Программа элективного курса по химии химия в промышленности

Вид материала

Программа

Содержание Научные принципы Составить структуру отраслей народного хозяйства, указав долю химических производств в каждой из них. Ход урока Ход урока Энергетика химической

Подобный материал:

• Календарный план курса химия для фпсиэстт в осеннем семестре 20010/2011 уч года Лекции, 47.59kb.
• Программа элективного курса по химии в 9 классе «Химия в опытах и задачах», 60.06kb.
• Программа   элективного курса Общая и неорганическая химия Составила Степкина, 67.19kb.
• Ульянова Галина Михайловна, учитель химии школы №167 санкт-петербург программа, 118.75kb.
• Рабочая программа элективного курса «Химия и охрана окружающей среды», 82.96kb.
• С. Б. Гунич Пояснительная записка Без знания прошлого нельзя предугадать будущего., 65.88kb.
• Программа элективного курса по химии для учащихся 10 класса название курса, 90.77kb.
• Программа элективного курса по химии «строение и свойства кислородсодержащих органических, 667.3kb.
• Программа элективного курса по выбору по химии «Химия космоса» (8 класс), 46.66kb.
• Н. В. Сборник элективных курсов Химия 9 класс изд. «Учитель» Волгоград «Здоровье, красота, 38.22kb.

химиче­ская промышленность. Поэтому темпы ее развития в нашей стране опережают темпы роста промышленного производства в целом.

ОБЩИЕ НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Научную основу химической промышленности составляет хи­мическая технология.

В буквальном смысле слово «технология» означает учение о мастерстве. Однако многие, и не случайно, понимают под техноло­гией последовательность производственных операций, позволяющих сырье превратить в целевой продукт. Некоторые вкладывают в термин «технология» еще более широкий смысл, отождествляя его с последовательностью (алгоритмом) действий в любой области.

Если же говорить о химической технологии, то наиболее емкое определение было дано Д. И. Менделеевым почти 100 лет назад: «Технология — учение о выгодных (т. е. поглощающих наи­менее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных продуктов в продукты, потребные для применения в жизни людей… Дело, например, химии изучать получение железа из его руд, а дело технологии изучить выгоднейшие для этого способы, выбрать из возможностей наиболее приемлемую по выгод­ности — к данным условиям времени и места...» (Брокгауз Ф. А., Ефрон И. А. Энциклопедический словарь.— С.-П., 1901.— Т. 33.— С. 132).

Обратите внимание, что главным является не просто полу­чение целевого продукта, чем мог бы довольствоваться химик-ис­следователь, а массовое получение продукта при минимальных затратах ресурсов труда, сырья, энергии, минимальных капиталь­ных вложениях и минимальном ущербе для человека и окружаю­щей природной среды.

В настоящее время под химической технологией мы понимаем важнейшую область знаний в практической - деятельности, которая охватывает вопросы управления процессами химической переработ­ки сырья в целевые продукты, выбранными на основании фундамен­тальных физико-химических закономерностей с учетом экономиче­ских и социальных факторов, ресурсообеспечения и необходимой безопасности производства. Длительное время считали, что основу химической технологии составляют сырье, энергия и аппаратура. В настоящее время выделяют по меньшей мере 10 элементов хими­ческой технологии. К ним относятся:

1) физикохимия процесса и поиски оптимальных физико-хими­ческих условий его осуществления;

2) сырье, основные и побочные продукты, отходы производства;

3) энергетика процесса, условия максимального полезного дейст­вия энергии;

4) аппаратура, среди которой наиболее важны химические ре­акторы, аппараты для осуществления химико-технологических про­цессов;

5) материалы аппаратуры и средства их защиты от коррозии, создание новых материалов;

6) аналитический контроль и управление процессом (включая автоматизацию и управление ЭВМ);

7) организация и охрана труда;

8) защита окружающей среды и создание экотехнологии, т. е. технологии, при использовании которой химическое производство не наносит ущерба окружающей среде;

9) экономика производства, включая капиталовложения, произ­води-

тельность труда и себестоимость продукции;

10) развитие принципиально новых химико-технологических про­цессов, в том числе с использованием экстремальных воздействий (космическая технология, радиационные, плазмохимические, крио-химические процессы).

В современных химических производствах широко используют­ся общие технологические принципы: непрерывность процесса, противоток, утилизация теплоты реакции (благодаря теплообмену), комплексное использование сырья и отходов производства.

Процессы бывают непрерывные, периодические и циркуляцион­ные. В непрерывных процессах исходное сырье непрерывно пода­ется в реакционный аппарат, а продукты химического взаимодей­ствия отводятся из аппарата. Принцип непрерывности ис­пользуется в производстве чугуна, при обжиге извести, в контактном способе производства серной кислоты, при синтезе аммиака и в произ­водстве водяного газа.

В периодическом (прерывном) процессе стадии смешивания реаги­рующих веществ, химического взаимодействия и выделения про­дуктов реакции, составляющие цикл, следуют друг за другом и периодически повторяются через определенные промежутки времени. В каждом цикле условия протекания реакции непрерывно изменя­ются, так как с течением времени концентрация исходных веществ уменьшается, что ведет к снижению скорости реакции, изменению температуры и т. д. Вследствие этого периодические процессы менее производительны. Их используют в производстве стали, кокса, многих органических красителей, взрывчатых веществ, соляной кислоты и других химических продуктов.

В современной химической промышленности стремятся (там, где это возможно) перейти от периодических к непрерывным способам производства. Например, периодический способ получения анилина путем восстановления нитробензола чугунной стружкой с соляной кислотой в настоящее время заменен непрерывным методом — ка­талитическим гидрированием нитробензола водородом.

Некоторые процессы производства осуществляются полунепре­рывным путем. Например, в коксохимическом производстве коксова­ние — периодический процесс, а переработка коксового газа — не­прерывный.

В циркуляционном (циклическом) процессе реакционная смесь, покидающая реактор, разделяется. Непрореагировавшие исходные смеси после обогащения реагентами снова направляют в аппарат. Применение циркуляционного принципа способствует бо­лее полному использованию сырья и позволяет значительно повы­сить производительность процесса.

В химической технологии осуществляются следующие принципы.

Принцип противотока. Противотоком называется противополож­но направленное движение взаимодействующих веществ.

Движение веществ в одном и том же направлении носит назва­ние прямотока.. Противоток применяют для реализации оптимальных условий массо- и теплообмена (проведение химических реакций, поглощение газов, растворение твердых тел, охлаждение продуктов реакции, нагревание исходных веществ и т. д.).

Принцип кипящего слоя, или псевдоожижения. Для образова­ния «кипящего слоя» или псевдоожижения, газообразные реагенты продувают через отверстия снизу аппарата, а находящиеся в нем твердые исходные вещества при этом как бы кипят, находясь все время во взвешенном состоянии. Этот принцип получил широкое распространение в химической промышленности для интенсифика­ции гетерогенных процессов, т. е. химического или физического взаимодействия веществ, находящихся в разных агрегатных состоя­ниях (обжиг пирита в производстве серной кислоты, каталити­ческий крекинг нефтепродуктов, сушка влажных материалов, сорбция из газовых смесей и растворов и т. д.).

Принцип утилизации теплоты реакции. Утилизация теплоты реакции,

т. е. использование выделяющейся при химических взаимо­действиях теплоты для подогрева исходного сырья или дальнейшей тепловой обработки образующихся продуктов, позволяет резко сни­жать производственные энергетические затраты. Например, в произ­водстве чугуна в домну подают воздух, нагретый за счет теплоты происходящих реакций.

Принцип использования производственных отходов (комплекс­ное использование сырья, безотходная технология). Превращение отходов в побочные продукты производства позволяет полнее исполь­зовать сырье, что в свою очередь снижает стоимость продукции и предотвращает загрязнение окружающей среды. Например, из поли­металлических сульфидных руд при комплексной переработке по­лучают цветные металлы, серу, серную кислоту и оксид железа (III) для выплавки чугуна. Комплексное использование сырья служит основой комбинирования предприятий. При этом возникают новые производства, перерабатывающие отходы основного предприятия, что дает высокий экономический эффект и является важнейшим эле­ментом химизации народного хозяйства.

Организация химического производства — процесс чрезвычайно трудоемкий. Необходимо решить много проблем, связанных с вы­бором сырья и способов его подготовки, определить оптимальные физико-химические параметры ведения химико-технологического процесса (температура, давление, применение катализатора и т. д.). Современное химическое предприятие характеризуется высокой степенью автоматизации.


3.Взаимоконтроль

Составить структуру отраслей народного хозяйства, указав долю химических производств в каждой из них.




1.Электролиз воды. 1.Легирование. 1.Стекло. 1.Кокс. 1.Лекарства

2.Плазмолиз воды. 2.Эпитаксия 2.Цемент. 2.Прямое 2.Антисептики

3.Газификация угля. 3.Материалы для кабелей 3.Лаки. восстановление Ме 3.Вата, бинты.

4.Энергия Солнца. и корпусов электроприб. 4. Краски. синтез - газом
















1.Топливо. 1.Сиропы, эссенции

2.Конструкционные 2.Виноделие, напитки

материалы. 3. Шоколад, конфеты







1.Переработка ядерного 1.Минеральные удобрения. 1.Синтетические каучуки, 1.Топливо.

топлива. 2.Фунгициды и инсектициды волокна, ткани. 2.Масла и смазки.

2.Теплоносители. 3. Кормовой синтет. белок 2.Парфюмерия, красители, бумага. 3.Автом. камеры.


4. Итоги занятия

Д/з записи в тетрадях.

Урок 2.


Тема: Сырье в химической промышленности.


Цель: -изучить классификацию сырья, основные способы добычи и переработки сырья;

- развивать умение логически излагать свои мысли, сравнивать, анализировать и делать выводы по изученной теме.


Ход урока:

1. Начало занятия. Сообщения задач.


2.Предъявление нового материала.


Лекция- беседа

Любое химическое производство начинается с сырья, которое по происхождению может быть минеральным, растительным или жи­вотным. В химической промышленности чаще всего используется минеральное сырье, т. е. добываемые из земных недр природные минералы. Минеральное сырье делится на рудное, нерудное и го­рючее.

Рудное сырье, или руда, служит для получения металлов. На­пример, руды железа, марганца, титана состоят главным образом из сульфидов и оксидов соответствующих металлов.

Нерудное минеральное сырье — это горные породы или минера­лы, являющиеся источником получения неметаллических химиче­ских продуктов. К нему относят апатит, фосфорит, гипс, известняк, слюду, хлорид натрия и др.

Горючее минеральное сырье — ископаемые, которые могут слу­жить в качестве топлива (каменные и бурые угли, нефть, природ­ный газ и т. п.). Этот вид сырья иногда называют органическим, так как оно имеет органическое происхождение. В последние годы органическое сырье все чаще используют не в качестве топлива, а как сырье для химической промышленности.

В качестве основной особенности, характеризующей сырье, сле­дует указать на огромные масштабы его добычи и переработки. В настоящее время в мире ежегодно извлекается и перерабаты­вается 10" т, т. е. 100 млрд. т горных пород, а ведь в качестве сырья, подвергаемого химическому переделу, используются не толь­ко горные породы. Чтобы представить себе масштаб этого рода че­ловеческой деятельности, достаточно простейшего расчета: на каж­дого человека, включая младенцев и стариков, ежедневно прихо­дится 100 кг извлеченных горных пород. Учитывая, что масштаб производств в последние десятилетия значительно возрос, а само производство как в нашей стране, так и за рубежом в целом разви­валось по экстенсивной схеме, возникла серьезная проблема исто­щения естественных источников сырья. Как видно из цветного ри­сунка I, при сохранении нынешних темпов потребления нефть, газ, уран-235, легкие цветные металлы (исключая алюминий) мо­гут быть исчерпаны к середине следующего столетия.

Проблема сырья существенно усугубляется тем обстоятельст­вом, что сами природные ископаемые распределены в мире исклю­чительно неравномерно. Почти 95% мировых угольных запасов со­средоточены в недрах стран Северного полушария, в том числе 63% — в Азии, 26% — в Северной Америке и около 6% — в Ев­ропе. Аналогичная или еще более контрастная неравномерность распределения в литосфере характерна месторождениям нефти и газа, фосфатов и бокситов и др. Значительная часть мировых за­пасов многих важнейших видов минерального сырья сосредоточена в недрах развивающихся стран. Их удельный вес в суммарных достоверных и вероятных запасах капиталистических и развиваю­щихся стран составляет: нефть — почти 90%, природный газ — около 70%, бокситы — 74%, олово — 87%, кобальт — 90%, медь — более 65%, фосфориты — 75%, никель, сурьма и апатиты — 60%.

Экономика России почти полностью развивается на базе отечественного сырья. Наша страна занимает одно из первых мест в мире по запасам железа, марганца, хрома, свинца, платины, зо­лота, меди, цинка, никеля, титана, кобальта и оказывает существен­ную помощь странам СЭВ, обеспечивая их каменным углем, при­родным газом, нефтью, железной рудой.

Однако минеральные богатства недр России также не безгранич­ны. Как и во всех странах мира, условия эксплуатации месторож­дений минерального сырья с каждым десятилетием, даже с каждым годом становятся все более сложными и требуют непрерывно воз­растающих затрат.


Итак, в условиях все возрастающего дефицита сырья необходим поиск новых резервов. К ним относятся:

1) разработка новых источников и методов извлечения сырья в литосфере, гидросфере и атмосфере;

2) разработка новых эффективных методов рециркуляции, т. е. многократного использования металлов и других видов сырья;

3) разработка новых технологий, способных работать на новом сырье или с меньшими затратами ресурсов;

4) использование альтернативных материалов.

Неиссякаемыми источниками сырья являются промышленные и бытовые отходы, так называемое вторичное сырье. Достаточно сказать, что в России и за рубежом в отвалах и хвостохранилищах размещается

1,6 х10¹² м³ горных пород и отходов переработки по­лезных ископаемых, и на каждого человека в год образуется 400 кг бытовых отходов. Металлы в виде вторичного сырья (так называемо­го скрапа) используют уже сейчас довольно широко: около половины мирового производства стали базируется на скрапе. Он же покры­вает от 20 до 60% потребности в важнейших металлах.

До поступления на химическое производство минеральное сырье, как правило, подвергается предварительной обработке, после кото­рой его состав и свойства удовлетворяли бы требованиям данного технологического процесса. Такая обработка состоит из совокуп­ности механических, химических и физико-химических операций: измельчение, укрупнение, обезвоживание, обогащение или флота­ция. Флотация основана на различной смачиваемости водой полез­ных компонентов и пустой породы минерального сырья. Например, флотацией полиметаллических сульфидных руд получают концент­раты, отделяя при этом пустую породу.


3. Взаимоконтроль

Составить тест по изученной теме.

Примерный тест

1. Рудное сырье, или руда, служит для получения

1. неметаллов;
   
2. металлов;
   
3. металлов и неметаллов.
   

2.Нерудное минеральное сырье является источником получения

1. неметаллических химиче­ских продуктов;
   
2. металлических химических продуктов;
   
3. металлических и неметаллических продуктов.
   

3. Горючее минеральное сырье слу­жить в качестве

1. получения электроэнергии;
   
2. конструктивных материалов;
   
3. топлива.
   

4. Неиссякаемыми источниками сырья является

1. вторичное сырье;
   
2. первичное сырье;
   
3. не то и не другое
   

5. До поступления на химическое производство минеральное сырье подвергается предварительной обработке. Она состоит из совокуп­ности

1. механических;
   
2. химических;
   
3. физико-химических операций;
   
4. всех перечисленных выше операций.
   

4. Итоги занятия

Д/з записи в тетрадях


Урок 3.

Тема: Энергетика в химической промышленности.


Цель: изучить источники энергии для осуществления химико -технологических процессов; понятие топлива и его классификацию; принципы развития топливной энергетики в России;

- развивать умение логически излагать свои мысли, сравнивать, анализировать и делать выводы по изученной теме .


Ход урока:

1. Начало занятия. Сообщения задач


2.Предъявление нового материала.

Лекция- беседа

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Химическая промышленность — самая энергоемкая отрасль на­родного хозяйства. В таблице 1 показано, какое количество энер­гии необходимо затратить на получение тонны продукта (алюми­ния, стали, цемента, нефти, бумаги).