Екологічні проблеми хімічної промисловості (стр. 3 из 3)
Рейтинг країн по ІЕС ґрунтується на порівняльному аналізі індикаторів для різних країн і дає узагальнену оцінку ситуації в них. З 122 країн, включених у рейтинг, Україна виявилася на 110 місці.
Ефективність хімічного виробництва визначається економічними показниками, і її підвищення досягається зниженням витрат сировини і матеріалів, енергії, капітальних вкладень, підвищенням продуктивності праці і зниженням кількості відходів. Основна частка витрат при виробництві хімічної продукції приходиться на сировину (до 70%) і енергію (до 40%). Зниження їхньої витрати на одиницю продукції дає найбільший економічний і екологічний ефект. Кардинальний шлях зниження цих витрат складається у використанні нових реакцій і каталітичних процесів, що дозволяють одержувати з дешевої сировини тільки необхідні продукти без відходів, у м'яких умовах, з мінімальними витратами енергії і високою продуктивністю.
Ключ до мінімізації відходів - селективність, стандартна оцінка того, наскільки ефективно проведений синтез. Якщо синтез виконаний акуратно (без "механічних утрат"), а селективність невеличка, то це можна віднести на рахунок "неелегантної хімії" процесу що характеризують низькою "атомною селективністю".
Атомна селективність - це відношення молекулярної маси цільового продукту на суму молекулярних мас усіх речовин, що входять у стехіометричне рівняння (з обліком стехіометрічних коефіцієнтів).
Візьмемо як ілюстрацію виробництво оксиду етилену. Класичний хлоргідринний спосіб має 25%-ну атомну селективність і скоріше нагадує виробництво хлориду кальцію, у якому окис етилену - побічний продукт. Навіть якщо хімічний вихід дорівнює 100%, у цьому процесі утвориться 3 кг відходів на 1 кг оксиду етилену.
СН2 =СН2 + Cl2 + Н2O
ClCН2CН2OH + HClClCН2CН2OH + Ca(OH)2
+ CaCl2 + 2H2O | СН2 =СН2 + Cl2 + Ca(OH)2 | | C2H4O+ | CaCL2 | +2H2O |
| Мол. маса | 44 | 111 | 18 | |
| Атомна селективність | = | 44.173 | = | 25% |
А в сучасному нафтохімічному процесі оксид етилену одержують за допомогою каталізаторів в одну стадію і з 100%-ний атомної селективністю.
СН2 =СН2 + 1/2 O2
Атомна селективність=100 %
Додаткового зниження витрат на производство хімічної продукції досягають оптимізацією процесів на всіх технологічних стадіях. Найбільший економічний ефект дає оптимізація стадії хімічного перетворення (реакційного вузла) і зв'язаної з нею стадії поділу реакційної суміші і виділення продуктів реакції.
Прикладом є виробництво метилацетату, що використовується у великій кількості для одержання поліефірів та пластиків. Високо чистий метилацетат одержують на основі реакції етерифікації оцтової кислоти з метанолом. Проведення реакції обтяжено рівноважними обмеженнями та нявністю азеотропів між метилацетатом та метанолом та між метилацетатом і водою. Традиційна схема розділення потребує 8 дистиляційних колонн, 1 рідинного екстрактору та 1 відстійника для руйнування азеотропів, що містить реакційна суміш. Цей процес потребує великих капіталовкладень, великих енерговитрат, та значної кількості розчинників. В 1983р. на заводі "Істмен Кемікел" (США) ця схема була замінена принципово новою установкою каталітичної дистиляції, де високо чистий метилацетат одержують в 1 колонні – додаткові стадії очистки не потрібні, окрім того стало можливим проводити реакцію до високого ступіня конверсії. Це відбувається за рахунок того, що в клонні каталітичної дистиляції з рідиннофазної реакційної суміші може випарю ватися метилацетат, збільшуя таким чином конверсію. Описаний процес економічне, потребує тільки одну п’яту капіталовкладень традиційного процесу і споживає тільки одну п’яту енергії.
Найважливішими характеристиками роботи промислового хімічного реактора є питома продуктивність (кількість цільового продукту, що утвориться в одиницю часу в одиниця об'єму реактора) і селективность (частка перетвореної сировини, використаного на утворення цільового продукту). Для досягнення найкращих економічних результатів необхідно домагатися, можливо, більш високих значень цих показників. Вони залежать від умов роботи хімічного реактора (параметрів процесу), до яких відносяться температура, тиск, початкові концентрації реагентів, ступінь їхнього перетворення (ступінь конверсії). Істотне значення має також тип реактора.
Характер впливу параметрів процесу на його результат залежить від особливостей кожної реакції. При цьому варіювання параметрів процесу нерідко приводить до зміни питомої продуктивності і селективности в протилежних напрямках, а також може приводити до додаткових витрат на цій або іншій стадіях технологічного процесу, наприклад поділу реакційної маси або підготовки сировини. Так, зниження ступеня конверсії або застосування надлишку другого реагенту часто благоприятствуют росту селективности і питомої продуктивності, але супроводжуються підвищеною витратою енергії на виділення і рециркуляцію неперетворених речовин. Застосування каталізатора збільшує продуктивність, але зв'язано з додатковими матеріальними витратами. Підвищення тиску при проведенні газофазной реакції підвищує продуктивність, але може знизити селективность і викликає додаткова витрата енергії на компримирование (стиск). З цих причин підбор параметрів процесу за такими критеріями, як максимум питомої продуктивності і селективности, не може дати задовільних результатів.
Для оцінки ефективності використання сировини окрім традиційних показників ефективності (ХТП), таких як витратні коефіцієнти, доцільно було б використовувати такі критерії, як атомна селективность (АС) [5] - відношення молекулярної маси цільового продукту до молекулярних мас усіх продуктів, що утворяться в процесі, екологічний фактор (ЕФ) - кількість відходів на 1т продукту і коефіцієнт використання матеріальних ресурсів (КВМР), що визначається як відношення маси цільового і побічного продуктів до загальної маси сировини, включаючи воду використовувану для їхнього одержання.
АС по суті справи подає інформацію про раціональність хімізму технології, КВМР про матеріалоємність процесу, ЕФ дає представлення про кількість відходів, що в сукупності зі знаннями про їхній склад дозволяє намітити шляхи їхньої утилізації або знешкодження.
Висновки
У процесі виконання роботи ми ознайомилися з:
- хімічною промисловістю як одним з основних чинників підвищеного антропогенного навантаження навколишнього природного середовища;
- видами відходів;
- аналізом ХТС з точки зору утворення відходів;
- стратегією сталого розвитку суспільства;
- заходами по вдосконаленню ХТС.
Література
1. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991.-С.218-261
2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.-С.204-206
3. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. - М • Стройиздат, 1990. -352с
4. Голубовська-Онісімова Г.М. та ін. Дослідження політики та законодавства у сфері управління хімічними речовинами в Україні. - Київ – 2006
5. Sheldon R. // Chem. Technol. — 1994. — P. 39–47. Consider the environmental quotient. CHEMTECH (1994), 24(3), 38-47 CODEN: CHTEDD; ISSN: 0009-2703; English