124707 (Учение о химическом производстве)

_{Прикладная} химия

Учение о химическом производстве, основные задачи, решаемые химической технологией, характеристика важнейших химических производств и аппаратов. Современные требования к химическим производствам экономического, структурного и экологического характера, проблема техники безопасности, химизация экономики и социально-бытовой сферы общества. Химия и энергетика. Химия и новые материалы. Химия и биорегуляция. Химия и создание продуктов питания. Проблема направленного синтеза практически важных продуктов.

Прикладная химия - это раздел науки, изучающий основные области применения химии в народном хозяйстве и с применением продуктов конкретных химических и биохимических производств.

Целью изучаемой дисциплины является подготовка высококвалифицированных учителей химии, способных освещать в школьном курсе, в том числе в условиях профильного обучения вопросы химической и биологической технологии на уровне современного состояния науки и промышленности.

Задачи изучаемой дисциплины:

сформировать представление об основных направлениях и тенденциях химизации в мире и в нашей стране.

изучить проблемы энергетики и основные направления использования традиционного топлива и перспективных источников энергии.

рассмотреть направления решения проблемы создания материалов с заданными свойствами.

показать социальные, экологические и научные проблемы использования удобрений и пестицидов, основные направления использования достижений химии в сельском хозяйстве.

рассмотреть основные средства бытовой химии (синтетические моющие средства, чистящие и отбеливающие вещества, краски, средства гигиены) и правила безопасного обращения с ними.

познакомить студентов с химической сущностью процессов, происходящих при кулинарной обработке пищевых продуктов и правилами рациональной кулинарной обработки продуктов.

рассмотреть, в каких темах школьного курса, и в каком объеме изучаются вопросы прикладной химии.

Междисциплинарный характер.

неорганическая, органическая, физическая химия виды энергоресурсов, Процессы окисления

органическая химия: Состав горючих полезных ископаемых

неорганическая химия: Водород как топливо

биология, биохимия: Фотолиз воды, Жиры, белки, углеводы, превращение веществ в организме, витамины

неорганическая химия, физика: Ядерное топливо

общая и физическая химия: Химические источники тока, Защитные покрытия

химия окружающей среды: Проблемы энергетики

физическая и коллоидная химия: ПАВ

Химическая промышленность объединяет множество специализированных отраслей, разнородных по сырью и назначению выпускаемой продукции, но сходных по технологии производства.

В состав современной химической промышленности России входят следующие отрасли и подотрасли.

Отрасли химической промышленности:

горно-химическая (добыча и обогащение химического минерального сырья - фосфоритов, апатитов, калийных и поваренных солей, серного колчедана);

основная (неорганическая) химия (производство неорганических кислот, минеральных солей, щелочей, удобрений, химических кормовых средств, хлора, аммиака, кальцинированной и каустической соды);

органическая химия:

производство синтетических красителей (выработка органических красителей, полупродуктов, синтетических дубителей);

производство синтетических смол и пластических масс;

производство искусственных и синтетических волокон и нитей;

производство химических реактивов, особо чистых веществ и катализаторов;

фотохимическая (производство фотокинопленки, магнитных лент и других фотоматериалов);

лакокрасочная (получение белил, красок, лаков, эмалей, нитроэмалей и т.п.);

химико-фармацевтическая (производство лекарственных веществ и препаратов);

производство химических средств защиты растений;

7. производство товаров бытовой химии;

производство пластмассовых изделий, стекловолокнистых материалов, стеклопластиков и изделий из них.

8. микробиологическая отрасль.

Отрасли нефтехимической промышленности:

производство синтетического каучука;

производство продуктов основного органического синтеза, включая нефтепродукты и технический углерод;

резиноасбестовая (производство резинотехнических, асбестовых изделий).

Кроме того, на базе отходящих газов и побочных продуктов определенная часть химической продукции вырабатывается в коксохимической промышленности, цветной металлургии, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей (лесохимия) и других отраслях. По технологическому признаку к химической промышленности можно отнести производство цемента и других вяжущих, керамики, фарфора, стекла, ряда продуктов пищевой, а также микробиологической промышленности (белково-витаминные концентраты, аминокислоты, витамины, антибиотики и др.).

Предмет и задачи прикладной химии

Учение о химическом производстве. Современное химическое производство представляет собой многотоннажное специализированное производство, основанное на достижениях науки и техники. Научной основой химического производства является химическая технология. Химическая технология - это отрасль химической науки, изучающая вещества и процессы их превращений в ходе химического производства.

Роль химии в обществе. Учение об устойчивом развитии общества. Производство конкурентоспособных техники и товаров невозможно без использования химических материалов и технологий. Они являются основными факторами, обеспечивающими прогресс таких ключевых отраслей производства как электротехника, электроника, авиа - и ракетостроение, связь. Состояние химической отрасли промышленности имеет первостепенное значение для народного хозяйства в целом.

Химизация - один из аспектов прикладной химии. Сущность химизации экономики и социально-бытовой сферы. Основные понятия (химизация, экономическая эффективность химизации, химикоемкость, химическая продукция и ее классификация). Условия осуществления химизации. Научно-технический прогресс (взаимосвязанное поступательное развитие науки и техники) в химической промышленности отличают следующие направления: совершенствование средств труда, изменение существующих и создание новых технологий, улучшение использования сырья, всесторонняя автоматизация химического производства. Важнейшим результатом НТП в химической промышленности стало широкое внедрение ее достижений во все сферы народного хозяйства - эффективная его химизация. Химизацией народного хозяйства называется процесс внедрения методов химической технологии, химического сырья и химических материалов и изделий из них в материальное производство. Целью химизации народного хозяйства является интенсификация и повышение эффективности производства, а в непроизводственной сфере улучшение условий труда и качества обслуживания. Количественной оценкой уровня химизации соответствующей отрасли служит "коэффициент химикоемкости" Кх:

Кх = Мхим / Мхим +Мнехим,

где: Мхим и Мнехим - стоимость продукции, произведенной, соответственно, с использованием химических методов и материалов и без них. Максимальное значение Кх имеет на транспорте и в связи, что обусловлено широким использованием в этих отраслях синтетических полимерных метериалов.

Химическая промышленность подразделяется на отрасли широкой специализации (горная химия, основная химия, производства органического синтеза и т.д.) и отрасли узкой специализации (производство минеральных удобрений, пластмасс, синтетических каучуков, красителей и т.д.). Продукция химической промышленности по принятой в стране классификации сгруппирована в 7 классов:

1) продукты неорганического синтеза,

2) полимерный материалы (синтетические каучуки, пластмассы, химические волокна),

3) лакокрасочные материалы,

4) синтетические красители и полупродукты,

5) продукты органического синтеза (нефте-, коксо - и лесохимия),

6) химические реактивы и чистые вещества,

7) химико-фармацевтические препараты.

История вопроса. Химическая технология - научная дисциплина, которая сформировалась в ее современном виде к середине XX столетия. Теоретические основы науки создавались параллельно в России и за рубежом. В 1803 году в Российской АН была впервые создана кафедра химической технологии. В 1808 году выходит в свет учебник И.А. Двигубского "Начальные основания технологии или краткое показание работ на заводах и фабриках производимых". Научные основы химической технологии закладываются позже в работах крупнейших ученых-химиков: Д.И. Менделеева, Н.Н. Зинина, Н.Д. Зелинского, И.Н. Каблукова и других. В стране организуется сеть научных учреждений, в которых разрабатывалась теория химико-технологических процессов конкретных производств.

Основные направления химизации в различных регионах мира. С химизацией народного хозяйства РФ в настоящее время тесно связана проблема конверсии оборонного производства. Она вытекает из необходимости перестройки всей промышленности, в которой удельный вес продукции для нужд военно-промышленного комплекса и сосредоточившего высококвалифицированные научно-технические кадры, достигает 80-90%. Перевод значительной части оборонного потенциала на производство гражданской продукции, в том числе и химического назначения.

Основные задачи, решаемые химической технологией. Между задачами, целями и содержанием теоретической химии и химической технологии существуют принципиальные различия, вызванные спецификой объекта изучения - производственного процесса, что накладывает ряд дополнительных условий и на сам метод изучения. Технология - это наука о наиболее экономических методах и средствах массовой переработки сырых природных веществ в продукты потребления и промежуточные продукты. В химическом производстве собственно химическим превращениям сопутствуют разнообразные физические, физико-химические и механические процессы.

Проблемы химизации: научные, производственные, финансовые, этические и нравственные, социальные и экологические. Химия и хемофобия. Международное сотрудничество в области прикладной химии (КЭМРОН и подобные организации). Все возрастающие масштабы научной и производственной деятельности человека, его воздействие на окружающую среду, влияют не только на материальное производство, но и на все стороны жизни общества. В эпоху НТП важное значение приобретает проблема этики науки, то есть те моральные нормы, которые регулируют взаимоотношения между деятельностью ученого и социально-этическими правилами. Нарушение этических норм может иметь глобальные последствия в виде ухудшения среды обитания, разрушения природных экологических систем, изменения генофонда населения.

На сегодня только в химической промышленности ежегодно производится около тысячи новых химических веществ и соединений при 800 тыс. находящихся в обращении на мировом рынке и 7 млн. известных соединении, в том числе особо опасных веществ, объем производства которых соответствует сотням триллионов летальных доз. Проявление тенденции к росту интенсивности опасных технологических аварий и катастроф, накоплению вредных и токсических отходов при увеличении численности и концентрации народонаселения и материальных богатств на сравнительно ограниченных территориях обусловливает рост масштабов ущерба и потерь. Масштабы техногенной опасности становятся соизмеримыми с масштабами стихийных бедствий. Только количество крупномасштабных технологических катастроф за два последних десятилетия в мире выросло в три раза, преждевременная смертность возросла на 15-25?, а ущерб от них и высоко токсичных техногенных загрязнении даже в такой развитой стране, как США, превышает 7? ее валового продукта. Свыше 10 млн. человек официально являются экологическими беженцами, не считая нашей страны. Вce это свидетельствует о необходимости координации усилий в обеспечении промышленной безопасности как на национальном, так и мировом уровне, об актуальности изучения данной дисциплины.

В общемировой практике обеспечение промышленной безопасности осуществляется путем а) снижения вероятности реализации поражающего потенциала современных технологических объектов и производств (учетом известных промышленных аварий, происшедших в мире в последнее десятилетие, выработаны законы, принципы и рекомендации по безопасности общества от промышленных аварий и катастроф, включенные в законодательства промышленно развитых стран);

б) подготовки к эффективным действиям и их реализации в условиях природных катастроф и чрезвычайных ситуаций (ЧС) экологического и технического характера, обеспечивающих минимум риска, социально-экономического ущерба и людских потерь. Ряд крупномасштабных аварий и катастроф в Мексике, США, СССР и др. привел к колоссальному ущербу и негативным последствиям, вовлечению в возникшие ЧС населения, окружающей среды, экономических структур.

Решение задач первого направления связано с изучением условий проведения технологического процесса и выявление критических значений параметров, выход за которые может привести к возникновению и развитию аварийных ситуаций с последующим возможным переходом к чрезвычайной ситуации.

Решение задач второго направления исследований связано с оптимизацией трудовых, материальных и финансовых ресурсов при предупреждении причин, локализации исключения возможностей развития крупных технологических аварий и катастроф и смягчения или минимизации их негативных последствий.

На сегодня в США, Японии, Канаде и странах Западной Европы создана международная система подготовки к ЧС технологического характера, обеспечивающая уведомление населения конкретных регионов о потенциальной опасности существующих там промышленных объектов, учитывающая мнение населения (а не только заинтересованных министерств, фирм и ведомств) при принятии разнообразных стратегических и тактических решений. Основой формирования планов действий и подготовки населения к ЧС в этой системе являются сценарии возникновения и развития возможных аварий на промышленных объектах.

Основой планов ликвидации аварий в нашей стране долгое время являлись, главным образом, различного вида нормативы и рекомендации общего характера, слабо учитывающие специфику опасностей для конкретных регионов, характер негативного влияния отдельных промышленных предприятий на экологию и экспозицию населения при реальном развитии аварийных ситуаций. Принятие Россией закона по безопасности промышленности и населения, учитывающего риск возникновения природных и техногенных катастроф, изменило ситуацию, привело к эффективным разработкам, связанным с обеспечением как безопасности и живучести функционирования сложных технических систем, так и с защитой жизни и здоровья населения, экономики и окружающей среды.

Ныне в качестве нормативно-правовой базы можно указать: