Важнейшие составляющие химического производства
Энергия.
Большинство процессов требует затраты энергии. В химическом производстве энергию также расходуют и на проведение вспомогательных операций: транспортировку сырья и готовой продукции, сжатие газов, контрольно-измерительное обслуживание и др. Химическая отрасль промышленности относится к одной из самых энергоемких. Средний расход электрической энергии на производство 1 т аммиака – 3200 кВт•ч.
Вода.
Особое место среди природных ресурсов занимает вода. Она играет важную роль и в химической отрасли промышленности. Будучи универсальным растворителем и одним из наиболее распространенных катализаторов, вода дает возможность осуществлять многие химические реакции с большей скоростью (в растворах или в присутствии ее следов). Кроме того, вода используется как теплоноситель из-за ее большой теплоемкости, доступности и безопасности в применении. Ею охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций. Водяным паром или горячей водой подогревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций или проведения эндотермических процессов.
Современные химические комбинаты расходуют миллионы кубических метров воды в сутки. Например, для получения 1 т аммиака требуется 1500 м3 воды. Поэтому химические предприятия строят рядом с водными источниками.
Задачу сокращения расхода воды химическими предприятиями решают в трех основных направлениях:
• широкое применение оборотного водоснабжения (вода, используемая в теплообменных аппаратах, охлаждается и снова поступает в теплообменные аппараты, и так повторяется многократно);
• замена водяного охлаждения воздушным;
• очистка сточных вод и их повторное использование.
Сырье.
Сырьем называют природный или искусственный материал, подлежащий дальнейшей переработке и используемый в промышленности для получения различных продуктов.
В связи с бурным развитием промышленности растет и объем потребления полезных ресурсов. Это приводит к тому, что многие сырьевые источники быстро истощаются, поэтому необходимо решать проблему бережного и рационального расходования сырья.
В производстве аммиака в качестве сырья используется природный газ метан (схема 2).
Схема 2
Сырье для синтеза аммиака
Исходную смесь газов берут в соотношении: 1 объем N2к 3 объемам Н2. Реагирующие газы тщательно очищают, затем подают в турбокомпрессор, где сжимают до 25–60 МПа, после чего смешивают с циркуляционным газом и направляют в колонну синтеза.
«Химический процесс»
Колонны синтеза бывают разной конструкции, на схеме (схема 3) представлена колонна, совмещающая в одном корпусе и катализаторную коробку, и теплообменник.
Схема 3