Химическое производство: понятие, структура, функции, основные операции

химическое производство - совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимые продукты.

Требования к химическому производству:

– получение в производстве необходимого продукта;

– экологическая безопасность;

– безопасность и надежность эксплуатации;

– максимальное использование сырья и энергии;

– максимальная производительность труда.

Основное назначение химического производства - получение продукта, при этом химическое производство является многофункциональным. Общая структура химического производства включает в себя функциональные части, представленные на рис. 1.

Рис. 1. Структура и функциональные элементы химического производства: 1 - подготовка сырья; 2 - переработка сырья; 3 - выделение основного продукта; 4 - санитарная очистка и утилизация отходов; 5 - энергетическая система; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 - система управления.

Позиции 1-3 на рис. 1 - собственно химическое производство, в котором сырье перерабатывается в продукт. Подготовка сырья (поз. 1 на рис. 1) включает в себя его предварительную обработку - измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов и т. д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий превращения.

Подготовленное сырье проходит ряд превращений (позиций 2 на рис. 1), в результате чего образуется необходимый продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (позиция 3 на рис. 1).

Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные компоненты, которые опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства (поз. 4 на рис. 1). Санитарная очистка, или обезвреживание отходов, - перевод токсичных составляющих в безвредные, с тем чтобы их можно было удалить из производства, не опасаясь заражения окружающей среды. Хотя, конечно, даже обезвреженные отходы производства не являются полностью безопасными для окружающей среды, ибо загрязняют ее в любом случае. Выбрасывая отходы в окружающую среду, необходимо позаботиться об обеспечении безвредности существования в той экосистеме, в которой расположено производство. Безусловно, наиболее рациональным является превращение отходов основного производства в дополнительный полезный продукт, с тем чтобы если и не исключить, то существенно уменьшить количество выбрасываемых отходов.

Химическая промышленность потребляет довольно много энергии, чтобы обеспечить переработку сырья в продукты, - около 15% всех энергоресурсов расходуется в этой области техники. Поэтому энергетическая система - важный и сложный элемент химического производства (поз. 5 на рис.1). Энергия не столько потребляется непосредственно для получения продукта, сколько обеспечивает условия его производства. Кроме того, нередко химические превращения сопровождаются выделением энергии (экзотермические реакции). Поэтому энергетическая система должна обеспечивать не только распределение энергии по стадиям производства, но и по возможности возвращение ее после использования в переработке сырья.

Кроме энергии в химическом производстве используются вспомогательные материалы. К ним относятся, например, сорбенты для очистки и выделения продуктов; вещества, с помощью которых создается среда, необходимая для протекания процессов, и др. Особое место занимает вода - она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворения и разбавления технологических потоков. Потребление ее может быть значительным. Подготовка вспомогательных материалов и особенно водоподготовка (поз. 6 на рис.1) - также очень важная и сложная часть химического производства. Поскольку вспомогательные материалы и вода обеспечивают технологический процесс, но, как правило, не входят в конечные продукты производства, то система подготовки должна обеспечивать восстановление их свойств после проведения цикла операций с их участием и возврат их в производство.

Сложное химическое производство невозможно эксплуатировать без системы управления (поз. 7 на рис.1). Она обеспечивает контроль за состоянием производства, проведение процессов при наилучших условиях, защиту от нежелательных (аварийных) ситуаций, пуск и остановку сложной системы. Этот элемент представляет собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП).