Тема 3. Основні компоненти сировини та готового продукту
Для виробництва хімічної продукції використовують (як вихідні матеріали) сировину, напівпродукти (напівфабрикати) і відходи виробництва.
Сировина – природні речовини, які використовують у виробництві промислових продуктів. Напівпродукти – це компоненти цілого ряду виробництв, які використовуються для промислової переробки. Відходи – побічні продукти, які не застосовуються на даному виробництві, але які можуть бути сировиною для виробництва інших хімічних продуктів. Вибір сировини визначає техніку і економіку виробництв хімічних продуктів. З розвитком науки і техніки всі нові види сировини долучаються до виробництва хімічних речовин, тобто відбувається розширення сировинної бази хімічної промисловості.
Види сировини, які використовуються в хімічній промисловості, є різноманітними. Сировину хімічної промисловості можна класифікувати: за її походженням – на мінеральну, рослинну і тваринну; за агрегатним станом – на тверду, рідку і газоподібну; за хімічним складом – на неорганічну і органічну.
Мінеральна сировина – це корисні копалини, що видобуваються з земних надр і які при даному рівні техніки можуть бути ефективно використані в народному господарстві. Звичайно, мінеральну сировину поділяють на такі три види: рудну, нерудну і горючу мінеральну.
Рудна сировина – цегірські породи, з яких можна економічно доцільно отримати метали. При переробці деяких видів рудної сировини (поряд з металами) отримують і інші хімічні продукти. Так, наприклад, одночасно з отриманням міді, цинку, нікелю виробляють сульфатну кислоту.
Нерудна сировина – гірські продукти, які використовуються у виробництві хімічних, будівельних та інших неметалевих матеріалів. До нерудної сировини відносяться породи, що містять сірку, фосфор-фосфорити, апатити, природні калійні солі, кухонна сіль, пісок, гравій, глина тощо. Зазначені види сировини використовуються для виробництва мінеральних добрив, солей, кислот, лугів, цементу, скла, кераміки тощо.
Горюча мінеральна сировина – вугілля, нафта, торф, горючі сланці, природний газ тощо, які є сировиною для отримання різноманітних продуктів.
Рослинна і тваринна сировина поділяється за своїм призначенням на харчову і технічну.
Харчова сировина – продукти сільського, лісового і рибного господарств, які використовуються для харчування (картопля, цукровий буряк, злакові культури, харчові жири тощо). Хімічна і інші галузі промисловості повинні споживати так звану технічну рослинну і тваринну сировину, яка непридатна для харчування і може бути перероблена в продукти чи матеріали господарського або промислового вжитку. До цього виду сировини відноситься бавовна, солома, льон, конопля, шкіра, вовна, хутро, китовий і трісковий жири тощо.
Окрім мінеральної, рослинної і тваринної сировини, для хімічної промисловості сировиною також слугує повітря і вода.
Повітря – практично невичерпне джерело азоту і кисню, які необхідні для отримання різноманітних продуктів – добрив, пластичних мас, волокон тощо.
Вода – є не тільки джерелом безпосереднього добування з неї водню чи кисню, але й бере участь в цілому ряді хімічних процесів, вступаючи при цьому в різні реакції. Так, вона використовується для виробництва сульфатної, нітратної і інших кислот, лугів тощо. Воду також застосовують для розчинення твердих, рідких і газоподібних речовин. У хімічних виробництвах воду застосовують для нагрівання і охолодження реагуючих речовин. Потреба у воді хімічних підприємств дуже велика і оцінюється мільйонами кубічних метрів за добу.
Використання сировини повинно здійснюватися раціонально. Поширення окремих хімічних елементів в земній корі є надзвичайно нерівномірним. Так, біля 50% маси земної кори складає Оксиген і 26% – Силіцій. Далі за розповсюдженням розміщуються – Алюміній (7,45%) і Ферум (4,2%). Дев’ять елементів (Оксиген, Силіцій, Алюміній, Ферум, Кальцій, Натрій, Магній, Калій, Гідроген) в сумі складають 98% маси земної кори і лише 2,0% маси земної кори припадає на всі інші елементи. Вміст в земній корі такого важливого для життя елементу, як Карбон, складає лише 0,35%, а вміст решти
76-и елементів, серед яких є такі, що широко застосовуються (Плюмбум, Меркурій, Арсен тощо) – 0,06%. В сучасних умовах традиційна хімічна промисловість використовує приблизно 80 хімічних елементів. Оскільки запаси окремих елементів невеликі, то актуальною є проблема раціонального використання природної сировини. Є такі шляхи вирішення поставленого завдання: розширення сировинної бази, комплексне використання сировинних матеріалів, застосування концентрованих сумішей вихідної сировини, заміна харчової сировини її нехарчовою різновидністю.
Розширення асортименту сировинних матеріалів та застосування дешевих речовин реалізується різними методами. Насамперед, використовують так звану місцеву сировину, яка не вимагає далекого транспортування. Також використовують відходи виробництв. Суттєвим є застосування сировини, яка легко видобувається.
Комплексне використання сировини–це використання всіх складових частин сировинних матеріалів для виробництва різноманітних продуктів та матеріалів. При комплексному використанні сировини немає відходів виробництва: все, що міститься у вихідній сировині, використовується. Прикладами комплексного використання сировини можуть бути переробка нафти, вугілля, природного газу, повітря, кухонної солі, сірчановмісних руд, фосфоритів і апатитів. При комплексному використанні природного газу для виробництва добрив є можливим одночасне супутнє виробництво каучуку, ацетатної кислоти, пластичних мас, хімічних волокон та інших продуктів.
Застосування концентрованої сировини– це застосування сировини, в якій є великий вміст (концентрація) тих чи інших речовин. Використання такої сировини здешевлює і спрощує її переробку, а також дозволяє отримувати продукт високої якості. Сировина, яка застосовується в хімічній промисловості, не завжди є концентрованою. Тому перед виробничим циклом її збагачують на так званих збагачувальних фабриках чи в процесі відповідної технологічної переробки.
Заміна харчової сировини нехарчовою важлива тому, що до останнього часу більшість хімічних продуктів і матеріалів вироблялись з харчової сировини і при цьому використовувались мільйони тонн зерна, картоплі, рослинного масла, тваринних жирів. Так, наприклад, для виробництва синтетичного каучуку є необхідним етиловий спирт, для отримання 1 тонни якого витрачалось близько 10-11 тонн картоплі чи 4 тонни зерна. Наведений приклад ефективно свідчить про доцільність заміни харчових сировинних компонентів відповідними нехарчовими речовинами. Так, наприклад, етиловий спирт, який необхідний для виробництва синтетичного каучуку, отримують з деревини, нафти і газів. В сучасних умовах рослинна і тваринна харчова сировина вже в основному витіснена синтетичними матеріалами.