Химиялық өндірісте қолданатын энергия түрлері және көздері. Әр түрлі өнеркәсіптердің энергосыйымдылығы

1. Химиялық өндірісте қолданатын энергия түрлері және көздері.

2. Әр түрлі өнеркәсіптердің энергосыйымдылығы.

Химиялық өнімдерді шығару – жоғары шартты энергия қажеттілігімен сипатталады. 1 тонна дайын өнім алу үшін 10 – 15 тонна отын қажет.

Энергия шығымы:

1. 
   Эндотермиялық негізгі химиялық реакция өткізу үшін;
   
2. 
   Қосымша операциялар орындау (қыздыру, газдарды қысу, қатты заттарды ұнтақтау және бөлу, материалдарды тасымалдау).
   

Химиялық өндірісте қолданылатын энергия түрлері: электрэнергия, жылу энергия, химиялық энергиялар, жарық, ішкі ядролық. Әртүрлі тасымалдаушы машиналар, конвеирлар, компрессорлар, сорғыш, араластырғыштар электрэнергияны қажет етеді. Электрэнергия жоғары температура алуға қажетті. Мысалы, P, Ca карбидін алу өндірісінде, ерітінді электролизін өткізу үшін. Мысалы, Cl₂, H₂, сілтілік металдар алуда және балқымалар электролизі. Мысалы, Al, Mg, Na, K, Ca сияқты металдар алуда және электрофильтрлер жұмысында. Мысалы, газдарды шаң мен тозаңдардан тазарту.

Өнеркәсіптің энергия сыйымдылығы дегеніміз –өнімнің бірлік мөлшерін алу үшін энергия шығымы. Ең жоғарғы энергия жоғары қысым мен температура жүретін өндірістерге сипатты. (1 кесте)

№	Өнім	Электрэнергия шығымы, кВт*сағ/т
1	Al	18000 - 20000
2	P	13000 - 18000
3	CaC2	2700 - 3200
4	Жасанды NH3	1400 - 2500
5	Cl2	2300 - 3500
6	H2SO4	60 - 100
7	Аммиак селитрасы	7 - 15
8	Суперфосфат	2 - 10
9	Na2CO3 кальцинерленген сода	60

Энергия шығымы өнімнің бағасын анықтайды, сондықтан қазіргі заманда химиялық технологияның негізгі міндеті энергия шығымын төмендету мақсатымен өндірістерді жетілдіру.

Су сапасының негізгі көрсеткіші ол кермектілігі. Су кермектілігі стандартқа сай өлшем бірлігі ммоль/дм³. Судың жалпы кермектілігі – Кж. Корбанатты және корбанатты емес кермектер қоспасы. Кж = Кк + Кк.е. Кж суды HCl ерітіндісімен титрлеу арқылы анықталады:

Кж = V* C* 1000/2 * V_H2O

Судың тотығуы – Тс – ол су құрамындағы органикалық зат мөлшерімен анықталады. 1 дм ³судың көлемінде болатын қоспаларының тотығуына қажетті оттек массасымен өлшенеді, мл:

Тс = V * C *158 * 0,253*1000/V_H2O

V – KMnO₄көлемі

158 - KMnO₄ молярлық массасы

0,253 – суды тотықтыруға есептелетін коэффицент

Суды жұмсарту тәсілдері: химиялық, физикалық

Химиялық реагенттер: фосфатты және ізбес содалы

Физикалық химиялық: қайнату

Химиялық жолында есептеулер стехеометриялық жолмен жасалады:

Д_і= (M_з /2) * ( С_со2 /22,1 + С_НСО3 /61,2 + С_Мg/12,16 + Д_к/К + 0,5) * 100/w

Ді – ізбес дозасы

Дк – когулянт дозасы

С – иондар мен молекуланың жұмсақ судағы массалық концентрациясы

K – когулянттың массасын есептеу

W – кальцийдің ізбестегі массалық үлесі

Mз– заттың молекулалық массасы
Өздік бақылау сұрақтары:

1. 
   Энергия түрлері мен көздері.
   
2. 
   Әртүрлі кәсіпорындарының энергия сыйымдылығы.
   

1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В. Химическая технология неорганических веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 б.

1. Негізгі бейорганикалық синтез өнімінің көлемі, экспорты, импорты.

2. Катализ: катализ типтері.

3. Гетерогендік катализдің каталитикалық әрекетінің кезектері.

4. Адсорбция.

5. Бейорганикалық заттардың технологиясының маңызды каталитикалық процестері мен катализаторлары.

6. Катализатодың эксплуатациялық сипаттамасы.

Химиялық өндіріс мыңдық түрлер өнім шығарады. Өнімнің қажеттілігі тұрақты өсуіне байланысты өндіріс құндылығы, жаңа өндірістердің құрылысы өсуде. Өндірістің қуаттылығын жоғарылату үшін аппараттын мөлшері мен қарқындылығын өсіру қажет. Қарқындылығын жоғарылату жолдарының бірі процестің жылдамдығын көбейту және максимальды шамасына жету. Экспорт пен импортқа байланысты негізгі заңдылық келесі: 2000 жылы жыл сайын негізгі бейорганикалық синтез өнімдерінің түрлері тікелей өсуде. Мысалы: кальцинирленген сода 7 мың т әрбір жылда, минералды тыңайтқыштар 819 мың т, олардың ішінде азот тыңайтқышы 137 мың т, фосфор тыңайтқышының мөлшері 2800 т тұрақты деңгейде, калий тыңайтқышы 722 мың т өсуде, аммиак 522 мың т, күкірт қышқылы 169 мың т. Импорт саласында: 2000 жылы әрбір жылдың бірінші және екінші кварталы бойынша өнімнің мөлшері: минералды тыңайтқыштарда 248 мың т және 6,6 мың т, оның ішінде азот тыңайтқышы 196 мың т және 3,1 мың т, карбамид 29 мың т және 4,3 мың т, аммиак селитрасы 115 мың т, калий тыңайтқышы 147 мың т және 1,6 мың т, фосфор тыңайтқышы 277 мың т және 3,8 мың т, аммиак 86 мың т және 0, кальцинирленген сода 22 мың т және 20 мың т.

Химиялық процесстер төменгі температура мен қысымда өтуі үшін экономикалық және экологиялық тиімді болуы үшін реакция жылдамдығын мың және миллион есе жоғарлататын кейбір заттар қажет. Химиялық өндірісте 90% - ға дейін процесстер тек катализатор арқылы жүреді (мысалы, H₂SO₄ және HNO₃, NH₃, H₂ алу және т.б.).

Тарихы. Ең бірінші катализаторды қолдану VIII ғасырда арабия ғалымы Дабир Ибн Хаяммен ашылған (спирттен → диэтил эфирін алу H₂SO₄ катализатор ретінде қолданды). XVIII ғасырдың аяғында алғаш рет қатты катализатор қолданды (дегидрлеу және дегидратация катализатор ретінде металл және бөлшектері қолданады).

XIX ғасырдың 1811 жылы Петербург ғылым академиясының академигі К. Кирхгоф (крахмалды қантқа каталитикалық айналдыру реакциясын ашты, катализатор ретінде сұйытылған қышқылдарды қолданды). Осы жылдары платинаның каталитикалық әсері ашылған.

XIX ғасырдың I - ші жартысында неміс ғалымы Мичерлих контактылы реакциялар терминін енгізді. Ал 1835 жылы швед Берцелиус "катализ" терминін ұсынды. 1852 жылы Ресей ғалымы Ходнев каталитикалық реакциялардың жүру механизмдерін түсіндірді. Катализатормен әрекеттесуші заттар арасында қосылыс түзілді және каталитикалық реакциялар бірнеше кезектесетін айналымдардан тұрады. Ленджормер мен Тейлар теориясы бойынша (физикалық теория) катализатор бетінде реагенттің адсорбциясы жүреді, совет мектебінде белгілі ғалымдар Баландин, Боресков, Радчинский катализ теориясына жоғары үлесін қосты.

Катализ - (гр. тілінен " katalysis " - бұзылу деген мағынаны білдіреді) - арнайы заттар катализаторлар әсерінен химиялық реакция жылдамдығының өзгерілуі немесе қоздырылуы. Катализаторлар реакцияға қатысады, бірақ өнімдердің құрамына кірмейді. Катализатор химиялық әрекеттесуге бірнеше рет қатысады және олардың салмағы реагенттер салмағынан аз болады. Мысалы, 10 мың гр SO₂ - ні SO₃ - ке тотықтырғанда немесе 1 млн г NH₃ - ті NO - ға тотықтыруда тек 1 г платина катализаторы қажет. Катализ 2 түрлі болады: оң және теріс. Оң жылдамдығын жоғарлату үшін, терісті төмендету үшін.

Автокатализ - реакция жылдамдығы өнімнің әсерінен болады.

Катализдің механизмі. Физикалық жағдайға байланысты катализ 3 түрлі болады.

Реакция типіне байланысты катализ 2 түрлі болады:

1) Тотығу - тотықсыздану - электрон ауысуымен реакция жүреді;

2) Қышқыл - негіздік - пратонның ауысуымен жүретін процесс.

Гетерогенді катализдің кезеңдері:

1. 
   Әрекеттесуші заттардың катализатор бетіне диффузиясы;
   
2. 
   Катализатор саңылауында реагенттердің диффузиясы;
   
3. 
   Катализатор бетінде хемосорбциясы нәтижесінде активті комплекстер түзіледі;
   
4. 
   Атомдардың орнымен ауысуы;
   
5. 
   Өнімнің катализатор бетінен десорбциясы;
   
6. 
   Катализатор саңылауында өнімнің диффузиясы;
   
7. 
   Катализатор бетінен өнімнің диффузиясы.
   

Адсорбцияның түрлері:

1. 
   Физикалық адсорбция – сіңіретін заттың молекулалары (адсорбер) адсорбенттің бетінен физикалық тартылу күшімен (молекула аралық күштер) қосылу процесі;
   
2. 
   Химиялық адсорбция (хемосорбция) – адсорбер молекулалары адсорбент бетімен химиялық байланысу процесіне түседі (ковалентті және иондық байланыстар),
   

№ 1 кесте.

Бейорганикалық заттардың технологиясындағы маңызды каталитикалық процестер мен катализаторлар.

Процестер	Реакциясы	Катализатордың маркасы
Көміртегі монооксидінің конверсиясы	CO + H₂O → H₂↑ + CO₂↑	СТК – 1 – 5 СТК – 1 – 7 СТК – 1 М СТК – 2 – 5 НТК – 4
Аммиактың синтезі	H₂ + N₂→NH₃	СА – 1
Аммиактың тотығуы	NH₃ + O₂→NO + H₂O	КН – 2 КН – 2 Т НК – 2 У СВД
Күкіртті ангидриттің тотығуы	SO₂+ O₂→ SO₃	БАВ КС СВС

СТК – среднетемпературный катализатор

НТК – низкотемпературный катализатор

СА – синтез аммиака

КН – катализатор неплатиновый

СВД – сульфованадатдиатомитовая контактная масса

БАВ – бариевая алюмованадиевая контактная масса

КС – конктактная масса в кипящем слое

СВС – сульфованадатсиликагелевая контактная масса

Катализатордың эксплуатация талаптары:

1. 
   Жоғары белсенділігі;
   
2. 
   Жоғары селективтілігі;
   
3. 
   Катализатордың активті мөлшерімен жетімді бетінің тиімділігі;
   
4. 
   Улардың әсеріне және жоғары температураға тұрақтылығы;
   
5. 
   Оптимальді гидродинамикалық сипаттамалар;
   
6. 
   Жоғары беріктілігі;
   
7. 
   Арзан болуы керек.
   

1. Бейорганикалық синтез өнімдерінің көлемі, экспорты және импорты.

2. Катализ типтері.

3. Гетерогенді катализ.

4. Адсорбция.

5. Маңызды каталитикалық процесстер мен катализаторлар.

6. Катализатордың эксплуатациялық сипаттамасы.

Әдебиет:

1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В. Химическая технология неорганических веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 б.

1 5В072100 – Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығы бойынша бакалавр кәсіби қызметінің мазмұны және негізгі компетенцияларына қойылатын талаптар.

2 Студенттің өздік жұмысын ұйымдастыру, оқытушының жетекшілігімен студенттің өздік жұмысын ұйымдастыру.

3 5В072100 – Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандықтың типтік оқу жоспары. Студенттердің құқықтары мен міндеттері. Университетте ішкі тәртіп ережелері.

4. 
   Химиялық білім мен химиялық техниканың әр түрлі салалары жетістіктерінің салыстырмалы анализі.
   

6 Пайдалы қазбалардың қоры. Шикі затты кешендік пайдалану. Химиялық өндірісте суды пайдалану.

7 Энергия шығымын төмендету мақсатымен химиялық өндірісті жетілдіру жолдары. Дәстүрлі емес энергия көздерін Қазақстанда қолдану, мысалдар келтіру.

8 ОЗТ маңызды каталитикалық процестері мен катализаторлары.

9 Органикалық синтез. Даму тарихы, бағыттары, реакциялар.

10 Жіңішке органикалық синтез өндірісінің маңызы және мемлекеттің химиялық өндірісі дамуының жалпы деңгейінде орны. Өндіріс көлемі, өндірістің әр түрлі салаларында пайдалану.

11 Мұнайхимиялық өндіріс, өндірістің маңызы және мемлекет химиялық өндірісінің жалпы даму деңгейінде орны. Өндіріс көлемі, өндірістің әр түрлі салаларында пайдалану.

12 Коксохимиялық өндірісінің маңызы және мемлекет химиялық өндірісінің жалпы даму деңгейінде орны. Өндіріс көлемі, өндірістің әр түрлі салаларында пайдалану.

13 Негізгі органикалық синтездің жартылай өнім түрлері. Өндірістің маңызы және мемлекет химиялық өндірісінің жалпы даму деңгейінде орны. Өндіріс көлемі, өндірістің әр түрлі салаларында пайдалану.

14 Негізгі органикалық синтездің соңғы өнім түрлері. Өндірістің маңызы және мемлекет химиялық өндірісінің жалпы даму деңгейінде орны. Өндіріс көлемі, өндірістің әр түрлі салаларында пайдалану.

15 Кәсіби практикаларын ұйымдастыру және жүргізу. Оқу, өндіріс, дипломалғы практикаларының мақсаты, есептері, мазмұны, есептері.
4 СТУДЕНТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ ТАҚЫРЫБТАРЫНЫҢ ТІЗІМІ

4.1 Оқытудың кредиттік технологиясында білім беру үрдісін ұйымдастыру және жүргізу формалары, әдістері және тәсілдері.