СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................................................................................... 1 СОДЕРЖАНИЕ ........................................................................................................................................... 2 1. ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................ 8 1.1. Современное состояние и перспективы развития химических технологий .......................... 8 1.2. Крупнейшие химические компании мира .............................................................................. 11 1.3. Химические предприятия Эстонии .......................................................................................... 13 1.4. Основные задачи оператора технологических процессов .................................................... 17 2. СЫРЬЁ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ................................. 20 2.1. Основные понятия ..................................................................................................................... 20 2.2. Сырьё химической промышленности ...................................................................................... 21 2.2.1. Классификация и виды сырья........................................................................................... 21 2.2.2. Вторичные материальные ресурсы ................................................................................. 25 2.2.3. Требования к сырью .......................................................................................................... 25 2.2.4. Рациональное и комплексное использование сырья .................................................... 26 2.3. Воздух в химической промышленности .................................................................................. 31 2.4. Подготовка и обогащение сырья ............................................................................................. 32 2.4.1. Грохочение ......................................................................................................................... 34 2.4.2. Гравитационное обогащение ........................................................................................... 35 2.4.3. Флотация ............................................................................................................................ 38 2.4.4. Электромагнитная сепарация .......................................................................................... 41 2.4.5. Выделение ценных компонентов из жидкостей и газовых смесей .............................. 41 2.5. Энергетическая база химической промышленности ............................................................. 44 2.5.1. Виды энергии ..................................................................................................................... 44 2.5.2. Источники энергии ............................................................................................................ 45 2.5.3. Топлива ............................................................................................................................... 47 2.5.4. Рациональное использование энергии ........................................................................... 49 2.6. Вторичные энергетические ресурсы ........................................................................................ 50 2.6.1. Энерготехнологические установки .................................................................................. 53 2.7. Сырьевые и энергетические ресурсы Эстонии ....................................................................... 58 2.7.1. Горючий сланец ................................................................................................................. 58 2.7.2. Торф ................................................................................................................................... 62 2.7.3. Фосфориты ......................................................................................................................... 63 2.7.4. Известняк ............................................................................................................................ 64 3 2.7.5. Другие полезные ископаемые ......................................................................................... 65 2.8. Расходные коэффициенты ........................................................................................................ 66 2.8.1. Расчёт расходных коэффициентов ................................................................................... 67 2.9. Вопросы для самоконтроля по теме «Сырье и энергетические ресурсы» .......................... 68 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ........................................ 70 3.1. Основные показатели химико-технологических процессов ................................................. 71 3.1.1. Химическое производство как химико-технологическая система ................................ 71 3.1.2. Технико-экономические показатели химико-технологических процессов ................. 73 3.1.3. Расчёт основных показателей ХТП ................................................................................... 81 3.1.4. Задачи для самостоятельного решения .......................................................................... 82 3.2. Классификация химических реакций, лежащих в основе промышленных химико-технологических процессов .................................................................................................................. 84 3.3. Равновесие в технологических процессах .............................................................................. 86 3.3.1. Способы смещения равновесия ....................................................................................... 89 3.4. Скорость химико-технологических процессов ....................................................................... 90 3.4.1. Скорость гомогенных химических реакций .................................................................... 90 3.4.2. Влияние различных факторов на скорость химической реакции ................................. 93 3.5. Закономерности протекания гомогенных процессов ............................................................ 98 3.5.1. Характеристика гомогенных химических процессов ..................................................... 98 3.5.2. Скорость гомогенных процессов...................................................................................... 98 3.6. Закономерности протекания гетерогенных некаталитических процессов ........................ 100 3.6.1. Общая характеристика гетерогенных процессов ......................................................... 100 3.6.2. Гетерогенные процессы в системе газ (жидкость) - твёрдое вещество ..................... 102 3.6.3. Способы интенсификации гетерогенных процессов в системе газ - твёрдое вещество 104 3.6.4. Гетерогенные процессы в системе газ-жидкость (газожидкостные реакции) .......... 107 3.6.5. Вопросы для самоконтроля по темам «Основные показатели ХТП», «Скорость ХТП», «Равновесие ХТП» ............................................................................................................................ 112 3.7. Значение и области применения каталитических технологий............................................ 114 3.7.1. Гомогенный катализ ........................................................................................................ 115 3.7.2. Общие представления о катализе ................................................................................. 116 3.7.3. Гетерогенный катализ ..................................................................................................... 118 3.7.4. Свойства твёрдых катализаторов ................................................................................... 120 3.7.5. Вопросы для самоконтроля по теме «Каталитические процессы» ............................ 123 3.8. Принципы организации технологических процессов .......................................................... 124 4 3.8.1. Общая характеристика химико-технологических систем ............................................ 124 3.8.2. Способы отображения структуры ХТС ........................................................................... 126 3.8.3. Периодические и непрерывные процессы ................................................................... 128 3.8.4. Типы технологических связей ........................................................................................ 129 3.8.5. Материальный и тепловой балансы .............................................................................. 131 3.8.6. Пример расчёта материального баланса ...................................................................... 134 3.8.7. Технологический режим ................................................................................................. 136 3.9. Технологическая документация ............................................................................................. 137 3.9.1. Вопросы для самоконтроля по теме «Принципы организации ХТП», «Технологическая документация», «Материальный баланс» .................................................... 140 4. Химия и технология водоподготовки ............................................................................................ 141 4.1. Природные воды ..................................................................................................................... 141 4.1.1. Растворимые и слаборастворимые соли в природных водах ..................................... 143 4.1.2. Газы в природной воде ................................................................................................... 145 4.2. Требования к качеству воды................................................................................................... 147 4.2.1. Требования к качеству питьевой воды .......................................................................... 154 4.2.2. Требования к качеству воды для промышленных нужд .............................................. 155 4.2.3. Требования к качеству технологической воды ............................................................. 158 4.3. Водоподготовка ....................................................................................................................... 160 4.3.1. Механическая очистка .................................................................................................... 160 4.3.2. Умягчение и обессоливание ........................................................................................... 162 4.3.3. Ионный обмен. ................................................................................................................ 163 4.3.4. Дегазация ......................................................................................................................... 167 4.3.5. Технологическая схема подготовки промышленной воды ......................................... 172 4.3.6. Обеззараживание ............................................................................................................ 174 4.3.7. Примеры расчета жесткости воды ................................................................................. 175 4.3.8. Вопросы для самоконтроля по теме «Водоподготовка» ............................................. 177 4.4. Очистка сточных вод ............................................................................................................... 179 4.4.1. Характеристика и классификация и сточных вод ......................................................... 179 4.4.2. Виды загрязнений сточных вод ...................................................................................... 181 4.4.3. Методы очистки сточных вод ......................................................................................... 184 4.4.4. Механическая очистка сточных вод............................................................................... 185 4.4.5. Химические методы очистки сточных вод .................................................................... 189 4.4.6. Биологическая очистка.................................................................................................... 191 5 4.4.7. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод ................................................... 203 4.4.8. Вопросы для самопроверки по теме «Очистка сточных вод» ..................................... 207 5. Технология термической переработки сланца ............................................................................. 208 5.1. Общие сведения о горючем сланце ...................................................................................... 208 5.2. Общие вопросы технологии термической переработки горючих сланцев ....................... 217 5.2.1. Аппараты термического разложения горючих сланцев .............................................. 217 5.2.2. Продукты термической переработки сланцев ............................................................. 218 5.2.3. Термическая переработка твердого топлива ............................................................... 219 5.2.4. Характеристика готовой продукции .............................................................................. 224 5.2.5. Виды термической переработки горючих сланцев ...................................................... 225 5.2.6. Факторы, влияющие на процесс полукоксования ........................................................ 227 5.3. Термическая переработка горючего сланца - кукерсита ..................................................... 233 5.3.1. Термическая переработка горючего сланца в генераторах ........................................ 233 5.3.2. Технология «Кивитер» .................................................................................................... 237 5.3.3. Общая характеристика генераторной станции ............................................................. 242 5.3.4. Характеристика основного оборудования .................................................................... 243 5.3.5. Материальный баланс генераторного процесса .......................................................... 245 5.3.6. Перспективы развития технологии переработки горючих сланцев ........................... 246 5.3.7. Вопросы для самоконтроля по теме «Термическая переработка сланца» ............... 247 5.4. Технология переработки сланца в установке с твёрдым теплоносителем ........................ 248 5.4.1. Теоретические вопросы термической переработки сланца с твердым теплоносителем ............................................................................................................................... 248 5.4.2. Характеристика сырья и продуктов процесса Enefit-140 ............................................. 252 5.4.3. Описание технологической схемы установки Enefit-140. ............................................ 256 5.4.4. Основное оборудование перегонного отделения ....................................................... 263 5.4.5. Перспективы развития процесса термической переработки сланца с твердым теплоносителем ............................................................................................................................... 266 5.4.6. Технология Alberta Taciuk Process .................................................................................. 267 5.4.7. Вопросы для самоконтроля по теме «Технология переработки сланца в установке с твердым теплоносителем». ............................................................................................................ 269 5.5. Технология конденсации и очистки парогазовой смеси в процессе термической переработки горючих сланцев ........................................................................................................... 270 5.5.1. Способы первичного охлаждения парогазовой смеси генераторов .......................... 271 5.5.2. Технология улавливания и конденсации парогазовой смеси процесса «Кивитер» . 276 6 5.5.3. Принципиальная технологическая схема конденсационного отделения ENEFIT-140 281 5.5.4. Вопросы для самоконтроля по теме «Технология конденсации и очистки парогазовой смеси» ........................................................................................................................ 283 6. Технология производства неорганических веществ .................................................................... 285 6.1. Синтез аммиака ....................................................................................................................... 286 6.1.1. Азотная промышленность и её сырьевая база ............................................................. 286 6.1.2. Основные свойства азота, водорода и аммиака .......................................................... 288 6.1.3. Принципиальная схема производства аммиака из природного газа......................... 291 6.1.4. Очистка природного газа от сернистых соединений ................................................... 292 6.1.5. Конверсия природного газа............................................................................................ 294 6.1.6. Конверсия оксида углерода ........................................................................................... 295 6.1.7. Технологическая схема конверсии природного газа ................................................... 295 6.1.8. Основное оборудование агрегата двухступенчатой конверсии природного газа .... 297 6.1.9. Теоретические основы синтеза аммиака ...................................................................... 304 6.1.10. Технологическое оформление процесса синтеза аммиака ........................................ 305 6.1.11. Техника безопасности в производстве аммиака .......................................................... 308 6.1.12. Охрана окружающей среды в производстве аммиака ................................................ 309 6.1.13. Вопросы для самопроверки по теме «Синтез аммиака»............................................. 309 6.2. Технология производства карбамида ................................................................................... 311 6.2.1. Общая характеристика производства карбамида ........................................................ 311 6.2.2. Блок схема производства карбамида ............................................................................ 318 6.2.3. Физико – химические основы синтеза карбамида ....................................................... 320 6.2.4. Технологические схемы .................................................................................................. 327 6.2.5. Примеры решения задач ................................................................................................ 331 6.2.6. Вопросы для самопроверки по теме «Технология производства карбамида» ......... 333 6.3. Технология электрохимических производств ....................................................................... 334 6.3.1. Общая характеристика электрохимических технологий ............................................. 334 6.3.2. Теория электрохимических процессов ...................................................................... 335 6.3.2. Технология производства хлора и гидроксида натрия ................................................ 337 6.3.3. Гальванотехника .............................................................................................................. 344 6.3.4. Вопросы для самоконтроля по теме «Технология электрохимических производств» 346 7. Технология производства органических веществ ........................................................................ 347 7.1. Производство бензойной кислоты ........................................................................................ 347 7 7.1.1. Общая характеристика производства и применения бензойной кислоты. ............... 347 7.1.2. Требования к качеству сырья и продукта в производстве бензойной кислоты ........ 350 7.1.3. Блок схема производства бензойной кислоты ............................................................. 353 7.1.4. Физико – химические основы получения бензойной кислоты ................................... 354 7.1.5. Принципиальная технологическая схема производства бензойной кислоты. .......... 356 7.1.6. Основное оборудование производства бензойной кислоты ...................................... 357 7.1.7. Вопросы для самоконтроля по теме «Производство бензойной кислоты» .............. 360 7.2. Производство формалина ...................................................................................................... 362 7.2.1. Свойства и применение формальдегида и формалина ............................................... 362 7.2.2. Способы получения формалина ..................................................................................... 362 7.2.3. Технологическая схема производства формалина на оксидных катализаторах ....... 365 7.2.4. Технологическая схема производства формалина путем окисления метанола ....... 367 7.2.5. Вопросы для самопроверки по теме «Производство формалина» ............................ 371 8. Использованная литература ........................................................................................................... 372