Tăng hiệu suất của quá trình sản xuất Ngày nay với những tiến bộ nhanh chóng của ngành máy tính điện tử, người máy đang mở ra những triển vọng rất to lớn cho việc tự động hoá các quá trình sản xuất hoá học. I.Tăngtốcđộphảnứng 1. Tăng nồng độ chất phản ứng để làm tăng tốc độ phản ứng - Lấy dư một chất trong các chất tham gia phản ứng (các chất lấy dư thường phải thỏa mãn một số tiêu chí như: có giá trị kinh tế thấp hơn sản phẩm, thông dụng-dễ kiếm hơn), ví dụ: sản xuất H2SO4 lấy dư không khí để đốt quặng pirit - Loại bỏ các tạp chất trong quặng (làm giàu nguyên liệu trước khi tiến hành các phản ứng hóa học) - Đối với các chất khí tham gia vào phản ứng thông thường được nén vào thiết bị với áp suất cao. 2. Dùng nhiệt độ thích hợp Khi tăng nhiệt độ sẽ tăng tốc độ của phản ứng. Trong sản xuất hoá học hầu hết các phản ứng đều diễn ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thường, có khi rất cao (ví dụ phản ứng đốt cháy pirit sắt ở nhiệt độ khoảng 800oC, phản ứng tổng hợp NH3 ở 450oC, crackinh dầu mỏ khoảng 500oC ) Về mặt lý thuyết nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng, tuy nhiên cần chú ý rằng ở nhiệt độ cao nhiều chất dễ bị phân hủy, sự ăn mòn thiết bị rất nhanh, tiêu hao nhiều năng lượng cho quá trình sản xuất. Vì vậy tùy theo tình hình thực tế sản xuất mà có sự tăng nhiệt độ cần phù hợp. Người ta đang tìm các xúc tác có hoạt độ cao để hạ nhiệt độ thích hợp của phản ứng, giảm giá thành sản phẩm. Xúc tác và nhiệt độ của phản ứng hoá học có liên quan với nhau. 3. Sử dụng chất xúc tác Xúc tác có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt động hoá, do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Hầu hết các quá trình sản xuất hoá học đều được sử dụng các chất xúc tác để làm tăng tốc độ của quá trình. Rất nhiều quá trình thiếu chất xúc tác, trong điều kiện bình thường phản ứng hoá học xảy ra rất chậm, thậm chí hầu như không xảy ra (ví dụ phản ứng giữa N2 và H2, SO2 và O2) tuy nhiên khi có mặt chất xúc tác thích hợp ở nhiệt độ thích hợp thì phản ứng xảy ra nhanh Ngoài xúc tác hoá học còn có các xúc tác vi sinh, nét đặc biệt của xúc tác vi sinh là hoạt động ở nhiệt độ thấp và có độ chọn lọc rất cao tức là chỉ cho phản ứng diễn ra theo một chiều xác đinh, hạn chế tạo ra sản phẩm phụ. Những ngành sử dụng một lượng lớn xúc tác là sản xuất phân bón, hoá dầu và sản xuất các hợp chất cao phân tử. Chất xúc tác dòng trong công nghiệp hoá học phải có một số đặc trưng sau: - Hoạt độ xúc tác cao, tức là khả năng làm tăng nhanh tốc độ phản ứng hoá học. - Độ bền hoá học, nhiệt và cơ học cao, tức là ít bị ngộ độc bởi tạp chất có trong nguyên liệu mà không bị phá huỷ khi làm việc ở nhiệt độ cao và không bị vỡ vụn khi bị va chạm. - Có độ chọn lọc cao, tức là có khả năng điều khiển phản ứng theo chiều mong muốn, khi quá trình có nhiều phản ứng phụ. - Có độ xốp lớn để tăng diện tích tiếp xúc giữa chất tham gia phản ứng và chất xúc tác. - Giá thành rẻ và dễ tái sinh sau khi bị ngộ độc. 4. Tăng diện tích tiếp xúc Có nhiều quá trình hoá học diễn ra trong hệ dị thể hoặc giữa chất rắn với chất lỏng, hoặc giữa chất lỏng với chất khí Trong những trường hợp như vậy phản ứng hoá học diễn ra trên ranh giới tiếp xúc giữa hai pha, do đó tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng sẽ làm tăng mạnh tốc độ của quá trình sản xuất. Các biện pháp thường áp dụng như sau: - Các chất rắn thường được đập, nghiền đến một kích thước nhỏ thích hợp. - Tăng diện tích tiếp xúc bằng cách: + Các chất lỏng được đưa vào thiết bị dưới dạng giọt nhỏ hoặc dòng chảy hoặc tưới chất lỏng chảy trên các vật đệm rồi chất khí đi ngược chiều với dòng chất lỏng (ví dụ: hấp thụ SO3 để chế tạo H2SO4). + Khuấy trộn là một biện pháp làm tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất tham gia phản ứng. Khuấy trộn có thể thực hiện bằng các máy khuấy hoặc sục khí qua chất lỏng. Do làm tăng quá trình khuếch tán của sản phẩm ra khỏi bề mặt chất phản ứng và khuếch tán của chất phản ứng tới bề mặt ấy. + Làm tăng quãng đường đi, tăng tiếp xúc giữa các chất trong thiết bị bằng cách xếp các chất rắn thành nhiều lớp và cho chất khí, chất lỏng đi qua các lớp II.Thựchiệncácquátrìnhliêntụctuầnhoànkín Quá trình liên tục là những quá trình được thực hiện như sau: Nguyên liệu liên tục được đưa vào thiết bị và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình sản xuất theo kiểu này chỉ ngừng lại khi có nhu cầu sửa chữa thiết bị hay vệ sinh máy móc. Điều kiện kỹ thuật sản xuất của quá trình liên tục luôn luôn ổn định ở mọi giai đoạn. Ví dụ quá trình sản xuất H2SO4, luyện gang, tổng hợp NH3, sản xuất HNO3 từ NH3 v.v Qúa trình liên tục ngày nay được ứng dụng rất rộng rãi trong các SXHH. Quá trình liên tục so với quá trình gián đoạn có các ưu điểm sau: - Không có sự ngừng hoạt động của thiết bị, do đó năng suất làm việc của thiết bị cao. - Tạo được mức độ ổn định và cân bằng của quá trình, do vậy có khả năng điều khiển được quá trình sản xuất. - Trong các điều kiện như nhau giảm được diện tích thiết bị, giảm diện tích nhà máy do đó giảm chi phí xây dựng. - Tạo khả năng cơ khí hoá cao quá trình sản xuất. Đối với các quá trình phản ứng chỉ đạt hiệu suất thấp nếu thực hiện một lần qua thiết bị phản ứng, thì người ta áp dụng quy trình tuần hoàn kín để sử dụng lại nguyên liệu chưa phản ứng hết. Ví dụ quá trình tổng hợp amoniac. Việc làm này không chỉ có ý nghĩa tiết kiệm nguyên liệu mà còn có tác dụng chống ô nhiễm môi trường. -Tuy vậy sản xuất quy mô nhỏ thì quá trình gián đoạn lợi hơn về mặt kinh tế, còn với quy mô lớn thì quá trình liên tục lợi hơn. III.Liênhiệpgiữacácxínghiệp,giữacácngànhsảnxuấtcóliênquan mậtthiếtvớinhau Trong sản xuất hoá học các ngành nói chung và các xí nghiệp nói riêng có mối liên quan hữu cơ với nhau, sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu cho nhà máy khác, sự phát triển của sản xuất này đòi hỏi những sản xuất khác cùng phát triển hay làm xuất hiện một sản xuất mới. Do vậy sự liên hiệp trong sản xuất hoá học là rất quan trọng. Nó hỗ trợ cho nhau phát triển, nó làm giảm bớt chi phí vận chuyển do vậy làm giảm chi phí sản xuất. ở các nước phát triển và có nền công nghiệp hoá học phát triển người ta đã xây dựng những liên hợp xí nghiệp khổng lồ. ở nước ta, tuy nền công nghiệp hoá học của chúng ta còn rất bé nhỏ, nhưng chúng ta cũng đã có những liên hợp xí nghiệp loại nhỏ, ví dụ khu liên hiệp hoá chất Việt Trì và tương lai không xa là khu công nghiệp Dung quất - Quảng Ngãi. IV.Cơkhíhoávàtựđộnghoá,điềukhiểntừxacácquátrìnhsảnxuất Trong công nghiệp hoá học hiện đại để tăng năng suất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có trong thiên nhiên cũng như nhân tạo, người ta không những áp dụng các quá trình liên tục, tuần hoàn kín mà còn tìm cách cơ khí hoá, tự động hoá các quá trình sản xuất. Một đặc trưng nổi bật của công ngiệp hoá học là các phản ứng hoá học xảy ra trong các thiết bị thường ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, các điều kiện ấy lại đòi hỏi nghiêm ngặt và ổn định, do vậy con người không thể trực tiếp điều khiển các qúa trình ấy. Ngoài ra trong sản xuất hoá học các nguyên liệu cũng như các sản phẩm đều là các hoá chất có thể gây ra những tai nạn lao động và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người sản xuất. Cho nên có thể nói rằng, cơ khí hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất hoá học là một yêu cầu khách quan không phải chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn đối với đời sống con người. Có thể tự động hoá từng bộ phận, từng thiết bị hoặc tự động hoá toàn bộ. Tự động hoá toàn bộ là mức độ tự động hoá cao tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất từ khâu kiểm tra, điều chỉnh chế độ làm việc của các thiết bị đến kiểm tra chất lượng sản phẩm. Một nền sản xuất hoá học được cơ khí hoá và tự động hoá sẽ làm nhẹ và tiết kiệm lao động. Tăng năng suất lao động, tạo điều kiện giảm giá thành sản phẩm. Ví dụ việc tự động hoá và cơ khí hoá sản xuất xôđa đã làm giảm tiêu tốn về hơi và điện xuống 50%; Việc tự động hoá các thiết bị phản ứng trong sản xuất amôniac cho khả năng làm giảm hệ số tiêu toán về nguyên liệu xuống 1% và tăng năng suất lao động lên 5%. Dùng người máy và điều khiển từ xa con người sẽ có thể thực hiện được qúa trình sản xuất trong những điều kiện rất khắc nghiệt mà con người không thể trực tiếp kiểm tra được. Những tiến bộ nhảy vọt của ngành máy tính điện tử, người máy trong tương lai chắc chắn sẽ tạo ra những cuộc cách mạng kỹ thuật trong ngành sản xuất hoá học. V.Tậndụngcácchấtphếthảicôngnghiệp,chốngônhiễmmôitrường Trong một sản xuất hoá học bất kỳ, ngoài sản phẩm chính còn có các sản phẩm phụ mà ta gọi là phế thải của sản xuất. Các chất phế thải này có thể sinh ra ngay trong phản ứng chính hoặc do phản ứng phụ, hoặc cũng có thể do phản ứng chính không xảy ra hoàn toàn, hoặc do trong nguyên liệu ban đầu có lẫn tạp chất v.v nói chung do kết quả tổng hợp của các yếu tố trên. Ví dụ: Trong sản xuất axit sunfuric phản ứng chính của quá trình đốt cháy quặng pirit (4FeS2 + 11O2 à 2Fe2O3 + 8SO2) sinh ra chất phế thải là Fe2O3; quá trình làm sạch hỗn hợp khí SO2 tạo ra bụi hay xỉ cũng là những phế thải. Việc sử dụng các phế thải sao cho có lợi về mặt kinh tế là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá một sơ đồ sản xuất có hiệu quả chống ô nhiễm cho các vùng xung quanh xí nghiệp sản xuất. Công nghệ càng kém hoàn thiện, kỹ thuật sản xuất càng thấp thì phế thải bị bỏ đi càng nhiều. Ví dụ: khí thải công nghiệp luyện kim mầu có hàm lượng SO2 thấp, trước đây người ta không sử dụng được, cho thải vào không khí đã gây bẩn môi trường xung quanh, làm hại sức khoẻ con người và thực vật. Nhưng ngày nay nhờ việc sử dụng các PP tiên tiến hơn, phần lớn các khí thải của công nghệp luyện kim màu đã được sử dụng để sản xuất H2SO4. Các xỉ của lò cao, lò hơi trước đây bỏ đi, nay cũng được sử dụng làm bê tông xỉ trong xây dựng. Xỉ lò thép Tômat chứa 22% P2O5 và xỉ của sản xuất mangan sau khi nghiền nhỏ được dùng làm phân bón rất tốt. Xỉ lò cao đốt bằng than gỗ dùng chế tạo các vật liệu cách điện có chất lượng cao. Từ bụi của quá trình đốt quặng pirit sắt và tinh chế SO2 người ta chế tạo được selen, telu. Từ bụi của sản xuất kẽm đã chế tạo được cađimi. Để chống ô nhiễm môi trường không phải chỉ tìm cách sử dụng các phế thải mà còn phải tìm cách làm sạch các chất bỏ đi, ví dụ làm sạch các nguồn nước thải, khí thải v.v Nền sản xuất hoá học hiện đại dùng rất nhiều chất xúc tác quý, sau một thời gian làm việc các chất này mất hoạt tính, người ta đã tìm cách tái sinh lại để phục hồi hoạt tính của chúng và tiếp tục dùng lại trong quá trình sản xuất. Trong sản xuất hoá học có nhiều quá trình toả ra một lượng nhiệt khá lớn, người ta cũng tìm ra cách sử dụng năng lượng này vào các việc bổ ích một cách thích hợp như sưởi ấm, sản xuất hơi nước và nước ấm cho đời sống hàng ngày. . Tăng hiệu suất của quá trình sản xuất Ngày nay với những tiến bộ nhanh chóng của ngành máy tính điện tử, người máy đang mở ra những triển vọng rất to lớn cho việc tự động hoá các quá trình. hoạt động hoá, do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Hầu hết các quá trình sản xuất hoá học đều được sử dụng các chất xúc tác để làm tăng tốc độ của quá trình. Rất nhiều quá trình thiếu chất xúc tác,. II.Thựchiệncác quá trình liêntụctuầnhoànkín Quá trình liên tục là những quá trình được thực hiện như sau: Nguyên liệu liên tục được đưa vào thiết bị và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình sản