Основы технологии производства

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
 
 
 
 
 
 
 
Т. Л. Пучкова, С. Н. Тунцева 
 
 
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ 
ПРОИЗВОДСТВА 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

 
УДК 665.61.7(075) 
ББК 35.2/46я7 
 
П90 
 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. техн. наук, доц. О. В. Ильина 
канд. хим наук, мл. науч. сотр. Е. К. Бадеева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
П90 
Пучкова Т. Л. 
Основы технологии производства : учебное пособие / Т. Л. Пучкова,
С. Н. Тунцева; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 152 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2760-3 
 
Рассмотрены основные задачи современного химического производства, 
классификация химических реакций, понятия и составные части химико-технологических систем, основы применения закономерностей общей химической технологии в промышленном органическом и неорганическом синтезе. Приведены примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения по курсу «Основы 
технологии производства». 
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлениям подготовки 
27.03.01 «Стандартизация и сертификация» и 27.03.02 «Управление качеством». 
Подготовлено на кафедре общей химической технологии.  
 
 
ISBN 978-5-7882-2760-3 
© Пучкова Т. Л., Тунцева С. Н., 2019 
 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2019 
 
УДК 665.61.7(075) 
ББК 35.2/46я7 

СОДЕРЖАНИЕ 
Введение ........................................................................................................................................... 5 
1. Основные задачи современного химического производства ............................... 7 
1.1. Главные направления и схемы организации производства ............................ 9 
1.2. Основные понятия химической технологии ........................................................ 12 
2. Технологическая классификация химических реакций ........................................ 17 
2.1. Закономерности управления простым необратимым гомогенным 
процессом .................................................................................................................................. 20 
2.2. Закономерности управления простым обратимым гомогенным 
процессом .................................................................................................................................. 29 
2.3. Закономерности управления простым необратимым гетерогенным 
процессом .................................................................................................................................. 44 
2.4. Закономерности управления сложными процессами ..................................... 56 
2.5. Закономерности управления каталитическими процессами ....................... 64 
3. Реактор как основа химико-технологической системы ........................................ 77 
3.1. Классификация химических реакторов ................................................................ 78 
3.2. Материальный баланс реактора ............................................................................... 81 
4. Ресурсы химико-технологической системы ............................................................... 83 
4.1. Проблема сырья в современном мире .................................................................. 83 
4.2. Классификация сырья и обоснование его выбора для производства ..... 84 
4.3. Подготовка сырья к использованию ....................................................................... 85 
4.4. Вода в химической промышленности .................................................................... 87 
4.5. Энергоресурсы ................................................................................................................. 90 
5. Основы применения закономерностей ОХТ в промышленном 
органическом синтезе .............................................................................................................. 96 
5.1. Производство ненасыщенных углеводородов ................................................... 96 
5.1.1. Производство этилена и пропилена (олефинов) ..................................... 97 

5.1.2. Производство ацетилена .................................................................................... 98 
5.1.3. Производство бутадиена и изопрена ......................................................... 100 
5.2. Производство высокомолекулярных (полимерных) материалов ............ 101 
5.3. Производство пластических масс .......................................................................... 105 
5.4. Производство синтетических каучуков и резин .............................................. 106 
5.5. Производство химических волокон ..................................................................... 108 
5.6. Перспективные направления развития технологии полимеров ............ 109 
6. Задачи ....................................................................................................................................... 111 
6.1. Задачи на расчет исходной смеси ......................................................................... 111 
6.2. Задачи на расчет исходной и реакционной смеси простого 
необратимого процесса ..................................................................................................... 113 
6.3. Задачи на расчет материального баланса   
и технико-экономических показателей простого  
необратимого процесса ..................................................................................................... 116 
6.4. Задачи на расчет материального баланса   
и технико-экономических показателей сложно-параллельного  
необратимого процесса ..................................................................................................... 127 
6.5. Задачи на расчет материального баланса   
и технико-экономических показателей сложно-последовательного 
необратимого процесса ..................................................................................................... 133 
Список литературы ................................................................................................................... 150 
 
 
 

В В Е Д Е Н И Е  
В процессе изучения дисциплины «Основы технологии производства» студенты, обучающиеся по специальностям «Стандартизация и 
сертификация» и «Управление качеством», должны усвоить основные 
понятия науки, получить представление о закономерностях управления 
химико-технологическими процессами, узнать основные способы получения химических продуктов. Эти знания позволят им в дальнейшем 
начать профессиональную деятельность на химических предприятиях.  
Химическое производство является одной из главных сфер развития промышленности и экономики России. Основными составляющими химической отрасли страны являются изготовление пластмасс, 
минеральных удобрений, резины, бытовых средств, лекарственных 
препаратов и других веществ. 
Промышленными областями, которые используют продукцию химической индустрии, являются автомобильная, сельскохозяйственная, 
медицинская, фармацевтическая отрасль и много других. Химическая 
индустрия России – ключевой сегмент тяжелой промышленности государства. В ее состав входят химическое и нефтехимическое производства, которые делятся на много других ответвлений индустрии. 
Химическое производство сочетает некоторые характеристики, 
которые делают данный сегмент уникальным как по применению, так 
и по продукции. 
Так, с одной стороны, изделия отрасли используются в виде материалов и ресурсов во всех сферах промышленности (строительной, медицинской, космической, легкой, автомобильной, пищевой и т. д.), 
а также в сельском хозяйстве. С другой стороны, конечная продукция 
химического сегмента эксплуатируется внутри самой отрасли. 
Предприятия химической промышленности являются сложнейшими производствами, которые оказывают большое влияние на продвижение множества других крупных отраслей: металлургическую, 
горную, легкую, фармацевтическую, текстильную, автомобильную, пищевую и т. д. 
Научно-технологической основной химического комплекса является машиностроение и современные технологии. Химический комплекс обеспечивает различные отраслевые сферы полупродуктами для 

дальнейшего производства, а обычное население – изделиями для потребления. 
На данный момент химические предприятия занимаются изготовлением продукции, которая способна заменить дерево, кожу, стекло, 
металлы и другие материалы. Осуществляя переработку только углеводородного сырья, можно получить: бензин, топливные масла, пластмассы, каучуки, резины, удобрения для растений, бытовые средства, лекарственные препараты, строительные материалы, декоративные изделия, текстильную продукцию и т. д. 
Химическое производство для обеспечения собственной деятельности использует различное сырье: разные виды полезных ископаемых, 
элементы фауны и флоры, промышленные отходы, натуральные воды 
и воздух. 
Предметом изучения дисциплины «Основы технологии производства» является производство органических и неорганических продуктов и закономерности, лежащие в основе проектирования и управления 
этими процессами. Данное пособие описывает: 
– производство важнейших химических продуктов; современные 
тенденции развития химической технологии; 
– общие закономерности протекания химико-технологических 
процессов, управление и интенсификация технологических процессов. 

.  О С Н О В Н Ы Е  З А Д А Ч И  С О В Р Е М Е Н Н О Г О  
Х И М И Ч Е С К О Г О  П Р О И З В О Д С Т В А  
Производственным процессом называется совокупность действий, 
в результате которых обрабатываемые материалы, полуфабрикаты превращаются в готовый продукт. Основное назначение химического производства – получение продукта, при этом химическое производство 
является многофункциональным. 
Для количественной оценки эффективности работы химического 
производства используют специальные показатели. Процесс производства химических продуктов происходит на химических предприятиях 
с помощью специального оборудования благодаря совокупному труду 
множества специалистов. Для оценки результата функционирования 
этих процессов используют технико-экономические показатели. Технико-экономические показатели – система измерителей, характеризующая материально-производственную базу предприятий (производственных объединений) и комплексное использование ресурсов. Они 
применяются для анализа состояния и планирования производства, для 
процесса организации труда, оценки уровня техники, качества продукции, использования основных и оборотных фондов, трудовых ресурсов. 
Имеются общие технико-экономические показатели, используемые 
для всей отрасли, например производительность труда, себестоимость, 
и специфические, используемые для характеристики отдельных процессов. 
Рассмотрим основные технико-экономические показатели химических предприятий. 
1. Качество продукции – совокупность свойств целевого продукта, обуславливающих его пригодность удовлетворять определенные 
потребности в соответствии с его назначением. Качество продукта 
определяет его потребительские свойства и товарную ценность. Показатель индивидуален для каждого продукта. Он может включать содержание (состав и количество) примесей, физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и прочее. 
Качество химического продукта зависит от качества исходного сырья и материалов, уровня развития науки и техники, прогрессивности 
применяемой технологии, организации труда и производства, квалификации кадров и регулируется различными нормативными документами:  

ГОСТ – государственный стандарт, 
ОСТ – отраслевой стандарт, 
РСТ – республиканский стандарт, 
СТП – стандарт предприятия, 
ТУ – технические условия. 
2. Расходные коэффициенты по сырью и энергии – это количество каждого вида сырья или энергии, которое расходуется на получение единицы массы целевого продукта. 
Теоретический расходный коэффициент рассчитывают по стехиометрическому уравнению реакции:  
,                                           (1.1) 
где М(А) и М(R) – молярные массы реагента и целевого продукта соответственно, а и r – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. 
Практический расходный коэффициент рассчитывается по таблице 
материального баланса; он всегда больше теоретического расходного 
коэффициента: 
, г/г, кг/кг, т/т и др.                         (1.2) 
3. Фабрично-заводская себестоимость – затраты предприятия 
в денежном выражении, связанные с производством единицы химического продукта. Разница между ценой и себестоимостью продукта, 
умноженная на объем производства, составляет прибыль производителя. Снижение себестоимости продукции является чрезвычайно важной задачей для химика-технолога как производителя химического продукта: 
а) затраты на сырье и материалы (экономия сырья, переход на дешевое сырье, углубление переработки, комплексная переработка); 
б) топливо и энергия на технологические цели (экономия, снижение потерь, внедрение малоэнергоемких технологий, применение катализаторов, использование вторичного тепла); 
в) амортизация – отчисления на возмещение износа основных производственных фондов (создание аппаратов большой единичной мощности и интенсивности); 
)
R
(
М
r
)
А
(
М
а
А
.
теор
×
×
=
g
.
прод
.
факт
сырье
m
m
g

г) заработная плата основных рабочих (повышение производительности труда); 
д) цеховые расходы; 
е) общезаводские расходы. 
1.1. ГЛАВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ 
ПРОИЗВОДСТВА 
Общая структура химического производства включает в себя следующие функциональные части (рис. 1.1): 
– Химико-технологический процесс (позиции 1–3), в котором сырье перерабатывается в продукт. Подготовка сырья (поз. 1) включает 
в себя его предварительную обработку – измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов и т. д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий превращения. Подготовленное сырье 
проходит ряд превращений (поз. 2), в результате чего образуется необходимый продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, 
как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным, 
и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (поз. 3). Выделение целевых продуктов осуществляется ректификацией, адсорбцией, кристаллизацией, выпариванием и т. д. 
– Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные компоненты, которые опасно 
выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического 
производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства (поз. 4). 
Санитарная очистка, или обезвреживание отходов, – перевод токсичных составляющих в безвредные, с тем чтобы их можно было удалить из производства, не опасаясь заражения окружающей среды. Хотя, 
конечно, даже обезвреженные отходы производства не являются полностью безопасными для окружающей среды, так как загрязняют ее 
в любом случае. 

– Энергия (поз. 5) – является движущей силой химического процесса, без которого невозможно функционирование любого, даже самого совершенного, оборудования. Энергия затрачивается на приведение в работу всех двигателей, устройств и механизмов, а также нагрев 
или охлаждение требуемых зон и обеспечение управления процессом. 
Энергия может выделяться в результате химической реакции, во многих случаях, если это возможно, ее используют для совершения работы. 
– Вода (поз. 6) – является одним из главных участников химического процесса и используется для теплообменных процессов, не участвуя в протекании химических реакций, выступает в качестве транспортирующей среды, обеспечивает жизнедеятельность производственного 
персонала. 
– Управление производством (поз. 7) – деятельность персонала химического производства, направленная на осуществление химического 
процесса, получение конечного продукта, обеспечение безопасности 
проведения процесса. С развитием науки и техники все большую роль 
в управлении химическими процессами получают компьютерные программы и управляющие устройства, роботы, наделенные искусственным интеллектом.  
  
 
 
Рис. 1.1. Общая структура химического производства: 1 – подготовка  
сырья; 2 – переработка сырья; 3 – выделение основного продукта;  
4 – санитарная очистка и утилизация отходов; 5 – энергетическая система; 
6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – система 
управления 
 
Производственный процесс включает не только технологические, 
но и вспомогательные процессы (в частности, транспортировку, контроль продукции, подготовку производства, эксплуатацию зданий и сооружений, оборудования).