§ 87. Некоторые закономерности химической технологии

Знакомясь с производством таких важных продуктов, как серная кислота, аммиак, азотная кислота, минеральные удобрения, чугун, сталь, алюминий, вы встретились с рядом основных закономерностей химической технологии. Теперь, сопоставив эти производства, нетрудно сформулировать их в более общем виде.

Очень большое значение имеет правильный выбор сырья. Как известно, химическая промышленность и металлургия имеют возможность перерабатывать в один и тот же продукт различные виды сырья. В промышленности применяют различные приемы подготовки сырья к его переработке: обогащение сырья, очистку, измельчение и др.

Ведущее значение в решении сырьевой проблемы имеет задача комплексного использования сырья.

1. Перечислите виды сырья, используемого в изученных вами металлургических и химических производствах.
2. Чем обосновывается выбор сырья для изученных вами производств?
3. Какое значение имеет комплексное использование сырья?
4. Приведите примеры подготовки сырья в химическом производстве: обогащения, измельчения, спекания и т. д.

На основании учения о химическом равновесии технология определяет зависимость равновесного, т. е. максимально возможного, выхода продукта от концентрации реагирующих веществ, температуры и давления.

Благодаря этому, во-первых, отпадают бесплодные поиски решений задачи в области, запрещенной состоянием химического равновесия, и, во-вторых, становятся ясными условия, при которых теоретически возможно получить нужный продукт.

Знакомясь с историей становления производства синтетического аммиака, вы встретились с такими бесплодными поисками.

1. Охарактеризуйте основную причину, почему даже в лабораториях в течение более ста лет не удавалось успешно осуществить такую простую на вид реакцию, как синтез аммиака?
2. В связи с этим сформулируйте принцип получения высокого выхода продукта при невозможности сместить равновесие в благоприятную сторону.

Знать, обратима ли реакция или необратима, как зависит равновесный выход от определяющих его условий, это первый и необходимый шаг, но недостаточный. Необходимо еще, как вы знаете, иметь данные о скорости процесса.

Учение о химической кинетике дает основные данные для выбора оптимальных условий ведения реакций и расчета аппаратов.

1. Рассмотрите, чем руководствуются при выборе оптимальных концентраций реагирующих веществ: а) при обжиге колчедана, б) при поглощении серного ангидрида, в) при синтезе аммиака.
2. Сопоставьте изученные вами производственные процессы, в которых стремятся к созданию большой поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Какие методы применяются для увеличения поверхности?
3. На основе чего определяется оптимальная температура: а) обжига колчедана, б) окисления двуокиси серы, в) синтеза аммиака, г) образования азотной кислоты из окислов азота, д) выплавки стали?
4. Чем определяется выбор давления: а) при синтезе аммиака, б) при получении азотной кислоты?
5. Какие закономерности проведения каталитических реакций вам известны? Рассмотрите три реакции: окисление двуокиси серы, синтез аммиака и окисление аммиака.

Познакомившись лишь с очень небольшим числом производств, вы увидели, как разнообразны технологические схемы и аппаратура в химическом производстве. Это связано, разумеется, со свойствами перерабатываемого сырья, с крайним разнообразием условий переработки химическими способами. Из большого числа вопросов мы здесь ограничимся только постановкой трех:

1. Сопоставив изученные периодические и непрерывные процессы, отметьте преимущества и недостатки тех и других.
2. Почему в химической промышленности. и металлургии считают целесообразным использовать аппараты большой мощности?
3. Что дает применение противотока?

Для повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции химические производства и другие отрасли производства механизируются.

Современное химическое производство оснащено множеством измерительных приборов, посредством которых судят о температуре и давлении, о количествах веществ и уровнях жидкостей в аппаратах, о скорости движения материала через аппараты, о составе исходных веществ, о ходе реакций, о качестве получаемых продуктов и т. д.

Для удобства наблюдения показаний приборов (термометров, газоанализаторов и др.) они передаются на общий щит. На щит ставят приборы, которые записывают показания измерений и позволяют иметь систематические данные о всех изменениях в течение процессов. На щит выводят также всевозможные механизмы, посредством которых управляют ходом процесса, например вентили, служащие для измерения количества поступающих в аппараты жидких и газообразных веществ, приборы для регулирования нагревания и т. п. Благодаря централизации контроля и управления наблюдение за ходом процесса и поддержание заданного режима работы аппаратов облегчаются.

Более совершенной системой управления процессом является такая, при которой заданный режим поддерживается автоматически. Автоматически действующие механизмы поддерживают все время заданную температуру, давление, концентрации и т. д. Роль человека сводится к пуску в действие аппаратов, контролю за их работой и исправлению неполадок, если они появляются. Благодаря автоматизации управления растет производительность труда, а режим производства приобретает исключительную устойчивость, что имеет большое значение для повышения выхода продукта и его качества. В настоящее время многие сернокислотные, азотные и другие химические заводы в СССР полностью автоматизируются.

1. На основании каких признаков выбирают сырье для данного производства в данном районе?
2. Какое значение имеют для технологии: а) химические уравнения, б) термохимические уравнения?
3. Какие условия течения химических реакций в производстве называются оптимальными?
4. Чем определяется выбор оптимальной температуры: а) для обжига колчедана, б) для окисления двуокиси серы, в) для поглощения серного ангидрида?
5. Какой катализатор можно назвать оптимальным?
6. Почему стремятся строить химические аппараты большой мощности?
7. В чем отличие непрерывного процесса и аппарата непрерывного действия от периодического процесса и аппарата периодического действия? Приведите примеры процессов и аппаратов обоих типов, привлекая сведения и по лабораторным опытам.
8. Приведите примеры применения противотока в производстве и объясните его значение.
9. Почему поглотительные башни заполняют насадкой, что она собой представляет?
10. Как используется теплота химических реакций? Приведите примеры.