Общая химическая технология

развития НИУ - НГУ

Levenspiel
Department of Chemical Engineering
Oregon State University
Рекомендуемая литература

наука о способах и процессах производства продуктов (предметов потребления и

средств производства), осуществляемых с участием химических превращений, технически, экономически и социально целесообразным путем.

Химическая технология может быть такой

…и такой.

Химическая технология - не обязательно большие реакторы и значительные количества!

в стадию реальной коммерческой активности
Разработки биомедицинских устройств
Выходят на рынок MEMS

устройства
Нанотехнологии в стадии поиска выхода на рынок
«Продвинутые» материалы: полифункциональные материалы, проводящие полимеры, биоматериалы (например, инженерия органов) в процессе развития

“Традиционная” нефтяная и химическая промышленность являются сложившимися отраслями, активность разработчиков смещается в сторону растущих отраслей.

НГУ, 3 курс ФЕН

University
Boston, MА, 2001

синтеза
Глубокие знания в химии и математике
Логистика
Дизайн продукта
Способность руководить междисциплинарной командой
Гибкость,

способность адаптироваться

Экономика, рынок, экон анализ

НГУ, 3 курс ФЕН

Материало-ведение

затрагивается в данном курсе

новейших достижений фундаментальной и инженерной науки, инноваций

синтез заменен трехстадийным каталитическим.
На 20-40% сокращено потребление энергии.
Почти исключены отходы.
Сейчас

используется на заводе BASF в Техасе.

(основной и дополнительный)
Отходы
Энергия
Постоянные

Аппаратура
Устройства контроля и

управления
Строительные конструкции
Обслуживающий персонал

к переработке
В – разведанные, протестированные только в лаборатории
С – на

основе данных георазведки, частично протестированные

бытовых отходов в год
НГУ, 3 курс ФЕН

(Anastas, Warner, 1998):

Предотвращение
лучше не допустить отходы, чем уничтожать или очищать

от них. Пример: использование технологий без растворителей.
Экономия атомов
Синтетические методы должны быть подобраны так, чтобы обеспечить максимальное использование всего исходного материала при превращении в конечный продукт. Пример: восстановление карбоновых кислот в альдегиды на твердом катализаторе.
Безопасный синтез
Должны использоваться либо получаться вещества с как можно меньшей токсичностью для человека и окружающей среды. Пример: синтез адипиновой кислоты окислением циклогексена перекисью водорода.
Безопасные продукты
Продукты синтеза должны нести нужные свойства, при этом обладать минимальной токсичностью. Пример: новые, менее токсичные гербициды.

эффективность
Воздействие энергетики процесса на окружающую среду должно быть оценено и

минимизировано. Идеальный процесс – при комнатной температуре и атмосферном давлении. Пример: ферментативный синтез
Использование возобновляемых источников сырья
Пример: ПАВ из природных соединений (масел, аминокислот, сахаров)
Минимизировать использование производных
Постараться обойтись без блокирующих групп, стадий защиты\снятия, временные изменения процессов.

стехиометрических процессов.
Разработка разлагающегося продукта
Химические продукты разрабатываются так, чтобы после

выполнения своей функции разлагались на безвредные вещества и не накапливались в окружающей среде. Пример: биоразлагаемые полимеры
Анализ в реальном времени
Наблюдение и контроль должны проводиться в процессе производства, до возникновения опасных ситуаций\веществ. Пример: внедрение потоковых анализаторов сточных вод
Безопасный дизайн процесса для предотвращения аварий
Вещества или формы веществ в химическом процессе подбираются так, чтобы минимизирвать вероятность инцидентов, утечек, взрывов и возгораний. Пример: диметилкарбонат в качестве метилирующего агента более безопасен, чем диметилсульфат или галогениды.

фаз
Перегонка продукта
Регенерация растворителя
Выход 85-95%
4.5 кг воды на кг продукта
Гетерогенная
Цеолит –

регенерируемый катализатор
Без растворителя
Не нужна вода
----
Перегонка продукта
----
Выход >95% и выше чистота
0.035 кг воды на кг продукта

(кг)
Применяется как к процессу производства, так и к отмывке
Может разделяться

на органические отходы и водные
Меньше значение, меньше отходов

атомам = 100 x
Мол вес продукта С
Мол вес А +

мол вес В

А + В С + побочные продукты

Показывает, какое количество вещества из исходных остается в продукте
Не учитывает растворители, выход, избыток реагентов
Чем ближе к 100%, тем лучше

Эффективность по атомам (atom efficiency)

% Эффективность по атомам = Выход реакции (0 – 1) х % Экономичность по атомам

Может использоваться вместо выхода и экономичности по атомам
Пример: экономичность по атомам может быть 100% и выход 5%, что делает процесс не очень «зеленым»

углероду = 100 х
Масса углерода в продукте
Масса углерода в реагентах
ЭУ

= 100 х

Число молей С х число атомов углерода в С

(Число молей A х число атомов углерода в A) +

+ (Число молей В х число атомов углерода в В)

A + B C

Принимает во внимание выход и стехиометрию
Напрямую связан с подсчетом парниковых газов

RME)
RME = 100 x
Масса С (кг)
Масса А

(кг) + Масса В (кг)

= выход х

Мол. вес С

Мол. Вес А + (мол вес В х мольное отношение В/А)

Учитывает экономичность по атомам, выход, стехиометрию реагентов

4, 521-7
Выход 90%

Curzons at. al

42%
Экономичность по атомам = 120/138 = 87%

основного и тонкого синтеза. Компоненты химического производства. Сырье. Критерии оценки

химической технологии.

Элементы теории.
Реакторы.
Перемешивание, виды, практическая реализация.
Неоднородные системы, классификация, методы разделения.
Вязкость. Течение жидкостей.

Основной синтез.
Производство серы и серной кислоты. Параметры мирового и российского производства и потребления. Сырье. Технологии. Основные параметры процессов. Перспективы.
Производство аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений. Сырье. Технологии. Основные параметры процессов. Перспективы.
Нефтепереработка. Продукты, основные процессы. Параметры мирового и российского производства и потребления. Сырье. Технологии. Основные параметры процессов. Перспективы.

альтернативные технологии (в том числе на примере разработок институтов СО

РАН).
Новые среды (ионные и сверхкритические жидкости).
Новые физические реакционные условия (микрореакторы, микроволновой нагрев, электромагнитный нагрев, механохимия).
Новые подходы и работа с сырьем (растительное сырье, биопластики).
Композитные материалы.
Литий-ионные источники тока.

Стандартизация. Защита интеллектуальной собственности.