Сырье в химической промышленности. 2

Министерство  образование и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Тверской государственный  технический университет»

Кафедра ТПМ

 

 

 

 

Реферат

На тему:

Сырье в химической промышленности

 

 

 

 

Выполнила:

Кудряшова М. Ю.

3 курс БТ-1003 ХТФ

Проверил:

Смирнов Ю.Н.

 

 

 

Тверь

2012

Содержание

Введение………………………………………………………………………..…3

Основные понятия  и классификация сырья…………………………………….4

Подготовка химического  сырья к переработке. Обогащение…………………7

Возобновляемость  ресурсов……………………………………………………11

Вторичные материальные ресурсы…………………………………………….14

Список используемой литературы……………………………………………..16

 

Введение

Сырьевые и  материальные ресурсы, являясь предметом  труда, представляют собой один их трех основных элементов производства. Без них, разумеется, невозможно никакое производство. Но не только этим характеризуется роль и значение материальных и сырьевых ресурсов. Они составляют две трети затрат на производство товара, себестоимости произведенной промышленной продукции и не менее половины её цены. В отраслях пищевой промышленности затраты на сырье и материалы превышают 80 % в себестоимости продукции. В масштабах современного российского производства снижение затрат на сырье и материалы хотя бы на один процент обеспечивает многомиллиардную экономию ресурсов, дополнительную прибыль и объем продукции.

С возрастанием масштабов производства и дальнейшим динамичным её развитием значимость каждого процента экономии сырья  и материалов будет возрастать адекватно. Это - основа снижения издержек производства, цены реализации, а значит улучшения конкурентоспособности отечественного производства. В этом важность и народнохозяйственная значимость рационального расходования  материальных и сырьевых ресурсов, повышение эффективности их использования.

 

Основные понятия и  классификация сырья.

 

Сырье является одним из основных элементов, определяющих в значительной степени технологию производства, себестоимость и качество продукта. Сырьем называют природные материалы и полупродукты, используемые в производстве промышленных продуктов.

Потребности развивающейся  химической промышленности в разнообразном  доступном и дешевом сырье  постоянно заставляют вводить в  производство новые виды сырья. Для  приготовления ряда химических материалов используют полупродукты или отходы других предприятий. Как исходное сырье, так и готовые продукты должны отвечать определенным требованиям (ГОСТ, ОСТ).

В производстве химических продуктов различают исходные вещества (сырье), промежуточные продукты (полупродукты) и готовые продукты.

Полупродукты  химической переработки исходного  сырья, в свою очередь, служат сырьем для получения других веществ. В  практике, однако, полупродукт может  быть готовым продуктом для предприятия, изготовляющего его, и сырьем для  предприятия, потребляющего этот полупродукт. Так, серная кислота, полученная на заводах цветной металлургии, является готовой продукцией для этих заводов и сырьем для получения минеральных удобрений, в частности фосфорных.

В химико-технологических  процессах в основном используются лишь 60 элементов периодической системы, при этом их участие в производстве может исчисляться несколькими килограммами и десятками миллионов тонн.

Крупнотоннажные химические производства основываются по существу на ограниченном числе видов сырья, но используемых в больших количествах (сера и ее соединения, апатиты и фосфориты, природный газ, нефть и уголь, известняк, поваренная соль, вода, воздух и т. д.).

Путем переработки  серы, серного колчедана, известняка, поваренной соли, фосфатов, полиминеральных руд и газового сырья (природного, попутного и коксового газов), а также азота воздуха получают серную, азотную, фосфорную кислоты и синтетический аммиак, используемые в свою очередь для выработки азотных, фосфорных, калийных и комплексных удобрений, производят каустическую и кальцинированную соду и минеральные соли. Природный газ служит сырьем для получения продуктов тяжелого органического синтеза, удобрений, пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, фармацевтических препаратов и др.

Нефть является ценнейшим сырьем для получения  различных горюче-смазочных материалов, синтетических волокон, каучуков, пластических масс, моющих средств и многих других продуктов.

Сырье химической промышленности классифицируют по различным  признакам: по происхождению — минеральное, растительное и животное; по запасам — не возобновляемое (руды, минералы, горючие ископаемые) и возобновляемое (вода, воздух, растительное и животное сырье); по химическому составу — неорганическое (руды, минералы) и органическое (нефть, уголь, природный газ); по агрегатному состоянию — твердое (руды, минералы, уголь, сланцы, торф), жидкое (вода, рассолы, нефть) и газообразное (воздух, природный газ). Кроме того, сырье можно подразделить на первичное (минеральное, растительное и животное, горючие ископаемые, вода и воздух) и вторичное (промышленные и потребительские отходы), а также на природное и искусственное (кокс, химические волокна, синтетический каучук, синтетические красители, смолы и т.п.).

В свою очередь  минеральное сырье включает рудное (металлическое), нерудное и горючее (органическое). Рудное сырье — это железные, медные, хромовые, титановые и другие руды, содержащие в основном оксиды и сульфиды металлов. Руды, в состав которых входят соединения разных металлов, называют полиметаллическими. Нерудное сырье — поваренная соль, фосфориты, апатиты, гипс, известняк, песок, глина, асбест, слюда, сера и др. Горючие ископаемые—торф, бурые и каменные угли, сланцы и природный газ. Они состоят из органических соединений и используются в качестве сырья и энергоресурсов.

Растительное (подсолнечник, картофель, сахарная свекла, древесина, хлопок, лен, конопля, каучуконосы, стержни  початков кукурузы, подсолнечная, рисовая, хлопковая лузга и т. п.) и животное сырье (шерсть, натуральный шелк, пушнина, кожа, масла, жиры, молоко и т п.) перерабатывают в продукты питания (пищевое сырье) или в продукты бытового и промышленного назначения (техническое). Так, твердые и жидкие растительные масла используют в производстве мыла, лакокрасочных материалов, вспомогательных веществ для отделки изделий легкой промышленности, а крахмалопродукты потребляются в текстильной промышленности. Стержни початков кукурузы, подсолнечная, рисовая и хлопковая лузга широко используются в микробиологической промышленности в качестве сырья для производства кормового белка, фурфурола и ксилита.

Сырье, применяемое  в химико-технологических процессах, должно удовлетворять ряду требований, в частности обеспечивать:

— минимальное число стадий переработки в конечный продукт; минимальные энергетические и материальные затраты на подготовку сырья к химическому превращению и в целом на осуществление процесса;

— минимальное рассеяние исходной энергии, т е. характеризоваться максимумом энергии; возможно более низкий уровень температуры, давления, расхода энергии на изменение агрегатного состояния реагирующих веществ;

— максимальную концентрацию целевого продуктов в реакционной смеси.

 

 

Подготовка химического сырья к переработке. Обогащение.

Сырье, предназначенное  для переработки в готовую  продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается проведением комплекса операций, составляющих процесс подготовки сырья к переработке. В процессе подготовки сырье приобретает заданную концентрацию полезного компонента, влажность, допустимо содержание примесей, необходимую дисперсность. В комплекс операций подготовки твердого сырья входят: классификация, измельчение или укрупнение), обезвоживание, обогащение.

Классификация-это процесс разделения однородных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих частиц, осуществляется рассеиванием материалов на ситах (грохочение), разделением смеси частиц по скорости осаждения в жидкой фазе (гидравлическая классификация), разделением смеси частиц по скорости их осаждения в воздухе с помощью сепараторов (воздушная классификация).

Измельчение- это механический процесс деления твердого тела на части за счет приложения внешних сил. Измельчение может производиться методами удара, раздавливания, истирания. Мерой измельчения является степень измельчения:

 

где: D_H и D_K - средний размер частиц (эквивалентный диаметр) до и после измельчения соответственно. В отдельных случаях процесс подготовки включает операцию укрупнения порошкообразного материала методами брикетирования или агломерации.

Обезвоживание материала осуществляется методами стекания, отстаивания (в случае жидких систем), сушки.

Сушкой называется процесс удаления влаги или другой жидкости из твердых материалов путем ее испарения и отвода образующегося пара. Условием сушки является обеспечение неравенства Р_М>Р_С, где Р_м - давление пара во влажном высушиваемом материале, а Р_с - парциальное давление пара в окружающей среде.

Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья (полезного компонента) от пустой породы (балласта) с целью повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырье разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы. Количественными показателями процесса обогащения являются:

1. Выход концентрата, т.е. отношение массы полученного концентрата m_к к массе обогащаемого сырья m_с

2. Степень извлечения полезного компонента, представляющая отношение массы полезного компонента в концентрате m_кк к его массе в обогащаемом сырье m_кс

 

3. Степень обогащения сырья представляет собой отношение доли полезного компонента в концентрате к массовой доле его в обогащаемом сырье :

 

 

Выбор метода обогащения зависит от агрегатного состояния и свойств  компонентов сырья. Известно много методов обогащения сырья. Важнейшие из них: механический, термический, химический, электромагнитный, флотационный, или физико-химический.

 

Механический метод обогащения твердых минералов включает:

-метод грохочения, основанный на том, что менее прочные минералы, входящие в состав сырья, при измельчении дробятся на более мелкие частицы, чем минералы более прочные. Просеивание измельченной породы через сита {грохоты) позволяет более мелким частицам отделиться от более крупных и получить фракции, обогащенные тем или иным минералом;

-гравитационное обогащение основано на разной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газа (сухое обогащение) или жидкости (мокрое обогащение), или в поле центробежной силы;

 

Термический метод обогащения основан на различной плавкости компонентов, входящих в состав сырья. Например выплавка серы из серных руд: температура плавления серы 113-119°С, что гораздо ниже температуры плавления пустой породы.

 

Химический метод. Существует несколько способов химического обогащения сырья, которые основаны на:

-избирательной растворимости составных частей сырья в растворителях;

-на различии во взаимодействии компонентов сырья с химическими реагентами, с последующим выделением образовавшегося соединения - осаждением, испарением, плавлением и т.п.

 

Электромагнитный метод основан на различной магнитной проницаемости твердых материалов, входящих в состав сырья. Метод применяют для обогащения магнитных железняков в металлургической промышленности.

 

Электростатический метод основан на различной электрической проводимости компонентов сырья.

 

Флотационный или физико-химический, метод основан на различной смачиваемости водой минералов. Смачивающиеся водой (гидрофильные ) кристаллы тонут, т.е. оседают на дно флотационной машины, а не смачивающиеся водой (гидрофобные ) кристаллы прилипают к пузырькам воздуха, продуваемого через пульпу, и поднимаются вверх вместе с пеной - флотируются, образуя минеральную пену -концентрат

Для успешного проведения процесса флотации необходимо создавать условия для неодинаковой смачиваемости водой зерен минералов, подлежащих разделению. С этой целью в пульпу вводят различные флотореагенты: пенообразователи (вспениватели), собиратели (коллекторы,), депрессоры, активаторы, регуляторы. Расход флотореаген- тов колеблется от 50 до 500 г на 1 т флотируемой руды.

Важнейшие экономические  показатели процесса флотации:

-выход концентрата (отношение веса полученного концентрата к весу взятой руды в процентах),

-степень извлечения (процентное отношение веса извлеченного элемента в концентрате к его весу в руде),

          -степень обогащения или концентрации (отношение процентного содержания элемента в концентрате к содержанию его в исходной руде).

Возобновляемость  ресурсов.

Основными видами энергетических ресурсов в современных  условиях являются горючие ископаемые (уголь, нефть, природный газ, торф, сланцы) и продукты их переработки; энергия воды (гидроэнергия); биомасса (древесина и другое растительное сырье); атомная энергия. Частично используется энергия ветра, а также морских приливов и отливов.

Мировые запасы основных видов топлива оцениваются в 12 800 млрд. т условного топлива. Из этого количества около 11 200 млрд. т составляют ресурсы угля, 740 млрд. т — нефти и 630 млрд. т — природного газа.

Энергетические  ресурсы разделяют на топливные (уголь, нефть, природный газ, сланцы, битуминозные пески, торф, биомасса) и нетопливные (гидроэнергия, энергия ветра, лучистая энергия Солнца, глубинная теплота Земли и др.), возобновляемые и невозобновляемые, первичные и вторичные.

Все возобновляемые энергетические ресурсы являются производными от энергии Солнца, но в целях удобства классифицированы по следующим категориям: солнечная энергия (прямая радиация); гидроэнергетические ресурсы (испарительно-конденсационный цикл); энергия ветра и волн; биомасса (растительного и животного происхождения). К практически неисчерпаемым относят геотермальные и термоядерные энергетические ресурсы. В геотермальные ресурсы включена глубинная теплота Земли, которая может быть использована как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Термоядерные ресурсы (реакции синтеза) измеряются тепловым эквивалентом преобразования дейтерия, содержащегося в морской воде, и лития, находящегося в земной коре.

К не возобновляемым энергетическим ресурсам относятся  те, запасы которых по мере их добычи необратимо уменьшаются. К ним относятся уголь, сланцы, нефть, битуминозные пески и природный газ. Все названные выше виды энергоресурсов относятся к первичным.

Вторичными  энергетическими ресурсам и (ВЭР) называется энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов. Так, вторичными энергоресурсами производства аммиака, наиболее энергоемкого в химической промышленности, являются жидкие углеводороды, танковые и продувочные газы, физическая теплота дымовых газов трубчатых печей и огневых подогревателей природного газа, физическая теплота конвертированных газов и физическая теплота синтез-газа.

Жидкие углеводороды содержат в своем составе пентан и более тяжелые углеводороды. Этот вид горючих ВЭР образуется при сепарации природного газа перед  его поступлением на конверсию и  обычно выдается в сеть предприятия  для сжигания.

Сконденсировавшийся аммиак содержит в себе растворенные газы, которые выделяются из него при  дросселировании. Они выводятся  из сборника жидкого аммиака и  называются танковыми. Основными составляющими  этих газов являются водород, метан, азот и аммиак, который обычно улавливается в специальных устройствах. Танковые газы после выделения аммиака используют вместе с продувочными газами в качестве котельно-печного топлива. Продувочные газы представляют собой часть циркуляционного газа, «выдуваемого» из системы для поддержания в агрегате содержания инертных примесей на определенном уровне.

Дымовые газы образуются в трубчатых печах конверсии  природного газа и в огневых подогревателях природного газа, поступающего на сероочистку  перед конверсией. Теплота дымовых газов может быть использована для подогрева природного газа, парогазовой смеси и воздуха, поступающих на конверсию, и для перегрева водяного пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе, который служит для охлаждения конвертированного газа.

Физическая  теплота конвертированного газа используется для выработки пара в котле-утилизаторе. С этой же целью используется и физическая теплота синтез-газа, которая, кроме того, служит и для подогрева холодной азотоводородной смеси, поступающей в колонну синтеза.

Потенциальные запасы вторичных энергетических ресурсов в отраслях хозяйства оцениваются более чем в 1000 млн ГДж. Рациональное использование их является одним из крупнейших резервов экономии топлива в промышленности, способствующим снижению топливо- и энергоемкости промышленной продукции.

Наибольшими тепловыми  вторичными ресурсами располагают  предприятия химической, нефтеперерабатывающей  и нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения и некоторых других отраслей народного хозяйства

Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться непосредственно  без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности  в топливе или теплоте либо с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках

Топливо называют энергетическим, если его используют для получения электрической  и тепловой энергии на электростанциях, в районных и промышленных котельных. Топливо, непосредственно используемое в различных агрегатах и установках, в том числе в промышленных печах и для коксования, называют технологическим.

В зависимости  от агрегатного состояния топливо  подразделяют на твердое, жидкое и газообразное. К твердым топливам относятся бурые и каменные угли, антрациты, торф, сланцы и дрова, а также продукты их переработки: кокс, полукокс, брикеты торфяные и угольные, термоантрацит, древесный уголь; к жидким — нефть, газовый конденсат и продукты их переработки: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, смолы и т. п.; к газообразным — природный, нефтепромысловый (попутный) и шахтный газы, а также сжиженный нефтезаводской, коксовый, полукоксовый, генераторный, водяной, доменный и ваграночный газы, водород и газы процессов брожения.

Вторичные материальные ресурсы (ВМР).

Вторичные материальные ресурсы. Существенным источником химического сырья являются вторичные материальные ресурсы (BMP). К ним относятся отходы производства, отходы потребления и побочные продукты.

Отходами производства называют остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующиеся в процессе производства продукции, которые частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют стандартам (техническим условиям). В зависимости от свойств и состава выделяют три основные группы отходов предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности:

 

1) близкие к  исходному сырью; 

2) к целевым  продуктам; 

3) к сырью  других производств или отраслей.

К первой группе относятся отходы, из которых можно извлечь не прореагировавшее сырье или промежуточные продукты и вернуть их обратно в цикл, зачастую после регенерации. Ко второй группе принадлежат отходы, которые путем определенных операций могут быть доведены до товарных кондиций. Третья группа включает в себя отходы, пригодные для переработки в других отраслях. Особую группу составляют безвредные или обезвреженные в результате тех или иных процессов отходы, направляемые непосредственно в окружающую среду, их можно выбрасывать в атмосферу, закапывать либо затоплять в морях и океанах.

Отходами потребления  называют различные бывшие в употреблении изделия и вещества, восстановление которых экономически нецелесообразно, например, полностью изношенные, выбывшие из строя машины, изделия производственного назначения из стекла, резины и пластмасс, отработанные реактивы, катализаторы и т.п. (отходы промышленного потребления) или пришедшие в негодность изделия домашнего обихода и личного потребления (отходы бытового потребления).

Побочные продукты образуются в процессе переработки сырья наряду с основными продуктами производства, но не являются целью производственного процесса. Однако побочные продукты, как правило, могут быть использованы в качестве готовой продукции. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТы, ТУ и утвержденные цены, их производство планируется. Те побочные продукты, которые получаются при добыче или обогащении основного сырья, принято называть попутными продуктами и (например, попутный газ) Побочные и попутные продукты данного процесса, как правило, являются целевыми продуктами для другого производства.

Вторичные материальные ресурсы полностью или частично заменяют первичные сырье и материалы  в производстве необходимой народному  хозяйству продукции. Химическая промышленность, таким образом, выступает не только как потребитель природных ресурсов, но и как отрасль, сберегающая природное сырье.

На нефтехимических  предприятиях вторичными ресурсами  являются различные углеводородные компоненты, отработанные катализаторы и реагенты. За счет их использования экономия сырья и материалов составляет не менее 20—25 % от общего потребления.

 

 

Список использованной литературы

1. А. М. Кутепов. Общая химическая технологи: Учебник для техн. вузов. /А. М. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен. - 2 изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк. ,1990. - 520 с., ил.
2. Бесков В.С. Общая химическая технология - Учебник для вузов - М.: ИКЦ "Академкнига", 2005 г. , 452 стр.
3. Теоретические основы химической технологии/И. П. Мухленов, А. Я. Авербух, Е. С. Тумаркина и др.; Под ред. И. П. Мухленова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. , 1984. — 256 с.
4. И. П. Мухленов. Важнейшие химические производства - Учебник для вузов. - Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1977 г.
5. И. П. Мухленов. Основы химической технологии - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: "Высшая школа", 1983. - 335 с.