Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

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.

Принцип непрерывности

  • 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

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*106 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:

  1. Применение в колонне синтеза катализатора. 
  2. Использование высокого давления, повышающего уровень выхода продукта.
  3. Принципы теплообмена и циркуляции. 
  4. 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:

  1. Создание новых технологий и технических объектов, ориентированных на ресурсосбережение и малоотходность. 
  2. Получение наибольшего объема продукции требуемого качества с наименьшими вложениями. 
  3. Стремление к полному использованию исходного сырья.
  4. 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. 

 

Смотри также:

7 октября 2020, 18:28

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.