Химическая промышленность и химическая технология

Урок по теме «Химическая промышленность и химическая технология»

Интегрирующая цель. Овладев содержанием данного модуля, вы будете знать, что такое химическая промышленность и химическая технология, какое значение имеет химическая промышленность и химическая технология в современном обществе, виды химического сырья, основные принципы защиты окружающей среды и охраны труда; будете уметь формулировать методы решения проблемы бережного и рационального использования химического сырья, определять принцип выбора «оптимальных условий процесса» на отдельном примере.

УЭ-1. Входной контроль

Ц е л ь. Определить уровень знаний учащихся по теме «Полимеры»
Выполните упражнения (работайте в тетрадях).
1.  Выберите признаки, которые характеризуют натуральный каучук: а) пространственный полимер; б) термопластичный полимер; в) стереорегулярный полимер; г) продукт вулканизации; д) искусственный полимер. (5б)
2. Выберите и составьте из приведенных веществ четыре любых структурных формулы.

А) пропанол-2 (2б.)                                                 а) бутандиол-1,3(2б)

Б) 2-метилпентанол-1(2б)                                       б) бутандиол-2,3(2б) 

В) 2-метилгептанол-5 (3б)                                      в) 2-метилпропандиол-1,2(3б)

Г) 3-этилгексанол-3 (3б)                                         г) 2,3-диметилбутандиол-2,3(3б)

3. Приведите примеры реакций полимеризации, сополимеризации, поликонденсации. (6б)

УЭ-2

Ц е л ь. Самостоятельно получить знания о истории, содержании методов химической промышленности и химической технологии, основных видов сырья, методах защиты окружающей среды и охраны труда, изучить технологию производства аммиака и метанола.

Последовательность действий

1) Запишите в рабочей тетради дату и тему урока.
2) Внимательно прочитайте текст.

Химическая промышленность и химическая технология.

Химическая промышленность выделилась в отдельную отрасль с началом промышленного переворота. Первые заводы по производству серной кислоты — важнейшей из минеральных кислот, применяемых человеком, были построены в 1740 (Великобритания, Ричмонд), в 1766 (Франция, Руан), в 1805 (Россия, Подмосковье), в 1810 (Германия, Лейпциг). Для обеспечения потребностей развивающихся текстильной и стекольной промышленности возникло производство кальцинированной соды. Первые содовые заводы появились в 1793 (Франция, Париж), в 1823 (Великобритания, Ливерпуль), в 1843 (Германия, Шёнебек-на-Эльбе), в 1864 (Россия, Барнаул). С развитием в середине XIX в. сельского хозяйства появились заводы искусственных удобрений: в 1842 в Великобритании, в 1867 в Германии, в 1892 в России.
Сырьевые связи, раннее возникновение индустрии способствовали становлению Великобритании, как мирового лидера в химическом производстве, на протяжении трёх четвертей XIX в. С конца XIX в. с ростом потребности экономик в органических веществах лидером в химической промышленности становится Германия. Благодаря быстрому процессу концентрации производств, высокому уровню научно-технического развития, активной торговой политике Германия к началу XX в. завоёвывает мировой рынок химической продукции.
В США химическая промышленность начала развиваться позже, чем в Европе, но уже к 1913 по объёму производства химической продукции США заняли и с тех пор удерживают 1-е место в мире среди государств. Этому способствуют богатейшие запасы полезных ископаемых, развитая транспортная сеть, мощный внутренний рынок. Лишь к концу 80-х годов химическая индустрия стран ЕС в общем исчислении превысила объёмы производства в США.

Подотрасли химической промышленности

Подотрасль	Примеры
Неорганическая химия	Производство аммиака, Содовые производства, Сернокислотные производства
Органическая химия	Акрилонитрил, Фенол, Окись этилена, Карбамид
Керамика	Силикатные производства
Нефтехимия	Бензол, Этилен, Стирол
Агрохимия	Удобрения, Пестициды, Инсектициды, Гербициды
Полимеры	Полиэтилен, Бакелит, Полиэстер
Эластомеры	Резина, Неопрен, Полиуретаны
Взрывчатые вещества	Нитроглицерин, Нитрат аммония, Нитроцеллюлоза
Фармацевтическая химия	Лекарственные препараты: Синтомицин, Таурин, Ранитидин...
Парфюмерия и косметика	Кумарин, Ванилин, Камфора

Экономика химической промышленности

Экономика химической промышленности в России

Структуру себестоимости (в %) продукции в типичных подотраслях химической промышленности можно представить следующим образом:

Статьи затрат/подотрасли	Горнохимическая	Химических волокон	Основного химического синтеза	Лакокрасочная	В целом по промышленности
Затраты на сырьё и вспомогательные материалы	22,7	59,6	61,6	90,1	63,0
Топливо и энергоресурсы	18,1	10,4	8,7	1,7	11,1
Амортизация основных средств	18,8	9,9	9,5	1,6	13,0
Заработная плата с отчислениями	35,4	15,2	16,0	5,3	11,1
Прочие	5,0	4,9	4,2	1,3	1,8

Основными путями (в порядке снижения значимости) повышения экономической эффективности производства в химической промышленности являются: снижение ресурсоёмкости (за счёт увеличения выхода целевого продукта из сырья, переработки отходов производства/балласт в сопутствующие продукты), снижение удельных амортизационных отчислений (за счёт внедрения производственных установок с повышенной единичной мощностью), снижение энергоёмкости (за счёт внедрения энергосберегающих технологий, энерготехнологических схем, использующих вторичные энергоресурсы), снижения затрат на персонал (путём комплексной автоматизации и сплошной механизации производства).
По данным Минпромэнерго РФ экономические результаты работы химической промышленности в первой половине 2008 года можно оценить следующим образом:

Показатели	Значение
Объём экспорта химикатов, млрд. долл.	~6,3
Объём импорта химикатов, млрд. долл.	~5,3
Сальдированный финансовый результат, млрд. руб	~42,1
Прибыль, млрд. руб	~48,2
Убытки, млрд. руб	~6,1
Среднесписочная численность занятых, млн. чел.	~0,8
Доля от общей численности занятых в промышленности, %	~6,7
Средняя заработная плата, руб	~10635
Доля от средней заработной платы в промышленности в целом, %	~95,1

Доля химической индустрии в структуре ВВП России в 2008 году составила около 6 %, в структуре экспорта — около 5 %, в структуре валютной выручки — около 5 %; в отрасли сосредоточено почти 7 % основных фондов промышленности.

Крупнейшие химические компании

Крупнейшие химические компании мира

Компания, штаб-квартира	Объём продаж в 2005, млрд. долл.	Место
BASF AG, Людвигсхафен, Германия	53,2	1
Dow Chemical, Мидланд, США	46,3	2
Shell Chemicals, Нидерланды/Великобритания	35,0	3
Bayer AG, Леверкузен, Германия	34,1	4
INEOS, Линдхёрст, Великобритания	33,0	5

Крупнейшие химические компании России

Компания, штаб-квартира	Объём продаж в 2005, млн. руб.	Специализация	Место
Сибур Холдинг, Москва,	142,7 млрд руб в 2007	Нефтехимия	1
Салаватнефтеоргсинтез, Салават, Башкортостан	63 997,8	Нефтехимия	2
Еврохим, Москва	53 490,3	Производство удобрений	3
Нижнекамскнефтехим, Нижнекамск, Татарстан	48 069	Синтетические каучуки	4
Акрон Великий Новгород	23 547,3	Минеральные удобрения	5
Уралкалий, Березники, Пермский край	20 721,2	Калийные удобрения	6

Химическая промышленность: состав, факторы размещения предприятий, основные районы и центры. Проблемы и перспективы развития. Химическая промышленность и проблемы охраны окружающей среды.

Химическая промышленность-  это отрасль народного хозяйства, производящая продукцию на основе химического сырья.  Основой ее является химическая технология- наука о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки природных материалов (сырья) в продукты потребления и промежуточные продукты, применяемые в различных отраслях народного хозяйства. От развития химии во многом зависит развитие всех отраслей экономики, химия обеспечивает промышленность и строительство новыми эффективными материалами, снабжает сельское хозяйство минеральными удобрениями и средствами защиты растений, способствует его интенсификации. Любое химическое производство создается на основе общих научных принципов и включает составляющие, указанные в таблице.

Научные принципы организации химических производств.

Общие принципы	Частные принципы
1. Создание оптимальных условий проведения химических реакций	Противоток веществ, прямоток веществ, увеличение площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ, использование катализатора, повышение давления, повышение концентраций реагирующих веществ
2. Полное и комплексное использование сырья	Циркуляция, создание смежных производств (по переработке отходов)
3. Использование теплоты химических реакций	Теплообмен, утилизация теплоты реакций
4. Принцип непрерывности	Механизация и автоматизация производства
5. Защита окружающей среды и человека	Автоматизация вредных производств, герметизация аппаратов, утилизация отходов, нейтрализация выбросов  в атмосферу

     Химическая промышленность имеет сложный отраслевой состав. Она включает горнохимическую (добыча сырья — апатитов, фосфоритов, серы, каменных солей и др.), основную химию (производство солей, кислот, щелочей, минеральных удобрений), химию органического синтеза (производство полимеров) и переработку полимерных материалов (производство шин, изделий из пластмасс и т. д.).
         Химические производства требуют много сырья (особенно химия органического синтеза), и на их размещение сильно влияет сырьевой фактор. Химия органического синтеза также использует много воды и для нее очень важен водный фактор.

Сырье – природные материалы (природные ресурсы), используемые в промышленности для получения различных продуктов и еще не прошедшие промышленной переработки. Сырье классифицируют по различным признакам.

По составу сырье делят на минеральное и органическое (растительное и животное). По агрегатному состоянию различают твердое (руды, горные породы, твердое топливо), жидкое (нефть, рассолы), газообразное (природный и попутные газы, воздух) сырье.

            К минеральному сырью относят все виды руд, а также нерудные ископаемые: сера, фосфориты, калийные соли, поваренная соль, песок, глины, слюда (из них получают неметаллы, удобрения, соду, щелочи, кислоты, керамику, цемент, стекло и др.).

            К органическому сырью относят ископаемое горючее: торф, уголь, нефть, природный и попутный нефтяной газ. К органическому сырью также относится сырье растительного и животного происхождения, его дают сельское, лесное и рыбное хозяйства. Кроме природных веществ на химических заводах применяют полупродукты и отходы предприятий, а также вспомогательные материалы: воду, топливо, окислители, растворители, катализаторы.
         Потребительский фактор влияет на размещение основной химии, продукция которой или опасна при транспортировке (кислоты, щелочи), или потребляется в конкретных районах (удобрения). Этот же фактор важен для отраслей, производящих продукцию, перевозка которой обходится дороже, чем перевозка сырья для ее изготовления (шины, изделия из пластмасс).
         Химия использует отходы многих производств, поэтому важным фактором ее размещения является комбинирование производства, особенно с металлургией. Возможности комбинирования и использования разнообразного сырья так велики, что позволяют строить предприятия химической промышленности почти повсеместно. Но это нецелесообразно из-за высокой энерго- и водоемкости ее производств.

          В химической промышленности используют различные виды энергии: электрическую, тепловую, ядерную, химическую и световую.

Электрическую энергию используют для проведения электролиза расплавов и растворов веществ, нагревания, в операциях, связанных с электростатическими явлениями. Электроэнергию вырабатывают ТЭС, АЭС, ГЭС. Тепловая энергия необходима для нагрева реагирующих веществ, для сушки, плавления, дистилляции, выпаривания и др. Ядерную энергию главным образом используют для получения электроэнергии. Но такие реакции, как полимеризация, синтезы фенолов и анилина проводят с помощью радиоактивного излучения. Химическая энергия выделяется в виде теплоты в результате экзотермических реакций. Ее используют для предварительного подогрева исходных веществ, получения горячей воды, водяного пара. При получении 1т серной кислоты из серы выделяется 5МДж теплоты, а общие затраты на ее производство составляют всего 0,36 МДж. Излишки поступают к другим потребителям в виде пара и электроэнергии. Световую энергию (ультрафиолетовое, инфракрасное, лазерное излучение) используют при синтезе хлороводорода, галогенировании органических веществ, реакциях изомеризации.

          Большое значение приобрел также экологический фактор, так как отрасль сильно влияет на окружающую среду. Любое промышленное предприятие имеет отходы. Производство без отходов невозможно. Гавзы выбрасывают в атмосферу, жидкие отходы – в канализацию, твердые и некоторые жидкие сжигают в специальных печах или захоранивают в специально оборудованных местах.
         Главные базы химической промышленности: Центральная (вокруг Москвы), где развиты все виды химии и используется в основном привозное сырье; Уральская, где особенно развита основная химия и используется собственное сырье; Поволжская и Западная (вокруг Санкт-Петербурга), где преобладает химия органического синтеза.
         Главные проблемы, стоящие перед отраслью — развитие производства новейших видов продукции тонкой химии, микробиологической промышленности, создание небольших производств, не оказывающих особенного влияния на состояние окружающей среды.

Производство аммиака и метанола.

Любое химическое производство состоит из отдельных взаимосвязанных процессов – стадий:

Сравним два химических производства: синтез аммиака и синтез метанола.

 3) Обсудите в паре следующие вопросы.

- Что представляет предмет химической технологии?

- Как классифицируют химическое сырье?

- Назовите основные направления решения проблемы бережного и рационального использования химического сырья.

- Сформулируйте энергетические проблемы химических производств. Каким видам энергии, по вашему мнению, нужно отдать предпочтение?

- Сформулируйте основные научные принципы химических производств.

- Что понимают под принципом «выбор оптимальных условий процесса»? Рассмотрите его на примере производств аммиака или метанола (по выбору).

4) В рабочую тетрадь коротко запишите конспект темы «Химическая промышленность и химическая технология».

5)

6) Выполните письменно в тетради упражнения для закрепления полученных знаний:

- Сравните и проанализируйте объем продаж крупнейших химических компаний мира и России. (7б)

- Проанализируйте проблемы и перспективы химических производств России, их взаимосвязь с экологическими проблемами. (7б)

УЭ-3. Подведение итогов урока

1. Прочитайте еще раз цели урока.

2. Удалось ли вам их достичь? В какой степени?

3. Что мешало и что помогало вашей успешной работе на уроке?

4. Посчитайте количество набранных вами баллов и выставите себе объективную оценку за урок.

Инструкция: сумма баллов, выставленная студентом,  учитывается преподавателем при проверке заданий  по данному уроку. Итоги и суммарные баллы по группе объявляются после  проверки работ преподавателем.