Характеристика важнейших химических производств и аппаратов

Современные требования к химическим производствам экономического, структурного и экологического характера, проблема техники безопасности.

Производство серной кислоты. Сорта, свойства и области применения серной кислоты. Значение серной кислоты. Сырье сернокислой промышленности и его комплексное использование. Получение оксида серы (IV).

Обжиг колчедана как гетерогенный, некаталитический, высокотемпературный процесс в системе Т—Г. Типы печей. Печь кипящего слоя.

Контактный способ производства серной кислоты. Очистка и осушка обжигового газа. Окисление оксида серы (IV) как пример простого обратимого гетерогенно-каталитического процесса. Теоретические основы окисления оксида серы (IV). Промышленные катализаторы. Контактные аппараты со стационарными и кипящими слоями катализатора. Хемосорбция оксида серы (VI) в моногидратном абсорбере: оптимальные условия процесса. Устройство абсорбционной аппаратуры. Принципиальная схема производства серной кислоты контактным способом. Тенденции в развитии производства серной кислоты. Установка с двухстадийным контактированием и абсорбцией. Циклические системы.

Синтез аммиака. Производство азотной кислоты. Соединения азота и их значение в народном хозяйстве. Методы фиксации атмосферного азота. Синтез оксида азота (II), методы его осуществления и перспективы. Получение азота и кислорода из воздуха глубоким охлаждением и ректификацией жидкого воздуха. Ректификационная колонна.

Методы получения водорода и азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Производство водорода и азотоводородной смеси из природного газа. Типовые методы очистки газов, применяемые в производстве синтетического аммиака.

Синтез аммиака как пример каталитического процесса с небольшим равновесным выходом продукта, осуществляемого по циклической (круговой) схеме. Теоретические основы синтеза аммиака. Кинетические уравнения. Принципиальная схема производства при среднем давлении. Устройство колонны синтеза – каталитического реактора, работающего при высоких температурах и давлениях.

Теория каталитического окисления аммиака в оксид азота (II). Избирательный катализ как основной прием осуществления этого процесса. Оптимальные условия каталитического окисления аммиака. Промышленные катализаторы. Устройство контактного аппарата поверхностного контакта (с сетками из сплавов платины).

Переработка нитрозных газов в разбавленную и концентрированную азотную кислоту. Условия совместного проведения гомогенного окисления оксида азота (II) и гетерогенного процесса абсорбции оксидов азота. Схема производства разбавлен­ной азотной кислоты как пример технологической схемы с от­крытой цепью. Прямой синтез концентрированной азотной кислоты. Свойства и применение азотной кислоты. Пути развития и совершенствования синтеза аммиака и производства азотной кислоты.

Производство минеральных удобрений. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. Классификация минеральных удобрений. Физико-химические основы типовых гетерогенных некаталитических процессов в производстве минеральных солей и удобрений.

Фосфорные удобрения и их классификация. Фосфатное сырье. Гетерогенные процессы и реакции в производстве простого и двойного суперфосфата. Суперфосфатная камера непрерывного действия. Нейтрализация и гранулирование простого суперфосфата. Фосфорная кислота. Экстракционный и электротермический методы получения фосфорной кислоты, их сравнение. Фосфорнокислотное разложение фосфатного сырья. Концентрированные фосфорные удобрения. Двойной суперфосфат.

Азотнокислотное разложение фосфатного сырья с получением сложных удобрений, их свойства и применение. Хемосорбционные процессы, сопровождаемые быстрой необратимой реакцией в производстве аммиачной селитры. Использование теплоты нейтрализации в реакторе (нейтрализаторе) и схемах производства аммиачной селитры. Устройство нейтрализатора. Недостатки аммиачной селитры как удобрения.

Синтез карбамида – некаталитический гетерогенный процесс, осуществляемый при высоком давлении по схемам с частичной рециркуляцией непрореагировавших исходных веществ или по циркуляционной круговой схеме. Свойства и применение карбамида как удобрения, кормового продукта для животных и исходного материала в производстве пластмасс.

Калийные удобрения, их применение. Физико-химические основы разделения смеси природных солей на примере получения хлорида калия из сильвинита.

Понятие о микро- и бактериальных удобрениях и перспективы их применения. Кормовые продукты для животных.

Производства минеральных удобрений и ядохимикатов.

Электрохимия. Применение электрической энергии для осуществления химико-технологических процессов. Электрохимические и электротермические производства.

Электролиз водных растворов и расплавленных среду. Основные технологические показатели электролиза: выход по току, выход по энергии, коэффициент использования энергии, напряжение разложения. Принципы аппаратурного оформления электрохимических процессов. Электролиз раствора хлорида натрия в ваннах с фильтрующей диафрагмой и стальным катодом, в ваннах с ртутным катодом. Продукты электролиза - хлор, водород, едкий натр, их применение. Синтез хлороводорода и получение соляной кислоты. Применение соляной кислоты. Пути развития и совершенствования электрохимических производств. Хлорная металлургия.

Промышленный органический синтез. Сырье органического синтеза. Виды продуктов основного органического синтеза, их характеристика, свойства, значение в народном хозяйстве. Типовые химико-технологические процессы, применяемые в органическом синтезе: гидрирование, окисление, дегидрирование, гидратация, гидролиз, алкирование, нитрование, хлорирование и др. Роль каталитических процессов в органическомсинтезе.

Синтез метанола. Физико-химические основы, оптимальные условия процесса. Катализаторы. Принцип построения технологической схемы. Устройство реактора. Аналогия с сущностью и аппаратурным оформлением синтеза аммиака. Свойства и применение метанола.

Синтез этилового спирта прямой гидратацией этилена. Теоретические основы, параметры технологического режима, технологическая схема. Преимущества этого одностадийного каталитического процесса, осуществляемого по циклической схеме, перед другими методами получения этанола. Применение этилового спирта.

Производства бутадиена и изопрена каталитическим дегидрированием бутана и изопентана. Производство стирола из этилбензола.

Производство уксусной кислоты из ацетилена. Стадии производства, их физико-химические основы. Характеристика методов получения ацетилена. Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана. Гидратация ацетилена с получением ацетальдегида. Устройство реактора гидратации. Получение уксусной кислоты каталитическим окислением ацетальдегида. Технологическая схема: устройство реактора окисления. Другие методы производства ацетальдегида.

Производство формальдегида в органической технологии. Производство формальдегида из метанола и из метана природного газа путем селективного катализа. Катализаторы. Применение формальдегида в органической технологии.

 

Химия и новые материалы

Определение понятия «материалы». Соотношение понятий «вещество», «материал», «изделие» (конструкция). Материаловедение, этапы становления. Классификация материалов. Химические и физические основы изучения, создания и эксплуатации материалов (понятие о физике и химии твердого тела, кристаллохимии, мето­дах физико-химического анализа). Проблема направленного синтеза практически важных продуктов.

Металлы: электронное строение, свойства, методы получения, классификациям. Понятие о металловедении. Прикладные проблемы материаловедения – разработка способов получения чистых и сверхчистых металлов, создание сплавов с рассчитанными свойствами. Проводники, сверхпроводники, магнитные материалы, запоминающие металлы. Порошковая металлургия, зонная плавка, перегонка в вакууме, термическое разложение летучих соединений металлов, ионный обмен. Сплавы со специальными свойствами.

Понятие о химическом сопротивлении материалов. Коррозия, методы защиты, ингибиторы коррозии. Биологическая коррозия.

Покрытия. Классификация покрытий по различным признакам (назначение, методы получения покрытия.). Покрытия защитные, гидрофобные, термоизоляционные.

Силикаты. Строительные материалы. Экология жилища. Оптические материалы. Стекла. Оптические системы, световоды. Материалы для лазерной техники. Полупроводники.

Керамика как перспективный материал нашего времени и будущего. Новые направления использования керамики в энергетике (керамические двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины) и химической промышленности (реакторы, насосы).

Полимерные материалы: состав, получение, классификация. Проблемы создания и эксплуатации полимерных материалов (старение полимеров и загрязнение окружающей среды, горючесть). Роль химии в их решении, новые полимерные материалы и экономическая эффективность их внедрения в различные отрасли экономики.

Эластомеры. Виды, аспекты практического использования. Полимеры медицинского назначения.

Композиционные материалы, классификация, принципы их технологии и специфические свойства. Области использования металлопластов, дисперсноупроченных материалов, керметов, норпластов и других видов композитов.

Мембраны, классификация по структурным характеристикам и методам получения. Направления использования мембран — мембранное газоотделение, диализ, осмос, ультрафильтрация, мембранный катализ; области использования: в химической технологии, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, для очистки сточных вод.

Смазочные материалы, современные тенденции использования молекулярных смазок. Гидравлические жидкости. Теплоносители, смазочно-охлаждающие жидкости.

Изучение материалов в школьном курсе химии. Учет регионального компонента при изучении материалов.