1

Билет 2
Пути интенсификации химико-технологических процессов

Интенсификация направлено на повышение производительности труда, улучшение качества готовой продукции и снижение ее себестоимости.
Главные взаимосвязанные направления в развитии химической техники:
1) увеличение масштабов аппаратов;
2) интенсификация работы аппаратов;
3) механизация трудоемки процессов;
4) автоматизация и дистанционное управление процессами;
5) замена периодических процессов непрерывными;
6) использовани теплоты реакции;
7) создание безотходных производств.

Увеличение масштабов аппаратов приводит к соответствующему повышению его производительности и улучшению условий работы, как правило, без возрастания штата рабочих, обслуживающих данный аппарат. Производительность П. измеряется количеством выработанного продукта или переработанного сырья G за единицу времени t:
П = G/t, (1.1)
Увеличение размеров и производительности аппаратов снижает капиталовложения при строительстве заводов, облегчает возможность автоматизации производства. Исходя из экономической эффективности непрерывно увеличивают мощность вновь устанавливаемых машин и аппаратов.
Интенсификация работы аппаратов — повышение их производительности без увеличения размеров за счет улучшения режима работы. Интенсивностью работы аппарата I называют его производительность П, отнесенную к объему аппарата v или к площади его сечения S:
I = П/v = G/(тv), или I = G/(tS). (1.2)
Интенсификация достигается двумя путями:

улучшением конструкции аппаратов;
совершенствованием технологических процессов в аппаратах данного вида.

Эти два пути тесно связаны между собой. С улучшением конструкции аппарата интенсивность химического процесса повышается. Увеличению интенсивности способствует повышение температуры, давления и концентрации реагирующих масс, усиление перемешивания компонентов, увеличение поверхности соприкосновения между взаимодействующими веществами, применение катализаторов, а также механизация и автоматизация процессов.
Механизация — замена физического труда человека машинным. Механизация закономерно повышает производительность труда за счет интенсификации работы аппаратуры и сокращения штата обслуживающего персонала. В большинстве химических производств эсновные операции уже механизированы. Однако загрузка сырья, зыгрузка и транспортировка материалов еще не всегда выполняются машинами; именно механизация этих стадий производства и представляет главную проблему настоящего времени.
Автоматизация — применение приборов, позволяющих осуществлять производственный процесс без непосредственного участия человека, а лишь под его контролем.
Автоматизация —высшая степень механизации, позволяющая резко увеличить производительность труда и улучшить качество продукции.
В особо сложных производствах применяются электронно-вычислительные машины. Они получают информацию о ходе процесса от различных приборов-измерителей, вычисляют оптимальные условия процесса по заданной программе и посылают команду приборам-исполнителям. Наиболее эффективно в химической промышленности применение автоматизированных систем управления технологическим процессом целых производств.
Дистанционное управление — это неполная автоматизация, при которой регулирование режима процесса осуществляется человеком на расстоянии (например, с пульта управления).
Замена периодических процессов непрерывными — характерное для химической промышленности направление технического прогресса, тесно связанное с интенсификацией процессов, улучшением качества продукции и условий труда. Переход к непрерывным процессам, так же как применение конвейеров в механической технологии, повышает производительность труда.

Периодическим называется процесс, в котором порция сырья загружается в аппарат, проходит в нем ряд стадий обработки и затем из аппарата выгружаются все образовавшиеся вещества. Таким образом, от загрузки сырья до выгрузки продукта проходит определенное время, в течение которого аппарат работает.

Недостатки:

В период же загрузки и выгрузки аппарат простаивает.
затруднена механизация, так как требует периодически действующих механизмов.
еще более затруднена автоматизация периодические процессов, так как показатели режима, по которым производится автоматизация (температура, давление, концентрация веществ), меняются в течение всего периода реакции.
Периодические процессы сложны в обслуживании.
Продолжительность цикла периодического производственного процесса всегда больше, чем непрерывного;
энергетические затраты выше.

Все эти причины и побуждают заменять периодические процессы непрерывными.

Непрерывными называются процессы, в которых загрузка сырья и выпуск продукции происходят непрерывно (или систематическими порциями) в течение длительного времени. При этом нет простоев оборудования, производительность аппаратов выше. Во всех точках аппарата соблюдаются постоянные температуры, концентрация веществ, давление и т. п., поэтому легко вести наблюдение за работой аппарата, механизировать загрузку сырья и выгрузку продукта, автоматизировать процесс. При этом, как правило, улучшается и качество продукции.

Однако в настоящее время еще нельзя сразу все производства перевести на непрерывные; в одних случаях это ухудшает качество продукции, в других — еще не найдены средства рациональной автоматизации и механизации процессов, особенно на маломощных и малогабаритных установках.
Использование теплоты реакций — важное направление химической техники. В настоящее время химические реакторы в большинстве крупнотоннажных производств сочетаются с теплообменными элементами, которые служат для нагрева исходных веществ до температуры реакции с одновременным охлаждением продуктов превращения или же для получения товарного водяного пара в котлах-утилизаторах за счет теплоты сильно экзотермических процессов. При этом теплообменники нередко имеют более сложное устройство, чем собственно химические реакторы, и образуют вместе с реакторами энергохимический агрегат. Соответственно происходит превращение химической технологии в энерготехнологию. Это тем более важно, что в настоящее время все острее и острее встает проблема обеспечения человечества дешевой, доступной и эффективно используемой энергией, поскольку традиционные ее источники (нефть, природный газ, уголь, древесина, торф и т. п.) интенсивно вырабатываются и запасы этих источников уменьшаются гораздо быстрее, чем происходит естественное их восполнение.
Создание безотходных производств решает комплексно экологическую проблему и снижение себестоимости продукции благодаря полному использованию всех компонентов сырья. Одним из наиболее рациональных путей организации производств, приближающихся к безотходным, служит циркуляция реакционной смеси и теплоносителей (воды, воздуха) в отдельных процессах и реакторах, а в особенности создание циркуляционных химико-технологических систем (ХТС) целого производства. Этой же цели служит кооперация чисто химических производств с другими (например, металлургическими), позволяющая перерабатывать неиспользуемые ранее компоненты сырья в продукты, ценные для народного хозяйства. К безотходной технологии можно приближаться, вводя в технологические схемы специальные аппараты для очистки отходящих газов и сточных вод. Этот путь пока наиболее распространен, но он, частично решая проблему защиты окружающей среды, в большинстве производств приводит к повышению себестоимости целевого продукта.

Во многих случаях следует комплексно использовать данные методы интенсификации, дополняя совершенствованием организации и управления производством, расширением и углублением научных исследований в области химической технологии, а также улучшением проектной деятельности соответствующих организаций.
Новым мощным средством повышения эффективности ряда производств следует считать внедрение атомной техники, плазменной и лазерной технологии, использование фотохимических, радиационно-химических и биохимических процессов.

Сайт управляется системой uCoz