Контрольная работа по "Технологии химических производств"

                                                                                                       продукт]

      [Сырьё]           [полупродукт-1]         [полупродукт-2]                  

              [отходы-1]                   [отходы-2]                                                

                                                                                                           [ГОТОВЫЙ

                                                                                                     ПРОДУКТ]

      

     Полупродуктом называется сырьё, подвергшееся обработке на одной или нескольких стадиях производства, но не потреблённое в качестве готового целевого продукта. Полупродукт, полученный на предыдущей стадии производства, может быть сырьём для последующей стадии, например:

      [Каменный уголь]    [Обработанный коксовый газ]    [Водород]    [Амиак]

     Побочным  продуктом называется вещество, образующееся в поцессе переработки сырья наряду с целевым продуктом, но не являющееся целью данного производства. Побочные продукты, образующиеся при добыче или обогащении сырья, называются попутными продуктами.

     Отходами  производства называются остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующихся в производстве и полностью или частично утративших свои качества.

     Сырьём  для химической промышленности служат продукты горно-рудной, нефтяной, газовой, коксохимической, лесной и целлюлозно-бумажной отраслей промышленности, чёрной и цветной металлургии. Всё химическое сырьё подразделяется на группы по происхождению, химическому составу, запасам и агрегатному состоянию (схема ниже).

     

                 

               по агрегатному

                    состоянию  
 
 

                  по химическому

                  состоянию 
 

                  по видам

                   запасов 

     

                         по происхождению      
 
 
 
 
 

     Химическое  сырьё также принято делить на:

• первичное (извлекаемое из природных источников)
• вторичное (промежуточные или побочные продукты промышленного производства и потребления, отходы)

и на:

• природное
• искусственное (полученное в результате промышленной обработки природного сырья).

     К веществам, используемым в качестве химического сырья, предъявляется  ряд общих требований. Сырьё для  химического производства должно обеспечивать:

• малостадийность производственного процесса;
• агрегатное состояние системы, требующее минимальных затрат энергии для создания оптимальных условий протекания процесса;
• минимальное рассеяние подводимой энергии;
• минимальные потери энергии с продуктами;
• возможно более низкие параметры процесса (температура, давление) и расход энергии на изменение агрегатного состояния реагентов и осуществление химико-технологического процесса;
• максимальное содержание целевого продукта в реакционной смеси.

     В себестоимости продукции химической промышленности доля сырья достигает 70%. Поэтому проблема ресурсов и рационального использования сырья при его переработке и добыче актуальна.

     В химической промышленности в качестве сырья используются соединения более 80 элементов. Эти элементы, входящие в состав земной коры, которая является источником химического сырья, распределены в ней не равномерно по природе, концентрации и географическому размещению.

     Количественной  характеристикой распространённости элементов в природе служит кларк, величина, выражающая в массовых и  атомных процентах, или в граммах на тонну содержание данного элемента в земной коре (Табл. 1). 

     Табл. 1 Кларки некоторых элементов

      

     Из  табл. 1 следует, что всего 9 элементов  составляют более 98% массы земной коры; на все остальные элементы приходится всего 1,87%. Содержание углерода, представляющего  основу жизни и составляющего  основную часть горючих ископаемых, составляет только 0,35% массы земной коры.

     Все ресурсы химического сырья подразделяются на запасы, то есть выявленные и изученные  ресурсы и на потенциальные ресурсы. В свою очередь по степени изученности  и пригодности к эксплуатации запасы сырья делятся на три категории.

     К категории А относятся запасы, детально разведанные и подготовленные к разработке. К категории В  относятся запасы, установленные  в результате геолого-разведочных  работ. В категорию С включены запасы, определённые по результатам  геофизической разведки и изучения по естественным обнаружениям.

     Возможность использования сырья в химической промышленности определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного  компонента.

     Ценность  сырья зависит от уровня развития технологии и задач, стоящих перед производством и существенно меняется со временим.

     Доступность сырья определяется географическим расположением запасов, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов  извлечения. Отсутствие эффективных  методов (цианидного, ртутного) не позволяло в прошлом успешно извлекать золото из рассеянных месторождений.

     Существенное  влияние на возможность использования  запасов сырья оказывает концентрация полезного элемента. Многие элементы при относительно высокой концентрации в земной коре рассеяны, что затрудняет их использование в качестве химического сырья. Тем не менее в промышленности в целом и химической – в частности, характерна историческая тенденция использовать всё более распространённое сырьё, выраженная в правиле Вернадского, согласно которому «кларки промышленности стремятся к кларкам планеты».

     Запасы  основных видов сырья в СССР в % от мировых запасов выражались следующими цифрами: торф 60, калийные соли 60, фосфаты 33, древесина 33, ископаемые угли более 50, нефть 6 – 10, различное минеральное сырьё 25. В настоящее время на долю РФ падает 45% мировых запасов газа и 23% ископаемых углей. Существенным недостатком сырьевой политики России является  сохранение структуры экспорта, в которой 40,2% составляет топливо и 10,5% рудное сырьё, и всего 4,1 % продукты переработки сырья, хотя известно, что стоимость продукции прогрессивно возрастает с учётом с углублением переработки сырья.

     Высокая доля сырья в себестоимости химической продукции, быстрое истощение запасов  сырья (мировая добыча минерального сырья за первую половину ХХ века выросла в 3,4 раза), удорожание процессов добычи его (за последние годы себестоимость добычи нефти выросла в 2 раза, угля в 1,5 раза, природного газа в 2,5 раза) выдвинули две задачи:

• разработку объективной оценки скорости исчерпывания запасов химического сырья;
• рациональное использование химического сырья.

1. Количественной характеристикой скорости исчерпывания запасов сырья предложено считать «индекс использования резервов» (ИИР), который представляет процент расходования данного вида сырья в год. Чем выше ИИР, тем, очевидно, больше скорость расходования сырья, т.е.

t_{исчерп.} = 100/ИИР,

     где: t_исчерп – время исчерпывания запасов сырья в годах.

     ИИР зависит от численности населения  и возрастает с его увеличением. В табл. 2 представлены значения ИИР и соответствующее им время исчерпывания ресурсов основных видов химического сырья, рассчитанные для численности населения 3,56 · 10⁹ человек (графа I) и 10 · 10⁹ человек (графа II).

Табл. 2 Индекс использования ресурсов и время использования ресурсов.

 

     Из  данных таблицы следует, что разведанные запасы многих видов сырья могут быть исчерпаны уже при жизни ближайших поколений.

2. Основными направлениями рационального использования химического сырья являются:
• применение более дешёвого сырья (местного, с минимальными затратами на добычу);
• использование вторичных материальных ресурсов (отходов производства и потребления, побочных продуктов других производств);
• использование менее концентрированного сырья (бедных руд);
• комплексная переработка сырья, т.е. метод, при котором в максимальной степени извлекаются и используются все ценные компоненты, содержащиеся в сырье.