Реферат: Xімія і технологія органічних речовин
Значення органічного синтезу і його перспективи
Історичний огляд. Виробництво органічних речовин спочатку базувалося на переробці рослинної чи тваринної сировини і складалося у виділенні коштовних речовин (цукор, олії) чи їхньому розщепленні (мило, спирт і ін.). Органічний синтез, тобто одержання складних речовин із порівняно простих з'єднань, зародився на початку XIX сторіччя на основі продуктів коксування кам'яного вугілля, що містять ароматичні з'єднання. У двадцятому сторіччі як джерело органічної сировини основну роль стали грати нафта й газ. На цих трьох видах сировини тепер і базується промисловість органічного синтезу.
Перспективи розвитку. Промисловість основного органічного і нафтохімічного синтезу являє собою могутню область з величезною розмаїтістю одержуваних продуктів, реакцій їхнього синтезу й процесів розподілу речовин. Великі масштаби виробництва визначають широке поширення високоефективних технологічних процесів, що характеризуються безперервністю, високим рівнем автоматизації і високопродуктивним устаткуванням.
Динамізм області визначається освоєнням випуску нових видів продукції розробкою нових реакцій, удосконалюванням технологічних процесів, розробкою нових каталітичних систем, використанням нових типів апаратури.
У розробці, проектуванні й керуванні виробництвом застосовуються сучасні методи математичного моделювання, оптимізації й автоматизованих досліджень.
Головні задачі виробництва: економія матеріальних, енергетичних і трудових ресурсів, комплексне використання високоякісної сировини, створення безвідхідних і маловідходних технологій, зниження втрат сировини й продуктів, охорона навколишнього середовища.
Шляхи економії матеріальних ресурсів.
Витрати на сировину й матеріали е основна частина собівартості продукції (до 2/3), чим обумовлене перебазування синтезів із кам'яного вугілля на нафту й вуглеводневі гази, заміна ацетилену на етан і етилен, розвиток синтезів на основі CO і водню, заміна коштовних окислювачів (пероксид водню, азотна кислота) на повітря і відновлювачів (на водень).
Основні тенденції розвитку: розробка одностадійних, з'єднаних процесів і прямих методів синтезу; підвищення селективності процесів вибором оптимальних параметрів; інтенсифікація виробництва шляхом підвищення питомої производительности устаткування, збільшення одиничної потужності установок, агрегатів до оптимальних величин; автоматизація процесу (застосування АСУ ТП); оптимізація (математичний розрахунок оптимальних параметрів процесу й устаткування); зниження втрат через нещільності устаткування (із газами, що відходять), стічними водами, підвищення надійності і долговечності устаткування; утилізація побічних продуктів, їхня комплексна переробка, та економія енергії. Рішення цих задач приводить до зниження видаткових коефіцієнтів і собівартості продукції.
Масштаби виробництва. Промисловість основного (важкого) органічного синтезу охоплює виробництво багатотоннажних продуктів, які е основою для іншої технології виробництва органічних продуктів і напівпродуктів. У зв'язку з переважним базуванням технології органічних речовин на нафтовій сировині виділився "нафто-хімічний синтез".
Основні процеси хімічної технології органічних речовин :
- термічне й каталітичне розщеплення (крекінг, піроліз, риформінг, конверсія, коксування, циклізація);
- фізичний розподіл (вимораживание, депарафннизация, дистиляція, екстракція і т.д.).
У результаті цих процесів виділяють наступні групи вихідних речовин для подальшого органічного синтезу:
1) парафіни;
2) ненасичені углеводороди;
3) циклосоединения;
4) оксид вуглецю й синтез-газ.
Основні продукти галузі:
Мономери ( олефіни, дієни, винилбензолы й ін.);
Вихідні речовини для поліконденсації (дікарбоновые кислоти, ангідриди, гликоли й полигликоли, фенол, формальдегід і ін.).
Допоміжні речовини для полімерних матеріалів (пластифікатори, каталізатори, прискорювачі вулканизації і полімеризації, ініціатори, регулятори, інгібітори, стабілізатори );
Синтетичні миючі речовини: іоногенні (анионоактивные-мила зі СЖК, алкилсульфонаты і т.п., та катионоатнвные - солі амінів амонієвих основ) і неіоногенні -продукти синтезу этиленоксида і різних органічних речовин з активними атомами водню (кислоти, спирти, аміни);
Синтетичне паливо, олії і присадки;
Синтетичні розчинники й екстрагенты;
Інсектофунгіціди і хімічні засоби захисту рослин (пестициди, фунгіциди, бактерициди, інсектициди, гербіциди, дефоліанти, зооціди).
Основні показники хіміко - технологічних процесів
Концентрація речовини:
Мольна маса ( М ) - маса 1 моль речовини, кг
Мольний обсяг (V м) - обсяг 1 моль речовини, м³ ;
Способи вираження концентрацій компонентів у суміші:
Мольна частка - число молів речовини А / загальне число молей;
Масова частка - маса речовини А / загальна маса суміші;
Об'ємна частка - обсяг речовини А / загальний обсяг суміші.
Масова концентрація - кг/м ³ ;
Об'ємна концентрація - м ³/м ³;
Мольна концентрація - моль /м ³;
Характеристики газових сумішей:
Нормальні умови (н.у.): Т = 273˚С; Р = 0, 1 МПа (0,1013 МПа );
Обсяг, займаний 1 кмоль газу при н.у. = 22,4 м ³;
Залежності, між тиском (Р), обсягом (V) і температурою (Т): (рівняння Менделєєва) для n моль газу: P V = n RT;
Універсальна газова постійна: 8,314 кДж/моль•К; (якщо Р = кгс/м ², то R = 848 кгс/кмоль•град, )
Для двох різних станів газу: P,V,Т и P′V′ Т′: Р V = P′ V ′ ;
PV/T = P′V′/T′;
Тиск газової суміші: Р = P1+ Р2 +…+Pi ;
Обсяг газової суміші: V = V1+ V2 +…+Vi ;
Середня мольна маса суміші: х1М1 + х2М2 +…+хi Мi
Средня щільність газу: ρср = Мср./22,4, кг/м³;
Відносна щільність газу по повітрю при н.у. : Δ = ρг / 1,293;
В'язкість газів і рідин, Па•с (1 Па•с = 10 пуаз).
Вязкість суміши газів : μсм = 1 /(Σ х і /μі);
Залежнисть вязкості газів від температури (формула Сатерленда): 
μ т = μ0 
1,5
Критична температура (Ткр.) - температура, при якій щільність рідини і насичених її пар однакові.
Критичні тиск (Ркр) - тиск насиченої пари при Ткр. (при Т > Ткр стан речовини газоподібне).
Критичний обсяг (Vкр) - обсяг, займаний речовиною в критичному стані (наибільший обсяг у рідкому стані).
Показники стадій хімічного перетворення:
Конверсія - К (ступінь перетворення) - відношення кількості речовини, що вступили в реакцію (тобто прореагировавшего речовини) до кількості цієї речовини, подаваного в реакційний апарат.
Вихід цільового продукту, (%):
на пропущену сировину - кількість отриманого цільового продукту віднесене до кількості сировини, завантаженого в реактор;
на розкладену сировину — те ж, віднесене до кількості сировини, що вступили в реакцію.
Селективність - кількість отриманого цільового продукту, віднесена до максимально можливого теоретичний, % (для процесів, що протікають у кілька стадій враховують селективність на кожній стадії).
Видаткові коефіцієнти - чи кількостей сировини його компонентів, а також допоміжних матеріалів, пари, електроенергії, холоду і т.д. витраченого на виробництво 1 т продукції.
Продуктивність - кількість цільового продукту, одержуваного в одиницю часу (кг/з, т/рік і т.д.).
Потужність виробництва -максимально можлива продуктивність при оптимальних умовах процесу.
Інтенсивність процесу - продуктивність, віднесена до одиниці корисного обсягу цеху, виробництва (Кз) до годовй потужності (Р):
Ку = Кз / Р ;
Обсяг реакційної зони: Vp = Vс τ,
де Vc, - об'ємна витрата, м3/c,
τ - час контакту, c
Висота реакційної зони: Н == Vp / S,
де S - площа перетинання, м 2.
Об'ємна швидкість - обсяг газової суміші рідини, що проходить через одиниця об'єму каталиэатора за одиницю часу:
Vоб. = Vсырья / Vкат.
Продуктивність каталізатора - маса цільового продукту, що знімається з одиниця об'єму чи маси каталізатора:
П = Gпрод./ Vкат, кг/ м 3 или
П = G прод./ G кат., кг/кг.
Техніко-економічні показники
Собівартість - грошове вираження витрат (З) підприємства на виробництвоі збут одиниці продукції (N): З = 3 / N , грн/т;
Прибуток підприємства: П == (Я - З) •А , де; апарата.
Питомі капітальні витрати - відношення загальної вартості установки,
Ц - відпускна ціна ед. продукції, грн/т;
С - себестнмсть ед. продукції, грн/т;
А - річний обсяг виробництва продукції, т.
Рентабельність підприємства - відношення прибутку (П) до витрат (3)
Р = П / 3
Матеріальний та тепловий баланси
Матеріальні і теплові баланси є основою технологічних розрахунків.
До них відносяться визначення виходу основного і побічного продуктів, видаткових коефіцієнтів по сировині, виробничих утрат.
Тільки визначивши матеріальні потоки, можна зробити необхідні конструктивні розрахунки виробничого устаткування, оцінити економічну ефективність і доцільність процесу.
Складання матеріального і теплового балансу необхідно як при проектуванні нового, так і при аналізі роботи існуючого виробництва.