МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ
Документ СМК 3
УМКД
УМКД 042-16-13.1.55
уровня
/03-2013
УМКД
Редакция № 1
программа дисциплины
от .09.2013 г.
«Введение в
специальность»
для преподавателя
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Введение в специальность»
для специальности 5В072000 – «Химическая
технология неорганических веществ»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
СЕМЕЙ
2013
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
СОДЕРЖАНИЕ
1.
2.
Глоссарий
Лекции
3.
Практические занятия
4.
Самостоятельная работа студента
3
4-111
112
2
112-113
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
1. Глоссарий
Неорганическая
химическая
технология
включает
переработку
минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей,
минеральных удобрений.
Органическая химическая технология включает переработку нефти, угля,
природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических
полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.
Хими́ческая техноло́гия - наука о наиболее экономичных и экологически
целесообразных методах и средствах переработки сырых природных
материалов в продукты потребления и промежуточные продукты.
3
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
2. Лекции
МИКРОМОДУЛЬ 1 «ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛЬНОСТИ.
ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА»
1. Лекция
Введение. Общая характеристика специальности.
Содержание:
1. Понятие о химической технологии неорганических веществ.
2. Общая характеристика специальности 5В072000 – Химическая технология
неорганических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые задачи,
направления, содержание профессиональной деятельности, Требования к ключевым
компетенциям бакалавра по специальности 05072000 – Химическая технология
неорганических веществ.
1. Хими́ческая техноло́гия — наука о наиболее экономичных и
экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых
природных материалов в продукты потребления и промежуточные продукты.
Неорганическая химическая технология включает переработку минерального
сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных
удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля,
природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических
полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.
Историю химической технологии неотделима от истории химической
промышленности. Вместе с возникновением первых химических промыслов
появилась и химическая технология, как раздел прикладной химии.
Ещё в XV в. в Европе стали появляться мелкие специализированные
цеха по производству кислот, солей, щелочей, фармацевтических препаратов.
В России в конце XVI — начале XVII вв. получило развитие собственное
производство красок, селитры, порохов, а также соды и серной кислоты.
Выделение химической технологии как отдельной области знаний и
учебной дисциплины началось во второй половине XVIII в. Впервые термин
«технология» употребил профессор Гёттингенского университета И. Бекман
в 1772 г. Он же издал и первые труды по технике многих химических
производств, явившиеся по сути и первыми учебниками по химической
технологии.
В 1803 г. учреждена кафедра химической технологии Российской
академии наук. А с 1804 г. стал издаваться «Технологический журнал, или
собрание сочинений, относящихся до технологии».
В 1807—1808 гг. издаётся первый русский учебник профессора
И. А. Двигубского по химической технологии — «Начальные основания
технологии, или краткое показание работ на заводах и фабриках
производимых».
4
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013





В 1828 г. был издан учебник Ф. А. Денисова «Пространной
руководство к общей технологии, или к познанию всех работ, средств,
орудий и машин, употребляемых в разных технических искусствах».
Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от
общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять
основных групп:
гидромеханические;
тепловые;
массобменные (или диффузионные) процессы;
химические процессы;
механические процессы.
По организационно-технической структуре процессы делятся на
периодические и непрерывные.
Химические процессы подразделяется на технологию неорганических
веществ (производство кислот, щелочей, соды, силикатных материалов,
минеральных удобрений, солей и т. д.) и технологию органических веществ
(синтетический каучук, пластмассы, красители, спирты, органические
кислоты и др.)
Производство неорганических веществ
К производству неорганических веществ относится большая группа
производств простых веществ и огромного класса неорганических
соединений. В эту группу производств входят технологические процессы,
основанные на физических, физико-химических и химических свойствах
используемого сырья, побочных и целевых продуктов. Химическая
концепция любого производства опирается на ту совокупность химических
превращений, которые можно реализовать технологически с эффективными
экономическими
показателями.
При
организации
производства
неорганических веществ используют высокотемпературные процессы,
электролиз растворов и расплавов, растворение и кристаллизацию, катализ.
Отличительной чертой производства неорганических веществ является
высокая энергоемкость. При обработке сырья, например перевода
компонента в оксид, очень часто применяют обжиг. Обжиг – процесс
термической обработки материала, заключающийся в нагреве его до
заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении. При
обжиге протекают в зависимости от температурного режима и газовой
атмосферы
реакции
термического
разложения,
окисления
или
восстановления компонентов сырья, полиморфные превращения, фазовые
переходы.
Если необходимо повысить степень окисления элемента, то проводят
окислительный обжиг:
6FeO + O2 = 2Fe2O3.
С
целью
понижения
степени
окисления
элемента
проводят
восстановительный обжиг:
5
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013

















Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = P2 + 5CO + 3CaSiO3.
Для удаления из сырья летучих компонентов (оксида углерода, связанной
воды и т.д.) проводят кальцинацию. Например, при обжиге известняка:
CaCO3 = CaO + CO2.
Студенты специальности
5В072000 “Химическая технология
неорганических веществ” проходят производственную практику - в
технологических цехах АО “Алюминий Казахстана”, АО “Каустик”, АО
“Казахстанский электролизный завод“, АО “Павлодарский нефтехимический
завод“, АО «Евроазиатская энергетическая корпорация», АО «KSP Steel»,
«Аксуский завод ферросплавов» филиал АО ТНК «Казхром», ТОО «АMEGA TRADING» г.Шымкент, ТОО «Цементный завод Семей», ТОО
«Силикатный завод Семей».
Выпускники этой специальности востребованы и работают на
крупнейших предприятиях региона.
Заявки
на
наших
выпускников
поступают от:
АО «Алюминий Казахстана»
АО «Павлодарский нефтехимический завод»
АО «Аксуский завод ферросплавов» филиал
АО ТНК «Казхром»
АО
«Евроазиатская
энергетическая
корпорация»
АО «KSP Steel»
АО «Казахстанский электролизный завод»,
Павлодар - единственный город в Казахстане, в котором действуют
химические производства получения и переработки неорганических веществ
целого ряда продуктов химии:
глинозема
алюминия
серы
галлия
кислорода
азота
аргона
ферросиликохрома
ферросилиция
ферросиликомарганца
соды
2 Общая характеристика специальности
1.2.1 Перечень квалификаций и должностей
Квалификация и должности выпускника определяются в соответствии с
“Квалификационным
справочником
должностей
руководителей,
6
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
специалистов и других служащих” утвержденным приказом Министра труда
и социальной защиты от 22.11.2002 г., №273-П.
Выпускникам бакалавриата по специальности 5В072000 - Химическая
технология неорганических веществ присуждается академическая степень
бакалавра химической технологии неорганических веществ и с учетом
потребностей рынка и государства в специалистах могут работать в
должности:
 технолога;
 инженера;
 химика-технолога;
 инженера-технолога;
 специалиста;
 преподавателя средних профессиональных учебных заведений и др.
1.2.2 Квалификационная характеристика бакалавра специальности
5В072000 – Химическая технология неорганических веществ
Сфера профессиональной деятельности
Сферой профессиональной деятельности бакалавра специальности
5В072000 – Химическая технология неорганических веществ являются:
- управление процессами химической переработки минерального сырья
в целевые продукты;
- осуществление экспертизы технологического процесса;
- анализ состава, структуры и свойств исходных материалов и целевых
продуктов;
- работа с химическими реакторами, аппаратами.
Объекты профессиональной деятельности
Объектами профессиональной деятельности бакалавра являются:
- горнообогатительные комбинаты;
- предприятия по переработке минерального сырья;
- предприятия по производству неорганических кислот, оснований, солей и
минеральных удобрений;
- комбинаты металлургической промышленности;
- заводы по производству строительных, керамических композиционных
материалов;
- предприятия электрохимических производств, плазмохимических
процессов;
- заводы, работающие по нанотехнологии;
- заводские, цеховые и научно-исследовательские лаборатории;
Предметы профессиональной деятельности
Предметами профессиональной деятельности бакалавра с учетом
требований рынка труда являются:
- процессы и аппараты химической технологии;
- промышленное проектирование;
- безопасность химических производств;
7
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- технологические приемы управления кинетикой химических процессов;
- основные виды и ресурсы сырья;
- обогащение минерального сырья;
- современные технологии переработки неорганических веществ;
- тонкие химические технологии производства веществ и материалов;
- технологии производства веществ и материалов электрохимическим и
электротермическим синтезом;
- технологии производства взрывчатых веществ и пиротехнических составов;
- химические реагенты и реактивы;
- научно-исследовательские приборы и оборудование.
Виды профессиональной деятельности
Бакалавры по специальности 5В072000 - Химическая технология
неорганических
веществ
могут
выполнять
следующие
виды
профессиональной деятельности:
- производственно-технологическая;
- расчетно-, проектно-, конструкционная;
- организационно-управленческая;
- сервисно-эксплуатационная;
- экспериментально-исследовательская;
- монтажно-наладочная.
Функции профессиональной деятельности
Бакалавр специальности 5В072000 – Химическая технология
неорганических
веществ
осуществляет
свою
профессиональную
деятельность, которая в зависимости от сферы, объектов и вида может
выполнять следующие функции:
- организация, обеспечение и контроль технологических процессов и
эксплуатации технологического оборудования по производству и
переработке неорганических веществ и материалов в соответствии с
требованиями промышленного технологического регламента и техникоэксплуатационной документации; экспертиза и диагностика состояния и
динамики объектов деятельности (технологических процессов, оборудования
и т.п.);
- разработка технических заданий на проектирование новых и
модернизацию существующих технологий, технологических процессов,
технологических линий и технологического оборудования, организация,
обеспечение и участие в пуско-наладочных работах, отработка опытнопромышленных и промышленных технологических регламентов;
- проведение НИР и ОКР по разработке и созданию новых, а также
модернизации существующих химических технологий и технологических
процессов производства и переработки неорганических веществ и
материалов; испытание вновь созданного оборудования; интеграция
образования, науки и промышленности для обеспечения спроса
потребителей;
8
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- организация и обеспечение эффективной работы коллектива
исполнителей и специалистов, привлечение работодателей и нахождение
партнеров, определение и реализация управленческих решений.
Типовые задачи профессиональной деятельности
Бакалавр специальности 5В072000 – Химическая технология
неорганических веществ, выполняя свои профессиональные обязанности в
различных сферах профессиональной деятельности, способен успешно
решать следующие типовые задачи:
- организация и реализация входного контроля исходных сырьевых
материалов, веществ и вспомогательных материалов для обеспечения
действующих технологических линий и процессов;
проведение
технологического
контроля
действующих
технологических линий и процессов и технологического оборудования по
производству и переработке неорганических веществ и материалов в
соответствии с требованиями промышленного технологического регламента
и технико-эксплуатационной документации;
- экспертиза и диагностика состояния и динамики объектов
деятельности (технологических процессов, оборудования и т.п.) с
использованием необходимых методов и средств анализа;
- разработка технических заданий на проектирование новых
технологических процессов, технологических линий или технологического
оборудования;
- разработка технических заданий по модернизации существующих
технологий, технологических процессов, технологических линий или
технологического оборудования;
- разработка технологических регламентов различного типа
(лабораторного, опытно-промышленного, промышленного);
- отработка опытно-промышленных и промышленных технологических
регламентов;
- проведение НИР по разработке новых химических технологий и
технологических процессов;
- проведение ОКР по разработке новых химических технологий и
технологических процессов;
- проведение пуско-наладочных работ;
- разработка проектно-сметной документации в производстве
органических веществ и материалов;
- анализ и оценка альтернативных вариантов технологической схемы и
отдельных узлов;
- организация работы коллектива исполнителей и специалистов в
условиях действующего производства;
- поддержка необходимого уровня трудовой и производственной
дисциплины;
- проведение технико-экономического анализа производства;
9
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- принятие и реализация управленческих решений в условиях
различных мнений.
Направления профессиональной деятельности
Профессиональная деятельность бакалавра по специальности 5В072000
– Химическая технология неорганических веществ направлена на:
- обеспечение технологического процесса и его совершенствование;
- выполнение производственно-технологического регламента и его
усовершенствование, привлечение современных малоемких технологий;
- организационно-технологические;
- организацию и усовершенствование сервисного и эксплуатационного
обслуживания аппаратов химико-технологических производств;
- проектно-технологические;
- проектно-конструкторские;
организация
и
проведение
монтажно-наладочных
работ
технологических линий и процессов и технологического оборудования;
- деятельность на улучшение качества выпускаемой продукции и ее
соответствие требованиям ВТО;
- обеспечение экологической безопасности химико-технологических
производств, охраны труда;
- улучшение материальных, энергетических, конструктивных
показателей;
- организационно-управленческие;
- экспериментально-исследовательские.
Содержание профессиональной деятельности
Специальности 5В072000 - Химическая технология неорганических
веществ включает:
производственно-технологическую деятельность:
- организацию и осуществление входного контроля сырья и
материалов, используемых в производстве неорганических веществ,
монокристаллов, катализаторов, сорбентов, химических поглотителей,
композиционных материалов, карбидов и нитридов цветных и редких
металлов, фосфора, абразивных материалов, взрывчатых веществ и
пиротехнических составов;
- оценку состава и свойств исходного сырья, промежуточных
продуктов с целью возможности разработки новых технологических
процессов, обеспечивающих высокое качество;
- контроль и обеспечение высокой эффективности использования
оборудования, сырья и вспомогательных материалов;
- осуществление технологического процесса в соответствии с
требованиями технологического регламента в производстве неорганических
веществ и материалов;
расчетно-, проектно-конструкторскую деятельность:
10
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- разработку технических заданий на проектирование новых
технологических схем производства неорганических веществ и материалов,
выбор технологических линий или технологического оборудования;
- разработку проектно-сметной документации в производстве
неорганических веществ и материалов;
- анализ и оценку альтернативных вариантов технологической схемы и
отдельных узлов;
- разработку технических заданий на проектирование новых
технологических процессов, технологических линий или технологического
оборудования;
- разработку технических заданий по модернизации существующих
технологий, технологических процессов, линий или оборудования;
- разработку технологических регламентов различного типа
(лабораторного, опытно-промышленного, промышленного);
- отработку опытно-промышленных и промышленных технологических
регламентов;
- обеспечение и участие в пуско-наладочных работах;
- расчетно-проектная деятельность:
- разработку проектно-сметной документации в производстве
неорганических веществ и материалов;
- анализ и оценку альтернативных вариантов технологической схемы и
отдельных узлов;
- организационно-управленческая деятельность:
- организацию и обеспечение эффективной работы коллектива
исполнителей и специалистов в условиях действующего производства;
- поддержку необходимого уровня трудовой и производственной
дисциплины;
- проведение технико-экономического анализа производства;
- принятие и реализация управленческих решений в условиях
различных мнений.
Сервисно-эксплуатационная деятельность:
- экспертизу и диагностику состояния и динамики технологических
процессов и технологического оборудования с использованием необходимых
методов и средств анализа;
научно-исследовательская деятельность:
- планирование и проведение научных исследований в области синтеза
новых неорганических материалов и разработка новых процессов и
производства;
- моделирование и оптимизацию производственных установок и
технологических схем;
- проведение экспериментальной работы по испытанию вновь
созданного оборудования;
11
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- определение и анализ свойств используемых и получаемых
неорганических материалов;
- организация и усовершенствование сервисного и эксплуатационного
обслуживания аппаратов химико-технологических производств.
Требования к ключевым компетенциям
Бакалавр по специальности 5B072000 – Химическая технология
неорганических веществ должен обладать основными компетенциями для
следующих видов деятельности:
1.Научно-исследовательская деятельность:
- Проведение экспериментальных исследований химико-технологических
процессов, исследование структуры и свойств полученных продуктов;
- Применение методов планирования экспериментов и статистической
обработки данных;
- Применение методов математического моделирования процессов;
- Выполнение литературного и патентного поиска, составление отчетов,
обзоров, заключений и т.п.
2. Производственно-технологическая деятельность:
- участие в осуществлении химико-технологических процессов получения
неорганических веществ и материалов;
- управление химико-технологическими процессами на основе современных
средств автоматизации:
- участие в осуществлении мероприятий по защите окружающей среды;
- выполнение мероприятий по обеспечению качества продукции.
3. Организационно-управленческая деятельность:
- организация и обеспечение производства на рабочем месте;
- информационное обеспечение и составление необходимой технической
документации;
- участие в работах по управлению качеством продукции;
- организация трудовой деятельности коллектива, постановка задач;
- решение вопросов материально-технического обеспечения на рабочем
месте.
4. Расчетно-проектная деятельность:
- участие в разработке технологических процессов получения новых
неорганических веществ и материалов;
- участие в разработке мероприятий по защите окружающей среды;
- участие в создании и осуществлении энерго- и ресурсосберегающих
технологий химической промышленности;
- проведение технологических, материальных и энергетических расчетов,
выбор и расчет оборудования.
- выбор основного и вспомогательного оборудования к проектам;
5. Сервисно-эксплуатационная деятельность:
- обслуживание и поддержание в рабочем состоянии технологического
основного и вспомогательного оборудования;
12
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- планирование и проведение ремонтно-восстановительных работ
оборудования
и сооружений.
6. Монтажно-наладочная деятельность
Монтаж оборудования химических производств.
Результаты обучения по специальности
Бакалавр-технолог должен быть интеллектуально компетентным:

иметь способности к анализу и синтезу, сопоставлению, сравнению
результатов проделанной работы;

иметь коммуникативные навыки на родном и иностранных языках,
уметь представить свои идеи и информацию в устной и письменной формах;

демонстрировать элементарные компьютерные навыки и навыки
управления информацией;

проявлять способности к принятию решений и решать необходимые
проблемы.
социально компетентным:
 демонстрировать способности к критике и самокритике, уметь работать в
команде;
 иметь навыки межличностного общения и способность взаимодействовать
с экспертами других предметных областей, а также работать в
междисциплинарной команде;
 демонстрировать способность работать в международном контексте,
воспринимать разнообразие и межкультурные различия;
 проявлять приверженность этическим ценностям.
системно компетентным:
 уметь применять приобретенные знания на практике и проявлять
исследовательские способности;
 проявлять мобильность и креативность;
 иметь волю к успеху, способность к лидерству и самостоятельной
автономной работе;
 проявлять ответственность за качество и способность к обучению.
Бакалавр – технолог должен проявлять специфические виды
компетентностей:
 Экономическую и организационно-управленческую компетентность –
уметь организовать работу коллективов, планировать работу персонала и
ресурсы, поддерживать систему менеджмента качества;
 Общенаучную компетентность – иметь фундаментальное образование,
базовые общие знания, владеть методами познания, уметь
систематизировать и анализировать информацию;
 Общепрофессиональную компетентность – иметь базовые знания в сфере
химической технологии, уметь актуализировать, структурировать и
интегрировать знания;
13
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
 Профессиональную компетентность – иметь базовые знания в области
химической технологии неорганических веществ, уметь заниматься
деятельностью
в
сфере
химического
производства:
научноисследовательской,
производственно-технологической,
расчетнопроектной, сервисно-эксплуатационной, монтажно-наладочной;
 Специальную компетентность - решать различные профессиональные
вопросы химического производства, уметь находить решение научных и
технологических проблем, иметь способности к профессиональному
развитию.
Основные понятия темы: химическая технология, химическая
технология неорганических веществ, производство неорганических веществ,
квалификационная характеристика бакалавра специальности «5В072000Химическая технология неорганических веществ».
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие о химической технологии неорганических веществ.
2. Квалификационная характеристика бакалавра специальности 05072000 – Химическая
технология неорганических веществ: сфера, объекты, предметы, виды, функции, типовые
задачи, направления, содержание профессиональной деятельности.
3. Требования к ключевым компетенциям бакалавра по специальности 05072000 –
Химическая технология неорганических веществ.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 с.
2. Интернет ресурсы.
2. Лекция
Правила организации учебного процесса.
Содержание:
1. Общие правила по кредитной технологии обучения.
2. Организация самостоятельной работы студента.
3. Организация самостоятельной работы студента под руководством преподавателя.
4. Система контроля и оценки учебных достижений студентов.
5. Организация летнего семестра.
6. Возможности продолжения образования выпускника.
1 Общие правила по кредитной технологии обучения
Для международного признания национальных образовательных
учебных
программ,
обеспечения
мобильности
обучающихся
и
преподавателей организаций образования, а также повышения качества
образования и обеспечения преемственности всех уровней образования в
Семипалатинском государственном университете имени Шакарима
реализуется единая кредитная технология обучения.
Кредитная технология обучения осуществляется на основе выбора и
самостоятельного планирования обучающимся последовательности изучения
14
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
дисциплин с использованием кредита как унифицированной единицы
измерения объема учебной работы обучающегося и преподавателя.
При кредитной технологии обучения учет трудоемкости учебной
работы осуществляется по объему преподаваемого материала, измеряемого в
кредитах.
Кредитная технология обучения является накопительной, что означает
нарастающий учет ранее освоенных кредитов по всем уровням образования.
При кредитной системе обучения используются следующие основные
понятия и определения:
1) академический календарь (Academic Calendar) - календарь
проведения учебных и контрольных мероприятий, профессиональных
практик в течение учебного года с указанием дней отдыха (каникул и
праздников);
2) академический период (Term) - период теоретического обучения,
устанавливаемый самостоятельно организацией образования в одной из трех
форм: семестр, триместр, квартал;
3) академическая мобильность – это перемещение обучающихся или
преподавателей-исследователей для обучения или проведения исследований
на определенный академический период: семестр, или учебный год в другое
высшее учебное заведение (внутри страны или за рубежом) с обязательным
перезачетом освоенных образовательных программ в виде кредитов в своем
вузе или для продолжения учебы в другом вузе;
4) академическая свобода - совокупность полномочий субъектов
образовательного процесса, предоставляемых им для самостоятельного
определения содержания образования по дисциплинам компонента по
выбору, дополнительным видам обучения и организации образовательной
деятельности с целью создания
условий для творческого развития
обучающихся, преподавателей и применения инновационных технологий и
методов обучения;
5) академический рейтинг обучающегося (Rating) - количественный
показатель уровня овладения обучающимся учебной программы дисциплин,
составляемый по результатам промежуточной аттестации;
6) академическая степень (Degree) - степень, присуждаемая
организациями образования обучающимся, освоившим соответствующие
образовательные учебные программы, по результатам итоговой аттестации;
7) академический час – время контактной работы обучающегося с
преподавателем по расписанию на всех видах учебных занятий (аудиторная
работа) или по отдельно утвержденному графику;
8) активные раздаточные материалы (АРМ) (Hand-outs) наглядные иллюстрационные материалы, раздаваемые на учебных занятиях
для мотивации обучающегося к творческому успешному усвоению темы
(тезисы лекции, ссылки, слайды, примеры, глоссарий, задания для
самостоятельной работы);
15
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
9) итоговая аттестация обучающихся (Qualification Examination) процедура, проводимая с целью определения степени освоения ими объема
учебных дисциплин, предусмотренных государственным общеобязательным
стандартом образования;
10) промежуточная
аттестация
обучающихся
процедура,
проводимая в период экзаменационной сессии с целью оценки качества
освоения обучающимися содержания части или всего объема учебной
дисциплины после завершения ее изучения;
11) самостоятельная работа обучающегося (далее - СРО) - работа по
определенному перечню тем, отведенных на самостоятельное изучение,
обеспеченных учебно-методической литературой и рекомендациями,
контролируемая в виде тестов, контрольных работ, коллоквиумов, рефератов,
сочинений и отчетов; в зависимости от категории обучающихся она
подразделяется на самостоятельную работу студента (далее - СРС),
самостоятельную работу магистранта (далее - СРМ) и самостоятельную
работу докторанта (далее - СРД); весь объем СРО подтверждается заданиями,
требующими от обучающегося ежедневной самостоятельной работы;
12) учебные достижения обучающихся - знания, умения, навыки и
компетенции обучающихся, приобретаемые ими в процессе обучения и
отражающие достигнутый уровень развития личности;
13) контроль учебных достижений обучающихся – проверка уровня
знаний обучающихся различными формами контроля (текущий, рубежный и
итоговый) и аттестации, определяемыми самостоятельно высшим учебным
заведением;
14) текущий
контроль
успеваемости
обучающихся
–
систематическая проверка знаний обучающихся в соответствии с учебной
программой, проводимая преподавателем на аудиторных и внеаудиторных
занятиях в течение академического периода;
15) двудипломное образование – возможность параллельного
обучения по двум учебным планам (образовательным программам) с целью
получения двух равноценных дипломов (Double Major) или одного основного
и второго дополнительного дипломов (Major - Minor);
16) Европейская система трансферта (перевода) и накопления
кредитов (ECTS) – способ присвоения зачетных единиц (кредитов)
компонентам образовательных программ (дисциплинам, курсам, модулям), с
помощью которых осуществляется сравнение и перезачет освоенных
обучающимися учебных дисциплин (с кредитами и оценками) при смене
образовательной траектории, учебного заведения и страны обучения;
17) индивидуальный учебный план – учебный план, формируемый
на каждый учебный год обучающимся самостоятельно с помощью эдвайзера
на основании типового учебного плана и каталога элективных дисциплин;
18) кредит (Credit, Credit-hour) - унифицированная единица
измерения объема учебной работы обучающегося/преподавателя;
16
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
19) кредитная технология обучения – обучение на основе выбора и
самостоятельного планирования обучающимся последовательности изучения
дисциплин с использованием кредита как унифицированной единицы
измерения объема учебной работы обучающегося и преподавателя;
20) итоговый контроль – контроль учебных достижений
обучающихся с целью оценки качества освоения ими программы учебной
дисциплины, проводимый в период промежуточной аттестации в форме
экзамена, если дисциплина изучается на протяжении нескольких
академических периодов, то итоговый контроль может проводиться по части
дисциплины, изученной в данном академическом периоде;
21) рубежный контроль – контроль учебных достижений
обучающихся по завершении раздела (модуля) одной учебной дисциплины;
22) запись на учебную дисциплину (Enrollment) - процедура
предварительной записи обучающихся на учебные дисциплины;
23) балльно-рейтинговая буквенная система оценки учебных
достижений - система оценки уровня учебных достижений в баллах,
соответствующих принятой в международной практике буквенной системе с
цифровым эквивалентом, и позволяющая установить рейтинг обучающихся;
24) Офис регистратора – академическая служба, занимающаяся
регистрацией всей истории учебных достижений обучающегося и
обеспечивающая организацию всех видов контроля знаний и расчет его
академического рейтинга;
25) самостоятельная работа обучающегося под руководством
преподавателя (далее - СРОП) – внеаудиторная работа обучающегося под
руководством преподавателя, проводимая по утвержденному графику; в
зависимости от категории обучающихся она подразделяется на:
самостоятельную работу студента под руководством преподавателя (далее СРСП), самостоятельную работу магистранта под руководством
преподавателя (далее - СРМП) и самостоятельную работу докторанта под
руководством преподавателя (далее - СРДП);
26) средний балл успеваемости (Grade Point Average - GPA) средневзвешенная оценка уровня учебных достижений обучающегося за
один учебный год по выбранной программе (отношение суммы произведений
кредитов на цифровой эквивалент баллов оценки промежуточной аттестации
по дисциплинам к общему количеству кредитов за текущий период
обучения);
27) рабочий учебный план - документ, разрабатываемый
организациями образования самостоятельно на основе типового учебного
плана специальности и индивидуальных учебных планов обучающихся;
28) описание дисциплины (Course Description) - краткое описание
дисциплины (состоит из 5-8 предложений), включающее в себя цели, задачи
и содержание дисциплины;
17
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
29) пререквизиты (Prerequisite) - дисциплины, содержащие знания,
умения и навыки, необходимые для освоения изучаемой дисциплины;
30) постреквизиты (Postrequisite) - дисциплины, для изучения
которых требуются знания, умения и навыки, приобретаемые по завершении
изучения данной дисциплины;
31) программа дисциплины (Syllabus) - учебная программа,
включающая в себя описание изучаемой дисциплины, цели и задачи
дисциплины, краткое ее содержание, темы и продолжительность их
изучения, задания самостоятельной работы, время консультаций, расписание
проверок знаний обучающихся, требования преподавателя, критерии оценки
знаний обучающихся и список литературы;
32) транскрипт (Transcript) - документ, содержащий перечень
освоенных дисциплин за соответствующий период обучения с указанием
кредитов и оценок в буквенном и цифровом выражении;
33) тьютор - преподаватель, выступающий в роли академического
консультанта студента по освоению конкретной дисциплины;
34) типовой учебный план - документ, регламентирующий перечень
и объем учебных дисциплин профессиональной учебной программы
образования, порядок их изучения и формы контроля;
36) элективные дисциплины – учебные дисциплины, входящие в
компонент по выбору в рамках установленных кредитов и вводимые
организациями образования, отражающие индивидуальную подготовку
обучающегося,
учитывающие специфику социально-экономического
развития и потребности конкретного региона, сложившиеся научные школы
высшего учебного заведения;
35) эдвайзер (Advisor) - преподаватель, выполняющий функции
академического
наставника
обучающегося
по
соответствующей
специальности, оказывающий содействие в выборе траектории обучения
(формировании
индивидуального
учебного
плана)
и
освоении
образовательной программы в период обучения.
2 Организация самостоятельной работы студента
При кредитной технологии обучения самостоятельная работа
обучающихся подразделяется на две части: на самостоятельную работу,
которая выполняется под руководством преподавателя (СРОП), и на ту часть,
которая выполняется полностью самостоятельно (СРО). Процесс
организации СРО включает в себя следующие этапы: подготовительный
(определение целей, составление программы, подготовка методического
обеспечения, оборудования);
- основной (реализация программы, использование приемов поиска
информации, усвоения, переработки, применения, передачи знаний,
фиксирование результатов, самоорганизация процесса работы);
18
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- заключительный (оценка значимости и анализ результатов, их
систематизация, оценка эффективности программы и приемов работы,
выводы о направлениях оптимизации труда).
Формы СРО разрабатываются преподавателем и утверждаются
кафедрами, за которыми закреплена соответствующая дисциплина. При
определении форм самостоятельной работы учитываются содержание и
особенности конкретной учебной дисциплины, междисциплинарные связи,
степень подготовленности обучающихся и другие факторы.
При организации самостоятельной работы по конкретной дисциплине
преподаватель
обязан
обеспечить
своевременную
и
полную
информированность обучающихся о ее целях и задачах, трудоемкости,
сроках выполнения, формах самоконтроля и контроля.
СРО должна отвечать следующим требованиям:
- выполнена самостоятельно обучающимся;
- представлять собой законченную разработку определенной темы или
отдельных ее аспектов или решение практических заданий;
- демонстрировать компетентность автора в раскрываемых вопросах, иметь
учебную и научно-практическую направленность.
Деканат обеспечивает:
- составление расписания СРОП;
- контроль за выполнением графика СРО и успеваемости обучающегося.
Методбюро факультетов:
- определяют правильность установленных кафедрой форм СРО,
требований и условий выполнения заданий;
- устраняют дублирование учебного материала;
- устанавливают связь материала со смежными теоретическими курсами,
между теоретическими знаниями и производственной практикой;
- планируют СРО на факультете по семестрам;
- составляют график СРО и ее контроля по факультету в целом,
согласовывая объем и сроки заданий по всем дисциплинам (уточняют
объем заданий по каждой дисциплине);
- определяют количество контрольных мероприятий в неделю;
- равномерно распределяют все планируемые объемы работ по неделям
семестра;
- определяют необходимые работы по информационному и методическому
обеспечению заданий для самостоятельной работы обучающихся;
- информируют обучающихся и преподавателей о графике СРО на семестр;
- контролируют деятельность кафедр факультета по организации СРО;
Преподаватели знакомят обучающихся:
- с формами и методами обучения, методикой самостоятельной работы,
критериями оценки качества выполняемой самостоятельной работы;
- с целями, средствами, трудоемкостью, сроками выполнения, формами
контроля СРО.
19
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
-
-
Формируют:
умения поиска оптимальных вариантов ответов, расчетов, решений;
навыки научного исследования;
развивают навыки работы с учебником, классическими первоисточниками
и современной научной литературой;
проводят групповые и индивидуальные консультации по методике
самостоятельной работы;
осуществляют систематический контроль выполнения обучающимися
графика самостоятельной работы;
проводят анализ и дают оценку работы.
В обязанности обучающегося входит:
своевременное и полное ознакомление с методикой организации и
контроля самостоятельной работы по каждой изучаемой дисциплине,
сроках и формах предоставления отчетности по всем видам
самостоятельной работы;
добросовестное и инициативное выполнение организационных и
методических указаний преподавателя по всем видам самостоятельной
работы по каждой изучаемой дисциплине;
своевременное
информирование
преподавателя,
ведущего
соответствующие виды учебных занятий, о возникших в процессе
самостоятельной работы проблемах;
своевременное и полное предоставление отчетности по всем видам
самостоятельной работы по каждой изучаемой дисциплине.
3 Организация самостоятельной работы студента
под руководством преподавателя
Цель СРОП - создание возможностей для обучающегося получить
индивидуальную квалифицированную консультацию по материалу
аудиторных занятий по содержанию СРО.
СРОП следует проводить по циклам базовых и профессиональных
дисциплин - в дисциплинарных группах, по циклу общеобязательных
дисциплин - на академических потоках в количестве не менее 50
обучающихся.
В часы СРОП рекомендуется проводить консультации по выполнению
всех видов СРО, домашних заданий, семестровых и контрольных работ,
отчетов и др.
Обучающийся может посещать СРОП по гибкому графику, но обязан
сдавать все виды СРО в сроки, определенные преподавателем.
4 Система контроля и оценки учебных достижений студентов
Учебные достижения студентов (обучающихся) по всем видам
учебных поручений и заданий оценивается по балльно–рейтинговой
20
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
буквенной системе оценки знаний в соответствии с государственным
общеобязательным стандартом образования по контролю и оценке знаний.
Текущий контроль успеваемости студентов проводится по каждой теме
учебной дисциплины и включает контроль знаний на аудиторных и
внеаудиторных занятиях. Оценка текущего контроля (оценка рейтинга
допуска) складывается из оценок текущего контроля на аудиторных
занятиях и оценок рубежного контроля (внеаудиторные занятия).
При текущем контроле успеваемости учебные достижения студентов
оценивается по 100 балльной шкале на каждое выполненное задание, и
окончательный результат текущего контроля успеваемости подводится
расчетом среднеарифметической суммы всех оценок, полученных в течение
академического периода.
Студенты, не имеющие положительной оценки рейтинга допуска по
дисциплинам, не допускаются к итоговому контролю (экзамену).
Система контроля знаний в Семипалатинском государственном
университете имени Шакарима включает рейтинговый контроль (два раза в
семестр) и итоговый контроль (сдача экзаменов).
Рейтинговый контроль по дисциплинам проводится на 8 и 15 неделях
академического периода.
По каждой дисциплине определяется итоговая оценка, которая
складывается из результатов рейтингового контроля и экзамена, при этом 60
% составляют рейтинговый контроль, 40 % - результат экзамена.
Итоговая оценка знаний студента оценивается по буквенной системе
оценки учебных достижений обучающихся, которая соответствует
цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе.
Шкала оценок основана на балльно-рейтинговой буквенной системе.
Балльно-рейтинговая буквенная система построена по одиннадцатибалльной
шкале, включающей оценки по буквенной системе, соответствующей им
цифровой эквивалент баллов, процентное содержание оценки и
традиционные оценки (таблица 1).
Проходной балл (Grade Point Average) – средневзвешенная оценка
уровня учебных достижений студента, обучающегося за один учебный год по
выбранной программе (GPA).
Средний балл (GPA) рассчитывается по итогам каждого семестра, а
также для всего периода обучения в целом. GPA по всем дисциплинам за
курс выводится следующим образом: итоговая оценка по дисциплинам
умножаются на количество кредитов этой дисциплины, все результаты
складываются и делятся на количество кредитов.
Таблица 1 - Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся,
соответствующая цифровому эквиваленту по четырех балльной системе
21
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Оценка
по буквенной
системе
A
AB+
B
BC+
C
CD+
D
F
Цифровой
эквивалент
баллов
4,0
3,67
3,33
3,00
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
%- ное
содержание
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
Оценка
по традиционной
системе
отлично
хорошо
удовлетворительно
неудовлетворительно
Для определения итоговой оценки по этим дисциплинам:
3,67 баллов х 2 кредита + 4 балла х 3 кредита = 19,34:5 (общее
количество кредитов) =3,8.
Таким образом, GPA рассчитывается по всем пройденным дисциплинам,
его результат является основанием для перевода на следующий курс.
Пересдача экзамена с положительной оценки с целью ее повышения за
весь период, либо с целью получения диплома с отличием не разрешается.
При получении неудовлетворительной итоговой оценки по дисциплине,
кредиты по соответствующей дисциплине не засчитываются.
Пересдача
оценки,
равно
как
положительной,
так
и
неудовлетворительной, по экзаменам не разрешается.
Студент, получивший неудовлетворительную итоговую оценку по
дисциплине, должен заново пройти курс обучения по данной дисциплине,
получить допуск к экзамену и сдать его в течение последующего
академического периода или в летний семестр на платной основе.
Если студент набрал (включая летний семестр) GРА ниже
установленного уровня, он остается на повторный курс обучения.
Студенты, не заключившие договор и не оплатившие обучение на
повторном курсе в течение одного месяца после начала учебного года,
подлежат отчислению.
Студенты, обучающиеся по государственному образовательному заказу,
оставленные на повторный курс, на дальнейший период обучения лишаются
государственного образовательного гранта.
5 Организация летнего семестра
Для студентов, имеющих академические задолженности (не более 9
кредитов) организуется летний семестр. В период летнего семестра должна
быть сформирована группа не менее 4-5 человек для прохождения
22
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
дисциплины. Регистрация на летний семестр завершается за одну неделю до
начала летнего семестра.
Право записи на прохождение летнего семестра имеют студенты:
- не допущенные к сессии по результатам рейтингового контроля - РК
- имеющие академическую задолженность
- имеющие академическую разницу при восстановлении, переводе,
возвращении из академического отпуска.
В летнем семестре можно изучить повторно дисциплины с общим
количеством кредитов 9.
По результатам летнего семестра студенты, не набравшие переводной
балл (GРА) остаются на повторный курс обучения.
Организацию летнего семестра и запись студента на прохождение
летнего семестра осуществляет Офис Регистратора.
Порядок организации летнего семестра:
- студент регистрируется для прохождения летнего семестра с указанием
курсов и оплаты по заявленным курсам;
- составляется расписание занятий в летнем семестре.
Результаты экзаменов по дисциплинам учебного плана специальности,
освоенные в период летнего семестра, учитываются в переводном балле
(GРА).
Все полученные студентом баллы по изученным дисциплинам отражаются в
транскрипте.
6 Возможности продолжения образования выпускника
Специалист, освоивший основную образовательную программу высшего
профессионального образования в рамках направления подготовки по
специальности 5В072000-Химическая технология неорганических веществ
подготовлен для продолжения образования в магистратуре.
Основные понятия темы: кредитная технология обучения, основные
понятия и определения кредитной технологии обучения, организация СРС и
СРСП, летний семестр, система контроля и оценки учебных достижений
студентов, возможности продолжения образования выпускника
Вопросы для самоконтроля:
1. Составьте глоссарий основных терминов и определений по кредитной технологии
обучения.
2. Формы контроля учебный достижений обучающихся.
3. Балльно-рейтинговая система оценки учебных достижений обучающихся.
Литература:
1. Касымова Ж.С. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ для студентов специальности
5В072000 – Химическая технология неорганических веществ / учебное пособие –
Семей, 2013. – 239 с.
3. Лекция
23
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Образовательная программа подготовки специальности 5В072000Химическая технология неорганических веществ.
Содержание:
1. Цели и задачи образовательной программы специальности.
2. Формы, методы и средства организации и проведения образовательного процесса.
3. Результаты по годам обучения.
Обучение студентов по специальности 5В072000 - «Химическая
технология неорганических веществ» осуществляется с 2010 года на кафедре
химии Семипалатинского государственного университета имени Шакарима
по лицензии АБ № 0137403, выданной 03.02.2010 года.
Обучение студентов по специальности 5В072000 - «Химическая
технология неорганических веществ» организовано на базе специальности
Государственного общеобразовательного стандарта образования Республики
Казахстан (ГОСО РК 3.08.346 - 2006). Учебный процесс ведется по
кредитной технологии по специализациям технология электрохимических
производств и технология силикатных и вяжущих материалов.
Срок обучения 4 года. Выпускникам присваивается квалификация и
академическая степень – бакалавр химической технологии неорганических
веществ.
Цели и задачи образовательной программы специальности
5В072000 – Химическая технология неорганических веществ
Цель 1 – социально-гуманитарная и профессиональная подготовка
бакалавров в области химической технологии неорганических веществ в
соответствии с развитием науки и производства, а также с потребностями
химической
промышленности
Казахстана,
национальных
научноисследовательских центров, магистратуры и докторантуры высших учебных
заведений;
Цель 2 – подготовка бакалавров – технологов, знающих сырьевую базу,
методы
аналитического контроля качества сырья и товарных продуктов, технологии
получения и области потребления неорганических веществ и материалов,
имеющих фундаментальную подготовку по физике, математике, химии,
физико-химическим основам технологий получения важнейших классов
неорганических веществ, основам ядерной химической технологии и
взрывчатых
веществ,
производства
минеральных
удобрений,
композиционных
материалов,
вяжущих,
силикатных
материалов,
редкометальных соединений.
Цель 3 – обеспечить знания, навыки и умения, позволяющие анализировать
проблемы в области химической технологии неорганических веществ и
находить пути их решения, решать инженерные задачи проектирования
химических производств, проводить научно-исследовательские работы в
области синтеза и изучения свойств новых неорганических материалов с
24
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
использованием информационных технологий и методов математического
планирования эксперимента.
Цель 4 - готовить студентов к профессиональной деятельности в условиях
действующего производства, формировать навыки и умения по поддержанию
необходимого уровня трудовой и производственной дисциплины; по
проведению технико-экономического анализа производства; по принятию и
реализации управленческих решений в условиях различных мнений.
Задачи образовательной программы:
- Изучение цикла общеобразовательных дисциплин для обеспечения
социально-гуманитарного образования на основе законов социальноэкономического развития общества, истории, современных информационных
технологий, государственного языка, иностранного и русского языков.
- Изучение цикла базовых дисциплин для обеспечения знаний естественнонаучных, общетехнических и экономических дисциплин, как фундамента
профессионального образования.
- Изучение цикла профилирующих дисциплин для формирования
теоретических знаний, практических навыков и умений в области
химической технологии неорганических веществ и материалов, получения
взрывчатых веществ, концентратов урансодержащих соединений и
сопутствующих РЗЭ, производства редкометальных соединений.
- Изучение дисциплин формирующих знания, навыки и умения планирования
и
организации проведения исследований, проектирования технологических
схем,
оборудования и аппаратов, в том числе с использованием современных
компьютерных технологий и программ.
- Ознакомление с химико-технологическими процессами и оборудованием
химических заводов в период проведение различных видов практик.
- Приобретение умений и навыков современного аналитического контроля
качества исходного сырья и товарной продукции.
Типовой учебный план 5В072000 – Химическая технология
неорганических веществ
Обучение в университете осуществляется в соответствии с учебным
планом специальности, в котором представлены все дисциплины, как
обязательного компонента, так и изучаемые студентом по выбору.
Целью изучения общеобразовательных дисциплин является овладение
в области истории Казахстана гуманитарной культуры, этническими,
этическими и правовыми нормами, владение казахским, русским и
иностранным языками, культурой мышления и умением на научной основе
организовать свой труд, умением приобретать новые знания, вести здоровый
образ жизни, владеть основами информатики и экологическими знаниями.
25
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Целью изучения базовых дисциплин: знать теоретические основы
фундаментальных дисциплин и уметь применять их на практике.
Целью изучения профессиональных дисциплин является подготовка
высококвалифицированного, конкурентоспособного специалиста – бакалавра
химической технологии неорганических веществ.
Учебно-методические комплексы дисциплин (УМКД) специальности
Составленные учебно-методические комплексы дисциплин (УМКД)
соответствуют учебному плану. Опубликованные варианты УМКД можно
получить в научной библиотеке СГУ имени Шакарима, а электронные
варианты находятся на сайте СГУ имени Шакарима.
Формы, методы и средства организации и проведения
образовательного процесса
а) формы, направленные на теоретическую подготовку:
Лекция – это систематическое устное изложение учебного материала.
Практическое занятие – это вид самостоятельной работы обучающихся с
преподавателями по применению и закреплению на деле теоретических
знаний
путем решения типовых задач.
Семинарское занятие – это вид группового учебного занятия по
общественным дисциплинам, на котором под руководством преподавателя
проходит обсуждение обучающихся подготовленных ими докладов и
сообщений.
б) формы, направленные на практическую подготовку:
Лабораторная работа – это вид самостоятельной практической работы
обучающихся, которая углубляет и закрепляет теоретические знания и
развивает навыки экспериментирования.
СРСП - этот вид самостоятельной работы выполняется студентом под
руководством преподавателя, проводится в аудиториях по расписанию и в
офисах. Он включает в себя:
- проведение индивидуально-групповых консультаций по разделам,
вызвавшим затруднения у студентов, и по дополнительным разделам
дисциплины, вынесенным на самостоятельное изучение;
- проведение консультаций, прием и защита всех видов самостоятельных
работ (рефераты, домашние задания, расчетно-графические задания,
семестровые задания, курсовые работы, курсовые проекты и т.д.);
- проведение контрольных работ;
- проведение коллоквиумов;
- проведение промежуточных и рубежных контролей.
Задания и материалы для самостоятельной работы выдаются
преподавателями на СРСП в аудитории. Во время СРСП преподаватель
26
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
осуществляет контроль, а также оказывает помощь студенту по правильной
организации работы.
СРС - самостоятельная работа студентов является, с одной стороны, формой
обучения и видом учебного труда, осуществляемого без непосредственного
вмешательства преподавателя, а с другой – как средство вовлечения
студентов в самостоятельную познавательную деятельность. Содержанием
самостоятельной работы студентов является, как правило, выполнение
специальных заданий, тематика, форма и объем которых определены в УМК
дисциплины.
Профессиональная практика - это практическое освоение на производстве
профессиональных навыков и умений в соответствии с будущий
специальностью и специализацией.
Профессиональная практика производится трех видов: учебная,
производственная и преддипломная.
Учебная практика предназначена для знакомства со спецификами будущей
профессиональной
деятельности,
приобретения
навыков
решения
практических
профессиональных задач.
Производственная практика имеет цели: получение навыков практического
использования полученных теоретических профессиональных знаний,
обучение
навыкам решения практических и управленческих задач на конкретном
предприятии или в организации, соответствующих профилю специальности.
На преддипломной практике студент осуществляет сбор и систематизацию
исходных материалов для выполнения дипломного проекта (работы).
Письменные работы
Реферат – это краткие изложение в письменном виде или в форме
публичного доклада содержания обзора соответствующих литературных и
других источников.
Курсовая работа – это совокупность расчетов, результатов экспериментов,
чертежей и других материалов по решению локальной задачи.
Эссе: относительно свободные рассуждения по теме. Объем 5-7 страниц.
Критерии оценки: степень отражения в нем изученного материала;
оригинальность подхода; аргументация; способность обоснованно отстаивать
свою точку зрения.
Структура ЭССЕ:
Введение – формулировка темы; актуальность темы; расхождение мнений
относительно темы, структура рассмотрения темы; переход к основному
суждению.
Основная часть - суждения которые выдвигает автор, определение
основных
понятий, используемых при выдвижении суждения; доказательства и
поддержка – факты или примеры поддерживающие суждение; рассмотрение
27
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
контраргументов или противоположных суждений (необходимо показать
почему они слабы, а утверждения автора остается в силе).
Заключение – повторение основного суждения; одно или два предложения,
резюмирующие аргументы в защиту основного суждения; общее
предупреждение о последствиях непринятия выдвигаемого суждения и
общее заключение о полезности данного утверждения.
Кейс – стади (case study). Кейс – стади - исследовательский проект, в
котором в качестве предмета исследования выбирается единичный случай
или несколько избранных примеров социальной сущности и определяется
совокупность методов их изучения. Исследование типа К.-С. включает в себя
описание типичных, иллюстративных примеров; фиксирует внимание на
экстремальных или стратегических случаях; изучает естественные
эксперименты. Глубинное, детальное исследование одного объекта,
имеющего четкие временные и пространственные границы. Цель - изучить
его уникальную структуру, скрытые
пружины его функционирования, совокупность его взаимосвязей как
системы или динамику его развития. Результаты обычно имеют прикладной
характер как рекомендации относительно данного феномена, а также других
объектов, относящихся к этому же классу и находящихся в сходных
условиях. (case study) - качественный метод, направленный на изучение
отдельной общности, уникального объекта в совокупности его взаимосвязей.
Дословный перевод: "исследование случая".
Отчёт — это сообщение или документ, содержимое которого представляет
информацию и отражает суть вопроса или исследования применительно к
данной ситуации. Часто состоит из информации о служебном деле,
направляемой руководству или вышестоящему должностному лицу.
Составленные по определенной форме сведения, данные о деятельности
организации, компании за определенный прошедший период.
Цель отчета — информирование кого-либо о чём-либо. Тем не менее,
отчеты могут включать в себя такие элементы как рекомендации,
предложения или другие мотивационные предложения. Отчет часто имеет
структуру научного исследования: введение, методы, результаты и
обсуждение.
Дипломная работа – является результатом проведения исследований по
заданной теме, разработки экономических или управленческих решений для
конкретного предприятия или организации.
Результаты по годам обучения
1 курс - бакалавры получают общетеоретические знания по
общеобразовательным дисциплинам; навыки и умение работать с
литературой, писать обзоры и рефераты по различным темам
естественнонаучных предметов и др.; знакомятся и приобретают опыт
работы с приборами и реактивами.
28
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
2 курс - бакалавры получают знания по основным химико-технологическим
дисциплинам, изучая различные процессы и аппараты химических
производств;
проводят расчеты материальных потоков технологических процессов по
получению неорганических веществ. Полученные знания и навыки студенты
осмысливают на производственной практике.
3 курс - бакалавры получают знания, навыки и умения по профильным
дисциплинам, которые будут применять при работе на различных
химических производствах. Эти знания и навыки студенты закрепляют,
выезжая на производственную практику на различные предприятия
Казахстана, производящие неорганические вещества.
4 курс - бакалавры изучают дисциплины, которые дополняют их знания и
понадобятся для написания дипломных работ и проектов. Бакалавры
проходят преддипломную практику, где по заданию преподавателя изучают
производственные процессы и собирают практический материал для
расчетов материальных балансов, конструкционных характеристик
технологических аппаратов, разработки и составления графических схем
дипломного проекта.
Основные понятия темы: цели и задачи образовательной программы
специальности, формы, методы и средства организации и проведения
образовательного процесса, результаты по годам обучения.
Вопросы для самоконтроля:
1.Охарактеризуйте цели и задачи образовательной программы специальности.
2. Дайте сравнительную характеристику форм, методов и средств организации и
проведения образовательного процесса.
3. Результаты по годам обучения в бакалавриате по специальности.
Литература:
1. Касымова Ж.С. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ для студентов специальности
5В072000 – Химическая технология неорганических веществ / учебное пособие – Семей,
2013. – 239 с.
МИКРОМОДУЛЬ 2 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ОСНОВАНИЙ И СОЛЕЙ»
4. Лекция
История развития химических знаний и химической техники.
Содержание:
1.
2.
3.
4.
Области ремесленного производства.
Греческая натурфилософия.
Алхимия: в арабском мире, в Западной Европе, достижения алхимии.
Зарождение современной химии.
1. Исторический анализ развития химических знаний и химической
техники приводит к определенному выводу, истоками и основой накопления
29
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
фактического материала в химии служили три области ремесленного
производства:
1. высокотемпературные процессы - керамика, стеклоделие и особенно
металлургия;
2. фармация, парфюмерия и косметика;
3. получение красителей и техника крашения.
Эти важнейшие области практической и ремесленной химии получили
свое начальное развитие еще в эпоху рабовладельческого общества во всех
цивилизованных государственных образованиях древности.
Насколько известно, наука о веществах и их превращениях зародилась
в Египте – технически наиболее передовой стране древнего мира. Химия
считалась в Египте «божественной» наукой, она находилась целиком в руках
жрецов и тщательно скрывалась ими от непосвященных. Помимо Египта,
попытки научных обобщений имели место и в других технически развитых
странах древнего мира: Месопотамии, Индии, Китае и т.д.
Надо отметить, что в ремесленной химии стран Древнего мира много
общего. Это объясняется не только торговыми и культурными связями,
существовавшими в отдаленные эпохи между отдельными государствами,
или, напротив, военными столкновениями, но и общими чертами путей
освоения ремесел, одновременностью изобретения в разных странах тех же
самых приемов ремесленного мастерства в связи с одинаковым уровнем
состояния производительных сил и технических возможностей. Рассмотрим
вкратце состояние и достижения ремесленной техники в отдельных странах
Древнего мира в главнейших областях производства.
Металлургия. В рабовладельческом обществе происходило довольно
быстрое расширение сведений о металлах, их свойствах и способах их
выплавки из руд, а также об изготовлении различных сплавов, получивших
большое техническое значение. Как установлено по тексту табличек,
найденных при раскопках древних городов Месопотамии, в третьем
тысячелетие до н.э. были известны способы получения из руд железа, меди,
серебра и свинца. Полученные металлы частично вывозились в другие
страны морским путем. Судя по характеру найденных остатков плавильных
печей и глиняных сосудов, металлурги того времени умели получать
температуры около 1000-12000С.
Достижения ремесленных металлургов древности стали, в общем, основой
металлургической техники всего средневековья. Лишь в новое время
старинные методы выплавки металлов, претерпели существенные
усовершенствования, особенно техника получения железа.
Стекло и керамика. Стекло было известно в Древнем мире очень давно.
Существует легенда о том, что стекло было случайно открыто морякамифиникийцами. Они потерпели бедствие и высадились на одном острове, где
развели костер и обложили его кусками соды. Сода расплавилась и вместе с
песком образовала стекло. Хотя эта легенда является малодостоверной,
30
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
однако в Древнем Египте обнаружены изделия из стекла (бусины),
относящиеся к 2500 г. до н. э. Техника того времени не позволяла
изготавливать из стекла крупные предметы. Найденная археологами ваза,
относящаяся приблизительно к 2800 г. до н. э., представляет собой плохо
сплавленную смесь песка, поваренной соли и окиси свинца. По
качественному элементному составу древнее стекло мало отличалось от
современного, однако относительное содержание кремнезема в древних
стеклах ниже, чем в современных. Настоящее производство стекла
развивается в Древнем Египте в середине второго тысячелетия до н. э. Цель
заключалась в получении декоративного и поделочного материала, так что
изготовители стремились получать окрашенное, а не прозрачное стекло.
Более низкое содержание кремнезема и кальция и высокое содержание
натрия облегчало получение и плавку стекла, поскольку снижалась
температура плавления, но это же обстоятельство уменьшало прочность
материала.
Окраска стекла зависела от введенных добавок. Аметистового цвета
стекло 15 в. до н. э. окрашено соединениями марганца. Черный цвет вызван в
одном случае наличием меди и марганца, а в другом - большого количества
железа. Значительная часть синих стекол того же периода окрашена медью.
Изготовление керамики относится к числу наиболее древних
ремесленных производств. Гончарные изделия обнаружены в древнейших
культурных слоях поселений Азии, Африки и Европы. В глубокой древности
появились и глазурованные глиняные изделия. Наиболее древние глазури
представляли собой ту же глину, которая шла на производство гончарных
изделий, тщательно растертую, видимо, с поваренной солью. В более позднее
время состав глазурей был значительно усовершенствован. Туда входила
сода и окрашивающие добавки окислов металлов. Рано появились и
раскрашенные, керамические изделия, в частности в Индии.
Помимо производства глиняной посуды, получили распространение и
другие керамические производства. Так, постройки месопотамских городов
украшались узорчатыми плитками, служившими наружными кирпичами. Эти
плитки делались следующим образом: на кирпич после легкого обжига
наносился контур рисунка расплавленной стеклянной черной нитью. Затем
окаймленные нитью площадки заполнялись сухой глазурью и кирпичи
подвергались вторичному обжигу. При этом глазурная масса
остекловывалась и прочно связывалась с поверхностью кирпича. Такая
разноцветная глазурь, в сущности, представляла собою род эмали и обладала
большой долговечностью. Образец такой глазурованной различными
цветами керамики хранится в Берлинском музее ''Пергамон'' и представляет
собой изображения львов, драконов, быков, воинов. Изображения,
выполненные в ярких синих, желтых, зеленых и других тонах, превосходно
сохранились до нашего времени. По-видимому, этот способ лег в основу
покрытия разноцветной эмалью металлических изделий.
31
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Производство облицованных разноцветной глазурью керамических
изделий было известно и в древнекитайской и среднеазиатской архитектуре.
По-видимому, художественная керамика Китая и связанные с нею
фарфоровое и фаянсовое производства имеют, по меньшей мере,
четырехтысячелетнюю историю. Около II тысячелетия до н. э. в странах
Междуречья, а также в Египте появились и фаянсовые изделия.
Древнеегипетский фаянс по составу значительно отличался от обычного
фаянса и приготовлялся из глины в смеси с кварцитным песчаником. До
настоящего времени не выяснено, каким связующим материалом
пользовались древние мастера при изготовлении и формовке фаянсовых
смесей. Предполагают, что использовалось какое-то органическое вещество,
выгоравшее при обжиге. Глазуровка фаянсовых изделий первоначально
производилась смесью соды и окрашивающих добавок окислов металлов,
преимущественно малахитовой муки. Позже стали готовить сначала сухую
глазурь сплавлением соды, местного песка, всегда содержащего (в Египте)
соли кальция, и окрашивающих добавок.
В качестве строительного вяжущего материала в Древнем мире
применяли обычно гипс. В Индии такой гипсовый цемент обнаружен в
постройках, относящихся приблизительно к 2000 г. до н. э. Известковые
строительные растворы в Древнем мире долгое время не были известны. Это
и понятно, так как известняк требует для обжига достаточно высокой
температуры - около 1100oС.
Кроме такого гипсового цемента, при кладке зданий в качестве вяжущих
веществ применялся асфальт (горная смола) и битум, те же строительные
растворы применялись в Ассирии и Вавилонии.
фармация и парфюмерия. Одна из древнейших сохранившихся
рукописей Древнего Египта, так называемый ''Папирус Эберса'' (XVI в. до н.
э.), содержит ряд рецептов изготовления фармацевтических средств.
Несмотря на то, что эти рецепты не могут быть названы чисто химическими,
поскольку они посвящены способам извлечения из растений различных
соков и масел, они дают представление об операциях вываривания,
настаивания, выжимания, сбраживания и процеживания. Все это
свидетельствует
о
хорошем
знакомстве
древних
мастеров
с
многочисленными операциями, вошедшими впоследствии в арсенал методов,
применяемых в химических лабораториях. Известны были также основные
приемы экстракции, возгонки и перегонки. Также найдены записи,
содержащие подробные сведения об изготовлении и применении мыла.
В Древнем Египте получило широкое распространение ремесло
мумификации трупов умерших. Долгое время не удавалось в точности
восстановить некоторые операции ''консервирования'' трупов, доведенного до
высокой степени совершенства. На основе тщательного исследования мумий,
было установлено, что труп вначале закапывали на несколько недель в сухую
природную соду - ''натрон'', или ''нитрон'',- встречающуюся в Египте (она
32
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
образуется при высыхании естественных содовых озер). При этом в условиях
жары труп почти полностью обезвоживался. Затем (или предварительно) из
трупа вынимали внутренности и мозг, череп (иногда) заливали смолой, а
полость живота заполняли ветвями благовонных растений. В некоторых
случаях внутренности не вынимали. Далее труп заворачивали в ткань типа
марли, длиной иногда в несколько сот метров, с применением благовонных
средств. Лицо покойника гримировали, применяя свинцовый блеск, окись
меди, окрашенные глины и, вероятно, некоторые растительные краски. На
лицо царских мумий клали маску из листового золота. Наконец, труп
помещали в саркофаг.
Краски и техника крашения. В древности широко использовались
некоторые минеральные краски для наскальной и стенной живописи, в
качестве малярных красок и в других целях. Для окраски тканей, а также и
для косметических целей использовались растительные и животные краски.
Для наскальной и стенной живописи в Древнем Египте применялись
земляные краски, а также искусственно полученные окрашенные окислы и
другие соединения металлов. Особенно часто применяли охру, сурик, белила,
сажу, растертый медный блеск, окислы железа и меди и другие вещества.
Древнеегипетская лазурь состояла из песка, прокаленного в смеси с содой и
медными опилками в глиняном горшке.
Наряду с минеральными красками и в Передней Азии, и в Египте даже в
глубокой древности население использовало растворимые природные
красители. Среди находок, относящихся к додинастическому периоду
Древнего Египта (более 3500 лет до н. э.), имеются циновки, окрашенные в
красный цвет. По клинописным табличкам, найденным в Месопотамии,
расшифрованы красители и рецептуры, относящиеся, по крайней мере, ко II
тысячелетию до н. э. В качестве источников красителей использовали
растения: алканну, вайду, куркуму, марену, сафлор, а также и некоторые
животные организмы.
Например:
Вайда (синильник) - один из видов растений рода Isatis, к которому
принадлежит также и знаменитая индигофера. Все они содержат в своих
тканях вещества, которые после ферментации и воздействия воздуха
образуют синюю краску. Как выяснилось уже в конце XIX в. (А. Байер), в
состав лучшего индийского ''индиго'', полученного из индигоферы, входит не
только синий краситель - индиготин, но и красный - индигорубин. В
различных видах рода Isatis количество индигорубина различно, и из
растений, где его мало или вовсе нет, выделяется синий краситель унылого
цвета. Именно поэтому ярко окрашивающее индиго из Индии ценилось
особенно дорого, но доставка его была нелегка. Геродот сообщает, что в VII
в. до н. э. на территории Палестины имелись значительные плантации вайды,
но краска была известна много ранее. Так, ею окрашена туника Тутанхамона
(XII в. до н. э.).
33
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Кермес - этот краситель получали из особого насекомого - дубового
червеца, паразитирующего на разновидности дуба, произрастающей в
Средиземноморье. Кермес использовали в Месопотамии не позже чем в
начале II тысячелетия до н. э. как основную красную краску. Любопытно, что
красили не только остриженную шерсть, но даже шерсть непосредственно на
животных. В документах о продаже, датируемых XIII в. до н. э., фигурируют
окрашенные овцы.
Пурпур - знаменитая краска древности, известная в Месопотамии по
меньшей мере во II тысячелетии до н. э. Источником краски служил
напоминающий мидию двустворчатый моллюск рода мурекс, обитавший на
отмелях о-ва Кипр и у финикийского побережья. Образующее краску
вещество находится в маленькой железе в виде мешочка, из которого
выдавливали студенисто-жидкую бесцветную массу с сильным чесночным
запахом. При нанесении на ткань и высушивании на свету вещество
начинало менять окраску, последовательно становясь зеленым, красным и,
наконец, пурпурно-красным. После простирывания с мылом окраска
становилась ярко-малиновой. Из 12 000 моллюсков можно было получить 1,5
г сухого красителя.
Для приготовления краски в основном поступали другим образом: тело
моллюсков разрезали, солили, некоторое время варили в воде, раствор
выдерживали на солнечном свету и упаривали до достижения нужной
интенсивности окраски.
Следует отметить, что шумеры большую часть красителей и даже
окрашенной шерсти получали из Сирии, где техника крашения достигла
высокого уровня. Египтяне для получения пурпурной окраски наносили
красную краску на синюю ткань, а для зеленой окраски - синюю на желтую.
Для желтой использовали также и хну.
2. Греческая натурфилософия.
Эти мифологические идеи проникли в Грецию через Фалеса Милетского ,
который возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии
– воде. Однако греческих философов интересовали не способы получения
веществ и их практическое использование, а главным образом суть
происходящих в мире процессов. Так, древнегреческий философ Анаксимен
утверждал, что первооснова Вселенной – воздух: при разрежении воздух
превращается в огонь, а по мере сгущения становится водой, затем землей и,
наконец, камнем. Гераклит Эфесский пытался объяснить явления природы,
постулируя в качестве первоэлемента огонь.
Четыре первоэлемента. Эти представления были объединены в
натурфилософии Эмпедокла из Агригента – создателя теории четырех начал
мироздания. В различных вариантах его теория властвовала над умами
людей более двух тысячелетий. Согласно Эмпедоклу, все материальные
объекты образуются при соединении вечных и неизменных элементовстихий – воды, воздуха, земли и огня – под действием космических сил
34
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
любви (притяжения) и ненависти (отталкивания). Теорию элементов
Эмпедокла приняли и развили сначала Платон , уточнивший, что
нематериальные силы добра и зла могут превращать эти элементы один в
другой, а затем Аристотель.
Согласно Аристотелю (384-322 гг. до н.э.), элементы-стихии – это не
материальные субстанции, а носители определенных качеств – тепла, холода,
сухости и влажности. Этот взгляд трансформировался в идею четырех
«соков» Галена и господствовал в науке вплоть до 17 в. Другим важным
вопросом, занимавшим греческих натурфилософов, был вопрос о делимости
материи. Родоначальниками концепции, получившей впоследствии название
«атомистической», были Левкипп, его ученик Демокрит и Эпикур . Согласно
их учению, существуют только пустота и атомы – неделимые материальные
элементы, вечные, неразрушимые, непроницаемые, различающиеся формой,
положением в пустоте и величиной; из их «вихря» образуются все тела.
Атомистическая теория оставалась непопулярной в течение двух
тысячелетий после Демокрита, но не исчезла полностью. Одним из ее
приверженцев стал древнегреческий поэт Тит Лукреций Кар , изложивший
взгляды Демокрита и Эпикура в поэмеО природе вещей (DeRerumNatura).
3. Алхимия.
Алхимия – искусство совершенствования вещества через превращение
металлов в золото и совершенствования человека путем создания эликсира
жизни. Стремясь к достижению самой привлекательной для них цели –
созданию неисчислимых богатств, – алхимики разрешили многие
практические задачи, открыли множество новых процессов, наблюдали
разнообразные реакции, способствуя становлению новой науки – химии.
Алхимия в арабском мире. Завоевав Египет в 7 в., арабы усвоили грековосточную культуру, сохранявшуюся в течение веков александрийской
школой.
Подражая
древним
властителям,
халифы
начали
покровительствовать наукам. Время с 8 по12 век было периодом рассвета
химии (и науки вообще) именно в арабских странах. Арабы и переделали
первоначальное название «химия» в «алхимия» (прибавив к этому слову
характерную для арабского языка приставку «ал»).
Самым талантливым и прославленным арабским алхимиком был Джабир
ибн Хайян (конец 8 в.), позднее ставший известным в Европе под именем
Гебер.Джабир полагал, что сера и ртуть являются двумя противоположными
началами, из которых образуются семь других металлов; труднее всего
образуется золото: для этого нужно особое вещество, которое греки называли
xerion – «сухой», а арабы изменили на al-iksir (так появилось слово
«эликсир»). Эликсир должен был обладать и другими чудесными
свойствами: излечивать от всех болезней и давать бессмертие. Другой
арабский алхимик, ар-Рази (ок. 865–925) (в Европе известен под именем
Разес) занимался также медициной. Так, он описал методику приготовления
35
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
гипса и способа наложения повязки на место перелома. Однако самым
знаменитым врачом был бухарец Ибн Сина, известный также под именем
Авиценна. Его сочинения служили руководством для врачей в течение
многих веков.
Алхимия в Западной Европе. Научные воззрения арабов проникли в
средневековую Европу в 12 в. через Северную Африку, Сицилию и Испанию.
Работы арабских алхимиков были переведены на латынь, а затем и на другие
европейские языки. Вначале алхимия в Европе опиралась на работы таких
корифеев, как Джабир, но спустя три столетия вновь проявился интерес к
учению Аристотеля, особенно в трудах немецкого философа и теологадоминиканца, ставшего впоследствии епископом и профессором Парижского
университета, Альберта Великого и его ученика Фомы Аквинского.
Убежденный в совместимости греческой и арабской науки с христианской
доктриной, Альберт Великий способствовал введению их в схоластические
курсы обучения. В 1250 философия Аристотеля была введена в курс
преподавания в Парижском университете. Алхимическими проблемами
интересовался и английский философ и естествоиспытатель, монахфранцисканец Роджер Бэкон, предвосхитивший многие позднейшие
открытия; он изучал свойства селитры и многих других веществ, нашел
способ изготовления черного пороха. Среди других европейских алхимиков
следует упомянуть Арнальдо да Вилланова (1235–1313), Раймонда Луллия
(1235–1313), Василия Валентина (немецкого монаха 15–16 вв.).
Достижения алхимии. Развитие ремесел и торговли, возвышение городов
в Западной Европе 12–13 вв. сопровождались развитием науки и появлением
промышленности.
Рецепты
алхимиков
использовались
в
таких
технологических процессах, как обработка металлов. В эти годы начинаются
систематические поиски способов получения и идентификации новых
веществ. Появляются рецепты производства спирта и усовершенствования
процесса его перегонки. Важнейшим достижением было открытие сильных
кислот – серной, азотной. Теперь европейские химики смогли осуществить
многие новые реакции и получить такие вещества, как соли азотной кислоты,
купорос, квасцы, соли серной и соляной кислот. Услугами алхимиков,
которые нередко были искусными врачами, пользовалась высшая знать.
Считалось также, что алхимики владеют тайной трансмутации обычных
металлов в золото.
К концу 14 в. интерес алхимиков к превращению одних веществ в другие
уступил место интересу к производству меди, латуни, уксуса, оливкового
масла и различных лекарств. В 15–16 вв. опыт алхимиков все чаще
использовался в горном деле и медицине.
5. ЗАРОЖДЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ
Конец средних веков отмечен постепенным отходом от оккультизма,
спадом интереса к алхимии и распространением механистического взгляда на
устройство природы.
36
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Ятрохимия (от греч. -врач).Совершенно иных взглядов на цели алхимии
придерживался Парацельс (1493–1541). Под таким выбранным им самим
именем («превосходящий Цельса») вошел в историю швейцарский врач
Филипп фон Гогенгейм. Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная
задача алхимии – не поиски способов получения золота, а изготовление
лекарственных средств. Он заимствовал из алхимической традиции учение о
том, что существуют три основные части материи – ртуть, сера, соль,
которым соответствуют свойства летучести, горючести и твердости. Эти три
элемента составляют основу макрокосма (Вселенной) и связаны с
микрокосмом (человеком), образованным духом, душой и телом. Переходя к
определению причин болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума
происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступает
паралич и т.д. Принцип, которого придерживались все ятрохимики, состоял в
том, что медицина есть дело химии, и все зависит от способности врача
выделять чистые начала из нечистых субстанций. В рамках этой схемы все
функции организма сводились к химическим процессам, и задача алхимика
заключалась в нахождении и приготовлении химических веществ для
медицинских нужд.
Основными представителями ятрохимического направления были Ян
Гельмонт (1577–1644), по профессии врач; Франциск Сильвий (1614–1672),
пользовавшийся как медик большой славой и устранивший из
ятрохимического учения «духовные» начала; Андреас Либавий (ок. 1550–
1616), врач из Ротенбурга. Их исследования во многом способствовали
формированию химии как самостоятельной науки.
Механистическая философия. С уменьшением влияния ятрохимии
натурфилософы вновь обратились к учениям древних о природе. На первый
план в 17 в. вышли атомистические (корпускулярные) воззрения. Одним из
виднейших ученых – авторов корпускулярной теории – был философ и
математик Рене Декарт .Свои взгляды он изложил в 1637 г. в сочинении
Рассуждение о методе. Декарт полагал, что все тела «состоят из
многочисленных мелких частиц различной формы и размеров, которые не
настолько точно прилегают друг к другу, чтобы вокруг них не оставалось
промежутков; эти промежутки не пустые, а наполнены разреженной
материей». Свои «маленькие частички» Декарт не считал атомами, т.е.
неделимыми; он стоял на точке зрения бесконечной делимости материи и
отрицал существование пустоты. Одним из виднейших противников Декарта
был французский физик и философ Пьер Гассенди. Атомистика Гассенди
была по существу пересказом учения Эпикура, однако, в отличие от
последнего, Гассенди признавал сотворение атомов Богом; он считал, что Бог
создал определенное число неделимых и непроницаемых атомов, из которых
и состоят все тела; между атомами должна быть абсолютная пустота. В
развитии химии 17 в. особая роль принадлежит ирландскому ученому
Роберту Бойлю. Бойль не принимал утверждения древних философов,
37
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
считавших, что элементы мироздания можно установить умозрительно; это и
нашло отражение в названии его книги Химик-скептик. Будучи сторонником
экспериментального подхода к определению химических элементов
(который в конечном счете и был принят), он не знал о существовании
реальных элементов, хотя один из них – фосфор – едва не открыл сам.
Обычно Бойлю приписывают заслугу введения в химию термина «анализ». В
своих опытах по качественному анализу он применял различные
индикаторы, ввел понятие химического сродства. Бойль описал
сконструированный им воздушный насос и опыты по определению
упругости воздуха при помощи U-образной трубки. В результате этих опытов
был сформулирован известный закон об обратной пропорциональности
объема и давления воздуха. В 1668 Бойль стал деятельным членом только что
организованного Лондонского королевского общества, а в 1680 был избран
его президентом.
Техническая химия. Научные успехи и открытия не могли не повлиять
на техническую химию, элементы которой можно найти в 15–17 вв. В
середине 15 в. была разработана технология воздуходувных горнов. Нужды
военной промышленности стимулировали работы по усовершенствованию
технологии производства пороха. В течение 16 в. удвоилось производство
золота и в девять раз возросло производство серебра. Выходят
фундаментальные труды по производству металлов и различных материалов,
используемых в строительстве, при изготовлении стекла, крашении тканей,
для сохранения пищевых продуктов, выделки кож. С расширением
потребления спиртных напитков совершенствуются методы перегонки,
конструируются новые перегонные аппараты. Появляются многочисленные
производственные лаборатории, прежде всего металлургические. Среди
химиков-технологов того времени можно упомянуть Ванноччо Бирингуччо
(1480–1539), чей классический труд о пиротехнике был напечатан в Венеции
в 1540 и содержал 10 книг, в которых речь шла о рудниках, испытании
минералов, приготовлении металлов, перегонке, военном искусстве и
фейерверках. Другой известный трактат, О горном деле и металлургии, был
написан Георгом Агриколой (1494–1555). Следует упомянуть также об
Иоганне Глаубере (1604–1670), голландском химике, создателе глауберовой
соли.
Вопросы для самоконтроля:
1. Области ремесленного производства.
2. Греческая натурфилософия.
3. Алхимия: в арабском мире, в Западной Европе, достижения алхимии.
4. Зарождение современной химии.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 с.
2. Интернет ресурсы.
38
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
5. Лекция
Химическая технология как наука и ее задачи.
Содержание:
1. Понятие, виды, отрасли, задачи технологии.
2. Роль и значение профессии инженера-технолога.
3. Современные проблемы в области химической
технологии
неорганических
веществ и пути их решения.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Технология — наука о наиболее экономичных способах и процессах
производства
промышленных
продуктов
из
природного
сырья.
Способ производства — это совокупность всех операций, которые проходит
сырье до получения из него продукта. Способ производства слагается из
последовательных операций, протекающих в соответствующих машинах и
аппаратах. Совокупность операций представляет собой химикотехнологическую систему (ХТС). Описание ХТС называют технологической
схемой. Операция происходит в одном или нескольких аппаратах (машинах);
она представляет собой сочетание различных технологических процессов. В
химических аппаратах-реакторах, как правило, одновременно протекают
гидравлические,
тепловые,
диффузионные
и
чисто
химические
(реакционные) процессы.
Технологию делят на механическую и химическую. В механической
технологии рассматривают процессы, в которых изменяются форма или
внешний вид и физические свойства материала, а в химической - процессы
коренного преобразования состава, свойств и внутреннего строения
вещества. Это деление в значительной степени условно, так как при
изменении вида материала часто меняются его состав и химические свойства.
Так, например, литейное производство относится к механической
технологии, но при литье металлов происходят и химические реакции.
Химические процессы, в свою очередь, во всех производствах
сопровождаются механическими.
Исторически химическую технологию условно подразделяют на
технологию неорганических и органических веществ, хотя оба раздела
технологии объединяются общими принципами и закономерностями.
ЗНАЧЕНИЕ
ХИМИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ДЛЯ
ТЕХНИЧЕСКОГО
ПРОГРЕССА
И
УДОВЛЕТВОРЕНИЯ
ПОТРЕБНОСТЕЙ НАСЕЛЕНИЯ
Химическая промышленность обеспечивает народное хозяйство
огромным количеством всевозможных продуктов, без которых была бы
невозможна жизнь современного общества.
В результате химической переработки ископаемого топлива (каменного
угля, нефти, сланца и торфа) народное хозяйство получает такие важнейшие
39
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
продукты, как кокс, моторные топлива, смазочные масла, горючие газы и
большое количество органических веществ. Химия и химическая
промышленность дают стране аммиак, азотную, серную и фосфорную
кислоты, из которых получают минеральные удобрения. Из широко
распространенной в в природе поваренной соли получают едкий натр
(гидроксид натрия), хлор, соляную кислоту, соду, которые, в свою очередь,
применяются в производстве алюминия, стекла, бумаги, мыла,
хлопчатобумажных и шерстяных тканей, пластических масс, искусственного
волокна и т.п. Пластические массы, активированный уголь, бездымный
порох, уксусную кислоту, этиловый и метиловый спирты, ацетон, канифоль,
соединения ароматического ряда получают при химической переработке
древесины.
Современная металлургическая промышленность и машиностроение,
космонавтика, авиационный и автомобильный транспорт, производство
строительных материалов и большинства товаров народного потребления
получили мощное развитие благодаря химии.
Одним из основных путей технического прогресса является химизация
народного хозяйства. Химизацией называется внедрение химических
методов, процессов и материалов в народное хозяйство. Это позволяет вести
производство более рационально, комплексно использовать сырье, работать
без отходов.
Без
современных
высокоэффективных
и
высококачественных
минеральных удобрений, ядохимикатов (средств борьбы с вредителями и
сорняками), консервантов и искусственных кормов интенсивное
сельскохозяйственное производство невозможно.
В целях охраны биосферы широко применяют химические способы
очистки газов и сточных вод различных предприятий (например,
энергетических, целлюлозно-бумажных, металлургических).
В быту и коммунальном хозяйстве используют многие продукты
химической промышленности.
РАЗВИТИЕ
ХИМИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Мощная химическая промышленность, была создана в основном за годы
Советской власти.
Всестороннее развитие химической промышленности продолжается и в
настоящее время.
Для решения поставленных задач необходимо всемерно расширять и
углублять постановку научно-исследовательских и опытных работ в области
химии и химической технологии, аппарато- и приборостроения,
совершенствовать химическую технику.
ОСНОВНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ
РАЗВИТИЯ
ХИМИЧЕСКОЙ
ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ
Совершенствование химической техники направлено на повышение
производительности труда, улучшение качества готовой продукции и
40
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
снижение ее себестоимости. Главные взаимосвязанные направления в
развитии химической техники:
1)
увеличение мощностей химико-технологических систем (ХТС)
и отдельных аппаратов путем повышения их размеров;
2)
интенсификация работы аппаратов;
3)
механизация трудоемких процессов;
4)
комплексная автоматизация химико-технологических систем и
отдельных аппаратов с применением управляющих электронновычислительных машин;
5)
замена периодических процессов непрерывными;
6)
снижение энергозатрат и максимальное использование
теплоты химических реакций;
7)
уменьшение числа стадий производства и переход к
замкнутым (циклическим) системам;
8)
создание
безотходных
производств.
Увеличение мощностей ХТС и отдельных аппаратов приводит к
соответствующему повышению их производительности и улучшению
условий работы, как правило, без возрастания штата рабочих,
обслуживающих данный аппарат. Производительность П измеряется
количеством выработанного продукта или переработанного сырья G за
единицу времени t:
П = G/t.
Увеличение размеров и производительности аппаратов снижает
капиталовложения и облегчает возможность автоматизации производства.
Исходя из экономической эффективности непрерывно увеличивают
мощность вновь устанавливаемых машин и аппаратов. Однако при
чрезмерном возрастании масштабов отдельных установок и целых ХТС резко
увеличиваются потери предприятия при аварийных остановках и плановых
ремонтах. Поэтому во многих отраслях дальнейшее повышение единичной
мощности не рационально.
Интенсификация работы аппаратов - повышение их производительности
без увеличения размеров за счет улучшения режима работы. Интенсивностью
работы аппарата называют его производительность П, отнесенную к объему
аппарата v или к площади его сечения S:
I= П/v=G/(еv)
Интенсификация достигается двумя путями:
1)
улучшением конструкции аппаратов;
2)
совершенствованием технологических процессов в аппаратах
данного вида. Эти два пути тесно связаны между собой. С улучшением
конструкции аппарата интенсивность химического процесса повышается.
Увеличению интенсивности способствуют повышение температуры,
давления и концентрации реагирующих масс, усиление перемешивания
компонентов,
увеличение
поверхности
соприкосновения
между
41
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
взаимодействующими веществами, применение катализаторов, а также
механизация и автоматизация процессов.
Механизация - замена физического труда человека машинным. Механизация
закономерно повышает производительность труда за счет интенсификации
работы" аппаратуры и сокращения штата обслуживающего персонала. В
большинстве
химических
производств
основные
операции
уже
механизированы. Однако загрузка сырья, выгрузка и транспортировка
материалов еще не всегда выполняются машинами; именно механизация этих
стадий производства и представляет главную проблему настоящего времени.
Комплексная автоматизация - применение приборов, позволяющих
осуществлять производственный процесс без непосредственного участия
человека, а лишь под его контролем. Автоматизация - высшая степень
механизации, позволяющая резко увеличить производительность труда и
улучшить качество продукции.
Для комплексной автоматизации производства можно применять самые
разнообразные устройства. В особо сложных производствах используют
электронно-вычислительные машины. Они получают информацию о ходе
процесса от различных приборов-измерителей, вычисляют оптимальные
условия процесса по заданной программе и посылают команду приборамисполнителям. Наиболее эффективно в химической промышленности
применение автоматизированных систем управления технологическим
процессом целых производств с применением управляющих ЭВМ.
Однако в некоторых случаях еще трудно или нерационально применять
полную автоматизацию. Тогда используют дистанционное управление.
Дистанционное управление — это неполная автоматизация, при которой
регулирование режима процесса осуществляется человеком на расстоянии
(например, с пульта управления).
Замена периодических процессов непрерывными - характерное для
химической промышленности направление технического прогресса, тесно
связанное с интенсификацией процессов, улучшением качества продукции и
условий труда. Переход к непрерывным процессам, так же как применение
конвейеров в механической технологии, повышает производительность
труда.
Периодическим называется процесс, в котором порция сырья загружается в
аппарат, проходит в нем ряд стадий обработки и затем из аппарата
выгружаются все образовавшиеся вещества. Таким образом, от загрузки
сырья до выгрузки продукта проходит определенное время, в течение
которого аппарат работает. В период же загрузки и выгрузки аппарат
простаивает. Механизация и особенно автоматизация этих операций
затруднена, так как требует периодически действующих механизмов. Еще
труднее автоматизировать периодические процессы, так как показатели
режима, по которым производится автоматизация (температура, давление,
концентрация веществ), меняются в течение всего периода реакции.
42
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Периодические процессы сложны в обслуживании. Продолжительность
цикла периодического производственного процесса всегда больше, чем
непрерывного; энергетические затраты выше. Все эти причины и побуждают
заменять периодические процессы непрерывными.
Непрерывными называются процессы, в которых поступление сырья и
выпуск продукции происходят непрерывно (или систематическими
порциями) в течение длительного времени. При этом нет простоев
оборудования, производительность аппаратов выше. Во всех точках аппарата
соблюдаются постоянные температуры, концентрация веществ, давление и т.
п., поэтому легко вести наблюдение за работой аппарата, механизировать
загрузку сырья и выгрузку продукта, автоматизировать процесс. При этом,
как правило, улучшается и качество продукции. Большинство химических
производств уже работает непрерывно, оставшиеся периодические процессы
постепенно заменяются непрерывными.
Однако в настоящее время еще нельзя сразу все производства перевести на
непрерывные; в одних случаях это ухудшает качество продукции, в других еще не найдены средства рациональной автоматизации и механизации
процессов, особенно на маломощных и малогабаритных установках.
Снижение энергозатрат и максимальное использование теплоты химических
реакций - важное направление химической техники. В настоящее время
химические реакторы в большинстве крупнотоннажных производств
сочетаются с теплообменными элементами, которые служат для нагрева
исходных веществ до температуры реакции с одновременным охлаждением
продуктов превращения или же для получения товарного водяного пара в
котлах-утилизаторах за счет теплоты сильно экзотермических процессов.
При этом теплообменники нередко имеют более сложное устройство, чем
собственно химические реакторы, и образуют вместе с реакторами
энергохимический агрегат. Соответственно происходит превращение
химической технологии в энерготехнологию. Это тем более важно, что в
настоящее время все острее и острее встает проблема обеспечения
человечества дешевой, доступной и эффективно используемой энергией,
поскольку традиционные ее источники (нефть, природный газ, уголь,
древесина, торф и т.п.) расходуются быстрыми темпами и запасы этих
источников уменьшаются гораздо быстрее, чем происходит естественное их
восполнение. В связи с этим в химической технологии все больше
ужесточается
связь
между
энергетическим
и
технологическим
оборудованием.
Энерготехнологические
схемы
сейчас
занимают
главенствующую роль в производствах аммиака, серной и азотной кислот,
метанола, цветных металлов, продуктов тяжелого органического синтеза и
др.
Уменьшение числа стадий производства и переход к замкнутым
(циклическим) системам приводит к снижению затрат на капитальное
строительство и уменьшению себестоимости продукции. Так, прямое
43
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
окисление метана до формальдегида позволит трехстадийный процесс
заменить одностадийным. Переход к циклическим системам, например, в
производстве серной кислоты с применением кислорода и повышенного
давления позволит в 3 раза снизить число аппаратов в технологической
схеме. При этом резко снизится количество диоксида серы в отходящих газах, т. е. одновременно решается и экологическая проблема. Сегодня пока
еще не все многостадийные процессы могут быть переведены на
одностадийные или циклические. Поиски в этом направлении составляют
важное условие развития химической технологии.
Создание безотходных производств решает комплексно экологическую
проблему и снижение себестоимости продукции благодаря полному
использованию всех компонентов сырья. Одним из наиболее рациональных
путей организации производств, приближающихся к безотходным, служит
циркуляция реакционной смеси и теплоносителей (воздуха, воды) в
отдельных процессах и реакторах, а в особенности создание циркуляционных
химико-технологических систем (ХТС) целого производства. Этой же цели
служит кооперация чисто химических производств с другими (например,
металлургическими), позволяющая перерабатывать не используемые ранее
компоненты сырья в продукты, ценные для народного хозяйства. К
безотходной технологии можно приближаться, вводя в технологические
схемы специальные аппараты для очистки отходящих газов и сточных вод.
Этот путь пока наиболее распространен, но он, частично решая проблему
защиты окружающей среды, в большинстве производств приводит к
повышению себестоимости целевого продукта.
Оценивая каждое из указанных направлений в развитии химической техники,
необходимо отметить, что во многих случаях следует комплексно
использовать их, дополняя совершенствованием организации и управления
производством, расширением и углублением научных исследований в
области химической технологии, а также улучшением проектной
деятельности соответствующих организаций.
Новым мощным средством повышения эффективности ряда производств
следует считать внедрение атомной техники, плазменной и лазерной
технологии, использование фотохимических, радиационно-химических и
биохимических процессов.
Применение атомной энергии позволит поручить недостижимые ранее
температуры в сотни тысяч градусов и прежде всего низкотемпературную
плазму (1000-10000 К).
Использование плазмохимических процессов дает возможность осуществить
эндотермические превращения, равновесие которых сильно смещено в
сторону заданных целевых продуктов лишь при очень высокой температуре
(103—104 К). К таким процессам относятся: прямой синтез NO; получение
ацетилена из метана и бензина; прямой синтез дициана; получение
44
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
цианистого водорода из азота и углеводородов; синтезы разнообразных
соединений фтора и т. п.
Лазерная техника позволит синтезировать твердые тела с тонко
направленной кристаллической структурой и заданными свойствами, в том
числе катализаторы, полупроводники, молекулярные сита, адсорбенты и т. п.
Фотохимические реакции, вызываемые или ускоряемые действием световой
энергии, происходят как в природе, так и в промышленности. Хлорирование
и бромирование углеводородов, синтез полистирола, сульфохлорирование
парафинов, а также фотосинтез полистирола, сульфохлорирование
парафинов, а также фотосинтез с помощью хлорофилла относятся к разряду
таких процессов.
Радиационно-химические реакции, происходящие при воздействии
ионизирующих излучений высокой энергии, позволят интенсифицировать
химико-технологический процесс, проводить синтез органических
соединений, осуществляемых пока только в природе (различные белковые
препараты, ферментативные вещества и др.), или существенно улучшить
структуру промышленных материалов (например, шип, пластических масс,
биополимерных структур и т. п.).
3)
отвода
из
зоны
реакции
полученных
продуктов.
Подвод реагирующих компонентов в зону реакции совершается
молекулярной диффузией или конвекцией. При сильном перемешивании
реагирующих веществ конвективный перенос называют также турбулентной
диффузией. В двух- или многофазных системах подвод реагирующих
компонентов может совершаться абсорбцией или десорбцией газов,
конденсацией паров, плавлением твердых веществ или растворением их в
жидкости, испарением жидкостей или возгонкой твердых веществ.
Межфазный переход
- это сложный диффузионный процесс.
Химические реакции - это второй этап химико-технологического процесса. В
реагирующей системе обычно происходит несколько последовательных (а
иногда и параллельных) химических реакций, приводящих к образованию
основного продукта, а также ряд побочных реакций между основными
исходными веществами и примесями, наличие которых в исходном сырье
неизбежно. В результате кроме основного образуются побочные продукты
(материалы, имеющие народнохозяйственное значение) или же отходы и
отбросы производства, т. е. продукты реакций, не имеющие значительной
ценности и не находящие достаточного применения в народном хозяйстве.
Побочные продукты и отходы производства могут образоваться при
основной реакции наряду с целевым продуктом, а также вследствие
побочных реакций между основными исходными веществами и примесями.
Обычно при анализе производственных процессов учитываются не все
реакции, а лишь те из них, которые имеют определяющее влияние на
количество
и
качество
получаемых
целевых
продуктов.
Отвод продуктов из зоны реакции может совершаться так же, как и подвод
45
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
реагирующих компонентов диффузией, конвекцией и переходом вещества из
одной фазы (газовой, жидкой, твердой) в другую.
Суммарная скорость процесса определяется скоростью перечисленных
элементарных стадий. Как правило, эти элементарные процессы протекают с
различной скоростью и последовательно. Поэтому общая (суммарная)
скорость процесса лимитируется скоростью наиболее медленной стадии.
Если наиболее медленно происходит сама химическая реакция, и она
лимитирует суммарную скорость, то процесс протекает в кинетической
области. Для ускорения таких процессов технологии изменяют те факторы,
которые более всего влияют на скорость химической реакции, увеличивая,
например, концентрацию исходных компонентов, температуру, давление,
применяя катализаторы. Если общую скорость процесса лимитирует подвод
реагирующих компонентов или отвод продуктов реакции, то процесс
протекает в диффузионной области. Для ускорения таких процессов
стремятся увеличить скорость диффузии усилением перемешивания
(турбулизацией реагирующей системы), диспергированием фаз, повышением
температуры и концентрации, гомогенизацией системы, т.е. переводом
многофазной системы в однофазную и т.п. Если скорости всех стадий
технологического процесса соизмеримы - процесс протекает в так
называемой переходной области, то для увеличения скорости такого
процесса необходимо, прежде всего, воздействовать па систему теми
факторами, которые увеличивают как диффузию, так и скорость химической
реакции, например повышением концентрации реагирующих веществ и
температуры.
Знание основных закономерностей химической технологии дает возможность
установить оптимальные условия процесса, проводить его наиболее
эффективно с максимальным выходом, обеспечить получение продуктов
высокого качества. Технолог пользуется основными закономерностями при
анализе существующего производства для его улучшения и в особенности
при организации нового процесса.
КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Все процессы химической технологии делят, прежде всего, на химические,
включающие химическую реакцию, и физические. В данном курсе
рассматривается классификация химико-технологических процессов.
Химические реакции являются важнейшим этапом химико-технологического
процесса.
При классификации химико-технологических процессов учитывают деление
химических
реакций
на
простые,
сложнопараллельные
и
сложнопоследовательные. При описании отдельных классов химикотехнологических процессов реакции подразделяют по типу взаимодействия
реагентов на окислительно-восстановительные (гомолитические) и кислотноосновные (гетеролитические). Химические реакции и процессы
46
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
массопередачи могут быть обратимыми или необратимыми, соответственно
различают и технологические процессы в целом.
Необходимо разграничивать процессы, протекающие в кинетической и
диффузионной области. Этот вид классификации процессов сильно
усложняется в гетерогенных системах, в особенности при взаимодействии
компонента газовой или жидкой смеси с поверхностью твердого пористого
материала. В таких процессах в зависимости от лимитирующего этапа можно
наблюдать области: виешнедиффузионную, переходную от внешне- к
внутридиффузионной, внутридиффузионную (в порах твердого материала),
внутреннюю - переходную и кинетическую. Такие области имеют наибольшее
значение
для
гетерогенно-каталитических
процессов.
Если механизм процесса сложный, принадлежность его к тому или иному
классу
определяется
целенаправленностью.
В
классификации
технологических процессов большое значение имеет необходимый для их
оптимизации технологический режим.
Технологическим режимом называется совокупность основных факторов
(параметров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продукта.
Для
большинства
химико-технологических
процессов
основными
параметрами режима являются температура, давление, применение
катализатора и активность его, концентрации взаимодействующих веществ,
способ и степень перемешивания реагентов.
Параметры
технологического
режима
определяют
принципы
конструирования соответствующих реакторов. Оптимальному значению
параметров технологического режима соответствуют максимальная
производительность аппаратов и производительность труда персонала,
обслуживающего процесс. Поэтому характер и значения параметров
технологического режима положены в основу классификации химикотехнологических процессов. Однако все параметры технологического
режима взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Изменение одного из
параметров влечет за собой резкое изменение оптимальных величин других
параметров режима. Поэтому четкая классификация технологических
процессов по всем без исключения параметрам режима была бы очень
сложна и нецелесообразна в общем курсе химической технологии.
Необходимо выбрать параметры, оказывающие решающее влияние.
На конструкцию реакторов и скорость процессов сильно влияют способ и
степень перемешивания реагентов. В свою очередь, способ и интенсивность
перемешивания реагирующих масс зависят от агрегатного состояния
последних. Именно агрегатное состояние перерабатываемых веществ
определяет способы их технологической переработки и принципы
конструирования аппаратов. Поэтому при изучении общих закономерностей
химической технологии принято делить процессы и соответствующие им
реакторы прежде всего по агрегатному (фазовому) состоянию
взаимодействующих веществ. По этому признаку все системы
47
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
взаимодействующих веществ и соответствующие им технологические
процессы делят на однородные, или гомогенные, и неоднородные, или
гетерогенные.
Гомогенными называются такие процессы, в которых все реагирующие
вещества находятся в одной какой-либо фазе: газовой (Г) или жидкой (Ж). В
гомогенных системах взаимодействующих веществ реакции происходят
обычно быстрее, чем в гетерогенных, механизм всего технологического
процесса проще и соответственно управление процессом легче, поэтому
технологи на практике часто стремятся к гомогенным процессам, т.е.
переводят твердые реагирующие вещества или по крайней мере одно из них в
жидкое состояние плавлением или растворением; с той же целью производят
абсорбцию газов или конденсацию их.
Гетерогенные системы включают две или большее число фаз. Существуют
следующие двухфазные системы: газ - жидкость, газ - твердое тело; жидкость
- жидкость (несмешивающиеся); жидкость - твердое тело и твердое тело твердое тело. В производственной практике наиболее часто встречаются
системы Г-Ж, Г-Т, Ж-Т. Нередко производственные процессы протекают в
многофазных гетерогенных системах, например Г-Ж-Т, Г-Т-Т, Ж-Т-Т, Г-ЖТ-Т и т.п. Гетерогенные процессы более распространены в промышленной
практике, чем гомогенные. При этом, как правило, гетерогенный этап
процесса (массопередача) имеет диффузионный характер, а химическая
реакция происходит гомогенно в газовой или жидкой среде. Однако в ряде
производств протекают гетерогенные реакции на границе Г-Т, Г-Ж, Ж-Т,
которые обычно и определяют общую скорость процесса. Гетерогенные
реакции происходят, в частности, при горении (окислении) твердых веществ
и жидкостей, при растворении металлов и минералов в кислотах и щелочах.
Химические процессы делят на каталитические и некаталитическис. По
значениям параметров технологического режима процессы можно разделить
на низко- и высокотемпературные, происходящие под вакуумом, при
нормальном и высоком давлении, с высокой и низкой концентрацией
исходных веществ и т.п. Однако такая подробная классификация,
применяемая в некоторых руководствах по отдельным химическим
производствам, излишне сложна для общего курса химической технологии.
По характеру протекания процесса во времени соответствующие аппараты и
осуществляемые в них процессы делят на периодические и непрерывные.
Непрерывно действующие реакторы называют проточными, так как через
них постоянно протекают потоки реагирующих масс.
По гидродинамическому режиму различают два предельных случая
перемешивания реагирующих компонентов с продуктами реакции. Полное
смешение представляет собой режим, при котором турбулизация столь
сильна, что концентрация реагентов в проточном реакторе одинакова во всем
объеме аппарата от ввода исходной смеси до места вывода продукционной
смеси.
48
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Идеальное вытеснение наблюдается тогда, когда исходная смесь не
перемешивается с продуктами реакции, а проходит ламинарным потоком по
всей длине или высоте аппарата. Происходит плавное изменение
концентраций в направлении потока реагентов, тогда как в реакционном
объеме полного смешения нет градиента концентраций. В промышленных
проточных реакторах степень перемешивания всегда меньше, чем в
аппаратах полного смешения, и больше, чем в аппаратах идеального
вытеснения. В некоторых типах реакторов режим перемешивания близок к
одному из предельных случаев.
По температурному режиму проточные реакторы и происходящие в них
процессы делят на изотермические, адиабатические и политермические. При
изотермических процессах температура постоянна во всем реакционном
объеме. Идеально-изотермический режим возможен лишь в реакторах с
достаточно сильным перемешиванием, приближающимся к полному
смешению. Близки к изотермическим процессы, в которых происходят
реакции с малым тепловым эффектом (например, изомеризация) или при
малой концентрации реагирующих веществ. Последнее характерно для
процессов
очистки
газов
от
вредных
примесей.
При адиабатических процессах нет отвода или подвода теплоты, вся теплота
реакции аккумулируется потоком реагирующих веществ. Идеальноадиабатический режим возможен лишь в реакторах идеального вытеснения
при полной изоляции от внешней среды. В таких реакторах температура
потока вдоль оси реактора прямо или обратно пропорциональна степени
превращения исходного вещества в продукт.
В политермических реакторах теплота реакции лишь частично отводится из
зоны реакции или компенсируется подводом для эндотермических
процессов. В результате температура по длине (или высоте) реакционного
объема изменяется неравномерно, и температурный режим выражается
различными кривыми.
Химические превращения веществ сопровождаются в той или иной степени
тепловыми процессами. По тепловому эффекту процессов их делят на экзо- и
эндотермические. Такое деление имеет особо важное значение при
определении влияния теплового эффекта на равновесие и скорость
обратимых реакций. Тепловой эффект реакций в ряде производств
определяет технологическую схему производства и конструкцию реактора.
В гетерогенных системах различают прямоточные, противоточные и
перекрестные процессы. Такой вид классификации необходим для
определения характера изменения движущей силы процесса по высоте
(длине) реактора. Таким образом, даже упрощенная классификация
процессов, принятая в общем курсе химической технологии, довольно
сложна, поскольку она отражает всесторонний подход к изучению
разнообразных химико-технологических процессов, существующих в
промышленности.
49
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Основные объекты, изучаемые в химической технологии - равновесие и
скорость химико-технологических процессов.
РАВНОВЕСИЕ
В
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССАХ
Технологические процессы делят на обратимые и необратимые.
Необратимые процессы протекают лишь в одном направлении.
Все обратимые процессы стремятся к равновесию, при котором скорости
прямого и обратного процессов уравниваются, в результате чего
соотношение компонентов во взаимодействующих системах остается
неизменным до тех пор, пока не изменятся условия протекания процесса.
При изменении таких технологических параметров, как температура,
давление, концентрация реагирующих веществ, равновесие нарушается, и
процесс может протекать в том или ином направлении до наступления
нового равновесия. Количественно состояние равновесия в химической реакции описывается законом действующих масс (ЗДМ):
при постоянной температуре и наличии равновесия отношение произведения
действующих масс продуктов реакции к произведению действующих масс
исходных веществ есть величина постоянная.
Эта постоянная величина называется константой равновесия К.
В
гетерогенных
системах
обратимыми
называют
такие процессы, в которых возможен самопроизвольный переход вещества
или энергии из одной фазы в другую в обоих направлениях.
Межфазное равновесие определяют на основе закона распределения
вещества и правила фаз.
Расчет константы равновесия осуществляют либо по экспериментальным
данным
или
же
через
нормальное
химическое
сродство.
Для большого числа химических превращений константы равновесия при
стандартных условиях приведены в справочниках физико-химических
величин
в
виде
таблиц
или
номограмм.
Влияние основных параметров технологического режима на равновесие
определяется принципом Ле Шателье, в системе, выведенной внешними
воздействиями из состояния равновесия, самопроизвольно происходят
изменения, стремящиеся уменьшить это воздействие и привести систему к
новому состоянию равновесия.
СКОРОСТЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Скорость технологического процесса по целевому продукту есть
результирующая скоростей прямой, обратной и побочных реакций, а также
турбулентной и молекулярной диффузии исходных веществ в зону реакции и
продуктов из этой зоны.
Изменение концентрации основного исходного вещества и продукта реакции
в течение процесса характеризуется кривыми, которые различны для простых
и сложных реакций, а также для процессов, протекающих по типу
идеального вытеснения и полного смешения. Для простых процессов,
протекающих по типу идеального вытеснения без изменения объема по
50
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
схеме A-^D, концентрация основного исходного вещества сА уменьшается во
времени от начальной <?ан до нулевой для необратимых процессов и до
равновесной сд для обратимых. Соответственно концентрация продукта cD
увеличивается для обратимых процессов от нуля до концентрации cD*,
соответствующей равновесной степени превращения, т.е. хр, а для
необратимых до х=1.
Большинство химических реакций относится к сложным, т.е., состоит из
нескольких элементарных, поэтому характер изменения концентраций
реагентов носит более сложный характер.
Скорость производственного процесса определяет производительность
соответствующих аппаратов или размеры и число их.
Скорость процесса рассчитывают по степени превращения исходного
вещества, по выходу продукта за определенный промежуток времени или
через константу скорости процесса.
Степень превращения определяют по основному исходному веществу.
Основным исходным веществом называется вещество, по которому ведется
расчет. Это, как правило, наиболее дорогое из веществ, присутствующих в
исходной смеси.
Многие процессы являются многомаршрутными, т.е. протекают по
нескольким параллельным или последовательным реакциям с получение
побочных продуктов. Для таких процессов большое значение имеет
избирательность процесса.
Избирательностью (селективностью) процесса называют отношение
количества основного исходного вещества, превратившегося в целевой
продукт, к общему количеству превратившегося вещества.
Избирательность в различных многомаршрутных процессах колеблется
весьма сильно. Так, в старом способе производства бутадиена из этилового
спирта она составляла лишь 0,25—0,3 и получалось до 30 других веществ,
как полезных, так и отходов производства. Селективность окисления
аммиака до оксида азота NО колеблется на разных катализаторах от 0,85 до
0,97, т.е. от 3 до 15% NH3 превращается в N2 и N2O. На избирательность
могут влиять многие параметры технологического режима: время
пребывания в реакторе, температура, давление, концентрация реагентов,
степень перемешивания реакционной смеси и особенно избирательные
катализаторы, ускоряющие только реакцию получения целевого продукта в
ущерб побочным.
Выходом продукта называют отношение количества полученного продукта к
тому, которое получилось бы при полном протекании реакции. Применяют в
расчетах три вида выхода продукта: общий, равновесный и выход от
теоретического.
Общий выход продукта вычисляют как отношение количества полученного
целевого продукта к максимально возможному при полном превращении
исходного.
51
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Применительно к гетерогенным процессам выходом продукта называют
степень извлечения компонента из одной фазы в другую, например степень
абсорбции компонента из газовой фазы, степень десорбции из жидкой или
твердой фазы в газовую.
В опытах равновесный выход продукта определить точно довольно трудно,
так как равновесие практически достигается обычно лишь по истечении
большого времени реакции.
Обычно равновесный выход определяют по известной константе равновесия,
с которой он связан в каждом конкретном случае определенным
соотношением.
Выход продукта можно изменить, сместив равновесие реакции в обратимых
процессах, воздействием таких факторов, как температура, давление,
концентрация.
В соответствии с принципом Ле Шателье равновесная степень превращения
увеличивается с повышением давления в ходе простых реакций, а др. случае
объем реакционной смеси не меняется и выход продукта не зависит от
давления.
Влияние температуры на равновесный выход, так же как и на константу
равновесия,
определяется
знаком
теплового
эффекта
реакции.
Для более полной оценки обратимых процессов используют так называемый
выход от теоретического (выход от равновесного), равный отношению
действительно полученного продукта со к количеству, которое получилось
бы в состоянии равновесия.
Степень превращения и выход продукта зависят от многих параметров, т.е.
являются нелинейной функцией ряда переменных x=f (T, P, т, с а, Св, Си,...).
Поэтому их применяют обычно лишь для сравнительной оценки нескольких
аналогичных производств, осуществляемых, например, по разным
технологическим схемам или с применением катализаторов различной
активности. Влияние одной переменной, например Т, экспериментально
определяют при постоянстве других действующих параметров.
Для количественной оценки интенсивности работы различных аппаратов и
для технологического расчета производственных процессов лучше
пользоваться константой скорости процесса k, которая в гетерогенных
процессах называется также коэффициентом массопередачи. Константа
скорости процесса в отличие от степени превращения не зависят от времени
и от концентрации реагирующих веществ, и ее зависимость от температуры
определяется по уравнению Аррениуса.
СПОСОБЫ
УВЕЛИЧЕНИЯ
СКОРОСТИ
ПРОЦЕССА
Одной из основных задач технологии является использование всех путей для
увеличения скорости технологического процесса и соответствующего
повышения производительности аппаратуры. Анализ направлений
интенсификации химико-технологических процессов производится при
помощи основных формул скорости процесса, согласно которым для
52
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
повышения скорости процесса следует найти способы увеличения
определяющих величин Ac, k и F(v). Увеличение движущей силы процесса
Дс
может
быть
достигнуто:
а)
возрастанием
концентраций
взаимодействующих компонентов в исходных материалах (сырье); б)
повышением давления; в) регулированием температуры процесса; г) отводом
продуктов реакции из реакционного объема с целью сдвига равновесия в
сторону продукта. Движущая сила химических реакций, процессов
абсорбции, адсорбции и конденсации выражается через разности
действительных с и равновесных с* концентраций реагирующих веществ
(с—с*). Поэтому увеличение движущей силы процесса может
осуществляться или увеличением с, или уменьшением с*, или
одновременным
соответствующим
изменением
обеих
величин.
1. Увеличение концентрации взаимодействующих компонентов в исходном
сырье повышает с и пропорционально увеличивает скорость процесса.
Способ увеличения концентрации взаимодействующих компонентов в
исходном сырье зависит от агрегатного состояния материала. Увеличение
содержания полезного составляющего в твердом сырье называется
обогащением, а в жидком и газообразном — концентрированием.
Увеличение концентрации взаимодействующих веществ — это один из
самых распространенных приемов для интенсификации процессов.
Повышение давления влияет на скорость процесса (скорость достижения
равновесного состояния обратимых процессов) и состояние равновесия.
Давление сильно влияет на скорость процессов, идущих в газовой фазе или
же при взаимодействии газов с жидкостями и твердыми телами. В
гомогенных процессах, протекающих в газовой фазе или в гетерогенных с
участием газообразных компонентов, повышение давления уменьшает объем
газовой
фазы
и
соответственно
увеличивает
концентрации
взаимодействующих веществ. Таким образом, повышение давления
равносильно росту концентрации реагентов. Влияние давления определяется
кинетическими уравнениями.
Таким образом, скорость реакции взаимодействия газовых компонентов
пропорциональна давлению в степени, равной порядку реакции. Давление
наиболее сильно интенсифицирует реакции высокого порядка. Однако рост
давления может привести к изменению порядка реакции и уменьшению
константы скорости процесса k.
В промышленности широко применяют повышенное давление для ускорения
абсорбции. Для процессов десорбции газов и испарения жидкостей
ускорение процесса и повышение выхода достигается снижением давления,
т. е. применением вакуума.
Значения равновесных парциальных давлений (концентраций) компонентов
рА* и рв* рассчитываются для заданного состава газовой смеси по
известным константам равновесия.
53
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Для обратимых газовых реакций, протекающих с уменьшением объема,
скорость реакции и выход, продукта будут возрастать с повышением
давления за счет увеличения действительных концентраций (парциальных
давлений) компонентов р\ и рв и понижения равновесных парциальных
давлений /?л* и рв*, т.е. сдвига равновесия в сторону продукта. Выход
продукта по такой реакции непрерывно увеличивается при повышении
давления. Однако градиент увеличения выхода с повышением давления
непрерывно снижается, поэтому, слишком высокие давления применять
невыгодно, особенно в тех случаях, когда газовая смесь содержит
значительные количества инертных примесей.
Рациональное давление колеблется для различных процессов от одной
десятой до нескольких десятков мегапаскалей (от одной до нескольких сотен
атмосфер). Многие важные производственные процессы, такие, как синтез
аммиака, метанола, производство бензина гидрированием тяжелого топлива
и ряд других реакций газовых компонентов, которые проходят с
уменьшением объема, осуществлены в промышленности только благодаря
приме-Пению высоких давлений (свыше 10 МПа).
Для обратимых газовых реакций, идущих с увеличением объема, давление
сказывается положительно вдали от состояния равновесия за счет роста
действительных парциальных давлений исходных компонентов рА и рв.
Однако при приближении к равновесию выход продукта проходит через
максимум и затем снижается.
В промышленности применение повышенного давления при проведении
газовых реакций, идущих с увеличением объема, как правило, связано с теми
выгодами, которые получают от использования давления в предыдущих или
последующих операциях производства. Например, конверсию метана с
водяным паром или окисление аммиака экономично проводить под
давлением, так как оно благоприятно влияет на последующие процессы
технологической системы.
Для процессов с участием газовой фазы применяются давления порядка
одной и нескольких десятков мегапаскалей (десятков и сотен атмосфер). Для
процессов полимеризации и других синтезов в жидкой фазе эффективны
давления в сотни МПа.
В твердофазных процессах ввиду незначительной сжимаемости твердых тел
эффективными являются лишь сверхвысокие давления, вызывающие
перестройку электронных оболочек, деформацию кристаллов и сдвиг
фазового равновесия. Так, из углерода, растворенного в металлических
расплавах при сверхвысоких давлениях до 10 тыс. МПа и температурах до
2400°С, производят искусственные алмазы.
3.
Регулирование температуры процесса как средство повышения
движущей силы применяется главным образом в сорбционных и
десорбционных процессах. Понижая температуру жидкой фазы, уменьшают
парциальное давление паров газового (парового) компонента над ней, и со54
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
ответственно увеличивают движущую силу Дс и общую скорость процесса.
4.
Отвод продуктов реакции из реакционной зоны увеличивает
суммарную скорость обратимой реакции за счет уменьшения или
увеличивает движущую силу гетерогенного процессов.
В химических реакциях повышение температуры увеличивает скорость
благодаря росту константы скорости к.
Из газовой смеси продукт реакции может отводиться конденсацией,
избирательной абсорбцией или адсорбцией. Во многих производствах для
этого газовую смесь выводят из реакционного аппарата, а затем после
отделения продукта (конденсации, абсорбции) вновь вводят в аппарат получаются замкнутые (циклические, круговые) процессы, например синтез
аммиака, синтезы спиртов и т.п. В этих случаях реакция в газовой фазе
происходит стадиями. В каждой стадии концентрация продукта с* возрастает
до максимально допустимой величины, а затем снижается до величины,
близкой к нулю при абсорбции (в меньшей мере при конденсации), затем
цикл может повторяться многократно. Из жидкий смеси продукт реакции
отводится в зависимости от его свойств осаждением в виде кристаллов,
десорбцией (испарением) в виде паров или адсорбцией на твердом
поглотителе. Осаждение кристаллов с последующим возвратом маточного
раствора в процесс часто применяется в технологии минеральных солей,
например в производстве хлорида калия, сульфата аммония и в других
производствах. Десорбция паров растворенного вещества используется для
повышения
емкости
(Ас)
растворителя
при
очистке
газов.
Увеличение константы скорости процесса может достигаться повышением
температуры взаимодействующей системы; применением катализаторов;
усилением перемешивания реагирующих масс (турбулизацией системы).
1. Повышение температуры приводит к сильному увеличению констант
скоростей реакций и в меньшей степени к увеличению коэффициентов
диффузии. В результате суммарная скорость процесса увеличивается при
повышении температуры до некоторого предела, при котором большое
значение приобретают скорости обратной или побочных реакций, точнее
увеличиваются константы скорости. Влияние температуры реагирующих
масс на константу скорости реакции для большинства процессов, идущих в
кинетической
области,
определяется
формулой
Аррениуса.
Согласно правилу Вант-Гоффа, температурный коэффициент обычно равен
2-4, т.е. при повышении температуры на 10° скорость реакции увеличивается
в 2-4 раза. Однако это правило приближенно применимо лишь в области
средних температур (10-200°С) при энергиях активации порядка 60000120000 Дж/моль. Температурный коэффициент у уменьшается с понижением
энергии активации и повышением температуры, приближаясь к единице в
области высоких температур.
Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
меньше, чем в кинетической.
55
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Диффузия в жидкостях протекает еще медленнее, чем в газах, вследствие
высокой вязкости жидкостей. Значения коэффициента диффузии в растворах
в 104-105 раз меньше, чем в газах.
Наиболее медленна диффузия в твердой среде. При обычной температуре
коэффициент диффузии для твердых веществ имеет порядок см2/год см2/век. Повышение температуры, увеличивая скорость и амплитуду
колебания атомов в кристаллах, резко повышает скорость диффузии. Так,
при 900-1000°С диффузия углерода в железо при термической обработке
металлов происходит за несколько часов.
Вследствие большего температурного коэффициента скорости реакции, чем
диффузии, некоторые химико-технологические процессы (например,
газификация топлива, обжиг сульфидных руд) при повышении температуры
переходят из кинетической области в диффузионную. Однако диффузия не
влияет на равновесие химических процессов.
Как известно, скорость прямой реакции должна все время увеличиваться при
повышении температуры. Однако в производственной практике имеется
много причин, ограничивающих возможность интенсификации процесса
повышением температуры. Для всех обратимых экзотермических процессов,
протекающих с выделением теплоты, с повышением температуры
уменьшается константа равновесия, соответственно снижается равновесный
выход продукта и при некотором повышении температуры кинетика
процесса вступает в противоречие с термодинамикой его; несмотря на
повышение скорости прямого процесса, выход ограничивается равновесием.
При низких температурах действительный выход определяется скоростью
прямого процесса и потому растет с повышением температуры; при высоких
температурах скорость обратного процесса увеличивается сильнее, чем
прямого процесса; выход, ограниченный равновесием, снижается с ростом
температуры. Следовательно, беспредельное повышение температуры
нецелесообразно.
В ряде процессов, особенно в технологии органических веществ, повышение
температуры ограничивается возникновением побочных реакций с большим
температурным коэффициентом, чем в основной реакции. При этом выход
продукта может сильно снижаться еще до приближения к состоянию
равновесия. Такой характер имеют кривые синтеза метанола, высших
спиртов
и
многих
других
продуктов
органического
синтеза.
Сильное повышение температуры во многих производственных процессах
оказывается вредным, так как приводит к удалению реагирующих веществ из
зоны реакции, например за счет десорбции компонентов, из жидкой
реакционной среды, или к уменьшению поверхности соприкосновения газов
с твердыми веществами вследствие спекания в агломераты твердых
зернистых материалов. Повышение температуры часто ограничивается
термостойкостью конструктивных материалов, из которых изготовлены
реакционные аппараты, а также затратами энергии на повышение
56
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
температуры, особенно в эндотермических процессах. Таким образом,
регулирование температуры необходимо для увеличения константы скорости
к и повышения движущей силы процесса Дс. Оптимальные температуры
процессов зависят от природы реагентов и концентрации их, степени
превращения исходных веществ в продукты реакции, давления, поверхности
соприкосновения реагирующих фаз и интенсивности их перемешивания,
наконец, для многих процессов от активности применяемых катализаторов.
2.
Применение катализаторов сильно повышает константу скорости
реакции, не вызывая изменения движущей силы процесса Ас.
Катализаторы ускоряют химические реакции вследствие замены
одностадийного процесса, требующего большой энергии активации Е, двухили более стадийным процессом, в каждой последовательной стадии
которого требуется энергия активации, значительно меньшая, чем энергия
активации одностадийного процесса.
Энергию активации каталитических реакций можно вычислить из уравнения
Аррениуса. Однако для твердых катализаторов получается не истинная, а
кажущаяся энергия активации, которая больше истинной на величину
теплоты адсорбции реагирующих веществ (вещества А) на катализаторе.
Катализаторы не ускоряют диффузионные процессы, поэтому их применение
целесообразно только для процессов, идущих в кинетической области.
Применение катализаторов во многих производствах ограничивается их
нестойкостью в условиях необходимого технологического режима, т.е.
потерей активности при повышенных или пониженных температурах, а
также вследствие действия примесей, содержащихся в исходных материалах.
3.
Перемешивание увеличивает коэффициент массопередачи или
константу скорости процесса вследствие замены молекулярной диффузии
конвективной,
т.е.
снижения
диффузионных
сопротивлений,
препятствующих взаимодействию компонентов. Следовательно, усиление
перемешивания взаимодействующих веществ. Целесообразно применять для
процессов, идущих в диффузионной области до тех пор, пока общая
константа скорости процесса k не перестанет зависеть от коэффициентов
переноса D, т. е. вплоть до перехода процесса из диффузнойной области в
кинетическую.
Дальнейшее усиление перемешивания в проточных аппаратах снижает
движущую
силу
процесса
и
скорость
реакции.
Из трех рассмотренных направлений увеличения константы скорости
процесса используют, прежде всего, то, которое ускоряет наиболее
медленную стадию процесса.
Увеличение поверхности соприкосновения фаз в гетерогенных системах
производится различно в зависимости от вида системы: Г-Ж, Г-Т, Ж-Т, Ж-Ж
(несмешивающиеся) и Т-Т, а также от необходимого режима процесса, т.е.
применяемых давлений, температур, концентраций реагентов, катализаторов
57
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
и т.п. Способ создания поверхности соприкосновения определяет
конструкцию аппарата для данной агрегатной системы.
Во всех случаях стремятся увеличить поверхность более тяжелой (плотной)
фазы - твердой в системах Г-Т, Ж-Т и жидкой в системе Г-Ж; более же легкая
фаза во всех типах аппаратов омывает поверхность тяжелой фазы.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Регулируя параметры технологического режима, инженер-технолог
управляет действующим производством, добиваясь наиболее рационального
использования сырья, максимального выхода готового продукта и
наибольшей производительности реакционной аппаратуры.
В еще большей степени эти знания необходимы при организации новых
химических производств, которые разрабатываются или с использованием
опыта действующих производств, или же в результате научных
исследований. При организации нового производства необходимо произвести
расчеты, которые в основном можно подразделить на технологические,
выполняемые
инженерами-технологами,
конструктивные,
которые
выполняют
инженеры-конструкторы,
и
технико-экономические,
разрабатываемые инженерами-экономистами. Но так как любой химикотехнологический процесс связан с потреблением электрической энергии,
воды, пара, воздуха на сантехнические нужды (например, общеобменная
вентиляция) и, кроме того, любое производство размещается в
соответствующих зданиях и сооружениях, то наряду с перечисленными
специальностями в проектировании производств участвуют инженерыэлектрики, сантехники, строители и др. Все эти расчеты с соответствующими
чертежами и схемами составляют проект нового технологического
производства.
Проектирование любого производства, как правило, осуществляется в две
стадии. На первой стадии выполняется технико-экономический расчет —
ТЭР или, в более сложных проектах, технико-экономическое обоснование —
ТЭО. При этом выбираются и обосновываются место строительства и метод
производства, источники и расходы сырья и энергоресурсов, разрабатывается
принципиальная технологическая схема, производится расчет основных
процессов и аппаратов, определяются производственные штаты,
строительные объемы и себестоимость готовой продукции. На этой стадии
проектирования основу составляют технологические и техникоэкономические
расчеты.
Завершающим
этапом
первой
стадии
проектирования является расчет экономики процесса. Если в результате
расчета выяснится, что процесс оказался неэкономичным, проектирование
начинают, сначала отыскивая способы улучшения экономических
показателей.
После всестороннего рассмотрения и утверждения в соответствующих
инстанциях приступают ко второй, завершающей стадии проектирования.
Вторая стадия - рабочие чертеж и - выполняется детально по всем разделам,
58
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
и проектная документация поступает непосредственно на строительную
площадку, где осуществляется строительство зданий и сооружений, а также
монтаж технологического оборудования, коммуникационных линий и
средств автоматизации.
Технологические расчеты, как правило, начинаются с выбора метода
производства, поскольку в задании на проектирование обычно указывается
общая мощность будущего завода или цеха. При выборе метода
производства проводится сравнительная оценка существующих методов с
точки зрения качества получаемой продукции, расхода сырья и энергии,
уровня механизации и автоматизации процесса, санитарно-технических
условий труда, наличия побочных продуктов и отходов производства.
Решающую роль в окончательном выборе того или иного метода играет экономика процесса. Если технологический процесс организован по
непрерывной схеме так, что сырье расходуется достаточно полно, пет
отходов производства, готовый продукт получается с большим выходом, все
операции
механизированы,
а
заданный
режим
поддерживается
автоматически, то и экономические показатели этого процесса оказываются
высокими. Поэтому технологи всегда стремятся к выбору именно такого
совершенного метода производства. При этом широко используются
новейшие достижения науки и техники. Выбор метода производства
предполагает также и выбор основных параметров технологического режима.
После выбора метода производства технолог приступает к составлению
технологической схемы, которая включает в себя все основные аппараты и
коммуникации между ними, а также транспортные линии подачи сырья и
готовой продукции. Технологическая схема составляется с учетом опыта
работы аналогичных аппаратов на других производствах и последних
достижений в области машино- и приборостроения. В основу нового
производства всегда закладываются самые прогрессивные, интенсивные,
высокопроизводительные аппараты, имеющие к тому же большой срок
службы, простые в обслуживании и выполненные по возможности из
легкодоступных,
дешевых
конструкционных
материалов.
Составив технологическую схему производства и определив основные
направления потоков сырья, полупродуктов или полуфабрикатов, а также
готовой продукции, приступают к составлению материального и
энергетического балансов.
Материальный и энергетический балансы. Составление материального и
энергетического балансов производят при проектировании новых
производств,
а
также
для
анализа
работы
существующих.
Материальный баланс — отражает закон сохранения массы вещества:
во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших в реакцию, равна
массе
веществ,
получившихся
в
результате
реакции.
Применительно к материальному балансу любого технологического процесса
это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию
59
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- приход, равна массе всех веществ, получившихся в результате ее, - расходу.
Материальный баланс - зеркало технологического процесса. Чем подробнее
изучен процесс, тем более полно можно составить материальный баланс.
Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной
реакции с учетом параллельных и побочных реакций. Поскольку на практике
приходится иметь дело не с чистыми веществами, а с сырьем сложного
химического и механического состава, для составления материального
баланса приходится учитывать массу всех компонентов. Для этого
пользуются данными анализов.
Энергетический баланс составляют па основе закона сохранения энергии:
в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна.
Обычно в химико-технологических процессах составляется тепловой баланс.
Применительно к тепловому балансу закон сохранения энергии может быть
сформулирован следующим образом:
приход теплоты в данном цикле производства должен быть точно равен
расходу ее в этом же цикле.
При этом должна быть учтена вся теплота, подводимая в аппарат и
выделяющаяся (поглощающаяся) в результате химической реакции или
физического превращения; теплота, вносимая каждым компонентом, как
входящим в процесс или аппарат, так и выходящим из него, а также
теплообмен с окружающей средой.
Тепловой баланс, как и материальный, выражают в виде формул, таблиц и
диаграмм.
Технология в переводе с греческого - наука о ремеслах, она изучает пути
и методы превращения каких-либо исходных материалов в предметы
потребления или средства производства.
Видов технологий много, их можно разделить на механические, в которых
изменяется форма и величина исходных веществ, а молекулярный состав
остается неизменным, и химические в которых продукты изготавливаются из
сырья с помощью химических и физико-химических процессов.
К механическим процессам относятся: дробление, смешение разнородных
материалов, измельчение и т. д.
Химическими и физико-химическими процесами являются: горение,
растворение, перегонка и т.д.
Химическая технология – это теоретическая база создания новых и
усовершенствования существующих производств.
Количество химических веществ, используемых различными отраслями
народного хозяйства, чрезвычайно велико. В связи с этими совокупности
химических технологий выделяют технолоию неорганических веществ и
технологию органических веществ. В свою очередь эти технологи включают
в себя ряд отраслевых технологий.
Так технология неорганических веществ объединяет:
1. технологию основной химической промышленности – производство
60
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
кислот, щелочей, солей и минеральных удобрений
2. технологию силикатов – производство вяяжучих веществ, стекла,
керамики, огнеупоров
3. технологию черных метал лов
4. технологию цветныхметаллов и т. д.
Основная химическая промышленность является фундаментом
химической промышленности.
Технология обслуживает нужды производства, потому цели и задачи
технологи как науки определяются задачами производства.
К основным задачам химической технологи относятся:
1) выбор способа и технологической схемы производства,
обеспечивающих получение нужного количества продукта заданного
качества из определенного вида сырья с минимальными затратами;
2) разработка физико-химических основ данногоспособапроизводства, т.е.
изучениеосновныхреакций и процессов, влияниетемпературы, давления,
состава исходныхвеществ, катализаторов и других факторов на скорость и
полнотупротеканияпроцесса;
3)
определение
оптимальних
русловий
ведения
процесса
(технологического режима) на всех стадиях, обеспечивающих максимальную
производительность технологической линии при минимальных затратах
сырья, энергии и труда;
4) подбор и расчет оборудования, необходимого для осуществления
выбранного способа производства с учетом производительности, русловий
работы, срока службы и стоимости;
5) нахождение оптимальних русловий ведения процесса, обеспечивающих
высокую скорость, полное использование сырья, низкую себестоимость
продукта;
6) выбор способов защиты окружающей среды от загрязнения. Принятый
способ производства и его оборудование должны обеспечивать безопасные
условия работы обслуживающего персонала и минимальное количество
газових выбросов, сточных вод и отходов производства.
Основные понятия и термины:
Операция – механическоевоздействие на материал, не приводящее к
изменению его состава, например, дробление, транспортировка и
взвешивание. Операции, как правило, выполняются машинами.
Процесс – последовательные и закономерные изменения в системе,
приводящие к возникновению в ней нових свойств. К процессам относятся
такие явления (изменения), как растворение твердых веществ или газов в
жидкостях, кристаллизация твердых веществ из расплавов или растворов,
химическое взаимодействие и т.п.
Процессы делятся на периодические и непрерывные.
Периодическими называются процессы, в которых основне стадии:
загрузка, разогрев, химическое взаимодействие, охлаждение и выгрузка
61
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
выполняются последовательно в одном аппарате. Интенсивность работы
периодически действующих аппаратов сильно изменяется во времени:
вовремя загрузки и розгрузки она равна нулю, а в период реакции она
достигает максимума.
Непрерывными называются процессы, в которых основне стадии
осуществляются одновременно и непрерывно. Интенсивность работы
аппарата, в этом случае сохраняется практически постоянной. Непрерывнодействующие аппараты болем производительные, их легче механизировать и
автоматизировать.
Параметр – это какая-либо величина, характеризующая состояние
вещества или условия работы аппарата. Наиболее важными параметрами
являются температура, давление и концентрация.
Технологический режим – совокупность параметров, определяющих
условия работы данного апарата или системы аппаратов.
Работа аппаратов и установок характеризуется такими показателями, как
выход продукта, производительность, мощность и интенсивность.
Выход продукта (Х) – это отношение количества фактически
полученногопродукта (Gфакт), к тому количеству, которое может образоваться
в предположении, что реакция необратима (Gтеор):
X=Gфакт/Gтеор *100%
Практический выход менше теоретического из-за неполноты реакции и
различных потерь.
Производительность аппарата, установки или цеха (Р) – это количество
продукции, получаемое в единицу времени (τ):
P=Gфакт/τ [кг/сек; м3/ч.; т/ч; т/сут]
Мощность – это производительность, достигаемая в оптимальних
условиях. Обычно производительность ниже мощности из-за различных
нарушений режима или непланових остановок.
Интенсивность аппарата (I) – это отношение производительности (Р) к
какой-либо величине, характеризующей аппарат (по поверхности или
объему):
I=P/F [кг/ч*м2]; или I=P/V [кг/ч*м3]
где F – рабочая поверхность аппарата, м2 ; V – полный объем аппарата, м3.
Материальный поток – количество твердых, жидких или газообразных
веществ, поступающих (или выходящих) в данный аппарат в единицу
времени (кг/сек; т/сутки; м3/ч)
Расходный коэффициент – расход данного вида сырья, вспомогательных
веществ или энергии на единицу продукции (φ т/т, м3/т, кВт*ч/т). Расходные
коэффициенты зависят от качества сырья, способа производства, состояния
оборудования и соблюдения норм технологического режима, они всегда
выше теоретических.
Технологическая схема – описание или графическое изображение
последовательности операций, необходимых для получения данного
62
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
продукта из определенного вида сырья с их материальными потоками и
энергетическими связями.
Вопросы для самоконтроля:
4. Дайте понятие химической технологии.
5. Виды химической технологии.
6. Отрасли химической технологии.
4. Роль и значение профессии инженера-технолога.
5. Расскажите о современных проблемах в области химической технологии
неорганических веществ и путях их решения.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 с.
2. Интернет ресурсы.
6. Лекция.
Виды продукции основного неорганического синтеза.
Производство минеральных удобрений.
Содержание:
1. Минеральные удобрения, значение их производства и использования в народном
хозяйстве.
2. Основные удобрения: азотные, калийные, фосфорные и комплексные.
3. Номенклатура, сырье, стадии технологии получения, расчеты производства, объемы
производства.
1. Минеральные удобрения.
В состав веществ, необходимых для жизнедеятельности растений,
входят 30 основных элементов. Свыше 90% сухой массы растений
составляют углерод, водород и кислород. Эти элементы растения усваивают
в виде двуокиси углерода и воды.
В значительных количествах растениям необходимы азот, фосфор, калий,
кальций, магний, сера и железо (макроэлементы). В незначительных
количествах растениям необходимы микроэлементы: бор, марганец, цинк,
молибден и некоторые др. элементы.
Для восполнения потерь питательных веществ обязательно внесение
минеральных удобрений. Качество удобрений оценивается содержанием в
них питательных элементов: азотных – азота (N), фосфорных – пятиокиси
фосфора (P2O5), калийных – окиси калия (K2O) и т. п.
Азот входит в состав хлорофилла, усваивающего солнечную энергию, и
белков, необходимых для построения живой клетки.
Фосфор входит в состав белков. Он ускоряет развитие растений и
улучшает качество, повышая содержание сахара и крахмала.
Калий способствует синтезу белков и усиливает образование сахаров,
повышает всхожесть и стойкость к заболеваниям.
63
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Количество вносимых на 1 гектар удобрений в зависимости от рода
почв и вида с/х-ных культур колеблется в следующих пределах: азотные 30120 кг N, фосфорные 45-120 кг Р2О5, калийные 40-200 кг К2О.
Часть внесенных мин. удобрений вымывается из почвы грунтовыми
водами или превращается в формы, недоступные для усвоения растениями.
Поэтому степень усвоения некоторых удобрений растениями невысока. Так,
фосфорные удобрения используются растениями лишь на 20%.
Урожайность различных культур сильно зависит от количества
вносимых удобрений. Только широкое применение удобрений может
обеспечить повышение плодородия земли.
Влияние удобрений на урожайность
Урожайность ц/га
Культура
Без удобрений
С внесением удобрений
Хлопок
13
33
Пшеница озимая
15
26
Сахарная свекла
140
282
2, 3. Основные удобрения: азотные, калийные, фосфорные и комплексные
1. Азотные удобрения
Различают: аммиачные, аммонийные, нитратные, аммонийнонитратные, амидные. Их вырабатывают как в твердом, так и жидком виде.
Наибольший вклад вносят аммиачная селитра и карбамид (мочевина). Они
содержат самое большое количество азота на сухое вещество.
Сырьем для производства аммиачной селитры служит аммиак и
азотная кислота, для карбамида аммиак и углекислый газ
1) HNO3+NH3→NH4NO3+Q (селитра)
2) CO2+2NH3=NH2COONH4+Q (карбаматаммония)
NH2COONH4→СО(NH2)2+H2O-Q (мочевина)
Стадии получения:
Аммиачная селитра
1. получение нитрата аммония нейтрализацией азотной кислоты
аммиаком
2. упарка раствора
3. кристаллизация плава
64
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
4. охлаждение и обработка продукции (гранулирование)
На 1т продукта: 213 кг аммиака, 800кг азотки (100%), 1,26 МДж пара,
15 кВт/ч электроэнергии, 33м3 воды.
Карбамид - очень энергоемкое производство
1. синтез карбамида
2. дистилляция продуктов синтеза
3. переработка растворов карбамида в товарный продукт
На 1т продукта: 580 кг аммиака, 750 кг СО2, 4,82 ГДж пара, 400 кВт/ч
электроэнергии. Промышленные масштабы на 1985г 15,2 млн. т/г в СССР.
2. Калийные удобрения
Такие как КСl, K2SO4, калимагнезия K2SO4*MgSO4 и т.д.
Переработка калийных руд (сильвинита и др.), осуществляется
различными методами:
1.Флотационный. Основан на различной смачиваемости минералов
водой
2.Галургический. Основан на различной растворимости. С увеличением
температуры увеличивается растворимость хлористого калия и при
охлаждении системы соль выпадает в осадок
3.Электростатическая сепарация. При нагреве и обработке
специальными реагентами на поверхности измельченных частиц образуются
разноименные заряды.
На 1 т. КСl : 5т сильвинита, 25 кВт/ч энергии, вода 9,3 м3
Промышленные масштабы на 1985г 10,4 млн. т/г в СССР.
3. Фосфорные удобрения
Основная задача химической технологии перевести нерастворимые
природные фосфаты: фосфориты и апатиты в водорастворимые соединения.
Основные удобрения:
1.
Простой
суперфосфат:
смесь
монокальцийфосфата
(Ca(H2PO4)2*H2O), сульфата кальция (CaSO4) c твердыми примесями
(содержание P2O5 14-21%)
2. Двойной суперфосфат: Ca(H2PO4)2*H2O c примесями (содержание
P2O5 42-55%)
Основная реакция - фторапатит взаимодействует с фосфорной
кислотой:
Ca5F(PO4)3+7H3PO4+5H2O=5Ca(H2PO4)2*H2O+HF
Процесс гетерогенный, скорость зависит от температуры,
концентрации, перемешивания и т.д. Получают двойной суперфосфат
камерным и поточным методами.
Основные стадии процесса:
1. Дозирование и смешивание апатита и фосфорной кислоты
2. Реакция в смесителе и суперфосфатной камере
3. Выдержка на промплощадке или складе (15-20 суток)
4. Дробление
65
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
5. Нейтрализация свободной кислоты (CaCO3)
6. Гранулирование мелкой фракции
7. Сушка
На 1 т. двойного суперфосфата: 1,5т H3PO4, 1,13т апатита. Расход
топлива и энергии незначительный.
4. Комплексные удобрения
Разновидностей комплексных удобрений очень много. Комплексными
удобрениями называют удобрения, содержащие два и более питательных
элемента. Эти удобрения получают либо химическим взаимодействием
исходных веществ, тогда они называются сложными, либо механическим
смешиванием удобрений, содержащих один питательный элемент, тогда они
называются тукосмесями или смешанными.
Номенклатура комплексных удобрений
Содержание в %
Наименование
Основные компоненты
N
P2O5
1-3
19-20
11-14
48-50
K2O
Сложные удобрения
Суперфосфат
CaHPO4,
аммонизированный NH4H2PO4
CaSO4,
Аммофос
NH4H2PO4,
(NH4)2H2PO4
Аммофоска
NH4H2PO4, (NH4)2SO4,
11
KCl
11-16
15-20
Нитроаммофоска
NH4H2PO4,
KCl
17
17
Калиевая селитра
KNO3
NH4NO3,
17
13
46
Смешанные удобрения
Аммиачная
13
66
13
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
селитра,
суперфосфат
Карбамид,
аммофос, хлорид
калия
аммофос,
аммиачная селитра,
хлорид калия
8
16
16
8
19
19
19
15
30
15
17
17
17
Аммонизированные суперфосфаты производятся чаще всего на базе
низкокачественных фосфатов. Аммиаком нейтрализуют свободную кислоту.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Расскажите о значении минеральных удобрений в народном хозяйстве.
2.
Номенклатура, сырье, стадии технологии получения, расчеты производства,
объемы производства азотных удобрений.
3.
Номенклатура, сырье, стадии технологии получения, расчеты производства,
объемы производства калийных удобрений.
4.
Номенклатура, сырье, стадии технологии получения, расчеты производства,
объемы производства фосфорных удобрений.
5.
Номенклатура, сырье, стадии технологии получения, расчеты производства,
объемы производства комплексных удобрений.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 194 с.
2. Интернет ресурсы.
7. Лекция
Виды продукции основного неорганического синтеза.
Производство серной кислоты.
Содержание:
1. Серная кислота, значение ее производства и место в общем уровне развития
химической промышленности страны.
2. Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
1, 2. Серная кислота.
67
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Один из важнейших продуктов, характеризующий общий уровень
развития химической промышленности страны. Объем производства серной
кислоты исчисляется десятками миллионов тонн и среди продуктов
химической промышленности она по праву занимает первое место. Это
объясняется ее широким использованием в различных отраслях
промышленности. Серная кислота одна из самых сильных минеральных
кислот и самая дешевая. Самый крупный ее потребитель – производство
минеральных удобрений: она необходима для получения двойного
суперфосфата, фосфорной кислоты и сульфата аммония.
Другие области применения серной кислоты: нефтепереработка,
производство синтетических волокон, металлургия, производство красителей
и пигментов, текстильная и кожевенная промышленности, гальваника,
производство взрывчатых веществ и т.д.
Мировое производство серной кислоты (млн.т/год).
1913
1950
1960
1968
1980
Мировое
производство
7
27
50
90
143
США
2,5
11
16
25
36
СССР
0,15
2,1
5,4
10
23
Япония
0,2
-
2,6
6,6
6,7
3. Исходным веществом для производства серной кислоты является
сернистый ангидрид SO2, который образуется в результате сжигания серы
или серосодержащего сырья. Переработка сернистого ангидрида в серную
кислоту включает обязательное его окисление до серного ангидрида и
последующую адсорбцию его водой.
S+O2→SO2
SO2+1/2O2+H2O→H2SO4
Скорость взаимодействия сернистого ангидрида с кислородом в обычных
условиях очень мала, поэтому в промышленности эту реакцию проводят:
1. Контактным методом – это окисление SO2 кислородом на катализаторе.
2. Нитрозным методом окисления с помощью оксидов азота,
содержащихся в серной кислоте.
В настоящее время контактным методом получают более 80% всего
объема серной кислоты и олеума.
68
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Краткая история развития технологии производства серной кислоты.
Первое упоминание о серной кислоте обнаружено в сочинениях персидского
алхимика в 940 году. В 13 веке H2SO4 получали в незначительных количествах
термическим разложением железного купороса (называли «купоросным
маслом»). В 15 веке серную кислоту получали совместным сжиганием серы и
селитры в сосудах большого объема, стенки которого смачивали водой. Тем
же способом получали кислоту на первом промышленном заводе в Англии.
Сжигали в металлических сосудах, а выделяющиеся газы поглощали водой в
другом аппарате – стеклянном.
В 1746 г. для этой цели использовали свинцовые камеры, отчего пошло
название – камерный способ. Т.о. осуществлялся нитрозный способ (оксиды
азота выделялись за счет разложения селитры).
Контактный метод возник в 1831г. когда англичанин Филипс предложил
окислять SO2 кислородом, пропуская через раскаленный Pt катализатор.
Вопросы для самоконтроля:
1. Значение производства серной кислоты в народном хозяйстве.
2. Объемы производства серной кислоты.
3. История развития технологии производства серной кислоты.
4. Современное производство серной кислоты.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
2.Крылов
О.В. Гетерогенный катализ. Учебное пособие для вузов. М.: ИКЦ
«Академкнига»», 2004.-679 с.: ил. ISBN 5-94628-141-0.
8. Лекция
Виды продукции основного неорганического синтеза.
Производство аммиака».
Содержание:
1. Аммиак, биологическая фиксация, значение его производства и место в общем уровне
развития химической промышленности страны.
2.Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Аммиак.
Основные количества азота в природе находятся в атмосфере в виде
молекулярного азота. Существующий в природе биологический метод
фиксации азота обусловлен способностью некоторых видов бактерий
превращать азот воздуха в форму усвояемую растениями. В связи с большой
потребностью в соединениях азота и практическим отсутствием в природе
его соединений возникла проблема фиксации атмосферного азота.
Общей экономической задачей каждого химического предприятия
является получение химических веществ высокого качества и в достаточном
69
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
количестве, чтобы их реализация приносила прибыль. С этим связано
требование, чтобы все ресурсы использовались как можно более эффективно.
Однако этого можно достичь лишь в том случае, если максимально
эффективен сам химический процесс. В химической промышленности вместо
понятия «реагенты» гораздо чаще используются термины «исходные
материалы», «сырьевые материалы» или просто сырьё», иногда — «руда».
Чтобы какой-либо процесс был экономически оправдан, необходимо достичь
оптимального выхода целевого продукта из сырьевых материалов.
Оптимальный выход не обязательно совпадает с теоретическим выходом или
даже с максимально достижимым выходом. Получение максимально
достижимого выхода может, например, потребовать слишком большого
расхода какого-либо дорогостоящего исходного материала, или же слишком
длительного проведения процесса, или же создаются экстремальные условия
(очень высокие температуры или давления), чреватые опасными аварийными
ситуациями и т.п., — всё это может сделать максимально достижимый выход
экономически невыгодным.
Фактический выход каждого конкретного химического процесса может
зависеть от целого ряда факторов, главные из них — температура, давление,
присутствие катализатора, чистота исходных материалов, эффективность
извлечения конечного продукта. Промышленное производство веществ
подразумевает отличное знание теоретических закономерностей протекания
химических реакций (энергетика химических реакций, химическая кинетика
и катализ, химическое равновесие).
Все перечисленные ниже факторы важны, в особенности, если речь
идёт о таких многотоннажных производствах, таких, как, например,
производство аммиака.
Проектировщики химических предприятий создают сверхмощные
установки по производству аммиака. Так, например, созданы установки,
производящие 1000-1200 тонн аммиака в сутки. В настоящее время во всём
мире ежегодно производится около 5 млн. тонн аммиака.
1. Способы получения аммиака
аммиак цианамидный процесс десульфуратор
Первым промышленным процессом, который использовался для
получения аммиака, был цианамидный процесс. При нагревании извести СаО
и углерода получали карбид кальция СаС2. Затем карбид нагревали в
атмосфере азота и получали цианамид кальция СаСN2; далее аммиак
получали гидролизом цианамида:
СаСN2(тв) + 3Н2О = 2NН3↑ + СаСО3(тв)
Этот процесс требовал больших затрат энергии и экономически был
невыгоден.
В 1908 г. немецкий химик Ф. Габер обнаружил, что аммиак можно
получать из водорода и атмосферного азота на железном катализаторе.
Первый завод по производству аммиака этим методом использовал водород,
70
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
который получали электролизом воды. В последствии водород стали
получать из воды путём восстановления коксом. Такой способ получения
водорода намного экономичнее. После открытия Габера стремительно стало
расти производство аммиака, это неудивительно, поскольку огромные
количества аммиака необходимы для получения азот содержащих удобрений.
На изготовление их используется приблизительно 80% всего получаемого в
мире аммиака. Вместе с азотсодержащими удобрениями в почву вносится в
растворимой форме азот, в котором нуждается большинство растений.
Остальные ≈20% производимого аммиака используются для получения
полимеров, взрывчатых веществ, красителей и других продуктов.
Современный процесс получения аммиак основан на его синтезе из
азота и водорода с использованием специального катализатора:
N2 + 3Н2 ↔ 2NН3 ↑ + 45,9 кДж (1)
Поскольку данная реакция обратимая, возникает вопрос: при каких
температурах и давления выгоднее всего добиваться максимального выхода
продукта? Так как реакция экзотермическая, то исходя из принципа Ле Шателье ясно, что чем ниже температура процесса, тем больше равновесие
будет сдвигаться в сторону образования аммиака, и можно предположить,
что следует максимально понижать температуру. Но в действительности всё
обстоит сложнее: при низких температурах реакция практически не идёт,
поэтому приходится принимать компромиссное решение. Поскольку для
установления оптимального состояния равновесия реакции требуется низкая
температура, а для достижения удовлетворительной скорости — высокая
температура, на практике процесс проводят при температуре ≈ 400 – 500 оС.
Но даже при такой высокой температуре для достижения достаточной
скорости реакции требуется присутствие специального катализатора. В
качестве катализатора используется губчатое железо, активированное
оксидами калия и алюминия.
Из уравнения реакции видно, что общее число молей уменьшается от 4
до 2. Согласно принципу Ле Шателье в таком случае процесс выгодно
проводить, повышая давление. Но этот вывод лишь качественный, а на
практике нужно точно знать, насколько увеличится выход NН3 (на 10% или
всего на 0,1%) при увеличение давления. В таблице 1 количественно
показано влияние температуры и давления на выход аммиака (процентное
содержание аммиака в равновесной смеси) по реакции.
Из этой таблицы видно, что повышение температуры при любом
давлении заметно снижает содержание аммиака в газовой смеси, однако при
температурах ниже 500 оС скорость реакции очень мала, поэтому на практике
процесс обычно проводят при температуре 450 оС.
Таблица 1
Температура, Содержание аммиака в объёмн. % при разных давлениях
оС
1 атм
100 атм
300 атм
800 атм
71
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
400
0,41
25,4
48,2
79,3
450
0,21
16,1
35,9
62,7
500
0,12
14,9
25,8
51,1
550
0,07
6,8
18,2
40,2
600
0,05
4,5
12,8
30,9
Что касается давления, то здесь используется давления порядка 300 –
100 атм, но чаще всего «среднее» давление ≈ 250 атм. Хотя при этих
условиях только около 20% исходных веществ превращается в аммиак,
однако в результате использования циркуляционной технологической схемы
(введение непрореагировавших Н2 и N2 вновь в реакцию) суммарная степень
превращения исходных веществ в аммиак является очень высокой.
2. Современный процесс получения аммиака
Работа современного аммиачного завода очень сложна. Это
утверждение кажется удивительным, если «ориентироваться» только лишь на
достаточно просто выглядящее уравнение реакции (1), являющееся основой
синтеза аммиака. Однако утверждение о сложности промышленного синтеза
аммиака не покажется чрезмерным уже после первого ознакомления со
схемой действия аммиачного завода, работающего на природном газе (рис.1).
Первая стадия в процессе синтеза аммиака включает десульфуратор.
Десульфуратор — техническое устройство по удалению серы из природного
газа. Это совершенно необходимая стадия, поскольку сера представляет
собой каталитический яд и «отравляет» никелевый катализатор на
последующей стадии получения водорода.
Вторая стадия промышленного синтеза аммиака предполагает
конверсию метана (промышленное получение водорода). Конверсия метана
— это обратимая реакция, протекающая при 700 – 800 оС и давлении 30 – 40
атм с помощью никелевого катализатора при смешивании метана с парами
воды:
СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 (2)
Образовавшийся по данной реакции водород, казалось бы, уже можно
использовать для синтеза аммиака по реакции (1) — для этого необходимо
запустить в реактор воздух содержащий азот. Так и поступают на стадии (3),
однако на этой стадии происходят другие процессы.
Происходит частичное сгорание водорода в кислороде воздуха:
2Н2 + О2 = Н2О(пар)
В результате на этой стадии получается смесь водяного пара, оксида
углерода (II) и азота. Водяной пар, в свою очередь, восстанавливается снова с
образованием водорода, как на второй стадии, после первых трёх стадий
имеется смесь водорода, азота и «нежелательного» оксида углерода (II).
На рис.1 стадия (4) обозначена как реакция «сдвига», но проходить она
может при двух температурных режимах и разных катализаторах. Окисление
СО, образующегося на двух предыдущих стадиях, до СО2 проводят именно
по этой реакции:
72
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
СО + Н2О(пар) ↔ СО2 + Н2 (3)
Процесс «сдвига» проводят последовательно в двух «ректорах сдвига».
В первом из них используется катализатор Fe3О4 и процесс проходит при
достаточно высокой температуре порядка 400 оС. Во втором процессе
используется более эффективный медный катализатор и процесс удаётся
провести при более низкой температуре.
На пятой степени оксид углерода (IV) «вымывают» из газовой смеси
при помощи поглощения щелочным раствором:
КОН + СО2 = К2СО3.
Реакция «сдвига» (3) обратимая и после 4-й стадии в газовой смеси на
самом деле остаётся ещё ≈ 0,5% СО. Этого количества СО вполне
достаточно, чтобы загубить железный катализатор на главной стадии синтеза
аммиака(1). На 6-й стадии оксид углерода (II) удаляют реакцией конверсии
водородом в метан на специальном никелевом катализаторе при
температурах 300 – 400 оС:
СО + 3Н2 ↔ СН4 +Н2О
Газовую смесь, которая теперь содержит ≈ 75% водорода и 25% азота,
подвергают сжатию; давление её при этом возрастает от 25 – 30 до 200 – 250
атм. В соответствии с уравнением Клайперона-Менделеева такое сжатие
приводит к очень резкому повышению температуры смеси. Сразу же после
сжатия приходиться охлаждать до 350 – 450 оС. Именно этот процесс и
описывается с точностью реакцией (1).
В 1913г. была пущена первая установка для синтеза аммиака из азота и
водорода по методу Габера и Боша:
N2+3H2↔2NH3+89 кДж
Эта реакция обратима, она протекает с выделением тепла и
уменьшением объема. В соответствии с принципом ЛеШателье выход
аммиака увеличивается с ростом давления и понижением температуры.
В отсутствие катализатора реакция практически не идет. Наиболее
подходящим
катализатором,
удовлетворяющим
требованиям
промышленности, является железный катализатор.
В промышленности нашли применения системы синтеза аммиака при
давлениях от 100 до 450 атм. В связи с тем, что железный катализатор
проявляет активность при температуре 4200С и выше, синтез осуществляют
при 450-5500С.
Благодаря усилиям инженеров и исследователей аммиачный способ
фиксации азота стал самым экономичным. В настоящее время 95% мирового
потребления соединений азота обеспечивается методом синтеза аммиака из
азота и водорода. Из аммиака получают все другие соединения азота –
азотная кислота, мочевина, нитраты, нитриды, амины и др.
Исходными соединениями для синтеза аммиака служат азот и водород.
Общепринятым способом получения азота является способ разделения
воздуха, который содержит (%): 78,03 N2; 20,99 O2; 0,933 Ar; 0,33 CO2; 0,01
73
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
H2 и незначительные количества гелия, криптона и ксенона. Основные
компоненты воздуха азот и кислород разделяют ректификацией после
сжижения воздуха.
Водород получают главным образом химическими методами, которые
базируются в основном на переработке природного и попутного газов,
содержащих метан и его гомологи.
Водород получают неполным окислением метана:
CH4+0,5O2↔CO+2H2+34,73 кДж
CO+H2O↔CO2+H2+40,91кДж
Полученная азотоводородная смесь содержит примеси углекислого
газа, водяного пара и окиси углерода. Все указанные вещества являются
катализаторными ядами, в их присутствии уменьшается или прекращается
образование аммиака, поэтому требуется высокая степень очистки
азотоводородной смеси от примесей.
Вопросы для самоконтроля:
1. Аммиак, биологическая фиксация, значение его производства и место в общем уровне
развития химической промышленности страны.
2.Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
9. Лекция
Виды продукции основного неорганического синтеза.
Производство азотной кислоты.
Содержание:
1. Азотная кислота, значение ее производства и место в общем уровне развития химической
промышленности страны.
2. Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Производство азотной кислоты.
Азотная кислота по объему производства занимает среди других кислот
второе место после серной кислоты. Все возрастающий объем производства
HNO3 объясняется огромным значением азотной кислоты и ее солей для
народного хозяйства.
Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения
большинства азотсодержащих веществ. До 70-80% ее количества расходуется
на получение минеральных удобрений. Также азотная кислота применяется:
- при производстве серной кислоты нитрозным способом;
- при получении почти всех видов взрывчатых веществ;
74
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
- нитратов и ряда других технических солей;
- в промышленности органического синтеза;
- в ракетной технике;
- как окислитель в различных процессах и во многих отраслях
народного хозяйства.
Учитывая нужды различных потребителей, промышленностью
вырабатывается азотная кислота девяти сортов с концентрацией от 45 до 99
%. В небольших объемах выпускается реактивная и азотная кислота особой
чистоты. В производстве взрывчатых веществ нитрованием органических
продуктов применяют концентрированную азотную кислоту. Для получения
удобрений потребляется, как правило, разбавленная азотная кислота.
Основным сырьем для производства неконцентрированной азотной
кислоты в настоящее время являются аммиак, воздух и вода.
Вспомогательными материальными и энергетическими ресурсами являются
катализаторы окисления аммиака и очистки выхлопных газов, природный
газ, пар и электроэнергия.
Азотная кислота и главным образом ее природная соль - натриевая
селитра известны с давних времен. В 778 г. Арабский ученый Гебер описал
способ приготовления “крепкой водки” (так называлась тогда азотная
кислота) путем перегонки селитры с квасцами. В России первые прописи по
производству азотной кислоты из селитры были составлены М.В.
Ломоносовым.
До начала XX века природная селитра была единственным источником
получения азотной кислоты. Этот процесс основан на следующей реакции:
NaNO3 + H2SO4 = HNO3 + NaHSO4
Усовершенствованный вариант этого метода получения азотной
кислоты состоял в том, что разложение селитры серной кислотой
производилось в вакууме. При этом температура разложения селитры
снижалась до 80-160 0С; продолжительность отгонки кислоты
сокращалась до 6 часов и достигался выход азотной кислоты близкий к
теоретическому. Такой способ получения азотной кислоты, целиком
зависящий от импорта чилийской селитры, впоследствии был оставлен.
В начале XX века была решена исключительно важная проблема
связывания атмосферного азота, что дало человечеству новый
неисчерпаемый источник сырья для производства азотсодержащих
соединений.
Еще в 1781 г. Кэвендиш в результате электрического разряда в воздухе
получил окислы азота. В 1814 г. В.Н. Каразин внес предложение о
“низведении электричества с верхних слоев атмосферы для производства
селитры”. Первый патент на способ получения азотной кислоты при
помощи электрического разряда в воздухе и превращения окислов азота в
нитриты и в нитраты был получен в 1859 г.
75
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
В 1901 г. Было положено начало фиксации азота воздуха в пламени
электрической дуги (дуговой метод). В 1902 г. в США сооружен завод по
фиксации атмосферного азота с помощью электрической дуги,
возникающей при пропускании между электродами тока силой 0,75 ампер и
напряжением 8000 вольт. Из-за несовершенства конструкции печи и
большого расхода электроэнергии завод был закрыт в 1904 г.
Производство азотной кислоты дуговым методом интересно тем,
что в нем использовали дешевое исходное сырье - воздух. Аппаратурное
оформление процесса было довольно несложным. Однако для его
осуществления требовалось огромное количество электроэнергии,
достигающее 70000 квт*ч на 1 т N2 (это соответствует 64 т условного
топлива).
В настоящее время промышленное производство азотной кислоты
осуществляется на основе контактного окисления синтетического аммиака.
Процесс складывается из двух основных стадий: получение окиси азота и
переработка ее в азотную кислоту.
Стадия окисления аммиака в окись азота в общем виде выражается
уравнением:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Стадия окисления окиси азота в высшие окислы азота и переработка их
в азотную кислоту может быть представлена уравнениями:
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
Суммарную реакцию без учета побочных реакций, проходящих с
образованием элементарного азота и других соединений, можно выразить
уравнением
NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O +421,2 кДж
Исследования показывают, что при окислении аммиака на различных
катализаторах и в зависимости от условий ведения процесса можно получить
окись азота, элементарный азот и закись азота:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O +907,3кДж
4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O +1104,9кДж
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O +1269,1 кДж
Соответственно подбирая катализатор и условия ведения реакции,
можно изменить состав получаемых продуктов.
При использовании в качестве катализатора платины выход окиси
азота в интервале температур 700-8500С может достигать 97-98%.
Катализаторы из платиновых сплавов являются наилучшими для
избирательного окисления аммиака в окись азота.
Реакция окисления аммиака до окиси азота идет с незначительным
изменением объема, поэтому изменение давления не оказывает
существенного влияния на равновесный выход продуктов взаимодействия.
Большие величины константы равновесия этой реакции свидетельствуют о
76
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
практической
ее
необратимости
при
промышленных
условиях
осуществления процесса.
Чистая платина обладает недостаточной прочностью, поэтому
применяют сплавы платины с родием и палладием.
Поверхность платиновых сеток в процессе эксплуатации сильно
разрыхляются, гладкие блестящие нити становятся губчатыми и
матовыми. В результате этого сильно развивается поверхность
катализатора, что приводит к повышению его активности. С течением
времени разрыхление поверхности платиновых сеток приводит к их
сильному разрушению и большим потерям платины. Добавление к платине
родия и палладия имеет двоякое значение: во-первых, повышается
активность
катализатора,
во-вторых,
уменьшаются
потери
катализатора.
В
промышленности
нашли
применение
комбинированные
катализаторы, в которых наряду с платиной используются и другие, более
дешевые материалы.
Главными факторами, определяющими высокую скорость образования
азотной кислоты, являются проведение абсорбции под давлением при
пониженных температурах.
Азотная кислота обладает высокой коррозионной активностью,
поэтому для изготовления аппаратуры и трубопроводов применяются
кислотостойкие легированные стали.
На производство азотной кислоты расходуется в основном аммиак,
стоимость его на 70% определяет себестоимость азотной кислоты. Вода
служит в основном хладагентом и может быть использована повторно.
Вопросы для самоконтроля:
1. Значение производства азотная кислота в общем уровне развития химической
промышленности страны.
2. Объемы производства азотной кислоты.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
2. Самсонов О.А., Солон В.Я. Технология азотной кислоты. Расчеты на ЭВМ. Учебное
пособие. Иваново, 1991.- 144 с.
10. Лекция
Виды продукции основного неорганического синтеза. Производство
фосфорной кислоты.
Содержание:
1. Фосфорная кислота, значение ее производства и место в общем уровне развития
химической промышленности страны.
2. Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
77
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Фосфорная кислота
Фосфорные кислоты — соединения фосфора в степени окисления +5 общей
формулы P2O5·nH2O:
 метафосфорная кислота — HPO3
P2O5 + H2O = 2HPO3 (на холоде);
 ортофосфорная кислота — H3PO4
HPO3 + H2O = H3PO4 (при кипячении);

пирофосфорная кислота — H4P2O7

2H3PO4 = H4P2O7 + H2O (нагревание при 200°C);
Из ортофосфорной кислоты легко испаряется вода и она становится
концентрированной. При нагревании до 300°C ортофосфорная кислота
отдает воду, разлагаясь сначала на пирофосфорную кислоту, затем
различные полифосфорные кислоты. При этом образуется гигроскопичная
стекловидная масса. Если затем эту массу разбавить водой, то она
превратится обратно в ортофосфорную кислоту. Наибольшее значение имеет
ортофосфорная кислота (или просто фосфорная), которую для технических
целей получают по реакции
Са3(РО4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2Н3РО4,
и её соли — фосфаты. Н3РО4 применяют для производства удобрений,
в пищевой, текстильной промышленности, в медицине, как флюс при пайке.
Фосфаты применяют как фосфорные удобрения, в производстве эмалей,
стёкол. По «дырообразующей» активности ортофосфорная кислота
превосходит серную.
Значение фосфорной кислоты.
Фосфорная кислота имеет большое значение как один из важнейших
компонентов питания растений. Фосфор используется растениями для
построения своих самых жизненно важных частей - семян и плодов.
Производные ортофосфорной кислоты очень нужны не только
растениям, но и животным. Кости, зубы, панцири, когти, иглы, шипы у
большинства живых организмов состоят, в основном, из ортофосфата
кальция. Кроме того, ортофосфорная кислота, образуя различные соединения
с органическими веществами, активно участвуют в процессах обмена
веществ живого организма с окружающей средой. В результате этого
производные фосфора содержатся в костях, мозге, крови, в мышечных и
соединительных тканях организмов человека и животных. Особенно много
ортофосфорной кислоты в составе нервных (мозговых) клеток, что позволило
А.Е. Ферсману, известному геохимику, назвать фосфор "элементом мысли".
Весьма отрицательно (заболевание рахитом, малокровие, и др.) сказывается
на состоянии организма понижение содержания в рационе питания
соединений фосфора или введение их в неусвояемой форме.
Применяют ортофосфорную кислоту в настоящее время довольно
78
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
широко. Основным ее потребителем служит производство фосфорных и
комбинированных удобрений. Для этих целей ежегодно добывается во всем
мире фосфоросодержащей руды около 100 млн. т. Фосфорные удобрения не
только
способствуют
повышению
урожайности
различных
сельскохозяйственных культур, но и придают растениям зимостойкость и
устойчивость к другим неблагоприятным климатическим условиям, создают
условия для более быстрого созревания урожая в районах с коротким
вегетативным периодом. Они также благоприятно действуют на почву,
способствуя ее структурированию, развитию почвенных бактерий,
изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и
подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ.
Немало
ортофосфорной
кислоты
потребляет
пищевая
промышленность. Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная
кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и
сиропы заметно улучшают их вкусовые качества. Этим же свойством
обладают и некоторые соли фосфорной кислоты. Гидрофосфаты кальция,
например, с давних пор входят в хлебопекарные порошки, улучшая вкус
булочек и хлеба. Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в
промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой
кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас
производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты,
негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы.
Различные соли фосфорной кислоты широко применяют во многих
отраслях промышленности, в строительстве, разных областях техники, в
коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения
воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих
средств.
Фосфорная кислота, конденсированные кислоты и дегидратированные
фосфаты служат катализаторами в процессах дегидратирования,
алкилирования и полимеризации углеводородов.
Особое место занимают фосфорорганические соединения как
экстрагенты, пластификаторы, смазочные вещества, присадки к пороху и
абсорбенты в холодильных установках. Соли кислых алкилфосфатов
используют как поверхностно-активные вещества, антифризы, специальные
удобрения, антикоагулянты латекса и др. Кислые алкилфосфаты применяют
для экстракционной переработки урановорудных щелоков.
История открытия и получения фосфорной кислоты.
Фосфорную кислоту открыл Р. Бойль с помощью индикаторов. Сжигая
фосфор и растворяя образовавшийся белый продукт в воде он получил
неизвестную химикам кислоту. По исходному веществу он назвал её
фосфорной.
Технически фосфорную кислоту впервые получили более 100 лет назад
разложением низкокачественных фосфоритов разбавленной (5-10%) серной
79
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
кислотой, в которой соединения железа и особенно алюминия переходят в
раствор в незначительной степени. Раствор с концентрацией 8-10% Р2О5
упаривали до содержания в нем примерно 40% Р2О5.
При разложении фосфатной породы более концентрированной (3040%) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипса. Они
удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо промываются.
Вследствие этого потери Р2О5 велики.
Существенным шагом вперед в производстве фосфорной кислоты был
переход к установкам непрерывного действия и разбавления 75 и 93%-ной
серной кислоты не водой или слабыми промывочными водами, а раствором
фосфорной кислоты, т.е. проведение процесса с применением раствора
разбавления. В этих условиях выделяются ромбические кристаллы, которые
хорошо фильтруются и отмываются.
Физические свойства.
Ортофосфорная кислота в чистом виде при обычных условиях
представляет бесцветные кристаллы ромбической формы, плавящиеся при
температуре 42.3оС. Однако с такой кислотой химики встречаются редко.
Гораздо чаще они имеют дело с полугидратом Н3РО4 * 0.5 Н2О, который
выпадает в виде бесцветных гексагональных призм при охлаждении
концентрированных
водных
растворов
ортофосфорной
кислоты.
о
Температура плавления полугидрата 29.3 С.
Чистая Н3РО4 после плавления образует вязкую маслообразную
жидкость с малой электрической проводимостью и сильно пониженной
способностью к диффузии. Эти свойства, а также детальное изучение
спектров показывают, молекулы Н3РО4 в данном случае практически не
диссоциированы и объединены прочными водородными связями в единую
макромолекулярную структуру. Как правило, молекулы связаны друг с
другом одной, реже двумя и очень редко тремя водородными связями.
Если же кислоту разбавлять водой, то ее молекулы охотнее образуют
водородные связи с водой, чем друг с другом. Из-за таких "симпатий" к воде
кислота смешивается с ней в любых отношениях. Энергия гидратации здесь
не так велика, как у серной кислоты, поэтому разогревание Н3РО4 при
разбавлении не столь сильное и диссоциация выражена меньше.
Химические свойства Н3РО4.
Ортофосфорная кислота в водных растворах намного слабее серной и
азотной кислот. Это трехосновная кислота. Электролитическая диссоциация
кислоты, как и других многоосновных кислот, осуществляется ступенчато:
По первой ступени диссоциации ортофосфорная кислота считается
электролитом средней силы, по второй - слабым, по третьей - очень слабым.
В соответствии с существованием трех видов кислотных остатков при
нейтрализации фосфорной кислоты щелочами образуются соли:
дигидрофосфаты, гидрофосфаты, а также фосфаты, например:
Ортофосфорную кислоту можно отличить от других фосфорных кислот
80
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
по реакции с нитратом серебра – образуется желтый осадок
Н3РО4 + 3AgNO3=Ag3PO4 + HNO3
Все остальные фосфорные кислоты образуют белые осадки. При
упаривании
ортофосфорной
кислоты
образуется
дифосфорная
(пирофосфорная) кислота:
2Н3РО4 = Н4Р2О7 + Н2О.
Получение фосфорной кислоты.
В промышленности ее получают экстракционным и термическим
способами.
Экстракционный способ получения фосфорной кислоты является более
экономичным. Он основан на разложении природных фосфатов различными
кислотами, в основном серной, а также, хотя и в гораздо меньшей степени,
азотной и соляной. В России и странах СНГ для производства фосфорной
кислоты обычно используют Хибинский апатитовый концентрат и
фосфориты Каратау.
Термический способ, при котором получается наиболее чистая
фосфорная кислота, включает в себя стадии сжигания элементного фосфора,
гидратацию P4O10 и абсорбцию его водой или кислотой, конденсацию
фосфорной кислоты и улавливание из газовой фазы тумана. В зависимости от
того, какой принцип охлаждения газов применяется, термический способ
получения фосфорной кислоты бывает трех видов: испарительный,
теплообменно-испарительный или циркуляционно-испарительный. На
большинстве
предприятий
обычно
используют
технологию
с
циркуляционно-испарительным способом охлаждения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Фосфорная кислота, краткая характеристика ее физико-химических свойств.
2. Значение производства фосфорной кислоты и место в общем уровне развития
химической промышленности страны.
3. История открытия и получения фосфорной кислоты.
4. Современное производство фосфорной кислоты: объемы производства, использование в
различных отраслях промышленности; сырье, стадии технологии получения, расчеты и
схемы производства.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
2. Ким С. Мировое рынок фосфорной кислоты. Потребление удобрений в мире неуклонно
растет//The Chemical Journal (Агрохимия). – 2011. – С. 20-24.
11. Лекция
Виды продукции основного неорганического синтеза.
Производство щелочей.
Содержание:
81
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
1. Значение их производства и место в общем уровне развития химической
промышленности страны.
2. Объемы производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
ПРОИЗВОДСТВО ЩЕЛОЧЕЙ.
В широком смысле слово «щелочь» относится к большому числу
химических соединений, хорошо растворимых в воде и создающих в водном
растворе высокую концентрацию гидроксид-ионов. К щелочным продуктам
относятся гидроокиси, бикарбонаты и карбонаты щелочных металлов,
аммиак и гидроксид аммония. Они применяются практически во всех
областях народного хозяйства.
Щелок. Наименование «щелок» (K2CO3, Na2CO3, NaOH) было
присвоено продуктам, получаемым путем выщелачивания древесной золы.
Она содержит приблизительно 70% карбоната калия (поташа),
используемого в основном для изготовления мыла и стекла. Карбонат натрия
(кальцинированная сода) — главный компонент золы некоторых растений.
Путем обработки гашеной известью (гидроксидом кальция) карбонат натрия
превращают в каустическую соду (гидроксид натрия), которая применяется
для бытовых и промышленных целей под названием «щелок» или «каустик».
Кальцинированная сода. Углекислая сода (карбонат натрия) была
известна еще в глубокой древности. Издавна соду получали из золы морских
и солончаковых растений и извлекали из природных содовых озер.
Кальцинированная сода встречается в природе главным образом в соляных
пластах и отложениях троны (минерала состава Na2CO3*NaHCO3*2H2O). Её
использовали в стеклоделии и в качестве моющего средства. К концу XVIII
века эти источники уже не могли удовлетворить возрастающую потребность
в соде. В 1775 году французский фармацевт Леблан предложил получать
соду прокаливанием смеси сульфата натрия, измельченного мела или
известняка и угля согласно реакции:
Из полученногоплава соду выщелачивали водой, затем раствор
упаривали, выделяя
в твердом виде. В шламе оставался
,
являющийся отходом производства.
Способ Леблана сыграл большую роль в развитии химической
промышленности и разработке сырьевых баз. В то же время, существенные
недостатки этого способа, и в первую очередь обильные отходы,
выявившиеся, как только производство достигло значительных масштабов,
привели к созданию более рациональных способов производства
кальцинированной соды.
В 1838 году англичане Гаррисон и Хемминг взяли патент на
производство соды по аммиачному способу. Несмотря на кажущуюся
простоту этого метода в лабораторных условиях, осуществление его в
82
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
промышленном масштабе было сопряжено с огромными трудностями. С
этого времени основное внимание исследователей было направлено на
решение вопросов аппаратурного оформления, так как именно они являются
ключом к решению всей проблемы аммиачно-содового производства в
целом.
В 1861 году к практическому осуществлению аммиачно содового
производства приступил бельгийский инженер Э. Сольве. К 1872 году ему
удалось создать удачное аппаратурное оформление аммиачно-содового
способа, что позволило обеспечить непрерывность производственного
процесса. При этом в первой четверти XX столетия содовое производство
явилось центром, вокруг которого возникли, развились и от которого потом
отделились другие химические производства минеральные продуктов.
Первый в России завод, начавший систематическую выработку соды
по способу Леблана, был построен в 1864 году. Он был построен в Сибири на
базе природного сульфата натрия. Попытка осуществить аммиачный
способ на базе привозной поваренной соли была предпринята Лихачевым,
построившим под руководством инженера-химика Тиса в 1869 году в
Казанской губернии небольшой (2,5 т/сут) завод. Однако из-за больших
потерь соли и аммиака при их высокой стоимости завод просуществовал
только четыре года. Аммиачный способ утвердился в России с 1883 года,
когда был построен содовый завод в Березниках на базе Соликамского
месторождения поваренной соли. Затем в 1892 году построен второй –
Донецкий содовый завод, работавший по способу Гонигман.
Процесс Сольве осуществленный в конце 1860-х годов двумя
бельгийцами, братьями Эрнестом и Альфредом Сольве, аммиачный способ
получения кальцинированной соды основан на реакции взаимодействия
гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия, в результате которой
получаются хлорид аммония и гидрокарбонат натрия. На практике процесс
проводят, вводя в почти насыщенный раствор хлорида натрия сначала
аммиак, а потом диоксид углерода. Гидрокарбонат натрия выпадает в осадок,
когда диоксид углерода вводится в раствор:
Прокаливая отфильтрованный гидрокарбонат натрия, получают
карбонат натрия и диоксид углерода, который используют повторно:
Экономичность процесса Сольве связана с тем, что аммиак
регенерируется путем обработки раствора хлорида аммония оксидом
83
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
кальция, который получают из карбоната кальция путем нагрева (при этом
одновременно образуется также используемый в процессе диоксид углерода):
Хлорид кальция, образующийся в процессе извлечения аммиака,
является важным побочным продуктом.
Преимущества
аммиачного
способа
производства
соды:
относительная дешевизна, широкая распространенность и доступность
извлечения необходимого сырья (поваренная соль и карбонат кальция);
незначительность температур (до 100 С), при которых осуществляются
основные реакции процесса и близкие к атмосферному давления;
достаточная отлаженность способа и устойчивость технологических
процессов; высокое качество получаемого продукта; невысокая
себестоимость кальцинированной соды.
Для получения 1т кальцинированной соды (95%) расходуется 1,49 т
NaCl (100%), 1,37 т известняка (40,5% CO2), 10 кг аммиачной воды (25,5%),
60 кВт ч электроэнергии, 75 м3 воды, 5,65 МДж пара. В качестве отхода
образуется 8,3 м3 жидкости, содержащей 993 кг CaCl2 и 446 кг NaCl.
Аммиачному способу получения соды присущи, однако, и серьезные
недостатки, главными из которых являются: низкая степень использования
исходного сырья (натрий используется всего примерно на 2/3, а хлор и
кальций не используются совсем); большие количества твердых и жидких
отходов, требующих утилизации, сброса или длительного хранения;
значительный расход энергетических ресурсов; большие удельные
капиталовложения, необходимые для создания содового производства.
Недостатки аммиачного получения сода становятся все существеннее
по мере ужесточения требований к комплексности использования
природного сырья и к охране окружающей среды от загрязнений, а также с
ростом стоимости энергоносителей. Многочисленные попытки сделать
способ безотходным до сих пор не увенчались успехом.
Электролизный процесс. Карбонат натрия можно также получить
посредством электролизного процесса. Водяной пар и диоксид углерода
запускаются в катодное отделение установки с камерой диафрагменного типа
для электролиза растворов солей, где, взаимодействуя с едким натром, они
превращают его в карбонат натрия.
Применение соды.
Крупнейшими
потребителями
соды
являются
химическая,
металлургическая и другие отрасли промышленности.
84
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
В химической промышленности сода применяется для получения
каустической соды, гидрокарбоната натрия, моющих средств, соединений
хрома, сульфитов и фторидов, фосфатов, нитрита натрия, натриевой селитры.
Также карбонат натрия используется при производстве листовых,
прокатных, светотехнических стекол, силикатной глыбы, бутылок, хрусталя,
сортовой посуды и др. В состав всех этих продуктов и изделий сода входит в
виде
. В стекольной промышленности кальцинированная сода является
основным компонентом шихты для варки стекла.
Большое количество карбоната натрия используется в цветной
металлургии в основном при переработке свинцово-цинковых, кобальтникелевых, а также вольфрамо-молибденовых руд.
Значительное количество соды использует целлюлозно-бумажная
промышленность (при проклейке бумаги и картона, в производстве
пергамента, дубителей и главным образом сульфитной варке целлюлозы).
Сода также необходима в нефтехимической и нефтеперерабатывающей
промышленности при производстве синтетических жирных кислот,
синтетических моющих средств, а также при переработке нефти в других
процессах.
В черной металлургии карбонат натрия используется для удаления
серы и фосфора из чугуна.
В машиностроении также не обойтись без содопродуктов.
В медицинской промышленности сода применяется в производстве
медикаментов. В электронной промышленности сода применяется для
производства электровакуумного стекла.
Применение содопродуктов для нейтрализации кислых сточных вод и
извлечения из них смолистых и органических соединений, как, например
фенолов, позволяет предохранять водоемы от загрязнения. Значительное
количество содопродуктов расходуется для обезжиривания и очистки тары и
рабочих мест на предприятиях мясомолочной и рыбной промышленности,
что имеет большое значение для повышения качества пищевых продуктов.
В легкой промышленности кальцинированная сода используется для
мытья, беления и крашения ткани, получения искусственного шелка,
нитроцеллюлозы и др.
В кожевенной и обувной промышленности, при выработке мехов сода
применяется для щелочной обработки материалов.
Применение карбоната натрия для очистки воды, питающей паровые
котлы, способствует удлинению срока службы котлов и значительной
экономии топлива.
Поташ. Хотя в химической промышленности поташом называют
главным образом карбонат калия (K2CO3), в сельском хозяйстве это
наименование охватывает все соли калия, идущие на изготовление
удобрений, но в основном хлорид калия (KCl) с небольшой примесью
сульфата калия (K2SO4).
85
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Обычные способы получения поташа — электролизный процесс с
участием гидроксида калия и более распространенный процесс на основе
химического взаимодействия смеси хлорида калия и карбоната магния
с диоксидом углерода. В результате этой реакции образуется нерастворимая
двойная соль гидрокарбоната калия и карбоната магния, которая при
нагревании разлагается на карбонаты калия и магния, воду и диоксид
углерода.
Карбонат калия применяется в производстве стекла, солей калия,
красителей и чернил. Карбонат калия — важный компонент специальных
стекол, например оптических и лабораторных.
Каустическая сода (едкий натр). Гидроксид натрия NaOH получил
свое название по причине сильного разъедающего действия на животные и
растительные ткани.
Каустическую соду получают либо путем электролиза раствора
хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо,
реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии
раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество
производимой в мире кальцинированной соды используется для получения
каустической соды.
Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной
известью.
Каустическую соду получают из кальцинированной на установке
периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при
умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция
образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между
карбонатом натрия и гидроксидом кальция:
Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия
отводится.
Электролизные методы.
Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается
электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с
другом с образованием гипохлорита натрия — отбеливающего вещества.
Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при
повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до
перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций,
электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида
натрия.
В большинстве промышленных установок, используемых для
получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью
86
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
диафрагмы, помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор.
Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной
диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком
заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где
из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное
отделение. В установке с непогруженной диафрагмой раствор каустической
соды отводится из катодного отделения по мере образования, так что камера
оказывается пустой. В некоторых установках с непогруженной диафрагмой
в пустое катодное отделение напускается водяной пар, чтобы облегчить
удаление каустической соды и поднять температуру.
В диафрагменных установках получается раствор, содержащий как
каустическую соду, так и соль. Большая часть соли выкристаллизовывается,
когда концентрация каустической соды в растворе доводится
до стандартного значения 50%. Такой «стандартный» электролизный раствор
содержит 1% хлорида натрия. Продукт электролиза пригоден для многих
применений, например для производства мыла и чистящих препаратов.
Однако для производства искусственного волокна и пленки требуется
каустическая сода высокой степени очистки, содержащая менее 1% хлорида
натрия (соли). «Стандартный» жидкий каустик можно надлежащим образом
очистить методами кристаллизации и осаждения.
Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить
в установке с ртутным катодом. Металлический натрий образует с ртутью
амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется
и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Хотя концентрация
и чистота соляного раствора для установки с ртутным катодом более важны,
чем для установки с диафрагмой, в первой получается каустическая сода,
пригодная для производства искусственного волокна. Ее концентрация
в растворе составляет 50-70%. Более высокие затраты на установку
с ртутным катодом оправдываются получаемой выгодой.
В России согласно ГОСТ2263-79 производятся следующие марки натра
едкого:
ТР - твердый ртутный (чешуированный);
ТД - твердый диафрагменный (плавленый);
РР - раствор ртутный;
РХ - раствор химический;
РД - раствор диафрагменный.
Показатели российского рынка жидкого натра едкого в:
2005 г. – 1184 тыс. тонн
2006 г. – 1217 тыс. тонн
Показатели российского рынка твердого натра едкого в:
2005 г. – 108.565 тонн
2006 г. – 106219 тонн
87
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Применение. Наиболее важные области потребления каустической
соды (перечислены в порядке уменьшения потребляемого количества) —
химическое производство; переработка нефти; производство искусственного
волокна и пленки, целлюлозы и бумаги, алюминия, моющих средств и мыла;
обработка тканей; рафинирование растительного масла; регенерация резины.
Каустический поташ (едкое кали). Соединения калия менее
распространены и поэтому более дороги, чем соответствующие соединения
натрия. Они применяются только в тех случаях, когда необходим присущий
им комплекс физико-химических свойств, не обеспечиваемый соединениями
натрия. Гидроксид калия KOH, в обиходе называемый каустическим
поташем, не является исключением из этого правила. Подобно каустической
соде, каустический поташ можно получить путем обработки раствора
карбоната калия K2CO3 гашеной известью Ca(OH)2 или электролизом
раствора хлорида калия. Этот материал продается в виде массивных блоков,
хлопьевидной массы, гранул или небольших кусков, а также 40 × 50%-х
растворов.
Применение. Главная область применения гидроксида калия —
производство мягкого мыла. Смеси калиевых и натриевых мыл используются
для получения жидких мыл, моющих средств, шампуней, кремов для бритья,
отбеливателей и некоторых фармацевтических препаратов. Другая важная
область применения каустического поташа — производство различных солей
калия. Например, перманганат калия получают путем сплавления диоксида
марганца
с каустическим
поташем
и последующего
окисления
образовавшегося манганата калия в электролизной камере. Дихромат калия
можно получить аналогичным способом, хотя чаще его изготовляют
сплавлением тонко измельченной хромитной руды (FeO * Cr2O3) с
карбонатом или гидроксидом калия и воздействием на полученный хромат
кислотой с образованием дихромата калия. Каустический поташ также
применяют вместе с каустической содой в производстве многих красителей
и других органических соединений.
Вопросы для самоконтроля:
1. Номенклатура щелочей.
2. Значение их производства, использование в различных отраслях промышленности.
3. Сырье, стадии технологии получения, расчеты и схемы производства.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
12 Лекция.
Сырье химической промышленности.
Содержание:
1. Понятие и роль сырья в технологическом процессе.
2. Классификации сырья.
88
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
3. Запасы полезных ископаемых.
4. Комплексное использование сырья.
5. Вода в химической промышленности.
СЫРЬЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1. Сырьем называют природные материалы, используемые в
производстве промышленных продуктов. Сырье — один из основных
элементов технологического процесса, который определяет в значительной
степени экономичность процесса, технику производства и качество продукта.
Для химической промышленности характерны высокие материалоемкость и
расход сырья; затраты на сырье составляют 60—70% себестоимости
продукции.
Во многих случаях продукция одних предприятий служит сырьем
другим для получения новых веществ. Так основное количество кислот –
серной, фосфорной и азотной перерабатывается на соли, которые
необходимы в различных областях народного хозяйства.
Ни одна отрасль промышленности не выпускает такой широкий
ассортимент продуктов, как химическая и ни одна отрасль не сравнится с ней
по разнообразию и количеству потребляемого сырья. Вследствие роста
промышленного производства и увеличения ассортимента химической
продукции возникает необходимость в новых видах сырья. Развитие техники
добычи, подготовки, обогащения сырья позволяет использовать новые виды
сырья, полезные ископаемые, содержащие малые количества полезных
компонентов. Таким образом, сырьевая база химической промышленности
непрерывно расширяется. Исходным материалом многих производств
является сырье, уже подвергшееся промышленной переработке, которое
называют полупродуктом (полуфабрикатом или основным материалом).
Некоторые химические производства используют в качестве сырья отходы и
побочные продукты других производств.
2. Сырье химической промышленности классифицируют по различным
признакам. По происхождению его делят на минеральное, растительное и
животное. Преобладает минеральное сырье, т. е. полезные ископаемые,
добываемые из земной коры. Основная химическая промышленность
перерабатывает главным образом минеральное сырье.
По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое (нефть,
рассолы) и газообразное сырье (воздух, природный газ). По составу оно
подразделяется на органическое и неорганическое.
Минеральное сырье в свою очередь делится на рудное, нерудное и
горючее (органическое). Рудным минеральным сырьем называют горные
породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы (Fe, Cu, Zn, Al и
др.), которые могут быть экономически выгодно извлечены в технически
чистом виде. Так, например, железо содержится в магнитном железняке в
виде Fe304, в красном железняке Fe203, буром железняке Fe(OH)3 и др.
Медные руды обычно содержат сернистые соединения меди Cu 2S, CuS,
89
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
FeCuS2 и т. п. Кроме минералов, включающих основной металл, руды всегда
имеют примеси. Те примеси, которые не используются в производстве для
получения продуктов, называются пустой породой. Руды, содержащие
несколько металлов в количествах, достаточных для их извлечения,
называются полиметаллическими. Например, к ним относятся руды,
содержащие сульфиды нескольких цветных металлов: медно-цинковые,
свинцово-цинково-серебряные и др. Нерудными ископаемыми называют все
виды минерального сырья, применяемого в производстве химических,
строительных и др. неметаллических материалов. К горючему минеральному
сырью относятся горючие ископаемые: уголь, торф, нефть, природный газ и
т.д., которые служат энергетическим топливом или сырьем в химической
промышленности.
3. Запасы полезных ископаемых распределяются по двум группам:
1) балансовые – удовлетворяющие промышленным требованиям и их
экономически эффективной разработки в данный период;
2) забалансовые – с низким процентным содержанием полезного
компонента или минерала, маломощные залежи, запасы находящиеся в
условиях особой сложности эксплуатации или малоизученные с точки зрения
возможности промышленной переработки. Данная группа запасов имеет
перспективный характер, и при изменении условий забалансовые запасы
могут перейти в балансовую группу.
4. Комплексное использование сырья.
Комплексная
переработка
минерально-сырьевых
ресурсов
предполагает извлечение нескольких ценных элементов из полезного
ископаемого. Комплексное извлечение сырья достигается комбинированием
предприятий – объединением производств, относящихся к различным
отраслям промышленности. В настоящее время нередки объединения
цветной или черной металлургии и основной химической промышленности,
предприятий органического и неорганического синтеза, основной химии с
промышленностью строительных материалов.
Сульфидные руды таких металлов, как Cu, Zn, Pd, содержат 1-5, реже
10-12% металла, остальное – железный колчедан. При обогащении руд
железный колчедан отделяется в отходы производства, и его можно
использовать как сырье для получения серной кислоты. В свою очередь
отходом сернокислого производства является огарок, образующийся при
обжиге колчедана, содержащий в среднем около 60% Fe, 3,4% Zn, 0,6% Cu,
0,3% Pb и небольшое количество благородных металлов.
Пластовые воды, добываемые вместе с нефтью, представляют собой
главную сырьевую базу иодо-бромного производства, они могут быть
источниками получения стронция, поваренной соли. Примером комплексной
переработки сырья являются также коксохимические заводы, где отходящие
газы, образующиеся при коксовании угля, используются для получения серы,
серной кислоты, сульфата аммония и аммиака.
90
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
5. Вода в химической промышленности.
Вода в химической промышленности является ключевым сырьевым
материалом. Она расходуется для нагревания или охлаждения продуктов и
аппаратов, для создания вакуума и производства пара, для приготовления
растворителей, реакционной среды, экстрагента или абсорбента,
транспортирующего средства, для промывки продуктов, при перегонке
веществ. Она служит сырьем и реагентом, например, в производствах кислот
и щелочей, в различных реакциях гидратации и гидролиза. Во многих
процессах она – продукт реакции: она выделяется при сжигании топлива,
окислении аммиака, коксовании углей. Многие технологические процессы
проводится при высоких температурах и давлениях, для таких технологий
необходима деминерализованная вода высокой чистоты.
Расход воды на предприятиях химической промышленности
определяется мощностью производства, видом выпускаемой продукции и
совершенством технологий, квалификацией обслуживающего персонала, а
также ресурсом воды на предприятии.
Природные воды делятся на три вида: атмосферные, поверхностные и
подземные.
Поверхностные воды – речные, озерные и морские. Однако морская
вода из-за высокого содержания солей (12-35 кг/м3) в промышленных целях
практически не используется.
Подземные воды – воды колодцев, ключей, артезианских скважин.
Основные запасы пресных вод содержаться под землей. Они содержат
меньше органических и твердых примесей, чем поверхностные.
В зависимости от типа производства, в котором используется вода, к
ней предъявляются определенные требования. Качество воды определяется
многими показателями. Для промышленного применения наибольшее
значение имеют общее солесодержание и, жесткость и реакция рН среды.
Жесткость воды обусловлена содержанием солей кальция и магния.
Основные операции водоподготовки: коагуляция коллоидов,
отстаивание взвешенных частиц, умягчение и фильтрование. В отдельных
случаях осуществляется обессоливание и дегазация, т.е. полное удаление
растворимых солей и газов.
Правильный выбор схемы водоподготовки и воднохимического
режима, с учетом состава исходной природной воды позволяет значительно
сократить капиталовложения.
В настоящее время, в свете новой экологической политики, одной из
важнейших задач, стоящих перед химической промышленностью, является
резкое сокращение водопотребления и стокообразования, а также создание
заводов с бессточными технологиями.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие и роль в технологическом процессе.
2. Классификации сырья.
91
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
3. Запасы полезных ископаемых.
4. Комплексное использование сырья.
5. Вода в химической промышленности.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
13. Лекция
Виды и источники энергии, применяемой в химической
промышленности.
Содержание:
1. Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности.
2. Энергоемкость различных предприятий.
Виды
и
источники
энергии,
применяемой
в
химической
промышленности.
Современная химическая промышленность – основной потребитель
тепловой и электрической энергии. Производство многих химических
продуктов характеризуется высокими удельными энергозатратами,
превышающими иногда 10-15 тонн условного топлива на 1 т готового
продукта. В мире ежегодно потребляется примерно 6,5 млрд. тонн условного
топлива. Энергия затрачивается не только на проведение эндотермических
химических реакций, но также на выполнение вспомогательных операций:
нагрев, сжатие газов, дробление и измельчение твердых веществ,
транспортировку материалов и т.д. Вследствие этого химические
предприятия потребляют значительные количества энергии различных видов.
В стоимости химической продукции затраты энергии составляют около10%.
Энергоемкость различных предприятий, т.е. расход энергии на единицу
продукции, различается весьма значительно. Наибольший расход энергии
характерен для производств, осуществляемых при высоких давлениях и
температурах.
Продукция
Расход электроэнергии, кВт.ч/т
Алюминий
18000-20000
Фосфор
13000-18000
Карбид кальция (СаС2)
2700-3200
92
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Синтетический аммиак
1400-2500
Хлор
2300-3500
Серная кислота
60-100
Аммиачная селитра
7-15
Суперфосфат
2-10
Кальцинированная сода
60
В химической промышленности применяются электрическая, тепловая,
химическая, световая и внутриядерная энергия.
Различные транспортирующие машины, конвейеры, компрессоры,
насосы, мешалки – имеют электрический привод. Электроэнергия
используется для создания высоких температур, например, при производстве
фосфора и карбида кальция. Она необходима для осуществления электролиза
растворов ( получения водорода, хлора, гидроокисей щелочных металлов) и
расплавов (получение Mg, Al, Na, K, Ca и др.), для работы электрофильтров
по очистки газов от пыли и тумана.
Подавляющую часть электроэнергии дают тепловые электростанции.
Основными видами энергетического топлива являются каменный и бурый
уголь, мазут и газ.
Энергетические
затраты
составляют
значительную
часть
себестоимости продукции, поэтому совершенствование производства с
целью снижения расхода энергии – важная задача химиков технологов.
Вопросы для самоконтроля:
1. Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности.
2. Энергоемкость различных предприятий.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
14. Лекция
Интенсификация производительности аппаратов
химической промышленности.
93
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Содержание:
1. Объемы, экспорт, импорт продукции основного неорганического синтеза.
2. Катализ: типы катализа.
3. Стадии каталитического действия гетерогенного катализа.
4. Адсорбция.
5. Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ.
6. Эксплуатационные характеристики катализатора.
Показатели производств продукции основного неорганического синтеза
России.
Виды продукции
2004 г.
2005 г.
2575,6
2582,3
Минеральные удобрения, тыс.т.
15800,6
16618,8
азотные
6590,7
6727,6
фосфорные
2802,2
2765,3
калийные
6405,3
7129,4
Метанол, тыс.т.
2911
2900,5
Аммиак, тыс.т.
11978,7
12422,1
Серная кислота, тыс.т.
9172,7
9333,5
Кальцинированная сода, тыс.т.
Внешняя торговля I квартал 2006г.
Экспорт, тыс.т.
Импорт, тыс.т.
1кв 2005
1кв 2005 1кв 2006
продукция
1кв 2006
94
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Мин. удобрения
1962,7
2304
8,4
15
азотные
928
1124
3,4
6,5
карбамид
563,1
592,8
3
7,3
аммиачная селитра
211,4
326,3
0
0
калийные
1034,6
1181,2
4,9
6,5
фосфорные
1732,1
2069,3
3,2
7
Аммиак
782,7
868,5
0
0
Метанол
338,6
448,1
0
0
Сода кальц.
109,4
131,3
28
48
Химическая промышленность дает народному хозяйству тысячи
продуктов, без которых трудно представить жизнь современного общества.
Постоянный рост потребности в этих продуктах стимулирует увеличение
производительности существующих мощностей, а также строительство
новых производств. Известно, что повышение производительности любого
аппарата можно достичь увеличением его размеров или интенсивности его
работы.
Одним из путей интенсификации производительности аппаратов
химической промышленности является увеличение скорости процесса, и
достижение максимально возможного его значения.
Как оказалось, в присутствии некоторых веществ реакции ускоряются в
тысячи и миллионы раз, протекают при низких температурах и давлениях,
что экономически выгодно.
Ряд промышленных процессов удалось осуществить лишь благодаря
применению катализаторов. В настоящее время до 90% производств
химической промышленности осуществляется в присутствие катализаторов.
Это крупнотоннажные производства серной и азотной кислот, аммиака,
водорода (конверсией природного газа паром), синтез метанола и т.д.
Первым случаем сознательного применения катализаторов принято
считать образование диэтилового эфира из спирта в присутствие серной
95
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
кислоты, открытое в VIII веке арабским ученым Дабир-Ибн-Хаямом. В конце
18 века впервые применены твердые катализаторы: глины при дегидратации
спиртов и металлы в процессе их дегидрирования. В 1811 г. Константин
Кирхгоф (академик Петербургской АН) открыл каталитическое превращение
крахмала в сахар под действием разбавленных кислот. В тоже время было
открыто каталитическое действие платины.
Эти и другие открытия привели к выделению особой группы реакций,
которые немецкий химик Эйльгард Мичерлих объединил под общим
термином – «контактные реакции», а в 1835 г. швед Йенс Якоб Берцелиус
предложил термин катализ, а причину вызывающую катализ, назвал
каталитической силой. Хотя сам Берцелиус не придавал какого-то
мистического значения малоизученной каталитической силе, это понятие
вызвало большую дискуссию в научных кругах, что в итоге принесло пользу
науке.
Так в 1852 г. в России А.И. Ходнев объяснил протекание
каталитических реакций последовательными превращениями с образованием
промежуточных парных соединений между катализатором и реагирующими
веществами, которые можно выделить. Наряду с химическими
представлениями развиваются и физические теории катализа, основанные на
исключительной роли процессов адсорбции реагентов на поверхности
катализатора. Наибольший вклад в развитие этих теорий внесли И. Ленгмюр
и Х.С. Тейлор.
Одной из сильнейших школ в области катализа была советская. Такие
известные ученые как А.А. Баландин, Г.К. Боресков, С.З. Ратчинский и
другие внесли неоценимый вклад в развитие теории катализа.
Катализом (от греч. «katalysis» - разрушение) называют изменение
скорости или возбуждение химической реакции при воздействии веществ –
катализаторов, которые участвуют в реакции, но не входят в состав конечных
продуктов.
Обычно катализаторы многократно вступают в химическое
взаимодействие, поэтому масса самого катализатора может быть на порядок
меньше массы реагентов и продуктов реакции. Например, 1г платинового
катализатора вызывает превращение 10 тыс. г SO2при окисление в SO3 или 1
млн. г NH3 при окисление в NO.
Катализ называется положительным, если скорость реакции
увеличивается, и отрицательным, если она уменьшается. В последнем случае
говорят об ингибирование. В большинстве случаев под термином «катализ»
понимают положительный катализ.
Явление ускорения реакции при воздействии продукта реакции или
одного из промежуточных веществ называется автокатализом.
Каталитическое ускорение химической реакции достигается за счет
изменения ее механизма.
96
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Основываясь на фазовом состоянии катализатора и реагирующих
веществ можно выделить 3 типа процессов:
1. Гомогенный катализ – процесс, в котором катализатор и
реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (жидком
или газообразном). Для данного типа катализа характерно проявление
активности отдельным ионом или молекулой катализатора. Поэтому, как
правило, увеличение скорости реакции прямо пропорционально
концентрации введенного катализатора.
2.Гетерогенный катализ – процессы в которых реагирующие вещества
и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях. Гетерогенный
катализ характеризуется наличием границы раздела фаз (катализатор –
реагирующие вещества), и тем, что одним из участников химической
реакции является твердое тело. Процесс осуществляется через образование
промежуточных
поверхностных
химических
соединений
нестехиометрического состава, с широким набором энергий связи между
атомами реагирующих веществ и атомами катализатора.
3.Ферментативный катализ (микрогетерогенный) – играет ведущую
роль в химических превращениях в живой природе. Ферменты (энзимы) –
катализаторы белковой природы, образующиеся в живых организмах. По
химической специфичности и активности ферменты значительно
превосходят промышленные катализаторы.
По
типам
реакций
катализ
делится
на
окислительновосстановительный и кислотно-основной. Первый связан с переходами
электронов между катализатором и реагентом. Второй с переходом протона
(гидролиз, крекинг, дегидратация и т.д.) где в качестве катализаторов
применяют основания и кислоты, или кислотные и амфотерные окислы.
Стадии каталитического действия гетерогенного катализа.
В общем случае гетерогенный катализ складывается из следующих
элементарных стадий:
диффузия реагирующих веществ из ядра потока к поверхности зерен
катализатора;
диффузия реагентов в порах ядра катализатора;
активированная адсорбция (хемосорбция) на поверхности катализатора с
образованием поверхностных химических соединений – активированных
комплексов (реагенты – катализатор);
перегруппировки атомов с образованием поверхностных комплексов
(продукты – катализатор);
десорбция продукта с поверхности (регенерация активного центра
катализатора);
диффузия продуктов в порах зерна катализатора;
диффузия продуктов от поверхности зерна катализатора в ядро потока.
Общая скорость гетерогенного каталитического процесса определяется
относительными скоростями отдельных стадий и может лимитироваться
97
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
наиболее медленной из них. Скорости отдельных стадий определяются в
свою очередь параметрами технологического режима.
Важной и необходимой стадией гетерогенного катализа является
стадия адсорбции реагентов на поверхности катализатора. Наличие границы
раздела фаз приводит к повышению концентрации вещества у поверхности
раздела по сравнению с общим объемом. Это явление называется сорбцией
(от лат. sorbeo – поглощаю).
Сорбция включает в себя два основных процесса:
адсорбция – увеличение концентрации вещества на поверхности в
результате поглощения его сорбентом;
абсорбция – проникновение сорбируемого вещества в массу сорбента.
Каталитический
акт
происходит
в
молекулярном
слое,
непосредственно примыкающем к поверхности катализатора. Т.о. катализ
тесно связан с адсорбцией, которая является предварительной стадией
катализа, но не все адсорбированные атомы или молекулы способны
участвовать в каталитическом процессе.
Виды адсорбции.
Характер возникающей при адсорбции связи адсорбирующего
вещества с поверхностью определяется относительной степенью
насыщенности поверхности и ее химическим составом. Различают два
основных типа адсорбции: физическую и химическую.
Физическая адсорбция – это процесс, при котором молекулы
адсорбируемого вещества (адсорбата) связываются с поверхностью
адсорбента физическими силами притяжения (силами межмолекулярного
взаимодействия).
Химическая адсорбция (хемосорбция) - это процесс, при котором
молекулы адсорбата связываются с поверхностью адсорбента химическими
связями (ковалентной или ионной).
Адсорбция сопровождается убылью свободной энергии и энтропии, т.е.
проходит с выделением тепла (экзотермический процесс).
Обратный адсорбции процесс называется десорбция, который идет с
поглощением тепла (эндотермический процесс).
Если адсорбция – экзотермический процесс, следует ожидать
уменьшение количества адсорбируемого вещества с ростом температуры.
Однако эта зависимость имеет более сложный характер:
Большинство неорганических веществ, которые принято относить к
продукции основной химической промышленности, выпускаемых в больших
количествах, производят с использованием каталитических процессов.
Только применение катализаторов позволило получать минеральные
кислоты, такие как серная и азотная, аммиак, метанол в объемах,
превышающих миллионы тонн в год. Подготовка технологических газов для
промышленных крупнотоннажных производств и очистка хвостовых газов от
загрязняющих окружающую среду вредных выбросов осуществляется также
98
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
с помощью активных катализаторов. В таблице приведены основные марки
промышленных катализаторов, используемых в технологии неорганических
веществ.
Таблица
–
Важнейшие
каталитические
процессы
и катализаторы ТНВ
Процесс
Реакция
Марки
катализаторов
ГИАП-16
Конверсия
природного
газа
ГИАП-3-6Н,
ГИАП-5
СТК-1-5,
СТК-1-7,
Конверсия
моноксида
углерода
СТК-1М,
СТК-2-5,
НТК-4
Синтез
СА-1
аммиака
КН-2,
Окисление
аммиака
КН-2Т,
НК-2У
СВД
Окисление
сернистого
ангидрида
БАВ
99
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
КС
СВС
Синтез
СНМ-1
метанола
Очистка
АПК-2
газов от
NOx
АВК-10М
ГИАП – государственный институт азотной промышленности
СТК – среднетемпературный катализатор
НТК – низкотемпературный катализатор
СА – синтез аммиака
КН – катализатор неплатиновый
СНМ - Северодонецкий низкотемпературный метанольный
АПК - алюмопалладиевый катализатор
АВК – алюмованадиевый катализатор
СВД – сульфованадатдиатомитовая контактная масса
БАВ – бариевая алюмованадиевая контактная масса
КС – контактная масса, предназначенная для проведения процесса в кипящем
слое
СВС – сульфованадатсиликагелевая контактная масса
Широкое применение каталитического синтеза обусловливает
производство большого количества катализаторов, различающихся как
химическим составом, так и методом приготовления. Целесообразность
применения того или иного катализатора и метода его получения
определяется технико-экономическими показателями процесса, в котором он
применяется. Для достижения удовлетворительных результатов катализатор
должен обладать рядом свойств, обеспечивающих рентабельность его
использования.
Эксплуатационные
характеристики
катализатора
формируются на основании требований, среди которых главными можно
считать следующие:
– высокая активность и селективность;
– оптимальная величина и доступность поверхности активного
компонента;
– устойчивость к действию ядов и высоких температур;
– необходимая прочность;
100
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
– оптимальные гидродинамические характеристики;
– невысокая стоимость.
Активность и селективность катализатора определяется в первую
очередь его химическим и фазовым составом. Вместе с тем фазовый состав
зависит не только от природы и количества вводимых ингредиентов, но в
значительной мере определяется способом приготовления. Вследствие этого
для одинаковых процессов химической технологии применяют различные по
составу катализаторы, которые могут отличаться и методом приготовления.
Технологии контактных масс помимо прочего учитывают стоимость
сырья и используемого аппаратурного оформления, легкость химических
превращений исходных веществ в каталитически активный компонент,
возможность обезвреживания или утилизации стоков и газовых выбросов.
Особое место метод приготовления занимает в формировании пористой
структуры контактных масс. При этом на характеристики пористой
структуры твердого тела могут оказывать влияние различные
технологические стадии и режимы термообработки.
Вопросы для самоконтроля:
1. Объемы, экспорт, импорт продукции основного неорганического синтеза.
2. Катализ: типы катализа.
3. Стадии каталитического действия гетерогенного катализа.
4. Адсорбция.
5. Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ.
6. Эксплуатационные характеристики катализатора.
Литература:
1. Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В.Химическая технология неорганических
веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 194 с.
15. Лекция
Предприятия производства неорганических веществ
Республики Казахстан.
Содержание:
1. Организация и проведение производственных практик в технологических цехах АО
“Алюминий Казахстана”, АО “Каустик”, АО “Казахстанский электролизный завод“, АО
“Павлодарский нефтехимический завод“, АО «Евроазиатская энергетическая
корпорация», АО «KSP Steel», «Аксуский завод ферросплавов» филиал АО ТНК
«Казхром», ТОО «А-MEGA TRADING» г.Шымкент, ТОО «Цементный завод Семей»,
ТОО «Силикатный завод Семей».
Сравнительный анализ мировой и отечественной химической отрасли
показывает, что данная отрасль в условиях Казахстана обладает большим
потенциалом для развития, широкий спектр продукции отрасли может быть
использован практически во всех отраслях народного хозяйства, а также в
повседневном быту. Химическая отрасль во всем мире является одним из
101
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
крупнейших поставщиков сырья, полупродуктов, материалов для других
отраслей реального сектора экономики.
В 2005 году численность персонала отечественных химических
предприятий по сравнению с 2004 годом значительно снизилась. В тоже
время за аналогичный период прибавилось 11 предприятий. Сокращение
численности на 2,1 тыс. человек обусловлено закрытием крупных
предприятий, отсутствием рентабельности производства и нехваткой
оборотных средств. Увеличение количества предприятий вызвано
появлением множества мелких производств (таблица 13).
Таблица 13 - Анализ изменения количества предприятий и численности
персонала в химической промышленности Республики Казахстан (2004-2009
г.г.)
Показатели
2004 г. 2005 2006 2007 2008 2009
г.
г.
г.
г.
г.
Число промышленных
212
223 220 217 223 206
предприятий с основным видом
деятельности
"Химическая промышленность"
Численность персонала основной
16,1 14,0 13,6 13,6 14,2 14,8
деятельности, тыс. человек
По состоянию на 2009 год в региональном разрезе размещение крупных и
средних химических предприятий представлена следующим образом:
в Южном Казахстане расположены предприятия по производству
минеральных удобрений, средств бытовой химии, лаков и красок, а также
предприятия по переработке техногенных отходов. На юге республики
расположено одно крупное предприятие - ТОО "Казфосфат" (Жамбылская
область);
в Западном Казахстане расположены предприятия по производству
продукции неорганической химии, взрывчатых веществ, минеральных
удобрений. На западе Казахстана имеются два крупных предприятия - ТОО
"КазАзот" (Мангистауская область) и АО "Актюбинский завод хромовых
соединений" (Актюбинская область), а также одно простаивающее среднее
предприятие - ТОО "Казахстанский Центр комплексной утилизации
боеприпасов "Нитрохим" (Актюбинская область);
в Северном и Восточном Казахстане расположены предприятия по
производству лаков и красок, полиэфирных смол, взрывчатых веществ,
противогазов и респираторов, средств защиты растений, а также серной
кислоты как побочного продукта металлургического производства. В данном
регионе республики расположены средние предприятия - АО "Каустик"
(Павлодарская
область),
АО
"Орика-Казахстан",
ТОО
"УльбаФторКомплекс", ТОО "Серебрянский завод неорганических производств"
102
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
(Восточно-Казахстанская область). Кроме того, в Восточно-Казахстанской
области расположено АО "Казцинк" (крупное металлургическое
предприятие, выпускающее серную кислоту);
в Центральном Казахстане расположены предприятия по производству
лаков и красок, взрывчатых веществ, средств защиты растений и бытовой
химии. В данном регионе республики размещено наибольшее количество
химических предприятий, в том числе крупные предприятия
металлургической отрасли, побочным продуктом производства которых
является серная кислота (АО "Арселор Митал Темиртау", ТОО "Корпорация
"Казахмыс", Карагандинская область), а также более десяти средних
предприятий в Карагандинской области - ТОО "Максам Казахстан", ТОО
"Вертекс-Инициатив", ТОО "Эгофом", ТОО "Alian Paint", TOO "Гербициды",
ТОО "Прогресс-Сельхозхим" и другие.
С 2004 по 2008 года наблюдался рост объема производства по виду
экономической деятельности. Однако ввиду всемирной экономической
рецессии в 2009 году был спад объема производства. По данным Агентства
Республики Казахстан по статистике общий объем произведенной продукции
за 2009 год составляет - 85 542 млн. тенге, в 2008 году данный показатель
был больше на 20 615 млн. тенге.*
ИФО продукции в 2009 году по сравнению с 2008 годом ниже на 23,7
%. Однако за второй квартал 2010 года по сравнению с аналогичным
периодом 2009 года рост ИФО составило 53 %. Наблюдается восстановление
объемов
производства.
Согласно данным Агентства Республики Казахстан по статистике, в
настоящее время казахстанские химические предприятия производят около
0,76 % (2008 г.) и 0,64 % (2009 г.) ВВП, однако отрасль характеризуется
большим потенциалом развития. В Республики Казахстан до 2008 г. темпы
роста химической промышленности составляли около 5 % в год, финансовый
кризис привел к сокращению выпуска отрасли на 3 % в
валовом объеме продукции обрабатывающей промышленности за этот же
период составила от 2,4 до 3 %, а именно, в 2007 году - 2,4 %, в 2008 году 3,2 %, в 2009 году - 2,9 %.
ВДС химической промышленности за последние годы составила: в 2007
году 35 201,7 млн. тенге, в 2008 году - 50 982,4 млн. тенге, в 2009 году - 44
128,4 млн. тенге (таблица 14).
Таблица 14 - Показатели деятельности химической промышленности
Показатели
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Объем производства
43170 53912 54064 72258 106157* 85542*
продукции
(товаров, услуг), млн. тенге
Индекс физического объема
111,7 95,3 103,6 128,6 109,3 76,3
(далее - ИФО), %
103
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Доля отрасли в валовом
1,1
1,0
0,8
0,9
1,1
1
объеме
промышленной продукции, %
Доля отрасли в валовом
2,8
2,9
2,2
2,4
3,2
2,9
объеме
продукции обрабатывающей
промышленности, %
Валовая добавленная
18693,8 20785,4 24719,4 35201,7 50982,4 44128,4
стоимость
(далее - ВДС), млн. тенге
Доля отрасли в ВВП, %
0,84
0,74
0,57
0,69
0,76
0,64
* - данные приведены по новой классификации видов экономической
деятельности (ОКЭД).
По данным Комитета таможенного контроля Министерства финансов
Республики Казахстан за последние 6 месяцев текущего года импорт намного
превысил экспорт, так если экспорт удобрений азотных, удобрений
фосфорных, взрывчатых веществ, пестицидов и средств, дезинфицирующих
и аналогичных им и других составил 14 382 тыс. долл. США, импорт
химической продукции по тем же позициям составил - 221 934,8 тыс. долл.
США.
По некоторым видам химической продукции экспорт превышает
импорт, в том числе руды и концентраты хромовые, оксиды и гидроксиды
хрома, фосфорная кислота и полифосфорные кислоты - 231 773,7 тыс. долл.
США. Импорт по тем же позициям - 677,8 тыс. долл. США.
Таким образом, в структуре импорта химической продукции
преобладает продукция с высокой добавленной стоимостью высоких
переделов, в структуре экспорта - продукция с низкой добавленной
стоимостью базовых подотраслей химической промышленности (таблицы 15,
16).
Таблица 15 - Экспорт по разделам товарной номенклатуры
Показатель
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009
г.
Экспорт по разделам товарной
*
*
*
*
12,4
6,7
номенклатуры, млрд. тенге
* - данные отсутствуют
Таблица 16 - Импорт продукции химической и связанных с ней отраслей
промышленности
Показатель
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Импорт продукции химической и 120
252
295
375
221
322
связанных с ней отраслей
155
030
026
358
756
789
104
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
промышленности, млн. тенге
Инвестиции в химическую отрасль
Наибольший
приток
капиталообразующих
инвестиций
на
технологическое обновление и модернизацию существующих мощностей в
химической промышленности пришелся на 2009 год (8,9 % от общего объема
инвестиций в обрабатывающую промышленность). В предыдущие годы
удельный вес химической промышленности не превышал в среднем 4-6 %
капитальных вложений в обрабатывающую промышленность (таблица 17).
Таблица 17 - Инвестиции в основной капитал химической промышленности
Показатели
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Инвестиции в основной
3105 21434 15947 10048 8007 30323
капитал,
млн. тенге
- собственные
2 658,3 11 8 192,5 2 826,3 3 141,7 5137,3
719,5
- иностранные
279,6 248,3 874,5 805,4 701,6 225,1
- заемные
166,6 9 465,8 6 880 6 416,1 4 163,5 24
960,6
удельный вес отрасли в объеме
0,4
1,9
1,2
0,6
0,5
1,4
привлеченных инвестиций всего
на
промышленность, %
удельный вес отрасли в объеме
1,7
7,8
5,1
3,1
2,2
8,9
привлеченных инвестиций на
обрабатывающую
промышленность, %
Таким образом, занимая 1,6 - 1,7 % в общем объеме производства
промышленной продукции, отрасль имела большую долю инвестиций, что
связано с высокой капиталоемкостью отрасли.
В целом за период 2002-2008 годы инвестиции направлялись на
возобновление производства аммиака и аммиачной селитры и фосфорных
удобрений на химическом комплексе в г. Актау, на выпуск реактивных
фосфорных солей и термической фосфорной кислоты на ТОО "Казфосфат",
на освоение производства новых видов продукции - пигментной окиси хрома
и бихромата калия на АО " Актюбинский завод хромовых соединений" и др.
В 2007 году степень износа основных средств в химической
промышленности составила 29,5 %, коэффициент ликвидации - 2,2 %,
коэффициент обновления 9,9 %.
105
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
За период с 2005 по 2008 годы химическая промышленность Казахстана
вышла на прибыль только в 2008 году. В посткризисный период (2009 г.)
производство химической продукции стало убыточным. Однако по данным
Агентства Республики Казахстан по статистике (2010 г.) наблюдается
восстановление производства продукции химической промышленности
(таблица 18).
Таблица 18 - Показатели рентабельности химической промышленности
Показатель
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Прибыль (убыток) до
-975 -1 498 -1 328 -2 722 262 -1 658
налогообложения, млн. тенге
Уровень рентабельности
-7,5
-7,0
-4,9 -6,9
0,3
-5,3
(убыточности), в %
Анализ сильных и слабых сторон, возможностей и угроз
для данной отрасли
Для развития химической промышленности в республике имеются все
необходимые предпосылки. Вместе с тем, имеется ряд факторов, которые
могут оказать негативное влияние на развитие отечественной химической
промышленности.
Сильные стороны
Слабые стороны
Богатые природные ресурсы;
Низкая глубина переработки
Стабильная макроэкономическая
минерального
среда;
сырья;
Имеющийся опыт производства
Низкая загруженность
традиционных видов химической
производственных
продукции;
мощностей предприятий;
Благоприятная политическая
Высокая степень физического износа
обстановка
оборудования и технологий;
в стране для привлечения иностранных
Узкая номенклатура выпускаемой
инвесторов в химический комплекс;
продукции;
Наличие отечественных научных школ Низкая доля в производстве
в
высокотехнологической продукции с
области химических наук;
высокой
Достаточное количество высших
добавленной стоимостью;
учебных
Низкий уровень инновационной
заведений по подготовке кадров по
активности
химическим специальностям.
в отрасли;
Недостаточная емкость внутреннего
рынка;
Сокращение и дефицит
106
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
квалифицированных
кадров, слабый приток молодежи в
отрасль.
Возможности
Угрозы
Возможности использования
Угроза потери экспортных ниш в
существующих
отдельных отраслевых сегментах;
мощностей химического комплекса для
Ужесточение в ряде зарубежных стран
организации новых видов
экологического законодательства в
высокотехнологической продукции;
области
Вовлечение в переработку не
контроля за производством и оборотом
конденционного сырья и отходов;
химической продукции;
Реализация инновационных проектов, Высокая технологическая оснащенность
внедрение высокоэффективных
конкурентов, более высокое качество
отечественных
выпускаемой продукции, налаженная
и зарубежных разработок;
маркетинговая система ведущих
Близкое географическое расположение зарубежных
от
компаний с целью завоевания новых
двух крупных потенциальных рынков
рынков
сбыта:
сбыта;
России и Китая;
Старение материально технической
Насыщение внутреннего, рынка
базы в
крупнотоннажной химической
научно-технической сфере;
продукцией
Отсутствие научно обоснованной
отечественного производства;
системы
Внедрение ресурсе- и
прогноза потребностей кадров в
энергосберегающих
химической
технологий на предприятиях
промышленности.
химической
промышленности;
Привлечение финансовых ресурсов
государственных институтов развития и
прочих финансовых структур для
реализации
проектов в химической
промышленности;
Подготовка кадров по
технологическим
специальностям для действующих и
новых
производственных предприятий.
Морально устаревшее оборудование и технологии (практически на всех
казахстанских предприятиях применяются технологии, разработанные в 70107
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
80-х годах прошлого века) не позволяют на казахстанских предприятиях
обеспечить глубину и комплексность переработки минерального и
углеводородного
сырья.
Импорт многих видов химической продукции составляет 100 %, при этом
для организации ее производства в Республике Казахстан внутренний рынок
является недостаточно емким. Организация отдельных видов химической
продукции (синтетические моющие средства, пестициды и др.) не имеют
стратегической перспективы, так как из-за высокой конкуренции на рынке
необходимы значительные инвестиции в создание международных брендов.
Низкая емкость внутреннего рынка, что связано как с небольшой
емкостью казахстанского потребительского рынка в целом, так и
неразвитостью обрабатывающей промышленности, как основного
потребителя продукции рассматриваемых отраслей. Присоединение к
Таможенному Союзу (далее - ТС) с одной стороны, расширяет
потенциальный рынок сбыта, с другой стороны, участник ТС - Российская
Федерация (далее - РФ) - имеет собственную мощную химическую
промышленность и также, как Республика Казахстан, отличается
сравнительно низким по сравнению с мировым уровнем развития
обрабатывающей промышленности. Большую часть произведенной
химической продукции РФ экспортирует, в результате чего является
потенциальным конкурентом для Республики Казахстан.
Технические и торговые барьеры для экспорта связаны с тем, что
Казахстан до настоящего времени не является членом Всемирной торговой
организации (далее - ВТО), в результате этого имеет низкий рейтинг
вовлеченности в международную торговлю (по данным WEF, 93 место в
мире).
Вступление Республики Казахстана в ВТО, наряду с позитивным,
окажет также негативное влияние на развитие отечественной химической
промышленности.
До вступления Казахстана в ВТО имеется возможность создать
льготные условия в период становления отрасли, после вступления в ВТО
необходимо будет снять торговые барьеры для экспорта.
В соответствии с уставом ВТО, после вступления Республики Казахстан
в данную организацию государственную поддержку для развития
химической отрасли будет возможно оказывать только в следующих формах:
Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских
разработок (далее - НИОКР);
обучение персонала;
снижение административных барьеров;
поддержка экспорта через маркетинг, консультации, торговые
представительства и т.д.;
развитие свободных экономических зон;
государственные закупки.
108
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Основные проблемы, тенденции и предпосылки развития
химической промышленности
Высокий уровень изношенности основных производственных
фондов химической промышленности (43 - 80 %) при низком уровне их
обновления (2 %);
малая емкость внутреннего рынка химической продукции;
низкая конкурентоспособность отечественной химической продукции и
ее узкая номенклатура;
низкий уровень инновационной активности в отрасли;
отсутствие отработанной системы привлечения трансферта технологий в
сектора химической промышленности;
дефицит собственных финансовых средств у предприятий для развития
производства;
отсутствие научно обоснованной системы прогноза потребностей кадров
для действующих и новых производственных предприятий;
высокие транспортные издержки;
низкая брендинговая узнаваемость на мировых рынках казахстанской
химической продукции;
отсутствие казахстанского информационного портала в области
химической промышленности;
недостаточная нормативная база по технологическому регулированию в
области производства и оборотов химической продукции.
Определение видов продукции, производство которой в Республике
Казахстан обладает значительной конкурентоспособностью
Согласно маркетинговым исследованиям, проведенным в 2009 году в
условиях Республики Казахстана на ближайшие пять лет наиболее
приоритетным являются производство химической продукции по
следующим
направлениям
Развития
производства
продуктов
неорганической химии:
Минеральные удобрения:
фосфорные;
азотные;
калийные;
азотно-фосфорные, комплексные.
Серная кислота;
Хлор - щелочная продукция:
каустическая сода;
хлор;
соляная кислота;
гипохлорит натрия.
Соединения хрома;
Кальцинированная сода.
109
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
Оценка воздействия на окружающую среду
Химическая промышленность является одним из тех объектов, которые
оказывают значительное влияние на загрязнение окружающей среды.
На химических предприятиях с целью снижения негативного
воздействия на окружающую среду, разработан ряд природозащитных
мероприятий.
В частности, на Ново-Джамбылском фосфорном заводе - Жамбылском
филиале ТОО "Казфосфат" внедряется система утилизации фосфорного
шлама в электротермических печах, что исключает образование
производственного отхода - шлака из-под конусных печей. На АО
"Актюбинский завод хромовых соединений" (г. Актюбинск) в процессе
производства монохромата натрия повторно используется монохроматный
шлам. Данная технология позволяет возвращать в производство 76 %
образующегося монохроматного шлама.
Использование на существующих предприятиях твердых отходов в
производстве способствует сокращению объемов их накопления на
территории предприятий, жидких - снижению загрязнения водных ресурсов,
газообразных - снижению загрязнения воздушного бассейна.
Отходами флотационного обогащения фосфоритовой руды являются фосфоритовая мелочь и хвосты обогащения.
Сырая фосфоритовая мелочь и кварциты используются для получения
фосфоритовых агломератов, которые перерабатывают на желтый фосфор на
Ново-Джамбылском фосфоритном заводе Жамбылском филиале ТОО
"Казфосфат".
В 2009 году разработан ряд технологий по утилизации фосфогипса на
полезные химические продукции и продукты народного потребления.
В Научно-исследовательском институте химических наук им. А. Б.
Бектурова (далее - Институт) разработана новая технология использования
модифицированного фосфогипса с химическими активными добавками для
покрытия пылевидных отходов хвостохранилища бывшего химического
комбината ТОО "Каскар" Мангыстауской области вблизи г. Актау с
последующим озеленением вокруг хвостохранилища путем использования
стимуляторов роста растений и удобрений.
При финансовой поддержке ТОО "Казфосфат" в 2007-2009 годах
проведены испытания модифицированного фосфогипса с химическими
активными добавками в широком масштабе (около 100 гектаров).
Сотрудниками Института разработана технология по переработке
котрельного "молока" в фосфорные удобрения.
Также, в 2009 году в Институте выявлена новая перспектива
переработки котрельного "молока" в цианистые соединения.
3.13 Организация и проведение производственных практик
в технологических цехах предприятий производства
110
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
неорганических веществ Республики Казахстан
Цели и задачи практики
Цели: закрепление теоретических знаний, полученных при изучении
естественно научных и профессиональных дисциплин; приобретение опыта
практической работы на предприятии (в организации), практических навыков
и компетенций в сфере профессиональной деятельности.
Задачи: ознакомление со структурой и организацией работы
предприятия (цеха, участка); анализ характеристик и свойств выпускаемой
продукции; изучение технологических процессов, осуществляемых в цехе
(участке) и технологического оборудования; сбор материалов для подготовки
отчета по практике и курсовой и дипломной работы в соответствии с
заданием.
Место проведения практики
Базами для проведения практики являются предприятия и научные
организации соответствующего профиля.
Содержание и основные разделы практики
Подготовительный этап, включающий инструктаж по технике
безопасности, общее ознакомление с предприятием (подразделением);
Технологический
этап
(изучение
технологии
производства,
технологического оборудования, организации производства);
Заключительный этап, в том числе обработка и анализ полученной
информации, подготовка отчета по практике.
Организация и проведение производственных практик может осуществляться
в технологических цехах различных промышленных предприятий
Республики Казахстан: АО “Алюминий Казахстана”, АО “Каустик”, АО
“Казахстанский электролизный завод“, АО “Павлодарский нефтехимический
завод“, АО «Евроазиатская энергетическая корпорация», АО «KSP Steel»,
«Аксуский завод ферросплавов» филиал АО ТНК «Казхром», ТОО «АMEGA TRADING» г.Шымкент, ТОО «Цементный завод Семей», ТОО
«Силикатный завод Семей» и др.
Вопросы для самоконтроля:
1. Расскажите об организации и проведении производственных
технологических цехах различных промышленных предприятий.
Литература:
1. Интернет ресурсы.
111
практик
в
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
2. Практические работы:
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Тема занятия
Введение. Общая характеристика специальности
Правила организации учебного процесса
Образовательная
программа
подготовки
специальности
5В072000
–
Химическая
технология неорганических веществ
История развития химических знаний и
химической техники
Химическая технология как наука и ее задачи
Производство минеральных удобрений
Производство серной кислоты
Производство аммиака
Производство азотной кислоты
Производство фосфорной кислоты
Производство щелочей
Сырье химической промышленности
Виды и источники энергии, применяемой в
химической промышленности
Интенсификация производительности аппаратов
химической промышленности
Предприятия
производства
неорганических
веществ Республики Казахстан
ВСЕГО:
Количество
часов
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
15
4. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
4.1. Требования к ключевым компетенциям бакалавра и результаты обучения
по специальности 05072000 – Химическая технология неорганических
веществ.
4.2. Содержание профессиональной деятельности специальности 05072000 –
Химическая технология неорганических веществ.
4.3. Составление глоссария основных понятий и определений по кредитной
технологии обучения.
4.4. Организация СРС и СРСП по кредитной технологии обучения.
4.5. Составление глоссария по формам, методам и средствам организации и
образовательного процесса.
4.6. Типовой учебный план специальности.
4.7. Области ремесленного производства.
4.8. Алхимия в арабском мире, в Западной Европе.
4.9. Составление глоссария основных понятий и терминов по теоретическим
основам технологии.
4.10 Краткая история химической технологии.
112
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
4.11. Составление глоссария основных понятий и терминов по производству
минеральных удобрений.
4.12. Значение минеральных удобрений. Предприятия по производству
минеральных удобрений в Казахстане.
4.13. Значение производства серной кислоты и его место в общем уровне
развития химической промышленности РК.
4.14. Краткая история развития технологии производства серной кислоты.
4.15. Значение производства аммиака и его место в общем уровне развития
химической промышленности РК.
4.16. Краткая история развития технологии производства аммиака.
4.17. Азотная кислота, значение и объемы ее производства, его место в
общем уровне развития химической промышленности страны.
4.18. Краткая история открытия и развития промышленного производства
азотной кислоты.
4.19. Фосфорная кислота, объемы, значение и место ее производства в общем
уровне развития химической промышленности страны.
4.20. История открытия и получения фосфорной кислоты.
4.21. Значение производства щелочей и его место в общем уровне развития
химической промышленности РК.
4.22. Краткая история развития технологии производства щелочей.
4.23. Составление глоссария основных понятий и терминов по теме «Сырье
химической промышленности».
4.24. Расчет расходных норм сырья, вспомогательных веществ, реагентов,
топлива, воды для производства неорганических веществ.
4.25. Составление глоссария основных понятий и терминов по теме «Виды и
источники энергии химической промышленности».
4.26. Расчет материальных и тепловых потоков химического производства.
4.27. Составление глоссария основных понятий и терминов по теме
«Интенсификация химического производства. Катализ».
4.28. Сравнительная характеристика гомогенного и гетерогенного катализа.
4.29. Характеристика химического производства неорганических веществ РК.
4.30. Организация и проведение производственных практик.
113
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
V.Рекомендуемая литература
5.1.Основная
5.1.1 Касымова Ж.С. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ для студентов
специальности 5В072000 – Химическая технология неорганических веществ /
учебное пособие – Семей, 2013. – 211 с.
5.1.2 Эрдман С.В., Фролова И.В., Коробочкин В.В. Химическая технология
неорганических веществ: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2011. – 194 с.
5.1.3 Широков Ю.Г. Теоретические основы технологии неорганических
веществ: учебное пособие / ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т.–
Иваново, 2009.– 376 с.
5.1.4 Ильин А.П. Химическая технология неорганических веществ:
Учеб.пособие/ ГОУ ВПО Иван. гос. хим.- технол. ун-т. Иваново, 2006.- 176 с.
5.1.5 Кунин А.В. Методические указания по курсу «Химическая
технология неорганических веществ» для студентов специальности
«Химическая технология
неорганических
веществ».
Методическое
пособие № 975, 2006.- 38 с.
5.1.6 Ахметов Т.Г., Порфирьев Р.Т., Гайсин Л.Г., Ахметова Л.Т., Каримов
Я.М. Химическая технология неорганических веществ: В 2кн. Кн. 1. – М.:
ВШ, 2002. - 688 с.
5.1.7 Ахметов Т.Г., Порфирьев Р.Т., Гайсин Л.Г., Ахметова Л.Т., Каримов
Я.М. Химическая технология неорганических веществ: В 2кн. Кн. 2. – М.:
ВШ, 2002. - 533 с.
5.1.8 Ахметов Т.Г. Химическая технология неорганических веществ. - М.,
2002. - 688 с.
5.1.9 Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии: Учебник для ВУЗов. – М.: Химия, 1999. – 472 с.
5.1.10 Позин М.Е., Копылеев Б.А., Бельченко Г.В., Терещенко Л.Я., Орехов
И.И., Дмитревский Б.А., Зубов В.В. Расчеты по технологии неорганических
веществ. – Ленинград: Химия, 1977. - 496 с.
7.2 Дополнительная литература
5.2.1 Крылов О.В. Гетерогенный катализ. Учебное пособие для вузов. М.:
ИКЦ «Академкнига»», 2004.-679 с.: ил. ISBN 5-94628-141-0.
5.2.2 Самсонов О.А., Солон В.Я. Технология азотной кислоты. Расчеты на
ЭВМ. Учебное пособие. Иваново, 1991.- 144 с.
5.2.3 Об утверждении Программы по развитию химической промышленности
Республики Казахстан на 2010 – 2014 годы. Постановление Правительства
Республики Казахстан от 30 сентября 2010 года № 1001. [Электрон. Ресурс].2010. – URL: http://city.tomsk.net/~amiak/htm (дата обращения: 12.11.2012).
5.2.4 Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С.
Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. – М., 1983. 432 с.
114
Редакция №1
УМКД 042-16-13.1.55
стр.из 59
/03-2013
5.2.5 Мельников Е.Я. Технология неорганических веществ и минеральных
удобрений. - М., 1983. - 432 с.
5.2.6 Краткий справочник физико-химических величин/С.-П.: «Иван
Федоров», 2003.
115