eng
Содержание
4
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .................................................................................................................... 22
Введение ..........................................................................................................................24
Химия и окружающая среда ....................................................................................24
Безопасность на химическом производстве ..........................................................25
Разработка химического технологического процесса ..........................................31
Глава I
ХИМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ..........................................................................33
1.
Трубопроводы .....................................................................................35
1.1.
Условный проход DN .....................................................................................35
1.2.
Номинальное давление PN ...............................................................................36
1.3.
Материалы для трубопроводов .........................................................................37
1.4.
Фасонные части трубопроводов .......................................................................41
1.5.
Соединения труб ................................................................................................41
1.6.
Линейное расширение труб и компенсация расширений .........................44
1.7.
Крепления труб ..................................................................................................46
1.8.
Маркировка трубопроводов .............................................................................47
1.9.
Изоляция труб ....................................................................................................49
1.10.
Отображение трубопроводов в мнемосхеме ..............................................50
2.
Арматура .........................................................................................................53
2.1.
Задвижки, заслонки, краны (переключающая арматура) ..............................53
2.2.
Клапаны (регулирующая арматура) .................................................................54
2.2.1.
Запорные и регулирующие клапаны ......................................................54
2.2.2.
Сервоприводы для регулируемых клапанов ..........................................56
2.2.3.
Регулируемые клапаны ............................................................................57
2.2.4.
Арматура на чертежах и схемах ...............................................................58
2.3.
Глухие шайбы, перфорированные шайбы .......................................................59
2.4.
Устройства блокирования обратного потока ..................................................59
2.5.
Предохранительные клапаны ...........................................................................61
2.6.
Разрушающиеся шайбы ....................................................................................62
2.7.
Редукционные клапаны ....................................................................................63
2.8.
Конденсатоотводчики .......................................................................................64
2.9.
Воздушные клапаны ..........................................................................................67
2.10.
Грязеуловители ..........................................................................................68
3.
Гидродинамические процессы в трубопроводах ......................................................69
3.1.
Объемный расход, массный поток, скорость течения ...................................69
3.2.
Изменения поперечного сечения трубы .........................................................70
3.3.
Изменение давления при изменениях поперечного сечения трубы ............71
3.4.
Внутреннее трение, вязкость ............................................................................73
3.5.
Разновидности течений ....................................................................................73
3.6.
Потеря давления в трубопроводах ...................................................................74
3.7.
Характеристика трубопровода ..........................................................................75
3.8.
Эпюра давления в трубопроводах ....................................................................76
4.
Транспортировка жидкостей ......................................................................................77
Ignatowitz_4.indd 4 20.11.2007 11:06:076 Содержание
4.1.
Объемная подача и напор насоса .....................................................................78
4.2.
Высота подачи установки..................................................................................78
4.3.
Конструктивные исполнения насосов ............................................................79
4.4.
Центробежные насосы ......................................................................................79
4.4.1.
Конструкция и принцип действия .........................................................79
4.4.2.
Рабочие колеса .........................................................................................80
4.4.3.
Центробежная насосная установка ........................................................81
4.4.4.
Высота всасывания и высота напора центробежных насосов .............82
4.4.5.
Характеристика центробежного насоса .................................................82
4.4.6.
Характеристика установки ......................................................................83
4.4.7.
Точка нормальной работы насоса ...........................................................83
4.4.8.
Поля характеристик центробежных насосов ........................................84
4.4.9.
Конструктивные исполнения центробежных насосов .........................85
4.4.10.
Применение центробежных насосов ...................................................86
4.5.
Поршневые насосы ...........................................................................................87
4.5.1.
Конструкция и принцип действия .........................................................87
4.5.2.
Характерные признаки и применение ...................................................88
4.5.3.
Мембранные насосы................................................................................88
4.6.
Циркуляционные насосы .................................................................................89
4.6.1.
Шестеренчатые насосы ...........................................................................89
4.6.2.
Ротационно-поршневые насосы ............................................................90
4.6.3.
Одновинтовые насосы .............................................................................90
4.6.4.
Многовинтовые насосы ..........................................................................90
4.6.5.
Рукавные насосы ......................................................................................91
4.7.
Струйные насосы ...............................................................................................91
5.
Транспортировка газов ...............................................................................................92
5.1.
Закономерности изменений состояния определенного объема газа ............92
5.2.
Изменения состояния в pV-диаграмме ...........................................................93
5.3.
Сжатие газов .......................................................................................................94
5.4.
Подающие устройства для газов .......................................................................95
5.5.
Поршневые компрессоры .................................................................................95
5.6.
Ротационно-поршневые компрессоры ...........................................................99
5.7.
Турбокомпрессоры .................................................................................. 100
5.8.
Воздуходувки ...................................................................................... 101
5.9.
Вакуумные насосы ........................................................................................... 103
5.10.
Вентиляторы .................................................................................................. 103
6.
Транспортировка твердых веществ .......................................................................... 105
6.1.
Транспортеры непрерывного действия ......................................................... 105
6.1.1.
Механические конвейеры для насыпных грузов ................................ 105
6.1.2.
Пневматический транспортер .............................................................. 109
6.2.
Транспортеры периодического действия ...................................................... 110
6.3.
Дозаторы для сыпучих материалов ................................................................ 112
7.
Оборудование для хранения материалов на химических предприятиях ............. 114
7.1.
Склады сыпучих материалов ................................................................... 114
7.2.
Хранение штучных грузов....................................................................... 116
7.3.
Резервуарные парки для жидкостей ..................................................... 116
7.4.
Хранение и транспортировка горючих и ядовитых жидкостей .................. 118
Ignatowitz_4.indd 6 20.11.2007 11:06:088 Содержание
7.5.
Хранение газов ................................................................................................. 120
8.
Аппараты ................................................................................................ 123
8.1.
Мешальные баки (котлы с мешалкой) .......................................................... 123
8.2.
Теплообменники ................................................................................... 126
8.3.
Фильтровальные аппараты ................................................................. 126
8.4.
Дистилляторы ........................................................................................ 127
8.5.
Печи ............................................................................................. 128
9.
Графическое представление химической установки ................................... 129
9.1.
Основная технологическая схема ...................................................... 129
9.2.
Блок-схема процесса химической технологии ............................................. 130
9.3.
Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов .................................. 132
9.4.
Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов
технических установок ......................................................................... 134
9.5.
Графические символы технологических установок
(выдержка из DIN 28004, ч. 3, и DIN 2429) ................................................... 136
Глава II
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ..............................142
1.
Электротехнические аспекты ................................................................................... 142
1.1.
Использование электроэнергии .......................................................... 142
1.2.
Опасности, связанные с электрическим током ............................................ 143
1.3.
Основные понятия из области электротехники ........................................... 144
1.4.
Основные электрические параметры ............................................................ 145
1.5.
Закон Ома ......................................................................................................... 147
1.6.
Основные электрические схемы ........................................................... 148
1.7.
Электрическая мощность, работа, коэффициент полезного действия ...... 150
1.8.
Род тока ............................................................................................................. 152
1.9.
Измерение электрических параметров
1.10.
Сбои в работе электропроводящего оборудования .................................... 153
1.11.
Меры защиты ................................................................................................. 154
1.12.
Обращение с электропроводящими проводами, машинами и
аппаратами ........................................................................................... 156
1.13.
Графические изображения на электрических машинах и
устройствах ......................................................................................... 156
2.
Электрические приводные механизмы в химических установках ....................... 158
2.1.
Электрические сети ......................................................................................... 158
2.2.
Электродвигатели ................................................................................ 159
2.2.1.
Трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором........... 160
2.2.2.
Двигатели постоянного тока ................................................................. 162
2.2.3.
Род защиты двигателя ............................................................................ 165
2.3.
Передачи для электродвигателей ............................................................. 165
2.3.1.
Клиноременная передача ...................................................................... 165
2.3.2.
Зубчатые передачи ........................................................................ 166
2.3.3.
Циклоредуктор ............................................................................... 168
2.3.4.
Ступенчатая дисковая передача ............................................................ 170
2.3.5.
Передача гибкой связью ........................................................................ 171
3.
Электрохимические аспекты ................................................................................... 172
3.1.
Гальванические элементы ............................................................................... 172
3.2.
Технические гальванические элементы ................................................ 172
3.3.
Электролиз ............................................................................................... 174
3.3.1.
Электролиз водных растворов .............................................................. 178
3.3.2.
Электролиз расплава .............................................................................. 179
3.3.3.
Законы Фарадея ............................................................................ 179
3.3.4.
Технические способы электролиза ....................................................... 180
Глава III
ВАЖНЕЙШИЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ МАШИН И АППАРАТОВ .........................................................182
1.
Элементы машин для движений вращения ............................................................ 182
1.1.
Валы, оси, болты .............................................................................................. 183
1.2.
Зубчатые колеса ............................................................................................... 184
1.3.
Соединение вал-ступица........................................................................ 185
1.4.
Муфты валов .................................................................................................... 186
2.
Подшипники ........................................................................................... 188
3.
Уплотнения ........................................................................................... 190
3.1.
Уплотнение неподвижных поверхностей ...................................................... 190
3.2.
Уплотнение подвижных поверхностей (уплотнения для валов) ................. 191
4.
Соединительные элементы для машин и аппаратов ........................................ 192
4.1.
Резьбовые соединения .................................................................................... 193
4.2.
Виды винтов ..................................................................................................... 194
4.3.
Гайки .................................................................................................... 196
4.4.
Стопорящие элементы резьбовых соединений ............................................ 196
4.5.
Классы прочности винтов и гаек .............................................................. 196
4.6.
Штифты и шплинты................................................................................... 197
5.
Затворы для крышек ................................................................................................. 197
6.
Неразъемные соединения ........................................................................................ 198
Глава IV
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ............................................201
1.
Классификация материалов ..................................................................................... 201
2.
Свойства материалов ............................................................................................. 204
2.1.
Физические свойства ...................................................................................... 204
2.2.
Механические свойства .................................................................................. 206
2.3.
Химико-технологические свойства ....................................................... 208
2.4.
Технологические свойства .............................................................................. 209
2.5.
Совместимость с окружающей средой ...................................................... 210
3.
Стали и чугуны .......................................................................................................... 210
3.1.
Конструкционные стали для механической нагрузки ................................. 211
3.2.
Конструкционные стали для механической и тепловой нагрузок .............. 215
3.3.
Конструкционные стали для химической нагрузки:
Нержавеющие стали ................................................................................. 217
3.4.
Чугунное и стальное литье .............................................................................. 221
3.5.
Инструментальные стали ........................................................................ 224
4.
Цветные металлы .................................................................................................. 227
Ignatowitz_4.indd 9 20.11.2007 11:06:1010 Содержание
4.1.
Алюминий и алюминиевые сплавы ..................................................... 227
4.2.
Медь и медные сплавы .................................................................................... 229
4.3.
Никелевые материалы ..................................................................................... 231
4.4.
Титан (Ti) .......................................................................................................... 232
4.5.
Свинец (Pb) ...................................................................................................... 233
4.6.
Специальные металлы цирконий (Zr) и тантал (Та) .................................... 233
4.7.
Цинк (Zn) ......................................................................................................... 234
4.8.
Олово (Sn)......................................................................................................... 234
5.
Коррозия и защита от коррозии .............................................................................. 235
5.1.
Причины коррозии.......................................................................................... 235
5.1.1.
Электрохимическая коррозия ............................................................... 235
5.1.2.
Химические процессы коррозии .......................................................... 238
5.2.
Виды коррозии и их внешний вид ................................................................. 239
5.3.
Коррозионное поведение металлических материалов ................................. 241
5.3.
Меры защиты от коррозии .................................................................... 242
5.3.1.
Выбор подходящих материалов ............................................................ 242
5.3.2.
Коррозионнозащитные слои ................................................................ 243
5.3.3.
Снижение агрессивности коррозионной среды ................................. 247
5.3.4.
Конструкция с защитой от коррозии ................................................... 247
5.3.5.
Катодная защита от коррозии стальных деталей ................................ 247
6.
Пластмассы .............................................................................................. 248
6.1.
Свойства и применение .................................................................................. 248
6.2.
Технологическая классификация ......................................................... 249
6.3.
Термопластичные пластмассы в химической промышленности ................ 250
6.4.
Термореактивные пластмассы в химической промышленности ................ 252
6.5.
Эластомеры в химической промышленности .............................................. 253
6.6.
Характеристика стойкости и старение пластмасс ........................................ 254
6.7.
Обработка заготовок из пластмассы ...................................................... 255
7.
Комбинированные материалы ................................................................................ 256
8.
Неметаллические неорганические материалы ....................................................... 258
9.
Смазочные материалы .............................................................................................. 261
10.
Контроль материалов и конструктивных деталей в процессе работы ................ 263
10.1.
Локализация неисправностей в химической установке ............................. 263
10.2.
Контроль явлений коррозии ................................................................. 266
Глава V
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ....................268
1.
Измерение температуры ........................................................................................... 269
1.1.
Шкалы температур .......................................................................................... 269
1.2.
Механические приборы для измерения температуры ................................. 270
1.3.
Приборы измерения температуры с электрическим выходным сигналом... 271
2.
Измерение давления ................................................................................................. 274
2.1.
Определение понятий, единицы измерения, способы пересчета ............... 274
2.2.
Виды давления ................................................................................................. 275
2.3.
Манометры с запирающей жидкостью ......................................................... 275
2.4.
Манометры с подпружиненным датчиком ................................................... 276
2.5.
Манометрические преобразователи ......................................................... 278
2.6.
Особенности измерения давления ............................................................. 279
2.7.
Измерение давления в текущих средах ................................................ 280
2.8.
Эпюра давления в трубопроводах ........................................................... 281
3.
Измерение разности давлений ................................................................................. 282
3.1.
Дифференциальные манометры с запирающей жидкостью ....................... 283
3.2.
Дифференциальные манометры с подпружиненным датчиком ................ 283
3.3.
Дифференциальные манометры с измерительными
преобразователями ................................................................................... 284
4.
Измерение наполнения ............................................................................................ 286
4.1.
Измерители уровня наполнения жидкостями .............................................. 286
4.2.
Измерители наполнения для сыпучих материалов ...................................... 288
4.3.
Объем наполнителя емкости .................................................................... 289
5.
Определение объема газа в газгольдерах ................................................................ 290
6.
Измерение расхода .................................................................................................... 292
6.1.
Физические аспекты ....................................................................................... 292
6.2.
Расходомеры на основе активного давления ................................................ 293
6.3.
Поплавковые расходомеры........................................................................ 295
6.4.
Магнитно-индуктивные расходомеры .......................................................... 295
7.
Измерение объема и определение веса ................................................................... 296
7.1.
Объемные счетчики для газов ................................................................ 297
7.2.
Объемные счетчики для жидкостей ..................................................... 298
8.
Измерение плотности ............................................................................................... 299
9.
Измерение вязкости .................................................................................................. 300
10.
Взвешивание ...................................................................................... 301
10.1.
Механические весы ....................................................................................... 301
10.2.
Электромагнитные весы ..................................................................... 302
10.3.
Взвешивание с помощью датчиков силы .................................................... 302
11.
Определение компонентов жидкостей .................................................................. 303
11.1.
Измерение электропроводимости водных растворов ................................ 303
11.2.
Измерение величины рН ........................................................................ 304
11.3.
Измерение растворенного в воде кислорода ............................................... 304
11.4.
Измерение мутности ..................................................................................... 305
12.
Газовый анализ ......................................................................................................... 305
12.1.
Газовый анализ с измерителями поглощения инфракрасных лучей ........ 306
12.2.
Газовый анализ с измерителями теплопроводности................................... 306
12.3.
Газохроматографы .......................................................................................... 307
13.
Измерение уровня задымленности, запыленности и влажности воздуха .......... 308
13.1.
Измерение концентрации дыма и пыли ...................................................... 308
13.2.
Измерение влажности воздуха ............................................................. 308
14.
Сбор, регистрация и передача данных .................................................................. 309
15.
Обработка данных измерения ................................................................................ 310
16.
Устройства вывода данных измерения .................................................................. 312
16.1.
Индикаторные устройства ..................................................................... 312
16.2.
Датчики сигналов отклонения контролируемых величин ......................... 313
16.3.
Устройства регистрации и сохранения данных ........................................... 313
17.
Представление и название мест измерений .......................................................... 314
Глава VI
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ................................................................................317
1.
Измельчение твердых веществ ................................................................................. 318
1.1.
Физические аспекты ....................................................................................... 319
1.2.
Способы измельчения ..................................................................................... 320
1.3.
Дробилки ......................................................................................... 321
1.4.
Мельницы ......................................................................................... 322
1.5.
Грануляторы ............................................................................................ 325
2.
Разделение жидкостей .............................................................................................. 326
2.1.
Орошение ............................................................................................... 326
2.2.
Распыление ............................................................................................. 327
3.
Агломерация (спекание) ........................................................................................... 328
3.1.
Структурное зернение (окомкование) ................................................... 329
3.2.
Формовка ............................................................................................... 330
3.3.
Спекание ............................................................................................... 332
4.
Смешивание (объединение веществ) ...................................................................... 333
4.1.
Механическое перемешивание ............................................................. 335
4.1.1.
Сосуд с мешалкой ................................................................................. 335
4.1.2.
Сосуды с мешалкой, работающие под высоким давлением .............. 337
4.1.3.
Механизм вращения мешалки .............................................................. 337
4.1.4.
Мешалки ......................................................................................... 338
4.1.5.
Гидравлика потока в сосуде с мешалкой .............................................. 340
4.1.6.
Технологические операции на основе перемешивания ..................... 341
4.2.
Пневматическое перемешивание ........................................................... 344
4.3.
Смешение потоков .......................................................................................... 345
4.4.
Замешивание, втирание .................................................................................. 346
4.5.
Смешение твердых сыпучих материалов................................................ 349
Глава VII
НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ........................................................................353
1.
Тепло как вид энергии .............................................................................................. 353
1.1.
Единицы измерения тепла ....................................................................... 353
1.2.
Количество тепла при нагревании и охлаждении ........................................ 354
1.3.
Теплота превращения ...................................................................................... 354
1.4.
Общее количество тепла ................................................................................. 356
1.5.
Температуры смесей ........................................................................................ 357
2.
Энергоносители в химической промышленности ......................................... 359
2.1.
Горючие материалы ......................................................................................... 359
2.2.
Электрический ток .......................................................................................... 361
2.3.
Водяной пар ..................................................................................................... 362
2.4.
Топливные жидкости ....................................................................................... 364
2.5.
Газообразные и твердые теплоносители ................................................ 365
2.6.
Холодильные агенты ....................................................................................... 366
2.7.
Сжатый воздух и вакуум .................................................................................. 366
3.
Теплопередача ........................................................................................ 368
3.1.
Способы теплопередачи .................................................................................. 368
3.2.
Теплопроводность ................................................................................... 369
3.3.
Теплоотдача ............................................................................................ 371
3.4.
Теплопроницаемость ................................................................................. 372
3.5.
Процессы в теплообменниках ................................................................. 373
3.6.
Тепловое излучение ......................................................................................... 376
4.
Нагревание и охлаждение в смесительных емкостях ..................................... 378
4.1.
Косвенная теплопередача ........................................................................ 378
4.2.
Прямая теплопередача .................................................................................... 379
5.
Теплообменники ..................................................................................... 379
5.1.
Трубчатые теплообменники .................................................................. 380
5.2.
Теплообменник типа «труба в трубе» ...................................................... 382
5.3.
Спиральные теплообменники ................................................................ 382
5.4.
Пластинчатые теплообменники .............................................................. 383
6.
Аппараты и установки для охлаждения ................................................................... 383
Глава VIII
МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ ...............................389
1.
Механические способы разделения смесей твердых веществ ........................ 389
1.1.
Сортировка ................................................................................................ 390
1.1.1.
Сортировка по плотности ..................................................................... 390
1.1.2.
Флотация ......................................................................................... 392
1.1.3.
Магнитная сортировка .......................................................................... 393
1.2.
Классификация........................................................................................ 394
1.2.1.
Просеивание (грохочение) .................................................................... 394
1.2.2.
Воздушная сепарация ............................................................................ 397
1.2.3.
Разделение в потоке (гидравлическая классификация) ..................... 399
1.3.
Измерение гранулометрического состава (анализ зернистости) ................ 401
1.3.1.
Взятие проб ................................................................................... 401
1.3.2.
Способы проведения анализа зернистости ......................................... 401
1.3.3.
Ситовой анализ (ДИН 4193) ................................................................. 402
1.3.4.
Оценка результата ситового анализа .................................................... 404
1.3.5.
Гранулометрическая сетка (ДИН 66 145) ............................................. 405
2.
Механические способы разделения смесей твердых веществ и жидкостей ........ 407
2.1.
Осаждение, седиментация ..................................................................... 409
2.2.
Оборудование для седиментации ............................................................ 410
2.3.
Центрифугирование ........................................................................................ 412
2.4.
Седиментационные центрифуги ............................................................ 413
2.5.
Фильтрационные центрифуги ................................................................ 415
2.6.
Разделение с помощью гидроциклона .......................................................... 417
2.7.
Фильтрация ............................................................................................ 418
2.8.
Фильтровальные аппараты периодического действия................................. 421
2.9.
Фильтровальные аппараты непрерывного действия .................................... 423
2.10.
Отжим .................................................................................................. 425
3.
Механическое разделение смесей жидкостей ........................................................ 427
3.1.
Разделение эмульсий посредством седиментации ....................................... 427
3.2.
Ультрафильтрация загрязненных жидкостей ................................................ 428
Ignatowitz_4.indd 14 20.11.2007 11:06:1216 Содержание
Глава IX
ОЧИСТКА ГАЗОВ И РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ...................................430
1.
Удаление пыли ........................................................................................................... 431
1.1.
Механическое обеспыливание ................................................................ 434
1.2.
Мокрое пылеотделение (абсорбционная очистка газов) ............................. 435
1.3.
Фильтрационное пылеулавливание ....................................................... 437
1.4.
Электростатическое обеспыливание ...................................................... 439
1.5.
Пылеулавливающие установки ........................................................... 440
2.
Отделение высокодисперсных капель жидкости .......................................... 440
3.
Разделение газовой смеси и отделение посторонних газов ......................... 442
3.1.
Разделение газовых смесей путем конденсации ........................................... 442
3.2.
Разделение газовой смеси путем избирательной абсорбции ....................... 444
3.3.
Очистка газа путем адсорбции .............................................................. 446
4.
Каталитическая очистка газов ................................................................................. 449
5.
Очистка отработанного воздуха и утилизация отходящих газов
методом сжигания ......................................................................................... 450
Глава X
ТЕРМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ....................................452
1.
Сушка ............................................................................................. 453
1.1.
Физические аспекты ....................................................................................... 453
1.2.
Способы сушки ................................................................................................ 455
1.3.
Исполнения сушилок ...................................................................................... 456
1.4.
Вакуумная сушка ............................................................................................. 460
1.5.
Сублимационная сушка вымораживанием ................................................... 460
1.6.
Промышленная сушильная установка .......................................................... 461
2.
Термическое разделение растворов ......................................................................... 462
2.1.
Испарение ........................................................................................... 463
2.1.1.
Физические аспекты .............................................................................. 463
2.1.2.
Исполнения выпарных аппаратов........................................................ 464
2.1.3.
Многокорпусная выпарная установка ................................................. 466
2.1.4.
Выпарной аппарат с компрессией мокрого пара ................................ 467
2.2.
Кристаллизация ..................................................................................... 467
2.2.1.
Физические аспекты .............................................................................. 468
2.2.2.
Кристаллизаторы ................................................................................... 470
2.3.
Высаливание и выпадение в виде кристаллов .............................................. 473
2.4.
Вымораживание (холодная концентрация) .................................................. 474
3.
Термическое разделение смесей жидкостей ........................................................... 475
3.1.
Физические аспекты ....................................................................................... 476
3.1.1.
Давление пара гомогенных двухкомпонентных смесей ..................... 476
3.1.2.
Диаграммы температуры кипения/точки росы .................................. 478
3.1.3.
Диаграмма равновесия .......................................................................... 479
3.2.
Дистилляция (перегонка) ..................................................................... 480
3.2.1.
Простая ступенчатая перегонка ............................................................ 480
3.2.2.
Фракционированная ступенчатая перегонка ...................................... 481
3.2.3.
Простая непрерывная перегонка .......................................................... 482
3.2.4.
Перегонка с водяным паром ................................................................. 482
Введение
Химия и окружающая среда
Область применения химических веществ
Сегодня мы повсеместно исполь-
зуем продукцию химиче ской про-
мышленности (рис. В.1). Среди
прочего можно назвать:
предметы гигиены (мыло, мо-
ющие средства);
одежду из синтетических во-
локон;
лекарственные препараты,
косметические средства;
красители;
удобрения, ядохимикаты, пес-
тициды;
смазочные материалы, мас-
ла, ускорители отверждения,
охлаж дающие средства.
Развитие производства этих и многих других изделий обеспечивает: в про-
мышленности — создание новых рабочих мест, в сельском хозяйстве — рост уро-
жайности, а в целом несомненно способствует общему повышению уровня жизни
человека.
Опасность для окружающей среды
Но процессы производства или
обработки столь полезной продук-
ции химической промышленности
неизбежно связаны с образованием
разного рода остатков, отходов,
сточных вод и отработавших газов.
Их неправильная утилизация может
причинить серьезный ущерб окру-
жающей среде, привести порой к
полной гибели природы и способна
даже стать причиной смертельной
опасности для людей и всего живого
мира (рис. В.2).
Заражение почвы и отравление
грунтовых вод нередко являются
следствием небрежного хранения
ядовитых отходов химического
производства.
•
•
•
•
•
•
Ткани
Красители Лекарства
Технические
материалы
Рис. В.1. Некоторые изделия химической
промышленности
Гибель природы
Ухудшение здоровья людей
Рис. В.2. Причинение вреда окружающей среде
Введение 25
Попадание сточных вод, токсичных и вредных по своему составу, в реки и озера
ставит под угрозу состояние водных ресурсов, которые уже не могут использоваться
для приготовления питьевой воды.
В результате выброса в атмосферу опасных для здоровья человека либо просто
обладающих неприятным запахом газов или облаков пыли качество воздуха иногда
ухудшается настолько, что практически все население данного района начинает
чувствовать острое недомогание.
Ответственность работников химических предприятий за состояние
окружающей среды
Каждое предприятие химической промышленности в сотрудничестве с компе-
тентными государственными органами разрабатывает соответствующие меры
экологической защиты, призванные если не исключить в полной мере, то хотя
бы снизить до минимума вредное воздействие химического производства на ок-
ружающую среду (см. гл. XIV). Чтобы такие меры оправдали себя, все занятые
в этой сфере работники должны строго соблюдать определенные нормы и правила.
В частности, они обязаны:
следить за безотказным функционированием химических установок в
соответствии с разработанным производственным планом;
немедленно устранять возможные сбои и неполадки или соответственно
оповещать об этом ответственных лиц;
не допускать несанкционированного спуска химикатов в канализацию
и обеспечивать их грамотную утилизацию;
для сбора и хранения вредных веществ использовать специально отве-
денные для этой цели места, надежные сборники и коллекторы;
по возможности снижать объем неизбежных отходов, например, за счет мно-
гократного использования материалов на основе вторичной переработки;
во всех сложных ситуациях прибегать к помощи специалистов-эко-
логов.
•
•
•
•
•
•
Безопасность на химическом производстве
Место, где расположено и функционирует предприятие химической промышлен-
ности, таит в себе массу опасностей для персонала. Помимо обычных несчастных
случаев, связанных с механическими травмами, здесь нередки сложные ситуации
особого рода, присущие именно химическому производству и возникающие,
в частности, при обращении с ядовитыми, едкими, горючими и взрывоопасными
химикатами.
Поэтому все работники, и особенно новички, должны в целях собственной
безопасности строго соблюдать действующие нормы и регламенты, прислушиваясь
к советам и рекомендациям непосредственных руководителей и более опытных
сотрудников. Это послужит для них залогом сохранения не только своего здоровья,
но здоровья и жизни окружающих людей.
Обязательными для работы на химическом предприятии являются специальные
правила техники безопасности, разработанные Союзом предпринимателей хими-
ческой промышленности с учетом многолетнего опыта работы в данной отрасли.
Эти правила должны находиться в открытом доступе, внимательно изучаться и
использоваться как в повседневной работе, так и в случае возникновения опасных
ситуаций.
Места повышенной опасности обязательно отмечаются специальными таблич-
ками, указывающими на необходимость определенного поведения в данном месте.
Такие указания подлежат безусловному и безоговорочному исполнению.
Запрещающие знаки
Эти знаки запрещают те или иные
действия, обозначенные на табличке
в виде наглядного рисунка обще-
принятой конфигурации (рис. В.3).
Они обычно имеют круглую форму,
красную окантовку и перечеркну-
ты красной полосой. Запрещенное
действие представлено в виде черной
графики на белом фоне.
Важнейшей предохранительной
нормой на химическом производс-
тве считается, естественно, общий
запрет на курение и на пользование
открытым огнем.
Помещения, специально предна-
значенные для курения, отмечаются
особым образом.
Применение открытого огня — например, при выполнении сварочных ра-
бот — допустимо только с разрешения компетентных лиц при соблюдении всех
необходимых мер защиты.
Другие таблички касаются запретов на перемещение людей в определенном
месте, тушение возгораний водой, а также на использование воды из соответству-
ющего крана в качестве питьевой.
Все эти запреты подлежат обязательному исполнению.
Предупреждающие знаки
Эти знаки предупреждают о возможной опасности (возгорании, взрыве), напомина-
ют о присутствии ядовитых или едких веществ, радиоактивного излучения, а также
указывают на угрозу со стороны подвешенных на канатах грузов, курсирующих
транспортных средств, сообщают о наличии высокого электрического напряжения
и прочих опасных моментах (рис.В.4 и В.5).
Предупреждающие знаки имеют форму треугольника с соответствующей черной
графикой на желтом фоне.
Помимо этого, опасное место может быть ограждено лентой с косыми черно-
желтыми полосками или такими же балками.
В местах, отмеченных предупреждающими знаками, необходимо строго
соблюдать действующие правила техники безопасности.
Не курить Запрещены
открытый огонь
и курение
Проход запрещен
Не использовать
для питья
Не гасить
водой
Рис. В. 3. Таблички с запрещающими знаками
Ignatowitz_4.indd 2Ignatowitz_26 20.11.2007 11:10:47
Введение 27
Огнеопасные вещества Взрывоопасные
вещества
Ядовитые вещества Едкие вещества Радиоактивные
вещества или
ионизирующее
излучение
Висящий груз Напольный транспорт Опасное
электрическое
напряжение
Опасная зона Ограждение опасной
зоны
Рис. В.4. Предупреждающие знаки
О начале работ в такой зоне следует обязательно уведомить непосредственного
начальника и выслушать его советы и рекомендации.
Запомните: надо сначала информировать, потом действовать! Даже если работа
носит срочный характер, при ее выполнении приоритетной всегда остается полная
безопасность!
Предписывающие знаки
Такие знаки предписывают использование индивидуальных средств защиты в
отмеченной зоне (рис. В.5): это синие круги с белым графическим изображением
соответствующего оснащения.
Защитные очки Защитная каска Наушники Респиратор Защитная обувь Защитные
перчатки
Рис. В.5. Предписывающие знаки
При работе на химических установках либо при нахождении вблизи этого
оборудования настоятельно рекомендуется носить защитную каску и защитную
обувь. При обращении с едкими химикатами либо при работе с установками,
содержащими такие химикаты, описанный выше комплект следует дополнить
защитными очками и перчатками. При выбросе ядовитых газов или пыли потребу-
ется защита органов дыхания, для чего предлагаются респираторы. Во избежание
возможного повреждения органов слуха в зоне чрезмерного шума предписываются
подходящие наушники.
Предписывающие знаки предписывают использование индивидуальных
средств защиты.
Пути спасения при аварии
Такими знаками отмечаются пути спасения, аварийные выходы, спасательные
станции и пункты скорой помощи (рис. В.6). Они представлены в виде прямо-
угольников с белым графическим символом на зеленом фоне. Их основная за-
дача – в аварийной ситуации указать ближайший путь к спасению и получению
первой помощи.
Чтобы при возникновении опасности или несчастном случае быстро сориенти-
роваться в обстановке и найти нужный путь к спасению, рекомендуется в свободное
от работы время пройти этой дорогой и запомнить места расположения пунктов
скорой помощи.
Имеющиеся убежища, аварийные выходы и спасательные пункты должны
быть хорошо известны каждому работнику предприятия.
Пункт скорой
помощи
Указание
направления к
пункту скорой
помощи
или
Аварийный выход
(указание направления)
Аварийный выход
(табличка над выходом)
Рис. В.6. Знаки, обозначающие пути спасения при аварии
Более подробно об охране труда и нормах техники безопасности см. гл. XV.
Начальные сведения о химическом производстве
Заявленная здесь тема является весьма обширной, и ее можно условно разделить
на несколько отраслей знаний:
Технологические способы получения химических веществ. Данную отрасль обоз-
начают также термином «химическая технология» (англ. unit processes).
Процессы химической технологии. Эта отрасль занимается отдельными техноло-
гическими операциями — «базовыми процессами» (англ. unit operations), необхо-
димыми для технической реализации собственно химического производства.
К таким базовым технологическим операциям относятся, например: из-
мельчение, нагрев или охлаждение, смешивание и разделение, причем здесь,
как правило, речь идет о процессах без химического превращения веществ.
Но последние, тем не менее, изменяют свое состояние — гранулометрический
состав, температуру, концентрацию. В случае базовых технологических опера-
ций обычно имеются в виду собственно физические процессы.
Аппаратная и машинная техника. Эта отрасль рассматривает и описывает
аппараты и машины, необходимые для осуществления химических реакций
и базовых технологических операций. Так, котел с мешалкой представляет
собой аппарат, где может протекать химическая реакция или выполняться
операция смешивания. Электродвигатель, который, например, приводит в
действие мешалку этого котла, является приводным механизмом, дающим
необходимую для смешивания энергию.
•
•
•
Контрольно-измерительные приборы и автоматические регуляторы. Данная
отрасль занимается устройствами для измерения, контроля и регулиро-
вания параметров рабочего состояния в химической установке. Именно
благодаря их использованию химические реакции и процессы превраще-
ния веществ протекают надежно и в оптимальных условиях. К КИПиА
относятся, в частности, приборы для измерения давления (манометры),
определения величины рН или регуляторы температуры.
Химическая установка
Химические процессы протекают в аппаратах, где для выполнения поставленной
задачи могут быть созданы требуемые условия — например заданы соответствую-
щие значения температуры, давления и проч. Порой для решения тех или иных
химико-технических задач нужен целый ряд аппаратов, связанных между собой
специальными подающими устройствами (типа насосов) и трубопроводами.
Машины генерируют необходимую энергию, КИПиА осуществляют контроль,
измерение и регулирование параметров состояния.
Совокупность всех этих приборов и устройств носит общее название «произ-
водственная, или химическая, установка».
Назначение химических установок
Попробуем продемонстрировать на общем примере все многообразие постав-
ленных задач и существующих проблем, имеющих место при проведении той
или иной реакции на химическом производстве.
Итак, два вещества A и B при четко установленных рабочих условиях (оп-
ределенные температура, давление) должны вступить в реакцию с получением
веществ C и D.
В химии этот процесс представляют в виде уравнения химической реакции.
Уравнение химической реакции описывает процесс химического пре-
вращения веществ. В левой части оно содержит исходные вещества, в пра-
вой — продукты реакции. Над и под стрелкой, показывающей направление
протекания реакции, приведены необходимые для проведения данной реакции
условия и катализаторы.
Пример уравнения химической реакции:
.
Подготовка исходных веществ к химической реакции и обработка продуктов
реакции в целях их дальнейшего использования при этом не находят никакого
отражения.
•
Процессы химической технологии могут быть представлены в виде технологи-
ческой блок-схемы, куда заносятся не только сами используемые вещества, но и
пути их прохождения с указанием базовых операций (рис. В.7).
Исходное
вещество A
Исходное
вещество B
Измельчение
Нагревание
Реактор
Химическая реакция
Продукты
реакции
Смесь
Сырой продукт C
Сырой продукт D
Разделение
Конденсация
Сушка
Готовый
продукт C
Готовый
продукт D
A + B C + D
Рис. В.7. Технологическая блок-схема химического производственного процесса
«Сердцем» химической установки является реактор. Именно там происходит
превращение исходных веществ в продукт реакции. Любой реакции должна пред-
шествовать определенная подготовка исходных веществ, например их измельче-
ние или нагревание. После химической реакции представленные иногда в виде
смеси вещества подлежат разделению, затем сырые продукты обрабатываются
еще раз — с целью приобретения качеств, необходимых для их дальнейшего при-
менения либо сбыта.
Режимы работы химической установки
Химическая установка может функционировать в разных режимах.
Периодическая работа
При периодическом, или прерывистом, способе работы (англ. batch process),
осуществляемой по мере загрузки,
отдельные технологические опера-
ции выполняются последовательно
друг за другом. Установка состоит
из реакционного сосуда, например
мешального котла, подводящих и
отводящих трубопроводов (рис. В.8).
Сначала в реактор накачивается ис-
ходное вещество A с последующим
нагреванием. В результате постепен-
ного добавления исходного вещества
B протекает химическая реакция,
после завершения которой происхо-
дит выпуск продукта реакции. Затем
начинается новый цикл загрузки.
Такому периодическому принци-
пу действия отдается предпочтение в
случае часто меняющихся продуктов и небольшом расходе веществ.
Продукт реакции
Исходное
вещество A Исходное
вещество B
Греющий пар
Конденсат
Реактор
Рис. В.8. Химическая установка периодиче-
ского действия
Ignatowitz_4.indd 3Ignatowitz_30 20.11.2007 11:10:48
Введение 31
Непрерывная работа
У химической установки непрерывного действия для выполнения каждой технологи-
ческой операции предусмотрен специальный аппарат (рис. В.9). Непрерывный (посто-
янный) массный поток проходит через установку от самого ее начала до конечного вы-
хода. Технологические операции в отдельных аппаратах происходят одновременно.
Непрерывно действующие химические установки чаще всего находят приме-
нение в производстве крупных партий веществ с неизменяемым, четко заданным
ходом реакции.
Исходное вещество A
Исходное вещество B
Нагреватель
Трубчатый реактор
Охладитель
Продукт
Рис. В.9. Химическая установка непрерывного действия
Разработка химического технологического процесса
Прежде чем тот или иной про-
дукт будет изготовлен в хими-
ческой установке, проводится
множество исследований и
подготовительных работ.
Первым шагом на этом
пути является доскональ-
ное изучение в химической
лаборатории соответствую-
щего химического процесса
(рис. В.10) — как он описыва-
ется в уравнении химической
реакции. На основе большого
числа лабораторных опытов
определяются затем наиболее
благоприятные условия про-
текания данной химической
реакции. Далее в лаборатории скрупулезно исследуются способы подготовки необ-
ходимых для данной реакции исходных веществ, а также операции по разделению
и дополнительной обработке продуктов реакции. В химических лабораториях
работают, как правило, с массами менее или чуть больше 1 кг.
Результаты лабораторных исследований служат основой для создания полупро-
мышленной экспериментальной установки, в которой подготавливается перенос
соответствующего химического процесса в промышленные условия (рис. В.11).
Полупромышленная установка, обладая меньшими размерами, имеет, в принципе,
Рис. В.10. Химическая лаборатория
ту же конструкцию и такую же
компоновку аппаратуры, что и
будущая производственная
установка. Она рассчитана та-
ким образом, что все отдельно
выполняемые технологические
операции можно контроли-
ровать, при необходимости
изменять и совершенствовать.
Поэтому большая часть аппа-
ратного оборудования выпол-
нена из стекла, что позволяет
наблюдать за происходящими
внутри процессами. Подле-
жащие превращению вещес-
тва имеют вес обычно менее
1000 кг.
Полученные благодаря ра-
боте с полупромышленной
установкой сведения об усло-
виях протекания химических
реакций и выходе продукта,
а также о поведении веществ и
способах управления установ-
кой используются для расчета и
строительства полноразмерной
промышленной химической
производственной установки
(рис. В.12). Она конструирует-
ся с расчетом на максимально
большой объем продукта реак-
ции с минимальными затратами
на этот процесс. При этом долж-
ны учитываться, естественно,
и вопросы защиты окружающей среды, ибо даже незначительные выбросы вредных
веществ при больших объемах превращения способны привести к экологической
катастрофе. Внешний вид химической установки зависит от наличия трубопро-
водов, сосудов разного рода и технологических аппаратов. Они изготавливаются
преимущественно из стали.
Рис. В.11. Полупромышленная установка
Рис. В.12. Полноразмерная промышленная уста-
новка
Химия и окружающая среда
Область применения химических веществ
Сегодня мы повсеместно исполь-
зуем продукцию химиче ской про-
мышленности (рис. В.1). Среди
прочего можно назвать:
предметы гигиены (мыло, мо-
ющие средства);
одежду из синтетических во-
локон;
лекарственные препараты,
косметические средства;
красители;
удобрения, ядохимикаты, пес-
тициды;
смазочные материалы, мас-
ла, ускорители отверждения,
охлаж дающие средства.
Развитие производства этих и многих других изделий обеспечивает: в про-
мышленности — создание новых рабочих мест, в сельском хозяйстве — рост уро-
жайности, а в целом несомненно способствует общему повышению уровня жизни
человека.
Опасность для окружающей среды
Но процессы производства или
обработки столь полезной продук-
ции химической промышленности
неизбежно связаны с образованием
разного рода остатков, отходов,
сточных вод и отработавших газов.
Их неправильная утилизация может
причинить серьезный ущерб окру-
жающей среде, привести порой к
полной гибели природы и способна
даже стать причиной смертельной
опасности для людей и всего живого
мира (рис. В.2).
Заражение почвы и отравление
грунтовых вод нередко являются
следствием небрежного хранения
ядовитых отходов химического
производства.
•
•
•
•
•
•
Ткани
Красители Лекарства
Технические
материалы
Рис. В.1. Некоторые изделия химической
промышленности
Гибель природы
Ухудшение здоровья людей
Рис. В.2. Причинение вреда окружающей среде
Введение 25
Попадание сточных вод, токсичных и вредных по своему составу, в реки и озера
ставит под угрозу состояние водных ресурсов, которые уже не могут использоваться
для приготовления питьевой воды.
В результате выброса в атмосферу опасных для здоровья человека либо просто
обладающих неприятным запахом газов или облаков пыли качество воздуха иногда
ухудшается настолько, что практически все население данного района начинает
чувствовать острое недомогание.
Ответственность работников химических предприятий за состояние
окружающей среды
Каждое предприятие химической промышленности в сотрудничестве с компе-
тентными государственными органами разрабатывает соответствующие меры
экологической защиты, призванные если не исключить в полной мере, то хотя
бы снизить до минимума вредное воздействие химического производства на ок-
ружающую среду (см. гл. XIV). Чтобы такие меры оправдали себя, все занятые
в этой сфере работники должны строго соблюдать определенные нормы и правила.
В частности, они обязаны:
следить за безотказным функционированием химических установок в
соответствии с разработанным производственным планом;
немедленно устранять возможные сбои и неполадки или соответственно
оповещать об этом ответственных лиц;
не допускать несанкционированного спуска химикатов в канализацию
и обеспечивать их грамотную утилизацию;
для сбора и хранения вредных веществ использовать специально отве-
денные для этой цели места, надежные сборники и коллекторы;
по возможности снижать объем неизбежных отходов, например, за счет мно-
гократного использования материалов на основе вторичной переработки;
во всех сложных ситуациях прибегать к помощи специалистов-эко-
логов.
•
•
•
•
•
•
Безопасность на химическом производстве
Место, где расположено и функционирует предприятие химической промышлен-
ности, таит в себе массу опасностей для персонала. Помимо обычных несчастных
случаев, связанных с механическими травмами, здесь нередки сложные ситуации
особого рода, присущие именно химическому производству и возникающие,
в частности, при обращении с ядовитыми, едкими, горючими и взрывоопасными
химикатами.
Поэтому все работники, и особенно новички, должны в целях собственной
безопасности строго соблюдать действующие нормы и регламенты, прислушиваясь
к советам и рекомендациям непосредственных руководителей и более опытных
сотрудников. Это послужит для них залогом сохранения не только своего здоровья,
но здоровья и жизни окружающих людей.
Обязательными для работы на химическом предприятии являются специальные
правила техники безопасности, разработанные Союзом предпринимателей хими-
ческой промышленности с учетом многолетнего опыта работы в данной отрасли.
Эти правила должны находиться в открытом доступе, внимательно изучаться и
использоваться как в повседневной работе, так и в случае возникновения опасных
ситуаций.
Места повышенной опасности обязательно отмечаются специальными таблич-
ками, указывающими на необходимость определенного поведения в данном месте.
Такие указания подлежат безусловному и безоговорочному исполнению.
Запрещающие знаки
Эти знаки запрещают те или иные
действия, обозначенные на табличке
в виде наглядного рисунка обще-
принятой конфигурации (рис. В.3).
Они обычно имеют круглую форму,
красную окантовку и перечеркну-
ты красной полосой. Запрещенное
действие представлено в виде черной
графики на белом фоне.
Важнейшей предохранительной
нормой на химическом производс-
тве считается, естественно, общий
запрет на курение и на пользование
открытым огнем.
Помещения, специально предна-
значенные для курения, отмечаются
особым образом.
Применение открытого огня — например, при выполнении сварочных ра-
бот — допустимо только с разрешения компетентных лиц при соблюдении всех
необходимых мер защиты.
Другие таблички касаются запретов на перемещение людей в определенном
месте, тушение возгораний водой, а также на использование воды из соответству-
ющего крана в качестве питьевой.
Все эти запреты подлежат обязательному исполнению.
Предупреждающие знаки
Эти знаки предупреждают о возможной опасности (возгорании, взрыве), напомина-
ют о присутствии ядовитых или едких веществ, радиоактивного излучения, а также
указывают на угрозу со стороны подвешенных на канатах грузов, курсирующих
транспортных средств, сообщают о наличии высокого электрического напряжения
и прочих опасных моментах (рис.В.4 и В.5).
Предупреждающие знаки имеют форму треугольника с соответствующей черной
графикой на желтом фоне.
Помимо этого, опасное место может быть ограждено лентой с косыми черно-
желтыми полосками или такими же балками.
В местах, отмеченных предупреждающими знаками, необходимо строго
соблюдать действующие правила техники безопасности.
Не курить Запрещены
открытый огонь
и курение
Проход запрещен
Не использовать
для питья
Не гасить
водой
Рис. В. 3. Таблички с запрещающими знаками
Ignatowitz_4.indd 2Ignatowitz_26 20.11.2007 11:10:47
Введение 27
Огнеопасные вещества Взрывоопасные
вещества
Ядовитые вещества Едкие вещества Радиоактивные
вещества или
ионизирующее
излучение
Висящий груз Напольный транспорт Опасное
электрическое
напряжение
Опасная зона Ограждение опасной
зоны
Рис. В.4. Предупреждающие знаки
О начале работ в такой зоне следует обязательно уведомить непосредственного
начальника и выслушать его советы и рекомендации.
Запомните: надо сначала информировать, потом действовать! Даже если работа
носит срочный характер, при ее выполнении приоритетной всегда остается полная
безопасность!
Предписывающие знаки
Такие знаки предписывают использование индивидуальных средств защиты в
отмеченной зоне (рис. В.5): это синие круги с белым графическим изображением
соответствующего оснащения.
Защитные очки Защитная каска Наушники Респиратор Защитная обувь Защитные
перчатки
Рис. В.5. Предписывающие знаки
При работе на химических установках либо при нахождении вблизи этого
оборудования настоятельно рекомендуется носить защитную каску и защитную
обувь. При обращении с едкими химикатами либо при работе с установками,
содержащими такие химикаты, описанный выше комплект следует дополнить
защитными очками и перчатками. При выбросе ядовитых газов или пыли потребу-
ется защита органов дыхания, для чего предлагаются респираторы. Во избежание
возможного повреждения органов слуха в зоне чрезмерного шума предписываются
подходящие наушники.
Предписывающие знаки предписывают использование индивидуальных
средств защиты.
Пути спасения при аварии
Такими знаками отмечаются пути спасения, аварийные выходы, спасательные
станции и пункты скорой помощи (рис. В.6). Они представлены в виде прямо-
угольников с белым графическим символом на зеленом фоне. Их основная за-
дача – в аварийной ситуации указать ближайший путь к спасению и получению
первой помощи.
Чтобы при возникновении опасности или несчастном случае быстро сориенти-
роваться в обстановке и найти нужный путь к спасению, рекомендуется в свободное
от работы время пройти этой дорогой и запомнить места расположения пунктов
скорой помощи.
Имеющиеся убежища, аварийные выходы и спасательные пункты должны
быть хорошо известны каждому работнику предприятия.
Пункт скорой
помощи
Указание
направления к
пункту скорой
помощи
или
Аварийный выход
(указание направления)
Аварийный выход
(табличка над выходом)
Рис. В.6. Знаки, обозначающие пути спасения при аварии
Более подробно об охране труда и нормах техники безопасности см. гл. XV.
Начальные сведения о химическом производстве
Заявленная здесь тема является весьма обширной, и ее можно условно разделить
на несколько отраслей знаний:
Технологические способы получения химических веществ. Данную отрасль обоз-
начают также термином «химическая технология» (англ. unit processes).
Процессы химической технологии. Эта отрасль занимается отдельными техноло-
гическими операциями — «базовыми процессами» (англ. unit operations), необхо-
димыми для технической реализации собственно химического производства.
К таким базовым технологическим операциям относятся, например: из-
мельчение, нагрев или охлаждение, смешивание и разделение, причем здесь,
как правило, речь идет о процессах без химического превращения веществ.
Но последние, тем не менее, изменяют свое состояние — гранулометрический
состав, температуру, концентрацию. В случае базовых технологических опера-
ций обычно имеются в виду собственно физические процессы.
Аппаратная и машинная техника. Эта отрасль рассматривает и описывает
аппараты и машины, необходимые для осуществления химических реакций
и базовых технологических операций. Так, котел с мешалкой представляет
собой аппарат, где может протекать химическая реакция или выполняться
операция смешивания. Электродвигатель, который, например, приводит в
действие мешалку этого котла, является приводным механизмом, дающим
необходимую для смешивания энергию.
•
•
•
Контрольно-измерительные приборы и автоматические регуляторы. Данная
отрасль занимается устройствами для измерения, контроля и регулиро-
вания параметров рабочего состояния в химической установке. Именно
благодаря их использованию химические реакции и процессы превраще-
ния веществ протекают надежно и в оптимальных условиях. К КИПиА
относятся, в частности, приборы для измерения давления (манометры),
определения величины рН или регуляторы температуры.
Химическая установка
Химические процессы протекают в аппаратах, где для выполнения поставленной
задачи могут быть созданы требуемые условия — например заданы соответствую-
щие значения температуры, давления и проч. Порой для решения тех или иных
химико-технических задач нужен целый ряд аппаратов, связанных между собой
специальными подающими устройствами (типа насосов) и трубопроводами.
Машины генерируют необходимую энергию, КИПиА осуществляют контроль,
измерение и регулирование параметров состояния.
Совокупность всех этих приборов и устройств носит общее название «произ-
водственная, или химическая, установка».
Назначение химических установок
Попробуем продемонстрировать на общем примере все многообразие постав-
ленных задач и существующих проблем, имеющих место при проведении той
или иной реакции на химическом производстве.
Итак, два вещества A и B при четко установленных рабочих условиях (оп-
ределенные температура, давление) должны вступить в реакцию с получением
веществ C и D.
В химии этот процесс представляют в виде уравнения химической реакции.
Уравнение химической реакции описывает процесс химического пре-
вращения веществ. В левой части оно содержит исходные вещества, в пра-
вой — продукты реакции. Над и под стрелкой, показывающей направление
протекания реакции, приведены необходимые для проведения данной реакции
условия и катализаторы.
Пример уравнения химической реакции:
.
Подготовка исходных веществ к химической реакции и обработка продуктов
реакции в целях их дальнейшего использования при этом не находят никакого
отражения.
•
Процессы химической технологии могут быть представлены в виде технологи-
ческой блок-схемы, куда заносятся не только сами используемые вещества, но и
пути их прохождения с указанием базовых операций (рис. В.7).
Исходное
вещество A
Исходное
вещество B
Измельчение
Нагревание
Реактор
Химическая реакция
Продукты
реакции
Смесь
Сырой продукт C
Сырой продукт D
Разделение
Конденсация
Сушка
Готовый
продукт C
Готовый
продукт D
A + B C + D
Рис. В.7. Технологическая блок-схема химического производственного процесса
«Сердцем» химической установки является реактор. Именно там происходит
превращение исходных веществ в продукт реакции. Любой реакции должна пред-
шествовать определенная подготовка исходных веществ, например их измельче-
ние или нагревание. После химической реакции представленные иногда в виде
смеси вещества подлежат разделению, затем сырые продукты обрабатываются
еще раз — с целью приобретения качеств, необходимых для их дальнейшего при-
менения либо сбыта.
Режимы работы химической установки
Химическая установка может функционировать в разных режимах.
Периодическая работа
При периодическом, или прерывистом, способе работы (англ. batch process),
осуществляемой по мере загрузки,
отдельные технологические опера-
ции выполняются последовательно
друг за другом. Установка состоит
из реакционного сосуда, например
мешального котла, подводящих и
отводящих трубопроводов (рис. В.8).
Сначала в реактор накачивается ис-
ходное вещество A с последующим
нагреванием. В результате постепен-
ного добавления исходного вещества
B протекает химическая реакция,
после завершения которой происхо-
дит выпуск продукта реакции. Затем
начинается новый цикл загрузки.
Такому периодическому принци-
пу действия отдается предпочтение в
случае часто меняющихся продуктов и небольшом расходе веществ.
Продукт реакции
Исходное
вещество A Исходное
вещество B
Греющий пар
Конденсат
Реактор
Рис. В.8. Химическая установка периодиче-
ского действия
Ignatowitz_4.indd 3Ignatowitz_30 20.11.2007 11:10:48
Введение 31
Непрерывная работа
У химической установки непрерывного действия для выполнения каждой технологи-
ческой операции предусмотрен специальный аппарат (рис. В.9). Непрерывный (посто-
янный) массный поток проходит через установку от самого ее начала до конечного вы-
хода. Технологические операции в отдельных аппаратах происходят одновременно.
Непрерывно действующие химические установки чаще всего находят приме-
нение в производстве крупных партий веществ с неизменяемым, четко заданным
ходом реакции.
Исходное вещество A
Исходное вещество B
Нагреватель
Трубчатый реактор
Охладитель
Продукт
Рис. В.9. Химическая установка непрерывного действия
Разработка химического технологического процесса
Прежде чем тот или иной про-
дукт будет изготовлен в хими-
ческой установке, проводится
множество исследований и
подготовительных работ.
Первым шагом на этом
пути является доскональ-
ное изучение в химической
лаборатории соответствую-
щего химического процесса
(рис. В.10) — как он описыва-
ется в уравнении химической
реакции. На основе большого
числа лабораторных опытов
определяются затем наиболее
благоприятные условия про-
текания данной химической
реакции. Далее в лаборатории скрупулезно исследуются способы подготовки необ-
ходимых для данной реакции исходных веществ, а также операции по разделению
и дополнительной обработке продуктов реакции. В химических лабораториях
работают, как правило, с массами менее или чуть больше 1 кг.
Результаты лабораторных исследований служат основой для создания полупро-
мышленной экспериментальной установки, в которой подготавливается перенос
соответствующего химического процесса в промышленные условия (рис. В.11).
Полупромышленная установка, обладая меньшими размерами, имеет, в принципе,
Рис. В.10. Химическая лаборатория
ту же конструкцию и такую же
компоновку аппаратуры, что и
будущая производственная
установка. Она рассчитана та-
ким образом, что все отдельно
выполняемые технологические
операции можно контроли-
ровать, при необходимости
изменять и совершенствовать.
Поэтому большая часть аппа-
ратного оборудования выпол-
нена из стекла, что позволяет
наблюдать за происходящими
внутри процессами. Подле-
жащие превращению вещес-
тва имеют вес обычно менее
1000 кг.
Полученные благодаря ра-
боте с полупромышленной
установкой сведения об усло-
виях протекания химических
реакций и выходе продукта,
а также о поведении веществ и
способах управления установ-
кой используются для расчета и
строительства полноразмерной
промышленной химической
производственной установки
(рис. В.12). Она конструирует-
ся с расчетом на максимально
большой объем продукта реак-
ции с минимальными затратами
на этот процесс. При этом долж-
ны учитываться, естественно,
и вопросы защиты окружающей среды, ибо даже незначительные выбросы вредных
веществ при больших объемах превращения способны привести к экологической
катастрофе. Внешний вид химической установки зависит от наличия трубопро-
водов, сосудов разного рода и технологических аппаратов. Они изготавливаются
преимущественно из стали.
Рис. В.11. Полупромышленная установка
Рис. В.12. Полноразмерная промышленная уста-
новка