердің бағытын жəне реакцияның кинетикасына шартының (темпе-
ратура, концентрация)  əсер ету сипатын анықтайды. 
Физикалық  белгілері  бойынша  жіктеу.  Ол  химиялық  үдерістің 
фазалық  құрамымен  анықталады.  Фазалар  саны  бойынша  гомогенді 
(бірфазалы)  жəне  гетерогенді  (көпфазалы)  үдерістер  болып  бөлінеді. 
Гетерогенді үдерісте реагенттер əртүрлі фазаларда болады, бірақ реак-
ция  соның  біреуінде  жүруі  мүмкін,  яғни  химиялық  реакцияның  өзі 
гомогенді.  Реакцияның  жүру  орнына  реагенттердің  тасымалдануы 
үдеріске  ерекшелік  береді.  Заттардың  ауысу  сипаты  əрекеттесуші 
фазалардың агрегаттық күйіне тəуелді.
Əртүрлі белгілердің үйлесімділігі химиялық үдерістің қасиеттерінің 
ерекшелігінде көрінеді. Химиялық үдерістің негізгі зерттеу мақсаты – 
өзгеру жылдамдығын  жəне оған үдеріс типінің, жүру шартының əсерін 
анықтау болып табылады.   
 Бірлік үдерістердің анализі жəне олардың өзара əсері технологиялық 
режимді жасауға мүмкіндік береді.
Технологиялық  режим  –  аппараттардың  жүйесін  (технологиялық 
сызбанұсқа)  немесе  аппарат  жұмысының  жағдайын  анықтайтын 
технологиялық  параметрлердің  (температура,  қысым,  реагенттердің 
концентрациясы  жəне  т.б.)  жиынтығы.  Үдерістер  əртүрлі  аппараттар-
да – химиялық реакторларда, абсорбциондық жəне ректификациондық 
колоннада, жылу алмастырғыштарда жəне т.б. жүреді. Жеке аппараттар 
үдерістің технологиялық сызбанұсқасына құрастырылған. 
Технологиялық  сызбанұсқа – табиғи  шикізатқа  немесе  жарты-

49
 
лай  өніммен  берілген  сапада  өнім  алуға  мүмкіндік  беретін  бірлік 
аппараттардың  əртүрлі  байланыс  түрлерімен  (тура,  кері,  параллельді, 
кезектесіп)  қосылған  ұтымды  құрылған  жүйесі.  Технологиялық 
сызбанұсқалар ашық жəне жабық түрде болады. Ұтымды технологиялық 
сызбанұсқаларды  құрастыру  жəне  жасау  химиялық  технологияның 
маңызды міндеті. 
2.1. Химиялық реакцияның жіктелуі
Химиялық  технологияда  химиялық-технологиялық  үдерістің 
маңызды  сатысы    химиялық  өзгерістерді  оқыту  ерекше  орын  алады. 
Өнеркəсіптік үдерістерде жүретін химиялық реакциялар əртүрлі. Олар-
ды əртүрлі белгілері бойынша жіктейді. 
Реакцияны  жүргізу  жағдайы  бойынша  изотермиялық  (Т=const)   
жəне изотермиялық емес (Т≠const ); тұрақты немесе ауыспалы қысымда; 
адиабаттық  (қоршаған ортамен жылу алмаспау) жəне адиабаттық емес 
(қоршаған ортамен жылу алмасу) реакциялар болып бөлінеді. 
Химиялық  реактордың  конструкциясын  таңдау  мен  үдерісті  жүр-
гізуді  басқару  жолдары  үшін  реакциялық  жүйенің  фазалық  құрамы 
ерекше рөл атқарады.
Бастапқы реагенттер мен реакция өнімдері бір немесе бірнеше фаза-
лардан түзілуіне байланысты химиялық реакциялар гомофазалы жəне 
гетерофазалы болып бөлінеді. 
Гомофазалы реакциялар – бастапқы реагенттер, тұрақты аралық зат-
тар жəне реакция өнімдері бір фазада болады. 
Гетерофазалы  реакцялар – бастапқы  реагенттер,  тұрақты  аралық 
заттар жəне реакция өнімдері əртүрлі фазада болады. 
Реагенттердің фазалық күйі бойынша гомогенді жəне гетерогенді 
реакциялар болып бөлінеді. 
«Гомогенді»  жəне  «гетерогенді»  реакциялар  ұғымы  «гомофазалы» 
жəне «гетерофазалы» үдерістер ұғымымен сəйкес келмейді. Реакцияның 
гомогендігі жəне гетерогендігі белгілі бір дəрежеде, реакцияның қандай да 
бір фаза көлемінде немесе фазалардың бөліну бетінде жүру  механизмін 
көрсетеді. Ал үдерістің гомо- жəне гетерофазалылығы реакцияға қатысатын 
бөлшектердің фазалық құрамы туралы түсінік береді. 
Реакцияның  механизмі  бойынша  қарапайым,  параллельді  жəне 
кезектесіп  жүретін  реакциялар  болып  бөлінеді.  Бұл  реакциялардың 
барлығы қайтымды жəне қайтымсыз келеді. Қарапайым реакция жүру 
үшін  бір  энергетикалық  тосқауылдан  өту  керек.  Параллельді  реакция 

50
кезінде бір бастапқы заттан бірнеше əртүрлі өзгерістер арқылы əртүрлі 
өнімдер алынады. 
Химиялық  реакциялар  жылу  эффектісі  бойынша  жіктеледі. 
Экзотермиялық  реакция  жүргенде  жылу  бөлінеді  де (Q>0) реакциялық 
жүйенің энтальпиясы кемиді (∆Н<0). Эндотермиялық реакция жүргенде 
жылу сіңіріледі де (Q<0), реакциялық жүйенің энтальпиясы артады (∆Н>0).
Реакцияның элементарлы актісіне қатысатын молекуланың санына 
байланысты химиялық реакцияның молекулалығы бойынша моно-, би- 
жəне үшмолекулярлы реакциялар болып бөлінеді. 
Кинетикалық  теңдеудің  түрі  (химиялық  реакция  жылдамдығының 
реагенттер  концентрациясына  тəуелділігі)  реакцияның  реті  бойынша 
жік теуге мүмкіндік береді. Реакцияның реті – кинетикалық теңдеудегі 
реагенттердің  концентрацияларының  дəреже  көрсеткіштерінің  қо-
сындысы. Осыған сəйкес бірінші, екінші, үшінші, бөлшекті ретті реак-
циялар болады. 
Химиялық  реакцияның  жылдамдығын  өзгертетін  арнаулы  заттар – 
катализаторлардың қолданылуы немесе қолданылмауына байланысты 
катализдік, катализдік емес реакциялар жəне осыған сəйкес химиялық-
технологиялық  үдерістерге  бөлінеді.  Өнеркəсіптік  химиялық-техно-
логиялық  үдерістерге  негізделген  көптеген  химиялық  реакциялар 
катализдік болып табылады. 
2.2. Химиялық реакциялардың стехиометриясы
Өнеркəсіптік химиялық-технологиялық үдерістердің негізіне жата-
тын химиялық реакцияларды өрнектеу үшін химияның негізгі заңдары 
–  стехиометрия  заңдары,  химиялық  тепе-теңдік  жəне  химиялық  ки-
нетика  қолданылады.  Бұл  тарауда  стехиометрия  заңдарының  негізін 
қолдану туралы қысқаша мəлімет берілген.
Стехиометрия – əрекеттесуші  заттардың  массалары  немесе  көлем-
дерінің  арақатынасы  туралы  ғылым.  Стехиометрия  негізіне – массалар 
сақталу,  эквиваленттік,  Авагадро,  Гей-Люссак,  құрамтұрақтылық,  еселі 
қатынас  заңдары  жатады.  Реакцияға  қатысатын  заттардың  арақатынасы 
стехиометриялық  деп  аталады.  Химияда  стехиометрия  заңдары  заттар дың 
формуласына байланысты есептеулерде жəне алынатын реакция өнімдерінің 
теориялық мүмкін болатын массаларын анықтауда қолда нылады. Реакцияның 
стехиометриялық  теңдеуі  массалар  сақталу  заңы  негі зінде  жазылады. 
Реакцияның сол жағында реагенттер, оң жағында өнімдер:
aA + ɜȼ = rR + sS
,  
алгебралық ережеге сəйкес: 

51
 
-aA - ɜȼ + rR + sS = 0
болып жазылады немесе жалпы түрде: 
¦
 
 
m
i
i
i
J
j
1
0
Мұндай жазуда стехиометриялық коэффициенттің j
j
 белгісі – берілген 
заттың реагент (онда стехиометриялық коэффициент теріс, j
j 
<0) неме-
се  реакция  өнімі  (онда, j
j 
>0)  болатынын  анықтауға  мүмкіндік  береді. 
Егер n тəуелсіз  кезектескен  немесе  параллельді  сатылардан  тұратын 
күрделі реакция болса, онда реакцияның стехиометриясы келесі n типті 
теңдеулерден тұратын жүйемен өрнектеледі: 
¦
 
 
m
i
i
i
i
J
j
1
1
0
; 
0
1
2
 
¦
 
m
i
i
i
J
j
; 
............................... 
0
1
 
¦
 
m
i
i
i
n
J
j
 
Алгебралық ережеге сəйкес əрбір теңдеуді кез келген тұрақтыға (0-
ден басқа) көбейтсе,  бұл теңдеулердің мағынасы өзгермейді. 
Егерде (1) реакцияға қатысатын бастапқы заттардың мөлшерін n
A,0
, 
n
B,0
, n
R,0
,  ал ағымдағы мөлшерін n
A
, n
B
, n
R 
құраса, онда кез келген уақыт 
кезеңінде стехиометриялық арақатынас:
r
n
b
n
a
n
R
B
A
'
 
'
 
'
, 
болып жазылады.
Бұдан шығатын басқа арақатынастар стехиометриялық баланс  деп 
аталады, ол:
түрінде беріледі жəне т.б. 
Стехиометриялық  есептеулер  жəне  стехиометриялық  баланс-
ты  құруда  реакцияның  қайтымды  немесе  қайтымсыз  болуы  рөл 
атқармайды.  Стехиометриялық  есептеулерді  реакция  соңына  дейін 
B
B
R
R
A
A
R
R
A
B
A
B
R
A
R
A
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n


 


 

 


 

0
,
0
,
0
,
0
,
0
,
0
,
0
,
0
,
2
;
;
2
2
;

52
жүреді  деп  болжау  арқылы  жүргізеді.  Стехиометриялық  баланс – 
күрделі көпсатылы реакциялар жүргенде тəуелсіз реакциялардың санын 
анықтауға мүмкіндік береді. Мұндай реакциялардың жүру механизмін 
анализдегенде тəуелсіз реакцияларды бөліп көрсету маңызды. Мысал 
ретінде  броммен  сутектен  бромсутектің  түзілу  үдерісінің  көпсатылы 
механизмін қарастырайық: 
Br
2
2Br
                                           
(II)
 
Br + H
2
HBr + H
                                
(III)
 
H + Br
2
HBr + Br
                               
(IV)
 
H + HBr
H
2
 + Br
                                
(V)
 
2Br
Br
2
                                          
(VI)
 
Берілген сызбанұсқаға сəйкес реакция бес сатыдан тұрады. Бірақ 
бұл  сызбанұсқада  екі  жұп  реакциялар (1.2) типті  стехиометриялық 
теңдеуге  сəйкес  бір  реакция  болып  табылады.  Мұндай  реак-
циялар  жұбына  (ІІ), (VI) жəне (III) жатады. (VI) реакцияның 
стехиометриялық теңдеуі (ІІ) реакцияның стехиометриялық теңдеуін 
«-1» көбейткішіне көбейту арқылы алуға болады.
Келесі белгілеулерді енгізейік:
,
2
1
Br
J {
,
2
Br
J {
2
3
H
J {
,
4
H
J {
HBr
J {
5
Сонда, берілген стехиометриялық теңдеулердің жүйесін:
 
 
 
        
- J
1    
+   2J
2
  = 0 
      -  J
2
- J
3  
 +   J
4
  +  J
5  
 = 0 
 
    
     
- J
1
+ J
2 
  -    J
4 
+  J
5 
   = 0 
   J
2
  +  J
3 
 -  J
4 
 -  J
5 
  = 0 
                                            J
1 
   -   2 J
2    
= 0               
түрінде жазуға болады.
Стехиометриялық коэффициенттерді бөліп жəне оларды k қатармен 
i бағанада j
kj
 коэффициентімен жазған қолайлы:  
-1    2     0      0     0 
0   -1    -1      1     1 
-1    1     0     -1     1 
0    1     1     -1    -1 
1   -2     0      0     0 

53
 
Оң  мəнге  келтіру  үшін  бірінші  бағанадан  коэффициенті  нөлге  тең 
емес  бірінші  қатарды  алады  (келтірілген  мысалды  бұл  бірінші  қатар) 
жəне оны осы қатарға бөледі (мысалда ол -1-ге тең ). Егерде j11≠0 бол-
са, жалпы түрде матрицаның бірінші қатары: 
1   j
12 
/j
11      
…
.   
j
1s
/j
11 
. 
болып жазылады.
 Келтірілген мысал үшін:
1    -2     0      0    0. 
Осы  қатарды  қолданып  қалған  қатарда  бірінші  бағананың  барлық 
элементтері 0-ге айналуға ұмтылу керек. Ол үшін i қатардан бірінші  ji1  
қатарды алып тастау керек:
0 j
i2 
– j
i1
j
12
/j
11      
…   j
is
 – j
i1
j
is
/j
11. 
Келтірілген   мысалдан алынатыны:  
 -1    -2     0      0     0 
  0   -1    -1      1      1 
   0    -1    0     -1     1 
   0    1     1     -1     -1 
   0    0     0      0      0. 
Енді  бірінші  қатар  мен  бағанаға  көңіл  аудармай,  осындай 
түрлендірулерді  қалған  матрицамен  (төрт  қатар  мен  төрт  бағанадан) 
жүргізеді:
    1    -2     0      0     0 
  0   -1    -1      1     1 
 0    -1    0     -1     1 
     0    1     1     -1     -1 
      0    0     0      0      0. 
Тура осындай түрлендірулерден кейін алынатыны:
1    -2     0      0     0 
0     1     1      -1   -1 
 0    0      1      -2     0 
0     0      0       0     0 
 0     0      0      0     0. 
Егер үш қатар мен үш бағанадан тұратын жаңа матрицаны бөлсе:
1    -2     0      0     0 
0    1     1     -1     -1 
0    0     1     -2      0 
0    0     0      0      0 
 0    0     0      0      0. 

54
Онда осындай түрлендірулер жүргізуге қатар қалмайды.
Реакцияның жалпы санынан бірыңғай 0-ден тұратын қатардың са-
нын  алып  тастағанда  тəуелсіз  реакциялардың  саны  анықталынады. 
Келтірілген  мысалда  мұндай  реакциялар  саны  үшке  тең.  Жүргізілген 
түрлендірулерден кейін соңғы матрицадан анықталған реакциялар:
  
- J
1   
+ 2J
2
 = 0 
    J
2  
+  J
3 
- J
4
 - J
5
 = 0 
   J
3  
-2J
4 
= 0. 
Жиынтықты    реакция  бұл  үш  реакцияға  тəуелсіз,  өйткені  бірінші 
реак цияны екі еселенген екінші реакциямен қосып,      
 
H
2
 + Br
2
2HBr
 
 
үшінші реакцияны алып тастағанда: 
J
1 
 + J
3 
 -2J
5   
= 0 
қосынды реакция алынады.
Осыдан, стехиометриялық баланс анализі химиялық-технологиялық 
үдерістің жұмсалу коэффициентін, алынатын өнімдердің мүмкін бола-
тын мөлшерін жəне т.б. реакция теңдеулері бойынша сандық есептеу-
лер жүргізуге ғана қажет  емес, сонымен бірге реакцияның механизмін 
анализдеумен қатар, термодинамикалық жəне кинетикалық есептеулер 
жүргізу үшін маңызды болып табылады. 
Бақылау сұрақтары
1.  Химиялық-технологиялық  үдеріс  қандай  негізгі  сатылардан 
тұрады?  Химиялық-технологиялық  үдерістің  қандай  сатыларында 
химиялық реакциялар қатысады?
2.  
Химиялық үдеріс деген не? Неліктен химиялық үдеріс химиялық-
технологияның бөлінбейтін бөлігі.
3. «Технологиялық  режим», «үдерістің    технологиялық  сызба-
нұсқасы» ұғымдарына анықтама берініз.
4.  Химиялық-технологиялық үдерісте химиялық реакциялар қалай 
жіктеледі?
5.  Химиялық-технологиялық  үдерістерде  неліктен  стехиометрия-
нын заңдары қолданылады?
6. «Реагенттер  стехиометриялық  арақатынаста  алынған»  деген 
өрнектелу нені білдіреді?

55
 
3-БӨЛІМ
ХИМИЯЛЫҚ-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮДЕРІСТЕРДІҢ  
ТЕРМОДИНАМИКАСЫ ЖƏНЕ КИНЕТИКАСЫ
Технологиялық үдерістерді жобалағанда химиялық реакциялардың 
термодинамикалық есептеулері өте маңызды. Олар берілген химиялық 
өзгерістің жүру мүмкіндігін, үдерісті жүргізудің жағдайын алдын ала 
таңдауға, өнімнің тепе-теңдік құрамын анықтауға, бастапқы заттардың 
өзгеру  дəрежесінің  жəне  өнім  шығымдарын  теориялық  есептеу-
де,  энергетикалық  балансты  құруға  жəне  энергетикалық  шығымды 
анықтауға  қажетті  энергетикалық  эффектілерді  (реакция  жылуы, 
агрегаттық күйдің өзгеру жылуы жəне т.б.) есептеуге мүмкіндік береді.
Термодинамика – энергияның  түрленуі  туралы  ғылым.  Энергия 
ұғымы  материя  қозғалысынан  бөлінбейді.  Қозғалыс  материямен  бай-
ланысты, яғни оның өмір сүру түрі, ал энергия материя қозғалысының 
өлшемі. Материяның əртүрлі түрдегі қозғалысының, осы қозғалыстың 
мөлшерін  сақтай  отырып,  өзара  өзгеруі – энергияның  сақталу  жəне 
өзгеру заңының  негізі болып табылады. Термодинамиканың маңызды 
ұғымдары – «үдерістің жылуы жəне жұмыс». Жылудың жұмысқа неме-
се жұмыстың жылуға түрленуі термодинамикалық үдерісте жұмысшы 
дене  арқылы  жүзеге  асырылады.  Егер  жүйенің  барлық  бөлігінде 
қасиеті  бірдей  болса  термодинамикалық  жүйе  біртекті  деп  аталады. 
Қарастырылатын  жағадайда  термодинамикалық  жүйенің  физикалық 
қасиетінің  жиынтығы  жүйе  күйі  деп  аталады.  Термодинамикалық 
жүйенің  күйін  сипаттайтын  шамаларды  термодинамикалық  парамет-
рлер  деп  атайды.  Термодинамикалық  параметрлерге  температура, 
қысым,  меншікті  көлем,  тығыздық,  молярлық  көлем,  меншікті  ішкі 
энергия жəне т.б. жатады. Термодинамикалық параметрлер экстенсивті 
жəне  интенсивті  деп  бөлінеді.  Қарастырылатын  термодинамикалық 
жүйенің  массасына  немесе  зат  мөлшеріне  пропорционалды  шамалар 
экстенсивті деп аталады. Оларға көлем, ішкі энергия, энтропия, энталь-
пия жəне т.б. Экстенивті параметрлер аддитивті қасиетке ие. Интенсивті 
шамалар термодинамикалық жүйенің массасына тəуелсіз, олар тек қана 
күйдің термодинамикалық параметрлері болып табылады. Оларға тем-
пература, қысым, бірлік масса, көлем немесе зат мөлшеріне келтірілген 
экстенсивті  шамалар  жатады.  Химиялық-технологиялық  үдерістерді 
жылдамдату үшін интенсивті параметрлердің өзгеруін интенсификация 
деп атайды. 

56
3.1. Технологиялық үдерістердегі тепе-теңдік
Энергия    жылу  немесе  жұмыс  түрінде  енгізілгенде  не  болма-
са  шығарылғанда  термодинамикалық  жүйе  күйінің  өзгеруін  тер-
модинамикалық  үдеріс  деп  атайды.  Көптеген  өнеркəсіптік  химиялық 
реакциялар қайтымды. Бұл кезде химиялық өзгеру үдерісі екі бағытта 
жүреді.  Бастапқы  заттар  арасында  химиялық  əрекеттесулермен  қатар 
(тура реакция) өнімдер арасында əрекеттесулер (кері реакция) жүреді. 
Үдерістің жүру барысында тура реакцияның жылдамдығы кемиді, кері 
реакцияның  жылдамдығы  артады.  Бұл  реакцияның  жылдамдықтары 
теңескенде  химиялық  тепе-теңдік  орнайды.  Химиялық  тепе-теңдік  
сыртқы  жағдайлар  өзгермеген  кезде  химиялық  жүйені  құрайтын 
заттардың  молекулалар  санының  өзгермейтіндігін  сипаттайды. 
Өйткені тұрақты температура мен қысымда тепе-теңдік өлшемі  Гиббс 
энергиясының (dG=0) минимумы  болса,  онда  химиялық  тепе-теңдік 
кезінде:
0
 
¦
j
j
dn
P
, 
теңдігі сақталуы керек.
Мұндағы: 
j
P
  – J компонентінің  химиялық  потенциалы; n
J  
– J 
компонентінің мөлшері (моль).
Ал химиялық потенциалдың мəні мынаған тең:
j
n
P
T
j
j
G
dn
dG
j

 
¸
¸
¹
·
¨
¨
©

жүктеу/скачать 6,61 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: