Химиялық технология

Химиялық технология — табиғи шикізаттарды (көмір, мұнай, табиғи газ, ағаш, тағы басқа) химиялық жолдар арқылы тұтыну мүліктеріне және өндіріс құралдарына айналдырудың экономикалық тиімді әдістері мен процестері жайындағы ғылым.

Зерттейтін объектілері бойынша химиялық технология екіге бөлінеді:

• бейорганикалық (қышқылдар, сілтілер, сода, силикатты материалдар, минералды тыңайтқыштар, тұздар, т.б.)

• органикалық (жасанды каучук, пластмассалар, спирттер, органикалық қышқылдар, бояғыш заттар, дәрі-дәрмек, т.б.) заттар технологиясы.

Механикалық технология заттардың сырт пішінін, физикалық қасиеттерін өзгерту әдістерін зерттесе, химиялық технология заттардың құрамы мен құрылысын өзгертудің химиялық жолдарын қарастырады. Химиялық технологияның басты мақсаты - өндірістік процестердің физикалық-химиялық жағдайын зерттеу, технологиялық процестердің сұлбасын жасау, аппараттар мен приборлардың құралымын анықтау және оларды дайындайтын материалдар іздестіру.

Жаңадан жасалған технологиялық процестер ғылым мен техниканың соңғы жетістіктеріне негізделген, экономикалық жағынан тиімді қажетті технолиялық процестердің техникалық және экономикалық тиімділігін сипаттайтын негізгі көрсеткіштеріне: өнім бірлігін өндіруге жұмсалатын шикізат пен энергия мөлшері, өнімнің шығыны мен сапасы, еңбек өнімділігі, процестің өндіру қарқыны, өндірісті іске қосуға жұмсалатын қаражат, өнім құны, т.б. жатады. Химиялық технология әдістері химия, металлургия, құрылыс материалдары мен силикаттар, тері, тамақ, тоқыма, т.б. өнеркәсіп салаларында пайдаланылады.

 

 

2-БӨЛІМ. ДӘРІС  КЕШЕНІ 
 
 
1-БӨЛІМ. ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯНЫҢ НЕГІЗГІ ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ МЕН ӘДІСТЕМЕЛЕРІ ЖӘНЕ БЕЙОРГАНИКАЛЫҚ ЗАТТАР ТЕХНОЛОГИЯСЫ 
 
Глоссарий (анықтама, сөздік) 
 
Технология – табиғи және жасанды жолмен алынған шикізаттарды өндіріс және халық тұтынатын өнімдерге өңдеу әдістері мен үрдістерін зерттейтін ғылым саласы. 
 
Шығын коэффициенті – бір массалы немесе көлемді дайын өнім алу үшін қажетті шикізаттың санын белгілейтін көрсеткіш. 
 
Айналу немесе жанасу дәрежесі – реакциялық қондырғыдан реагенттің бір жүріп өткендегі өнім шығымы. 
 
Материалдық баланс – стехиометриялық заңға бағынып, материалдық есептеме негізінде құрылатын технологиялық көрсеткіш.  
 
Химиялық реакторлар – диффузия, жылу алмасу, араластыру т.б. секілді физикалық құбылыс химиялық өзгеріс тудыруға қажетті жағдай жасайтын, нәтижесінде белгілі массадағы немесе көлемдегі негізгі өнім алынатын аппаратты атайды. 
 
Өндірістік пештер – отынның жануы немесе электр энергиясын қолданып, заттарды жылумен өңдеу арқылы физикалық немесе химиялық өзгерістерді жүзеге асыру.  
 
Катализ – катализаторлық заттардың реагенттермен аралық химиялық реакцияға түсу арқылы катлиз процесін өзінің құрамын қайта қалпына келтіру арқылы аяқтап, реакция жылдамдығын өзгерту. 
 
Кенді флотациялық жолмен байыту – кен құрамындағы пайдалы компоненттерді суға жұғымдылығына байланысты қоспадан бөліп алу. 
 
Судың кермектілігі – 1 литр судағы кальций және магний иондарының мг-эквивалент мөлшері. 

1-тақырып. Химиялық  технологияның негізгі ұғымдары

 
Дәріс мақсаты: студенттерді химиялық технология анықтамасы, оның жіктелуі, негізгі ұғымдары мен заттардың қозғалу бағытымен таныстыру 
 
1. Технологияның жіктелуі.  
 
2. Химиялық технологияда қолданылатын негізгі ұғымдар.  
 
3. Заттардың және энергияның қозғалу бағыты.  
 
Технология табиғи және жасанды шикізаттарды тұтыну және өндіріс заттарына айналдыратын негізгі әдістер мен процестерді зерттейтін ғылым. Технология механикалық және химиялық болып екіге бөлінеді. Машиналар мен аппараттарда жүретін операциялардың тізбекті сипаттамасы технологиялық кесте деп аталады. Химиялық технологияда өндіріс өнімділігі, өнім сапсы, аппарат интенсивтілігі, өнімнің өз құны, материалдық және жылу балансы және т.б. негізгі ұғымдар қолданылады. Химико-технологиялық процесс әрекеттесуші компонентті реакция зонасына әкелу, химиялық реакция, өнімді реакция зонасынан әкету сияқты физикалық және химиялық сатылардан тұрады.заттардың және энергияның бағыты: тік немеес параллелді, қарама-қарсы және қилысу бағыты бойынша жүреді.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: 

1.  
   химиялық технология анықтамасы;

2.  
   химиялық технологияның негізгі ұғымдарына сипаттама бер;

3.  
   материалдық баланс деген не?

4.  
   химико-технологиялық процестердің негізгі сатысын сипатта;

5.  
   заттардың және энергия қозғалысын сипатта.

6.  
   химико-технологиялық процесс сатыларын сипатта;

7.  
   гомогенді және гетерогенді технологиялық процестер деген не?

8.  
   технологиялық процестердегі тепе-теңдікке мысал келтір;

9.  
   технологиялық процесс жылдамдығын сипатта.

 
Силлабус соңындағы негізгі әдебиеттер тізімінен 1-9 әдебиеттерді пайдалану ұсынылады. 
 
2- тақырып: Химиялық технологияның негізгі заңдылықтары. Реакторлар  
 
Дәріс мақсаты: химиялық технологияның негізгі заңдылықтары мен реакторлар түрлерін қарастыру. 
 
1. Химико-технологиялық процесс туралы ұғым және оның жіктелуі;  
 
2. Технологиялық процестегі тепе-теңдік;  
 
3. Технологиялық процестің жылдамдығы; 
 
4. Реакторлар. 
 
Химиялық технология процестері химиялық реакция қатысында жүретін – химиялық және физикалық болып, жүретін реакция бойынша тотығу-тотықсыздану, қышқылдық негіздік, қайтымды, қайтымсыз, жай, күрделі, кинетикалық және диффузиялық салады жүретін болып бөлінеді. Технологиялық аппараттарды жүретін технологиялық процестер гомогенді және гетерогенді болып жіктеледі. Химиялық процестер қайтымды және қайтымсыз болады. Қайтымсыз реакциялар аяғына дейін толық жүреді, ал, қайтымды реакциялар тура және кері бағытта жүретіндіктен оларға тепе-текдік орнау тән болады. Химиялық технологиядағы тепе-теңдік Ле-Шателье принципіне бпғынады. Технологиялық процестердің жылдамдығы реакцияның кинетикалық немесе диффузиялық салада жүретініне байланысты. Жылдамдық әсер етуші массалар заңына бағынады.  
 
Химиялық реакторлар деп – диффузия, жылу алмасу, араластыру т.б. секілді физикалық құбылыс химиялық өзгеріс тудыруға қажетті жағдай жасайтын, нәтижесінде белгілі массадағы немесе көлемдегі өнім алынатын аппаратты атайды. Реакторға дейін орналасқан аппараттар шикізатты химиялық өңдеуге арналса, реактордан кейінгілері реатордан шыққан өнімді бөлуге негізделген. Реакторға: жоғары өнімділік пен интенсивтілік, жоғары өнім шығымы мен процестің жоғары селективтілігі, жылуды терең пайдалану, технологиялық режим тұрақтылығы, жұмыс қауіпсіздігі, бағасының арзандығы секілді талаптар қойылады. Реакторлар: операция сипатына, әрекеттесуші массаның фазалық құрамына, процестің жылу эффектісіне, қысымға, араластыру дәрежесіне, температуралық режимге байланысты әр түрге бөлінеді. Өндіріс орындарында идеалды шығару, араластыру және аралық операциялы реакторлар моделі жиі кездеседі. Идеалды шығару реакторында барлық бөлшектер белгіленген бағыт бойынша арттағы ағым, алдыдағын толық ығыстыра отырып, қозғалады. Идеалды араластыру реакторында реагент бөлшектері (ион, молекула, қатты зат түйіршіктері) белгілі уақытта аппаратқа түсіп, қатты араластыру арқылы басқа бөлшектермен бірге аппараттан шығады.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: 

1.  
   химико-технологиялық процесс сатыларын сипатта;

2.  
   гомогенді және гетерогенді технологиялық процестер деген не?

3.  
   технологиялық процестердегі тепе-теңдікке мысал келтір;

4.  
   технологиялық процесс жылдамдығын сипатта.

5.  
   Реакторлар деген не? Оның қандай түрлері бар?

 
Силлабус соңындағы негізгі әдебиеттер тізімінен 1-9 әдебиеттерді пайдалану ұсынылады. 
 
3 – тақырып: Шикізат. Энергия. Су  
 
Дәріс мақсаты: шикізаттың түрлері, жіктелуі, шикізатты байытуға дайындау және кенді флотациялық әдіспен байыту, энергия түрлері мен негізгі көздері, судың кермектілігі және өндірісте суды дайындау әдістерін қарастыру. 

1.  
   Шикізаттың жіктелуі. 

2.  
   Кенді байытуға дайындау. 

3.  
   Суды жұмсарту және оның негізгі әдістері. 

4.  
   Химия өнеркәсібінде қолданылатын энергия түрлері мен негізгі көздері. 

5.  
   Экзотермиялық процестер жылуын қолдану. 

6.  
   Энергияны регенерациялау және қайта пайдалану. 

 
Шикізат технологиялық процестің негізгі элементі болып табылады. Шикізат қолданылуына байланысты әр түрлі жіктеледі. Мысалы: шығу тегіне байланысты минералды, өсімдік тектес және жануар тектес, агрегаттық күйіне байланысты қатты, сұйық және газ, құрамына байланысты, бейорганикалық және органикалық т.б. шикізатты қолданбас бұрын оның құрамындағы пайдалы компоненттің мөлшерін арттыру керек сондықтан оны байытады. Кенді байыту үшін оны алдын-ала байытуға дайындайды. Байыту механикалық, физикалық және химиялық болып бөлінеді.  
 
Химия өнеркәсібінде жүретін процестер энергияны бөлу, сіңіру немесе энергияны басқа түрге ауыстыру арқылы жүреді. Химия өндірісінде қолданылатын энергия түрі технологиялық процесске тәуелді болады. Электр энергиясы электролиз, электрохимия және электромагнит процестерінде пайдаланылады. Химия өнеркәсібінде электр энергиясын шикізатты жару, ұсақтау, араластыру, үрлегіш жұмысы және компрессорға қажетті механикалық энергияға айналдырады. Жылу энергиясы химиялық реакциялармен қатар жүретін физикалық процестерді жүзеге асыру үшін қолданылады.  
 
Су – химия өнеркәсібінің негізгі компоненті болып табылады. Сондықтан ондағы судың маңызы өте зор. Суды өндірісте қолдану үшін оның сапасы кейбір талаптарға сай болуы керек. Кермектілікті анықтау - өндірісте қолданылатын суға қойылатын талаптың бірі болып табылады. Сондықтан судың кермектілігін суды қолданбас бұрын жою керек. Оның физикалық және химиялық әдістері бар.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: 

1.  
   химия өнеркәсібіндегі энергия көздеріне сипаттама Бер;

2.  
   химия өнеркәсібіндегіэлектр энергиясы қандай процестер үшін қолданылады?

3.  
   химия өнеркәсібіндегі жылу энергиясын сипатта;

4.  
   өнеркәсіптегі энергияның маңызы неде?

5.  
   технологиялық процесте қолданылатын шикізаттың анықтамасы, жіктелуі және маңызы;

6.  
   шикізатты байытуға дайындау қандай процестерден тұрады?

7.  
   кенді байытудың қандай түрлері бар? Оның сипаттамасын бер;

8.  
   кермектілік деген не? Және оның түрлері;

9.  
   кермектілікті жою әдістерін сипатта.

 
Силлабус соңындағы негізгі әдебиеттер тізімінен 1-9 әдебиеттерді пайдалану ұсынылады. 
 
4 - тақырып: Каталитикалық процестер және жанасу аппараттары 
 
Дәріс мақсаты: каталитикалық процестердің теориялық негіздері, катализатор түрлері, гомогенді және гетерогенді катализ бен жанасу аппараттарының түрлерімен таныстыру. 
 
1. Катализ маңызы, қолданылу саласы. Каталитикалық процесс негізі мен түрлері.  
 
2. Гомогенді және гетерогенді катализ. 
 
3. Қатты катализаторлар қасиеті. Жанасу массалары. 
 
4. Каталитикалық процестердің технологиялық режимі. 
 
Катализ деп – катализаторлық заттардың реагенттермен аралық химиялық реакцияға түсу арқылы процесті өзінің құрамын қалпына келтіру арқылы аяқтап, химиялық реакцияның жылдамдығын өзгертуін айтады. Реагенттің және катализатордың фазалық құрамына байланыстыкаталитикалық процестер гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді.  
 
Катализатордың реакция жылдамдығын арттыруы реагенттер мен катализатордан аралық тұрақсыз комплекстердің түзіліп, химиялық реакция жүріп өткеннен кейін реакция өнімінің және катализатордың қайта қалпына келуіне негізделген. Бірақ, катализ процесінде негізгі реакциядан басқа қосымша реакциялар да жүретіндіктен катализатор құрамы уақыт өте келе өзгеріп, активтілігі жойылады. Катализатор активтілігі деп – оның реакцияны жыламдата алатын мөлшерін айтады. Активтілік катализатор құрамына, өлшеміне және беттік сипатына технологиялық режим жағдайына тәуелді. Катализатор активтілігі жанасу немесе каталитикалық улар деп аталатын қоспалардың әсері нәтижесінде де жойылады. Катализаторлардың улануы оның бетіне удың сорбциялануы нәтижесінде іске асатындықтан, қайтымды және қайтымсыз улану түрлері болады.  
 
Гомогенді каталитикалық процестер табиғатта кең таралған. Белоктың синтезделуі, зат алмасу процесі, күрделі эфир этерификациясы, метанның формальдегидке тотығуы бұған мысал бола алады. Гомогендідегі каталитикалық механизм - әрекеттесуші заттар мен катализатор арасында бөлініп алынатын немесе аналитикалық тәсілмен анықталатын аралық қосылыстырдың түзілуіне негізделген. Гомогенді катализ жылдамдығына: катализатор активтілігі, температура және араластыру интенсивтілігі әсер етеді.  
 
Гетерогенді катализ гомогендіге қарағанда өндірісте кең тараған. Гетерогенді каталитикалық процесс – газ тәрізді заттар мен қатты катализатор арасындағы реакцияға негізделген. Қатты катализатор - ішкі кеңістігі жақсы дамыған кеуекті қатты дене. Қатты катализаторлар көптеген технологиялық талаптарға сай болуы керек, атап айтқанда: берілген реакцияға активті, каталитикалық уларға тұрақты, бағасы арзан, механикалық бері, термиялық тұрақты, белгілі дәрежеде жылу өткізгіш және т.б. сондықтан катализаторлар бір ғана заттан емес, жанасу массасы деп аталатын күрделі механикалық қоспадан тұрады. Жанасу массасы негізгі 3 бөліктен: катализатор, активатор және тасымалдағыш немесе трегер.  
 
Кез келген технологиялық процестегі негізгі көрсеткіш: қондырғының өнімділігін сипаттайтын процестің жүру жылдамдығын және шикізаттың қолданылу тереңдігін анықтайтын – дайын өнім шығымы. Каталитикалық процестер жүзеге асатын химиялық реакторлар жылдамдығы: катализатор активтілігіне, температураға, әрекеттесуші заттың концентарциясы мен табиғатына және қысымға тәуелді болады.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: 

1.  
   Катализдің реакция жылдамдығын арттыруы қалай жүзеге асады?

2.  
   Гомогенді катализ процесін сипатта;

3.  
   Гетерогенді катализ процесін сипатта;

4.  
   Қатты жанасу массаларына қойылатын талаптар қандай?

5.  
   Жанасу массалары қандай бөліктерден тұрады?

 
Силлабус соңындағы негізгі әдебиеттер тізімінен 1-9 әдебиеттерді пайдалану ұсынылады. 
 
5 – тақырып: Күкірт қышқылын алу 
 
Дәріс мақсаты: күкірт қышқылының қасиеті, оны алу әдістері, соның ішінде жанасу әдісімен алу технологиясын қарастыру. 
 
1. Күкірт қышқылының қасиеті, қолданылуы.  
 
2. Күкіртті шикізат түрлері.  
 
3. Күкірт қышқылын жанасу әдісімен алу. 
 
Күкірт қышқылы химия өнеркәсібінің маңызды өнімі болып табылады. Ол әр түрлі өндіріссаласында қолданылады. Күкірт қышқылын нитроздық және жанасу әдісімен алуға болады. Екі әдісте де күкіртті шикізатты өндірістік пештерде жандырып, түзілген күкіртті газды циклон аппарат пен электрофильтрден тазалаудан өткізеді. Егер күкірт қышқылы нитроздық әдіспен алынатын болса, газ ары қарай арнайы тазалаудан өтпей бірден тотықтырылып, сумен абсорбцияланып, қышқыл алынады. Ал, егер күкірт қышқылы жанасу әдісімен алынатын болса, күкіртті газ арнайы тазаланудан өтеді артынан ванадий оксидімен тотықтырылып, күкірт қышқылымен абсорбцияланып, қышқыл алынады.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: 

1.  
   күкірт қышқылының қасиеті мен алыну әдістері қандай?

2.  
   күкірт қышқылын жанасу әдісімен алу қандай сатылардан тұрады?

3.  
   күкірт қышқылын жанасу әдісімен алудың технологиялық процесін сипатта;

4.  
   күкірт қышқылының қандай түрлері бар?

 
Силлабус соңындағы негізгі әдебиеттер тізімінен 1-9 әдебиеттерді пайдалану ұсынылады. 
 
6 – тақырып: Аммиак синтезі. Азот қышқылы өндірісі 
 
Дәріс мақсаты: азотты алу және азотты сутек қоспасынан аммиакты синтездеу, азот қышқылын алу технологиясын қарастыру. 
 
1. Атмосфералық азотты байлау әдістері  
 
2. Аммиак синтезі. Азотты-сутек қоспасын алу әдістері 
 
3. Азот қышқылы өндірісі. 
 
Атмосфералық азотты байлау әдістері доғалық, цианамидтік, аммиакты болып бөлінеді. Байланған азоттың ішіндегі маңыздысы аммиак болып табылады. Аммиак синтездеу үшін азотты-сутек қоспасын алу керек. Ондағы сутегін кокс газынан және судан алуға болады. Аммиак синтезінің физико-химиялық негізі мен технологиялық режимі. Аммиак алудық технологиялық кестесі. Аммиак синтезі колоннасының құрылысы. Азот қышқылы минералды қышқылдардың ішіндегі маңыздысы болып табылады. Азот қышқылын аммиакты тотықтыру арқылы алады. Бұл процесс көптеген факторларға тәуелді. Мочевина – азотты тыңайтқыштардың ішіндегі қалдықсызы болып табылады.  
 
Өзін өзі бақылау сұрақтары: