Khái niệm công nghệ hóa học

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
1. Công nghệ hóa học:
Công nghệ được chia thành 2 loại:
- Công nghệ Cơ học
- Công nghệ Hóa học: Nghiên cứu các quá trình làm thay đổi thành phần và cấu trúc
nội tại các chất bằng phản ứng hóa học. Gồm 3 giai đoạn, tốc độ chung của quá trình
công nghệ được giới hạn bằng tốc độ của giai đoạn chậm nhất.
+ GĐ1: Đưa cấu tử phản ứng vào vùng phản ứng: thực hiện bởi quá trình
khuếch tán phân tử hoặc đối lưu. Trường hợp khuấy mạnh, quá trình trở thành khuếch
tán rối. Trong hệ hai hay nhiều pha, có thể thực hiện các quá trình chuyển pha (hấp
phụ, hấp thụ hoặc nhả, ngưng tụ, bay hơi hoặc thăng hoa, nóng chảy hoặc hòa tan).
→ Nếu đây là giai đoạn chậm nhất - quá trình xảy ra ở miền khuếch tán. Thay
đổi những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán: cường độ khuấy, nhiệt độ, nồng
độ…→ thay đổi tốc độ quá trình.
+ GĐ 2: Xảy ra các phản ứng nối tiếp hoặc song song (có thẻ xay ra phản ứng
phụ).
→ Nếu đây là giai đoạn chậm nhất – quá trình xảy ra ở miền động học. Tăng
cường các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: nồng độ chất đầu, nhiệt độ, xúc tác…
→tốc độ quá trình tăng.
+ GĐ 3: Tương tự như GĐ 1.
Nếu tốc độ của 3 giai đoạn như nhau → Tăng cường các yếu tố ảnh hưởng
đến cả quá trình khuếch tán lẫn phản ứng như nhiệt độ, nồng độ chất đầu.

2. Phân loại các quá trình công nghệ hóa học
- Nguyên liệu: chế biến nguyên liệu khoáng (chế biến thực vật, động vật…)
- Sản phẩm: công nghệ muối vô cơ, phân bón, sợi hóa học, nhiên liệu…
→ Thuận lợi cho việc xét tổng quát từng ngành công nghiệp hóa học.
- Trạng thái tập hợp: đồng thể, dị thể.
→ Quyết định phương pháp công nghệ và nguyên lí chế tạo thiết bị, tương đối
thuận lợi cho việc nghiên cứu các định luật tổng quát của quá trình CNHH.

- Đặc trưng thiết bị: Cơ học, thủy động lực học, chuyển khối, truyền nhiệt, hóa học,
…
- Đặc trưng năng lượng: Thu nhiệt, tỏa nhiệt.
- Tham số cơ bản của chế độ kĩ thuật: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, có xúc tác…
→ Thực tế, thường kết hợp phân loại các quá trình công nghệ đồng thời theo
hai hoặc ba đặc trưng khác nhau.

3. Đối tượng nghiên cứu của CNHH
- Biến đổi một số chất và vật liệu (nguyên liệu, bán thành phẩm) thành chất khác có
những tính chất có ích hoặc là chất hoàn toàn mới.
- Nghiên cứu biện pháp, điều kiện chế biến nguyên liệu thành các hóa chất. → Quan
trọng: nghiên cứu những biến đổi hóa học và quá trình chuyển khối (khối lượng, năng
lượng, động lượng).
- Thiết lập những điều kiện có lợi nhất cho sản xuất công nghiệp các sản phẩm và
thiết kế các thiết bị và dụng cụ kỹ thuật tương ướng → xác định hiệu quả kinh tế và giải
quyết các vấn đề kinh tế-kỹ thuật:
+ Tiêu hao nguyên vật liệu, năng lượng cho 1 đơn vị sản phẩm thấp.
+ Hiệu suất, chất lượng sản phẩm cao.
+ Vốn đầu tư ít và khấu hao nhanh
+ Giá thành sản phẩm hạ.
- Các vấn đề tổ chức lao động, quả lí sản xuất; các biện pháp kiểm tra sản xuất, chất
lượng sản xuất → chọn điều kiện sản xuất tối ưu.
- Sử dụng toàn diện nguyên liệu và năng lượng, kết hợp với các ngành sản xuất
khác → khác phục “ làm ÔNMT”. Đảm bảo điều kiện vệ sinh và an toàn lao động trong
sản xuất. Là cơ sở của công nghệ hóa học và hóa dầu, công nghệ luyện kim, xenlulozogiấy, vi sinh vật…

4. Đặc điểm ngành công nghiệp hóa chất
- Dùng nhiều vật liệu. Chi phí dùng cho nguyên vật liệu chiếm từ 2/3 (trung bình)
đến 4/5 giá thành sản phẩm.

- Tiêu thụ nhiều năng lượng: 1st tiêu thụ nhiệt và 3rd tiêu thụ điện trên 1 đơn vị sản
phẩm. Chi phí nhiên liệu chiếm 11%(trung bình) - 25% giá thành sp.
- Thiết bị, máy móc hiện đại → đòi hỏi cán bộ, công nhân có trình độ kĩ thuật cao.
- Năng suất lao động cao (lớn hơn 1,3 – 1,5 lần so với các ngành khác), nhiều lãi.
- Sự tiến bộ của ngành phụ thuộc vào sự phát triển công tác nghiên cứu cơ bản (đi
sâu vào thế giới vi mô: nghiên cứu cấu trúc electron, cấu trúc tinh thể,…).
- Sự phát triển liên quan chặt chẽ với toàn bộ ngành kinh tế quốc dân, các ngành KH
khác. Tiến bộ KT phụ thuộc vào trình độ điện khí hóa, cơ khí, tự động hóa.

5. Vai trò của hóa học và công nghệ hóa chất đối với sự phát triển khoa học kỹ thuật
và kinh tế quốc dân
Giữ vai trò đòn bẩy trong việc đẩy mạnh tiến bộ kĩ thuật, nâng cao hiệu quả sản
xuất vật chất, thúc đẩy nhịp độ phát triển kinh tế kĩ thuật và văn hóa.
Một số thành tựu thể hiện vai trò then chốt của công nghiệp hóa chất:
- Công nghiệp hóa chất ngày càng góp phần quan trọng trong việc bảo đấm nhu cầu
sinh hoạt của cong người, đặc biệt là nhu cầu thiết yếu (ăn, mặc, ở, bảo vệ sức khỏe).
- Hóa học và công nghiệp hóa chất thúc đẩy tiến bộ kĩ thuật của các ngành khoa học
và kinh tế khác.

6. Các phương hướng chính phát triển kĩ thuật hóa học
- Tăng công suất của thiết bị: tăng kích thước của thiết bị và tăng cường độ làm
việc.
- Thực hiện các quá trình liên tục tuần hoàn kín.
- Liên hiệp giữa các xí nghiệp.
- Cơ khí hóa và tự động hóa các quá trình sản xuất.
- Tận dụng các phế thải công nghiệp, chống ô nhiễm môi trường

7. Một số biện pháp mới trong kĩ thuật hóa học

- Các quá trình quang hóa là các phản ứng do ánh sáng gây ra hay làm tăng tốc độ
phản ứng. Cơ chế: sự hoạt hóa các phân tử các chất tham gia phản ứng nhờ thu nhận


photon, cấu trúc electron của phân tử thay đổi, các electron lớp ngoài cùng được kích
thích và phân tử có khả năng biến đổi hóa học. Chia thành 2 nhóm:
+ Nhóm thứ nhất: các phản ứng về mặt nhiệt động có khả năng xảy ra ở điều
kiện nhất định, mang tính chất chuỗi.
+ Nhóm thứ hai: phản ứng về mặt nhiện động không tự xảy ra được; phải liên
tục đưa năng lượng từ ngoài vào dưới dạng dao động diện từ
Các loại phản ứng quang xúc tác là xúc tác hấp thụ ánh sáng, một số bán dẫn như
oxit của Zn, Cd, Sn, dùng làm xúc tác quang.
- Siêu âm: Các dao động đàn hồi tần số siêu âm có thể tác động đến các quá trình
hóa học để thực hiện các giai đoạn vật lí. Siêu âm cũng làm thay đổi tốc độ một số phản
ứng (oxi hóa, khử oxi ở dung dịch, polime hóa ở dung dịch và chất chảy lỏng, thủy
phân…)
- Các quá trình hóa bức xạ: Các bức xạ có năng lượng cao có khả năng ion hóa các
chất tham gia phản ứng, làm diễn ra các chuyển hóa hóa học. Các bức xạ là các dao động
điện từ tần số cao (tia X, tia γ) và các phần tử có năng lượng cao ( hạt α và β, các
electron, các mảnh vỡ hạt nhân)
- Các quá trình hóa plasma
- Các quá trình hóa sinh: Các enzim có tính chất xúc tác cho các phản ứng hóa sinh.
Hoạt tính xúc tác của enzim lớn, độ chọn lọc rất cao, hoạt động ở nhiệt độ và áp suất
thường → phản ứng không yêu cầu nhiều năng lượng. Tuy nhiên enzim không chịu được
nhiệt độ cao (>40 – 50 oC), môi trường axit hay kiềm mạnh, hay muối kim loại nặng
trong thời gian dài.