ОСНОВИ НА ИНДУСТРИАЛНИТЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. ПРЕДМЕТ, КЛАСИФИКАЦИЯ, ЗАДАЧИ И ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ 

В ИНДУСТРИАЛНИТЕ ТЕХНОЛОГИИ

Терминът 

“технология”

 е съставен от гръцките думи 

“технос”

 и 

“логос”. 

“Технос”

  означава   изкуство,   занаят,   а  

“логос”

  -   наука.   Следователно 

технологията  в  най-общ  план  е   наука  за   производството.  В  наше  време  под 

“

технология”

  се разбира наука за икономически най-изгодните и екологично 

съобразени методи и процеси при преработването на суровините в средства за 
производство, предмети за потребление и енергия.

Методът за преработване

 включва всички операции, на които се подлага 

суровината при преработването. 

Операцията

е определено въздействие върху суровините, което най-често 

става в апарати или реактори.

Технологичниите   процеси

  са   такива   процеси,   при   които   се   извършват 

качествени изменения на обработвания материал.

Индустриалните технологии биват

:  

механични и химични.

Механична технология,

 при нея става промяна на размера , външния вид, 

формата или някои физични свойства на суровината.

Химичната  технология

  изучава  методите  и  процесите,   при  които  става 

изменение на състава, свойствата и вътрешната структура на веществата. Това 
се   осъществява   чрез   химични   реакции   и   физикохимични   превръщания. 
Химичната технология е наука за икономически най-изгодните и екологично 
съобразни   методи,   процеси   и   операции   при   производството   на   химични 
продукти и енергия от природни или синтетични суровини.

За   всяка   технология,   включително   и   химичната   са   характерни   следните 

изисквания спрямо произвеждания продукт: 

1. Да представлява интерес като средство за производство или предмет за 

потребление и да може да се пласира.

2. Да притежава определени качества, които се регламентират от съответен 

стандарт или отраслова нормала.

3. Производството му трябва да бъде икономически изгодно и екологически 

съобразено.

Изучаването   на   химичната   технология   е   свързано   със   запознаването   със 

следните 

основни въпроси

:

1. Суровини и енергия. Първични и вторични.
2. Продукти:  целеви, странични и полупродукти.
3. Основни процеси и апарати. Конструкционни материали.
4.   Химизъм   и   физикохимични   условия   за   протичането   на   химичните 

процеси (термодинамика, кинетика, механизъм).

5. Схеми: химична, структурна, технологична и енерготехнологична.
6.   Контрол,   регулиране   и   управление   на   процесите.   Автоматизация, 

роботизация и оптимизация.

1

7.   Труд  -  производителност,   организация,   охрана.   Технико-икономически 

показатели на производството.

8. Икономика на производството и маркетинг.
9. Индустриално предприятие. Структура. Управление. Развитие.
10. Опазване на околната среда, човека и оборудването.
11.   Използване   на   най-новите   постижения   на   науката   при   проучване, 

проектиране,   планиране   и   изработване   на   инсталациите,   производството, 
контрола и реализацията на продукцията.

Химичната   технология

  се   разделя   на   два   големи   дяла:   неорганична   и 

органична.

Неорганичната   химична   технология   (НХТ)

    изучава   неорганичните 

химични   производства,   а   именно   получаване   на   киселини,   основи,   соли, 
минерални   торове,   газове,   неорганични   препарати   (реактиви,   лекарства), 
металургия

и силикати.

Органичната химична технология (ОХТ

)

изучава органичните химични 

производства, а това включва производството и преработването на растителни и 
животински  суровини,   промишлен   синтез   на   органични   съединения   (каучук, 
пластмаси,   химични   влакна,   филмообразуващи   вещества)   преработването   на 
високомолекулните   съединения,   преработването   на   нефта   и   други   видове 
горива и т.н.

Основните задачи на съвременната химична технология е създаването на 

такива   методи   и   процеси,   при   които   да   се   получават   висококачествени 
продукти, при възможно най-малки капиталовложения и разходи на суровини, 
енергия, труд и време. Същевременно се прибавя и изискването за комплексно 
използване на суровините и енергията т.е. създаване на безотпадни технологии.

Безотпадната     технология

е   такъв   метод   на   преработване,   при   който 

всички суровини и цялата енергия се използват най-рационално, като при това 
не   се   въздейства   съществено   върху   околната   среда   и   не   се   нарушава 
нормалното и съществуване.

Технологията   намира   своята   реализация   в  

производството

.   Днес 

индустриалното   производство   се   разглежда   като   една   сложна   планирана, 
регулирана, управлявана и непрекъснато усъвършенствана система. Или това е 
система,   при   която   от   суровини,   труд,   апаратура   и   енергия   се   получават 
продукти, като за регулирането се използва вътрешна и външна информация, а 
в енергийната система се включва и вторична енергия от самото производство. 

Суровините

 са природни материали, отпадъци или полупродукти от други 

производства,   които   се   използват   при   производството   на   промишлени 
продукти.

Полупродуктите

  са   материали,   които   са   получени   в   резултат   на 

промишлена преработка до непълна степен на превръщане и се използват като 
суровини за други производства.

Отпадъците са вещества получавани в производствения процес, които не 

намират приложение за получаване на продукти в даденото производство. Те 
могат да послужат като суровина за други производства.

Основният продукт на всяко производство се нарича 

целеви,

 а получаваните 

в същото производство допълнителни продукти се наричат 

странични

.

2

Технологичният процес

 е съвкупност от въздействия и предизвиканите от 

тях   промени,   на   които   се   подлагат   материалите   при   преработването   им   до 
продукти. Процесът включва редица физични и химични явления.

Химикотехнологични  процеси   (ХТП)

  са   производствените   процеси,   при 

които   се   извършва     целенасочено   изменение   на   химичния   състав   на 
преработваните   суровини   с   помощта   на   химични   реакции,   физикохимични 
превръщания или съчетаването им.

Химичното   производство

  представлява   функционална   система,   която 

включва   съвкупността   от   инсталациите,   комуникациите,   системите   за 
суровинно   и   енергийно   обезпечаване,   работната   сила   и   средствата   за 
управление на процеса. Входящите  материални  потоци  включват  влизащите  в 
производството суровини и спомагателни материали.

Изходящите   материални   потоци   се   състоят   от   продукти,   полупродукти, 

нереагирали   вещества   и   отпадъци,   получавани   при   преработването   на 
суровините.

Всички  материали  и  енергийни  потоци  се   наричат  общо   

технологични 

потоци

.

Протичането на химичните процеси се характеризира с измерими величини, 

определящи състоянието на системата и на нейните компоненти. Тези величини 
се наричат 

технологични параметри

.

 За ХТП това са: температура, налягане, 

концентрация и т.н. 

Технологичните   параметри   биват   независими   и   зависими.   Някои   от 

независимите параметри се използват за контрол и управление на системата, 
тъй като еднозначно определят състоянието на системата.

2. СУРОВИНИ И ЕНЕРГЕТИКА В ИНДУСТРИЯТА

2.1. Суровини

Суровините са природни материали, отпадъци или полупродукти от други 

производства,   използвани   при   производството   на   промишлени   продукти   и 
енергия.   Те   са   един   от   основните   елементи   на   технологичния   процес   и 
определят в значителна степен технико-икономическите показатели на процеса, 
техниката на производството и качеството на продукта..

В   своята   дейност   човечеството   използва   около   85   елемента.   Те   са 

разпространени  неравномерно  в  земната  кора  (16  километра  в  дълбочина  на 
земята от нивото на океана). Осем елемента (O – 49,13 %; Si – 26,0 %; Al – 7,45 
%; Fe  – 4,2 %; Ca – 3,25 %; Na – 2,4 %; Mg  – 2,35 %; K – 2,35 %) заемат над 
97,5% от теглото на кората.

Много от химичните елементи се срещат в състава на минерали, а други са 

разпръснати в скалната маса. 

Характерът   и   качеството   на   суровината   наред   с   техническото   ниво   и 

икономическите   възможности   на   страната   определят   метода,   който  ще   бъде 
приложен за производството на съответния продукт.

Класификацията на суровините в промишлеността се извършва по различни 

признаци  (фиг2.1):  по  произход  суровините  биват  

минерални,   растителни  и 

3

животински;

  по   химичен   състав   -  

неорганични   и   органични

;   по   агрегатно 

състояние   -  

твърди,   течни   и   газообразни

.   Към   суровините   се   причисляват 

въздухът и водата.

минерални

нерудни 

горива

технически

хранителни

въздух

вода

рудни

растителни

животински

с у р о в и н и

Фиг. 2.1. Видове суровини

Минералните суровини

 са полезни изкопаеми, добивани от земните недра. 

Те биват рудни,  нерудни и горива.

Рудните   суровини

  са   природни   материали,   от   които   е   икономически 

изгодно да се получават метали, а понякога и химични продукти.

Нерудните материали

представляват скални маси или минерали, които се 

използват   за   производството   на   химични,   строителни   и   други   неметални 
материали.

Към   горивата

  спадат   въглищата,   нефтът,   торфът,   горящите   шисти, 

природният и попътен газ и др.

Въздухът

 съдържа 78 об. % азот, 21 об. % кислород и около 1 об % други 

газове.   Използва   се   като   окислител   при   пържене   на   метални   сулфиди,   в 
производството на амоняк, в доменното производство и др.

Водата

  намира   най-широко   приложение   като   разтворител,   реагент, 

топлоносител, за битови цели и др. 

2.2. Енергетика в индустрията

Индустриалните   предприятия   са   големи   консуматори   на   енергия.   Тя   се 

изразходва   главно   в   три   направления:   а)   за   провеждане   на   химични 
превръщания; б) за привеждане в движение на многобройни механизми;  в) за 
извършване на спомагателни операции - транспорт на материалите, нагряване, 
вакуумиране или компресиране, подготовка на суровините, транспортиране на 
крайните продукти и др. 

В   индустриалните   производства   се   използват   електрична,   топлинна, 

химична, ядрена и светлинна енергия. Те се прилагат в различни съчетания и се 
подлагат на разнообразни превръщания.

В най-голяма степен се използва  

електричната енергия

.

  Тя най-лесно се 

транспортира и се използва в топлообменни, механични и химични процеси. 

В   химическата   промишленост   електроенергията   се   използва   за 

осъществяване   на   електрохимични,   електротермични   (синтез   на   при   високи 
температури и др.), електромагнитни процеси и др.

Топлинната енергия

 се използва в производствата за: а) осъществяване на 

разнообразни   физични   процеси   -нагряване,   топене,   сушене,   изпаряване, 

4

дестилация   и   др.;   б)       нагряване   на   реагенти   при   провеждане   на   химични 

реакции.

Ядрената енергия

 се използва главно за получаване на електрична енергия. 

Различните радиоактивни материали намират приложение за аналитични цели, 
при автоматичния контрол и регулиране на процесите.

Химичната   енергия

  се   отделя   най-вече   във   вид   на   топлина   при 

протичането   на   екзотермичните   реакции.   Тази   топлина   се   използва   за 
производството   на   водна   пара,   а   при   енерготехнологичните   схеми   се 
произвежда и електроенергия.

В галваничните елементи и акумулаторите химичната енергия се превръща 

в електрична. Тези източници на електроенергия представляват голям интерес 
поради 

високия коефициент на полезно действие.

Светлинната енергия

  през последните години придобива все по-голямо 

значение. Тя се използва за реализиране на фотохимични реакции, например 
синтез на хлороводород, получаване на топлина и др.

В   настояще   време  се   обръща   значително   внимание   и   на  

вторичните 

енергоресурси

.   Това   са   енергийни   отпадъци   –   горещи   изходящи   газове, 

течности, пари и др. Използването на енергията на тези източници има голямо 
икономическо значение като съществен резерв за намаляне на себестойността 
на готовата продукция.

Основни   източници   на   енергия   за   индустрията   са   запасите   от   въглища, 

нефт,   природен   газ,   торф,   гори,   радиоактивни   елементи,   хидроенергия, 
вторични енергоресурси и др.

Понастоящем най-голямо значение за индустрията имат въглищата, нефтът 

и природният газ. Себестойността на нефта е около 4-6 пъти по-ниска от тази на 
въглищата, а природният газ е още по-евтин.

В недалечно бъдеще се счита за перспективна и 

водородната енергетика

. 

От  екологична   гледна   точка   водородът   е   много   перспективен,   тъй  като  при 
изгарянето му се получава вода, а топлотворната му способност е четири пъти 
по-голяма от тази на въглищата. Ресурсите му са огромни. По настоящем има 
определени трудности, свързани със създаването на подходящи за работа във 
водородна среда конструкционни материали и с решаването на въпросите по 
техниката на безопасност.

Енергетичните  разходи

  в   индустриалните   производства   влияят   върху 

технико-икономическите   показатели   на   предприятията.   Като   критерий   за 
ефективно използване на енергията служи  

коефициентът на използване на 

енергията

.   Той представлява отношението на количеството   енергия, което 

теоретично трябва да се изразходва за получаването на единица продукт, към 
количеството практически изразходвана енергия

,%

100

⋅

=

пр

т

W

W

ен

η

където:

η

ен

е коефициент за използване на енергията;

  W

т

-   теоретично   необходима   енергия   за   производството   на   единица 

продукция;

W

пр

    -   практически   изразходвана   енергия   за   производството   на   тази 

продукция.

5

За степента на използване на топлината в химикотехнологичните процеси се 

съди   по  

топлинния     коефициент   на   полезно   действие.

  Той   представлява 

отношението   на   количеството   топлина,   използвана   непосредствено   за 
осъществяване   на   основните   химични   реакции   към   общото   количество 
изразходвана топлина

,%

100

.

пр

Q

т

Q

т

=

η

където: 

η

т

 е топлинен коефициент на полезно действие;

Q

т

  -   количество   топлина   използвана   за   осъществяването   на   основните 

химични реакции;

Q

пр

 - общото количество изразходвана топлина.

Топлинният к.п.д. може да бъде определен от топлинния баланс, чрез който 

се   изяснява   разпределението   и   изразходването   на   топлината   и   проличават 
възможностите   за   използването   на   вторични   енергоресурси   -   топлината   на 
изходящи газове и др.

3. ТЕХНОЛОГИЧНИ ПРОЦЕСИ И ОБОРУДВАНЕ

3.1. Технологични процеси

Целта на технологичните процеси е да се измени състава и структурата на 

суровината до желан целеви продукт.

Класификацията на процесите и съответствуващите апарати се извършва по 

много признаци.

В зависимост от законите, по които протичат процесите те се делят на 

следните видове:

1.   Механични   процеси.

  Те   се   описват   от   законите   на   механиката   на 

твърдите тела. В химическата промишленост тези процеси се използват най-
вече   при   подготовка   на   изходните   твърди   суровини   и   за   обработването   на 
твърдите продукти, а също и за транспортирането им. Към тази група спадат: 
надробяване, транспортиране, сортиране и смесване на твърдите вещества.

2.   Хидромеханични  процеси.

  Скоростта   им   се   определя   от  законите   на 

хидродинамиката  -  наука  за  движенията   на  течностите  и  газовете.   Към   тази 
група   процеси   спадат:   преместването   на   течности;   свиването   и 
транспортирането   на   газовете;   разделянето   на   течни   и   газови   нееднородни 
смеси чрез различни методи – утаяване, центрофугиране, филтруване и др.

3.   Топлообменни   процеси.

  Скоростта   им   се   определя   от   законите   на 

топлопредаването - наука за начина на разпространение на топлината. Такива 
процесите са: нагряване, охлаждане, изпаряване, кондензация и т.н.

4. Масообменни (дифузионни) процеси.

  Характеризират се с пренасянето 

на един или няколко компонента от изходната смес от една фаза в друга през 
гранична фазова повърхност. Обикновено лимитиращ стадии (като най-бавен) 
при   масообменните   процеси   е   молекулната   дифузия   на   разпределянето 
вещество.   Към   тази   група   процеси   спадат:   абсорбция,   ректификация, 
екстракция, кристализация, адсорбция и изсушаване.

6

5. Химични процеси.

  Тук спадат процесите, които протичат със скорост, 

определена   от   законите   на   химичната   кинетика.   Практически   химичната 
реакция е свързана с пренасяне на маси и енергия. По тази причина скоростта 
на промишлените химични процеси зависи също от хидродинамичните условия. 
Скоростта на тези процеси се подчинява на законите на макрокинетиката и се 
определя   от   най-бавния   стадий   при   последователно   протичащите   химично 
взаимодействие и дифузия.

Химичните реакции са най-важния етап в ХТП. Въз основа на тях процесите 

се   биват:  прости,   сложни-успоредни  и   сложни-последователни,   окислително-
редукционнии киселинно-основни, обратими и необратими.

Технологичният режим

  е съвкупност от основните фактори (параметри), 

които влияят върху скоростта на процеса, добива и качеството на продукта. За 
повечето   ХТП  основни  параметри   на   режима   са:  температурата,   налягането, 
катализаторът, концентрацията на взаимодействуващите реагенти и начинът и 
степента на разбъркването им. 

Характерът   и   стойностите   на   параметрите   на   технологичния   режим 

също са в основата на класификацията на ХТП. 

В   зависимост   от   температурата   процесите   биват  

нискотемпературни   и 

високотемпературни

.

  За   процеси,   протичащи   с   участието   на   течна   фаза, 

обикновено   се   счита,   че   границата   между   ниско-   и   високотемпературните 
процеси е  100 

°

С. За процесите в газова фаза - 200-300 

°

С, а за твърда фаза - 

около 1000 

°

С.

По   температурния   режим   се   различават

:  

изотермични

,  

адеабатии   и 

политермични

 процеси и реактори

.

При 

изотермичните процеси

 температурата е постоянна в целият обем на 

реактора.   Топлината,   изразходвана   за   ендотермичните   реакции,   изцяло   се 
компенсира от въвежданата топлина. Идеален изотермичен режим е възможен 
само в реакторите с идеално смесване.

Адеабатични

  са   процесите   и   реакторите,   при   които   не   се   отвежда   или 

въвежда топлина през стените на апарата в околната среда. Цялата топлина на 
реакциите се акумулира от реагиращите вещества, движещи се по принципа на 
идеалното   изместване.   Този   режим   е   възможен   в   реакторите   с   идеално 
изместване при пълна изолация от външната среда.

В  

политермичните

  (програмно   регулирани)   реактори     топлината   от 

реакцията само частично се отвежда от реакционната зона или се компенсира 
чрез въвеждане (при ендотермични реакции). Температурата по дължината (или 
височина)   на   реакционния   обем   се   изменя   неравномерно   и   температурния 
режим се представя с различни криви и се регулира чрез изменяне параметрите 
на технологичния режим.

Повечето промишлени реактори работят при политермичен режим.
По 

топлинен ефект

 процесите са 

екзо

- и 

ендотермични

.

Според  

използването   на   налягане

  процесите   протичат   под   вакуум,   при 

атмосферно налягане и при високо налягане (в автоклави).

В   зависимост   от   наличието   на   катализатор

,   ХТП   се   делят   на 

каталитични и не каталитични

.

7

В   зависимост   от

концентрацията

  на   реагиращите   вещества   процесите 

биват 

с висока и ниска концентрация на изходните вещества

.

Начинът и степента на разбъркване на реагентите оказват силно влияние 

върху конструкцията на апаратите и скоростта на процесите. Разбъркването на 
масите   зависи   от   агрегатното   състояние   на   реагентите.   Затова   процесите   се 
подразделят  

в   зависимост   от   агрегатното   (фазовото)   състояние   на 

реагиращите вещества 

на

 хомогенни и хетерогенни

.

Хомогенни

  са системите, при които всички реагиращи вещества са в една 

фаза – газова или течна. Взаимодействието при тях протича бързо. Механизмът 
на тези процеси не е толкова сложен и те се управляват лесно.

Хетерогенни

  са процесите, при които вещества образуват две или повече 

фази. Тези процеси се характеризират с по-сложен механизъм от хомогенните. 
По-трудно се управляват и при тях се използват по-сложни апаратури.

В   зависимост   от   степента   на   разбъркване   на   реагиращите   вещества 

процесите   и   реакторите   се   делят   на:  

а)  

с   идеално   изместване;   б)   идеално 

смесване; в) непълно смесване

.

При 

идеалното смесване

 турболизацията на системата е толкова силна, че 

концентрацията на реагентите е еднаква в целия обем на апарата от точката на 
постъпване на сместа до изхода на продукта.

При  

идеалното изместване

  всеки елементарен обем от потока се движи 

успоредно   на   другите   без   размесване   по   цялата   дължина   или   височина   на 
реактора.

За хетерогенните системи

 с неголяма степен на размесване се различават 

правотокови, противотокови и кръстосани

 процеси.

По характера на въвеждане на реагентите и отвеждане на продуктите 

ХТП и реакторите се делят на 

периодични

 и   

непрекъснати (проточни).

Периодични

  са процесите, при които физичната и химичната промяна на 

суровините протичат в ограничена област от пространството, а параметрите на 
процеса  се изменят  с  времето.  Реализират се  няколко  последователни етапа: 
зареждане   на   реактора,   химично   превръщане,   изваждане   на   продуктите   от 
реактора, почистването му и подготовка за нов цикъл.

Входните и изходните потоци в реактора с периодично действие и всяка 

локална интензивна характеристика (температура и концентрация на определен 
компонент   във   фиксирана   точка   на   реактора)   са   периодични   функции   от 
времето. 

Непрекъснатите

процеси   протичат   в   пространството.   Наричат   се   още 

проточни   или   локално   неустойчиви   процеси.   След   пускане   на   реактора 
входните и изходни потоци остават продължително време различни от нула, а в 
идеалният случай са постоянни с времето, т.е. те са стационарни.

Предимствата на непрекъснатите процеси са възможност за продължително 

поддържане на стационарно състояние във всички апарати и реактори; голяма 
производителност; по-малък разход на енергия; по-пълно химично превръщане; 
по-лесна автоматизация и получаване на продукти с по-високо качество.

Тези процеси са се наложели при многотонажните производства.

Съществуват   и   друг   тип   процеси

  –  

полунеприкъснати   или 

полупериодични.

 При тях се осъществява непрекъсната реакция и непрекъснат 

8