Химическая технология

Хими́ческая технология — наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства. Процессы химической технологии включают химическую переработку сырья, основанную на сложных по своей природе химических и физико-химических явлениях.

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.

ИсторияПравить

История химической технологии неотделима от истории развития химической промышленности. Вначале химическая технология, возникшая с появлением первых химических промыслов, была чисто описательным разделом прикладной химии.

Возникновение в Европе мануфактур и промыслов по получению основных химических продуктов следует отнести к XV в, когда стали появляться мелкие специализированные производства кислот, щелочей и солей, различных фармацевтических препаратов и некоторых органических веществ. В России собственно химическими производствами, получившими развитие в конце XVI — начале XVII в., было изготовление красок, селитры, порохов, а также получение соды и серной кислоты. Во второй половине XVIII в началось выделение технологии в специальную отрасль знаний, закладывались основы химической технологии как науки и учебной дисциплины. Впервые в этом понимании термин «технология» был употреблен в 1772 г. профессором Гёттингенского университета И. Бекманом, который издал и первые комплексные труды, освещающие технику многих химических производств и явившиеся одновременно первым учебником по химической технологии. В 1795 г. в Германии появился двухтомный курс И. Ф. Гмелина «Руководство по технической химии» изданный в 1803 г. в русском переводе В. М. Севергина под названием «Химические основания ремесел и заводов».

Химическая технология в конце XVIII в. стала обязательной учебной дисциплиной в университетах, в высших технических учебных заведениях стран Европы, в училищах коммерческого и технического профиля в России. В 1803 г. в Российской Академии наук была учреждена кафедра химической технологии. С 1804 г. в Санкт-Петербурге стал издаваться «Технологический журнал, или собрание сочинений, относящихся до технологии». В эти же годы начинается и преподавание химической технологии в высших учебных заведениях России. Профессор Московского университета И. А Двигубский, издавший в 1807— 1808 гг. первый русский учебник по химической технологии «Начальные основания технологии, или краткое показание работ на заводах и фабриках производимых», пишет в предисловии к этой книге: «В наше время во всех почти хорошо учрежденных училищах преподают технологию, или науку о ремеслах, заводах и фабриках, чтобы посвятившие себя наукам, обозрев вместе и весь круг технологии, могли теоретическими своими знаниями способствовать распространению и усовершенствованию ремесел, заводов и фабрик, необходимых к умножению общественного достояния». В 1828 г. профессором Ф. А. Денисовым был издан учебник «Пространное руководство к общей технологии, или к познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в разных технических искусствах». Этот учебник явился прообразом современных курсов общей химической технологии, а также процессов и аппаратов химической технологии. В нём сделана попытка не просто описать существующие химические производства, но и выделить типовые процессы технологии. Крупный вклад в развитие химической технологии как самостоятельной научной дисциплины внёс профессор П. А. Ильенков, издавший в 1851 г. «Курс химической технологии» — своего рода энциклопедию всех существовавших к тому времени крупных химических производств. Появление в XIX в. в странах Западной Европы и в России большого числа учебников, руководств и научных исследований по химической технологии способствовало быстрому росту химического производства и вместе с тем развитию научных основ химической технологии. Можно назвать лишь некоторые крупные события в истории развития химической промышленности:

В 1748 г. в Бирмингеме (Англия) был построен первый небольшой завод по производству серной кислоты в свинцовых камерах (начало камерного способа).

В 1805—1810 гг. камерное производство серной кислоты получило широкое развитие в Англии и во Франции.

В 1804 г. начал работать первый сернокислотный завод в России, в 1820 г. — в Германии.

В 1787—1789 гг. Н. Леблан разработал первый промышленный способ получения соды. В связи с большим спросом на соду со стороны стекольного производства, производства едкого натра и других отраслей промышленности способ Леблана получил очень широкое распространение (первый большой содовый завод по способу Леблана построен в Англии в 1823 г.).

В 1861 г. был разработан аммиачный метод получения соды (метод Сольве).

Во второй половине XIX в. широко развиваются исследования в области катализа, позволившие осуществить в промышленном масштабе многие химические процессы. Так, в 70-х годах XIX в. был разработан контактный метод получения серной кислоты, а в 1886 г. организовано её промышленное производство по этому методу. Внедрение гетерогенного катализа в органический синтез знаменовало начало нового периода в истории органической химии. В первые десятилетия XX в. широкое развитие получили синтезы на основе углеводородов и оксида углерода. Работы в области гетерогенного катализа дали возможность осуществить С. В. Лебедеву промышленный синтез каучука.

Большое значение для решения актуальных задач химической технологии имели теоретические и экспериментальные исследования в области химической термодинамики. Большинство из них имело чёткую технологическую направленность. Среди этих работ необходимо отметить труды Ле Шателье, Нернста и Габера, посвящённые синтезу аммиака из азота и водорода. Создание в 1912 г . промышленной установки синтеза аммиака под давлением знаменовало собой революцию в развитии химической промышленности, положило начало промышленным химическим процессам с применением высокого давления. В середине XIX столетия после широкого развития работ Ю. Либиха в области агрохимии появилась новая отрасль химической промышленности — производство минеральных удобрений, без разумного применения которых в наше время невозможно было бы решать задачи обеспечения населения Земли продовольствием. Технологическим приложением теоретических работ в области цепных реакций в 30—50-е годы XX в. (Н. Н. Семенов и др.) явилась детальная разработка процессов синтеза полиэтилена высокого давления, полистирола, поливинилхлорида и др. Производство пластических масс, синтетических смол и искусственных волокон открыло новую эру в получении материалов с заданными свойствами.

В создание отечественной химической промышленности и развитие технологических наук внесли вклад многие русские и советские учёные и инженеры . Трудно переоценить роль ряда крупнейших учёных дореволюционной России прежде всего М. В. Ломоносова (1711—1765) и Д. И. Менделеева (1834—1907), а также Н. Н. Зинина (1812—1880), А. М. Бутлерова (1828—1886), А. К. Крупского (1845—1911), В. В. Марковникова (1838—1904), И. И. Андреева (1880 —1919) и многих других. В конце 1917 г. был организован химический отдел при ВСНХ (Высшем Совете Народного Хозяйства), руководителем которого был назначен талантливый инженер-химик Л. Я. Карпов (1879—1920). В 1920—1932 гг. в СССР было построено несколько крупных предприятий по производству аммиака, азотных, калийных и фосфорных удобрении, химических волокон и т.д. В 1920 г. был создан Московский технологический институт (МТИ) им. Д. И Менделеева, состоявший из химического и механического отделений. Механическое отделение готовило механиков для химической промышленности и, что особенно важно, для заводов химического машиностроения. В 1930 г. в СССР была проведена реорганизация высшего технического образования, в результате которой в Москве и Ленинграде образовались на базе химических и технологических факультетов ряда высших учебных заведений единые химикотехнологические институты. В 1931 г. они были расформированы. При этом на базе Единого Московского химико-технологического института возникли МХТИ им. Д. И. Менделеева, Московский институт химического машиностроения (МИХМ), Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова (МИТХТ), Военная химическая академия и химический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Существенный вклад в развитие химической технологии, создание химической промышленности и химического машиностроения, подготовку кадров для этих отраслей внесли видные учёные такие, как И А. Каблуков, Н. Д. Зелинский. Н. Н. Ворожцов, С. И. Вольфкович, И. А. Тищенко, Н. Ф. Юшкевич, А. Г. Касаткин, А. Н. Плановский, П. М. Лукьянов, Н. М. Жаворонков, Г. К. Боресков, М. М. Дубинин, Н. М. Эмануэль, В. А. Легасов, В В. Кафаров, П. Г. Романков и многие другие.

Основные процессыПравить

Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять основных групп:

гидромеханические;
тепловые;
массообменные (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.)

Химические производстваПравить

ХимизацияПравить

Сырьевые ресурсыПравить

Топливно-энергетическая базаПравить

Охрана природы и безопасность химических производствПравить

Проектирование, управление и контроль химико-технологических систем (ХТС) и производств.Править

Тенденции развития химической технологииПравить

Основные направления развития процессов химической технологии

- повышение одновременно эффективности и экологичности производства;

- развитие биохимической и ферментативной технологий;

- связанное с предыдущим пунктом развитие технологий с неньютоновскими жидкостями и жёсткими ограничениями на температурные режимы;

- широкое применение методов математического моделирования при проектировании химических производств.

ЛитератураПравить

Закгейм А. Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов (учебное пособие). — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Логос, 2010. — 304 с. — (Новая университетская библиотека). — ISBN 978-5-98704-497-1.
Химическая энциклопедия. НИ «Большая российская энциклопедия», М., 1998
Кузнецов В.И., Зайцева З.А. Химия и химическая технология. Эволюция взаимосвязей. М.: Наука, 1984. - 295 с.
Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. - М.: Высшая школа, 1990. - 520с.
Основы химической технологии. Под ред. И. П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.
Позин М. Е., Зинюк Р. Ю. Физико-химические основы неорганической технологии. - Спб: Химия, 1993.
Рахмилевич 3.3.,Радзин И. М., Фарамазов С. А. Справочник механика химических и нефтехимических производств, М.: Химия, 1985. - 592 с.
Справочник азотчика. под редакцией Мельникова Е.Я. 2-е изд., М.: Химия, 1987. - 464 с.
Справочник инженера-химика. Пер. с англ., 6-е изд., под ред. Р. Перри, кн. 1-4, M., 1991.
Справочник нефтепереработчика. Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко и М.Г. Рудина. Л.: Химия, 1986. - 648 с.
Справочник нефтехимика. Т. 1 — 2, Л., 1978.