Виды технологических процессов и основные принципы химической технологии

Виды технологических процессов и основные принципы химической технологии

Технологические процессы в химическом производстве включают в себя три типа операций.

1) Механические операции:

- измельчение; - сортировка;- подача сырья в реакционный аппарат;

- удаление из аппарата и транспортировка продуктов реакции в другие аппараты; - фильтрование и промывка.

2) Химические реакции:

- при проведении химических реакций исходные вещества должны достигнуть зоны реакции; - продукты реакции должны быть удалены из зоны реакции;- большинство химических реакций в настоящее время протекают в присутствии катализаторов.

!!! Применение катализаторов позволяет:

- повысить производительность процесса; - снизить температуру и давление;- повысить выход продукта.

3) Физико-химические операции:

- растворение;- поглощение или конденсация;- извлечение или экстракция;- перегонка и ректификация.

При разработке технологической схемы химического производства используют общие принципы химической технологии:- непрерывность процесса;- противоток;- автотермичность;- комплексное использование сырья; - комбинирование и кооперирование производств.

Коротко охарактеризуем каждый из принципов в отдельности.

1. Принцип непрерывность процесса. При непрерывном процессе производства подача сырья и отбор продуктов осуществляется непрерывно или порциями без остановки аппарата или системы.

Это обеспечивает следующие преимущества:

- экономия технологического времени;

- создаётся устойчивость и равномерность протекания процесса, т. е. имеется возможность постоянно поддерживать оптимальный режим производства;

- возможность автоматизации и механизации производства.

2. Принцип противотока. Противотоком называются противоположно направленные движения взаимодействующих веществ.

Принцип противотока используют в подавляющем большинстве производственных процессов:

- проведение химических реакций; - поглощение газов; - растворение твёрдых тел;- нагревание исходных веществ;- охлаждение продуктов реакции.

3. Принцип автотермичности. 4. Принцип комплексного использования сырья. Почти в каждом химическом производстве, кроме готового продукта, образуется отходы производства.

Отходы производства могут образовываться:

- при протекании основной реакции вместе с готовыми продуктами;

- вследствие неполноты протекания реакции;

- благодаря побочным реакциям;

- из-за наличия примесей в сырье.

В связи с этим возникает необходимость решать следующую задачу: превращение отходов в побочные продукты, что позволяет полнее использовать все содержащиеся в сырье вещества.

Это в свою очередь способствует:

- снижению себестоимости продукции;

- в значительной мере предотвращает загрязнение окружающей среды.

5. Принцип кооперативного производства реализуется за счёт того, что:

- одно предприятие поставляет один или несколько готовых продуктов в качестве сырья другому предприятию;

- химическая промышленность снабжает своими продуктами энергетическую промышленность, машиностроение транспорт и т. д.

!!! Важнейшая задача химической технологии - определение условий для экономически целесообразного осуществления тех или иных химических реакций в виде технологического процесса при наличии определённых видов сырья.

 

 

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫИ ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

 

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются соединения с большой молекулярной массой, выражающейся в десятках или сотнях тысяч и миллионах дальтон.

Полимеры - это другое название ВМС, которое получило в настоящее время широкое применение, хотя оно является и менее точным.

Полимеры содержат большое число чаще всего одних и тех же групп атомов, называемых звеньями, которые соединены друг с другом в определённом порядке ковалентной связью.

С древнейших времён люди использовали природные ВМС: белки и крахмал в пище, целлюлозу хлопка и льна, кератин шерсти для одежды, коллаген кожи для обуви.

Лишь в конце XIX века при переработке целлюлозы начали получать искусственные ВМС для получения искусственных волокон и пластмасс.

В начале XX века были разработаны методы получения синтетических ВМС путём синтеза из соединений с небольшой молекулярной массой.

В настоящее время мировое производство синтетических и искусственных ВМС получило большое развитие и темпы его роста выше, чем производств металлов, а также и природных ВМС.

Такой стремительный рост производства ВМС обусловлен присущей только им совокупностью разнообразных свойств: эластичности и жёсткости, твёрдости, высокой прочности, прозрачности и непрозрачности для света, малой плотности, химической стойкости и термостойкости.

Некоторые ВМС по сочетанию разнообразных свойств не имеют аналогов среди природных материалов.

Стоимость изделий из ВМС в большинстве случаев ниже, чем таких же изделий из традиционных материалов.

Поэтому ВМС нашли широкое применение в авто-, судо- и самолётостроении, в электротехнической, радиоэлектронной, космической, химической, пищевой медицинской и других отраслях промышленности в виде разнообразных изделий.

Классификация полимеров

Классификацию полимеров осуществляют по происхождению, составу главной цепи, структуре макромолекул, способу получения и т. д.

По происхождению. По происхождению полимеры делят на природные и синтетические полимеры. Природные полимеры: целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, а также химически модифицированные природные полимеры, например нитроцеллюлоза и ацетилцеллюлоза.

Синтетические полимеры - это полимеры, полученные из мономеров (органических веществ с небольшой молекулярной массой): пропилен, полистирол, бутадиеновый каучук и т. д.

По химическому составу главной цепи макромолекулы все полимеры делятся на три группы:-

1) органические - в состав главной цепи макромолекулы входят только атомы углерода - каучуки, полиамиды, полиуретаны;

2) элементорганические - главная цепь состоит из атомов кремния, бора, титана, фосфора, соединённых через кислород, к которым присоединены органические радикалы - титаноксаны, алюмоксаны;

3) неорганические - в составе главной цепи и боковых заместителях отсутствует углерод.

Полимеры, главные цепи которых состоят из одинаковых атомов, называются гомоцепными.

Наиболее широко распространены карбоцепные полимеры, главная цепь которых состоит только из атомов углерода, например, полиэтилен и большинство синтетических каучуков.

Полимеры, главные цепи которых состоят из разных атомов, называются гетероцепными.

Гетероцепные полимеры в главной цепи содержат наряду с атомами углерода ещё и атомы других элементов - кислорода, азота, серы, фосфора и др.

В зависимости от структуры макромолекул различают линейные, разветвлённые и трёхмерные (пространственные, сшитые, сетчатые) полимеры

1. В полимерах с линейным строением макромолекул каждое элементарное звено соединено только с двумя соседними: -М-М-М-М-М-М-М- Хотя в пространстве макромолекулы могут быть изогнуты, переплетены или свёрнуты в клубок. Полимеры с линейной структурой, обычно прочны, эластичны, способны растворяться и размягчаться. Такую структуру имеют полиэтилен, каучуки, целлюлоза.

2. Разветвлённая структура характерна для полимеров, макромолекулы которых имеют боковые ответвления меньшей длины, чем основная цепь: Рис 12.1. Схема строения полимера с разветвлённой структурой Такой структурой обладают крахмал, полистирол и др.

3. Полимеры, в которых линейные макромолекулярные цепи соединены посредством атомов или групп атомов (поперечных связей), называются трёхмерными: Рис. 12.2. Схема строения полимера с трёхмерной структурой Полимеры с трёхмерной структурой тверды, нерастворимы и неспособны размягчаться, например, резины, фенопласты и аминопласты.

По механическим свойствам полимеры делятся на: - пластомеры, характеризующиеся высокой прочностью и низкой способностью к растяжению; - эластомеры, характеризующиеся высокой упругостью и способностью к растяжению.

По отношению к действию температур полимеры могут быть термопластичными и термореактивными. К термопластичным полимерам относятся полимеры, которые при нагревании размягчаются, переходят в пластичное состояние, а при охлаждении вновь затвердевают и, сохраняя свои первоначальные свойства: растворимость, способность к размягчению и др. К термореактивным полимерам, относятся полимеры, которые при нагревании становятся пластичными (способными к формованию), но затем под влиянием температуры и благодаря наличию химически активных групп приобретают трёхмерную структуру вследствие соединения линейных макромолекул между собой.

После затвердевания такие полимеры становятся неплавкими и нерастворимыми, например фенолформальдегидные пластмассы.

 

 

63. СВОЙСТВА ВМС (СТЕПЕНЬ ПОЛИМ……….)

Основную массу ВМС составляют органические вещества, используемые дл изготовления волокон, пластмасс, клеев, лаков и других материалов. Состав и физико-химические свойства Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев одинакового химического состава и строения. Число звеньев в макромолекуле называют степенью полимеризации n. Например: - при полимеризации этилена полимер имеет повторяющееся звено -CH2-CH2-;- при полимеризации - бутадиена -CH2-CH=CH-CH2-.Молекулярная масса полимера М равна произведению молекулярной массы элементарного звена m на число звеньев n:M = m∙n. Для полимеров характерны многие общие свойства, которые определяются размерами молекулярной массы, физическим состоянием, пространственным строением и расположением макромолекул.

Фазовые и физические состояния полимеров К специфическим свойствам полимеров относятся их полидисперстность, особые физические свойства, свойства растворов, способность к волокнообразованию и явления релаксации. Полидисперстность. В отличие от низкомолекулярных соединений и природных полимеров синтетические полимеры не являются индивидуальными веществами, а представляют набор макромолекул одинакового строения, но разной степени полимеризации, т. е. с различной молекулярной массой. В связи с этим для них можно определить только среднюю молекулярную массу Mср. Неоднородность полимеров по молекулярной массе и степени полимеризации принято называть полидисперсностью.

Физические свойства. Характерной особенностью высокомолекулярных соединений является то, что наименьшей «частицей», участвующей в реакции или физико-химическом процессе, является не молекула, как в классической химии, а мономерное звено (при химических реакциях) или участок цепи (при физико-химических и физико-механических процессах).Полимеры плохо растворяются или практически не растворяются в различных растворителях. При этом растворение начинается с процесса набухания, т. е. проникновения молекул растворителя между макромолекулами полимера, что сопровождается значительным (в 10-15 раз) увеличением объёмом полимерной массы. Набухшие полимеры растворяются в растворителе, образуя концентрированные растворы с высокой вязкостью.Полимеры нелетучи и не обладают определённой температурой плавления, при нагревании постепенно размягчаются и переходят в вязкотекучее состояние. Для большинства полимеров характеристикой такого перехода является температура размягчения. Чем больше молекулярная масса полимера, тем выше его температура размягчения. Механические свойства полимеров также зависят от молекулярной массы. Чем больше молекулярная масса полимера и чем больше длина его макромолекул, тем больше силы межмолекулярных взаимодействий между ними, тем выше прочность полимера на разрыв.Фазовые состояния полимеров: кристаллическая и аморфная фазы В зависимости от пространственного расположения макромолекул полимера относительно друг друга полимер (или его отдельные области) может находиться в кристаллическом состоянии (кристаллическая фаза) - при упорядоченной структуре или в аморфном (аморфная фаза) при хаотичном расположении молекул.

При этом кристаллическая и аморфная фазы в полимере находятся в состоянии термодинамического равновесия: Аморфная фаза = Кристаллическая фаза - ΔQ

При повышении температуры равновесие фазового перехода смещается влево, поэтому степень кристалличности (содержание кристаллической фазы) полимера при нагревании уменьшается. Физические состояния. Для аморфных полимеров различают три физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекуче. Физические состояния полимеров связаны взаимными обратимыми переходами, которые переходят в определённых интервалах температур:

Тс Тт

Стеклообразное = Высокоэластическое = Вязкотекуче,

где Тс - температура стеклования, Тт - температура текучести.

С ростом кристалличности структуры повышается прочность и жёсткость. Аморфные участки обусловливают пластичность. Полимеры с невысокой степенью кристалличности могут быть в зависимости от температуры стеклообразными, высокоэластичными и вязкотекучими. При нагревании происходит переход из одного состояния в другое с изменением механических свойств. Переход из стеклообразного в высокоэластичное состояние и обратно совершается постепенно в определённом интервале температур, который называется температурой стеклования. Аналогичный интервал температур при переходе из высокоэластичного в вязкотекучее состояние называют температурой текучести. Например, тефлон (политетрафторэтилен) на 80-85% состоит из кристаллической фазы и на 15-20% из аморфных участков. В связи с эти полимер не теряет эластичности в широком интервале температур от -296ºС до температуры разложения, а твёрдости - вплоть до начала плавления кристаллической фазы - 327ºС.

Степень кристалличности зависит от пространственного расположения заместителей в макромолекуле полимера.

Стереорегулярные и атактические полимеры

Полимеры с правильным расположением заместителей в макромолекуле в пространстве называются стереорегулярными полимерами.

Полимеры с беспорядочным расположением заместителей в макромолекуле в пространстве называются атактическими полимерами.

У стереорегулярных полимеров вследствие возможности плотного прилегания молекул степень кристалличности близка к 100%, у атактических полимеров - она значительно ниже, так как заместители соседних цепей, сближаясь, препятствуют плотной упаковке молекул.

 

Стереорегулярные полимеры имеют более высокую температуру размягчения и механическую прочность, чем атактические полимеры.

 

 

64. ПРОИЗВОДСТВО ВМС МЕТОДОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ. МЕХАНИЗМ ЦЕПНОЙ ………

Основные способы производства полимеров

По методам получения различают полимеризационные и поликонденсационные полимеры. Оба типа полимеров получают из низкомолекулярных соединений - мономеров, способных в определённых условиях реагировать друг с другом. Синтез полимеров возможен при взаимодействии низкомолекулярных соединений, содержащих не менее двух реакционоспособных функциональных групп, кратные связи, неустойчивые циклы или обычные функциональные группы. Синтез полимеров осуществляется двумя основными методами: полимеризацией и поликонденсацией.

Полимеризация. Полимеризация - это процесс образования макромолекул соединением большого числа молекул мономера без выделения побочных продуктов.Полученный полимер имеет тот же элементарный состав, что и исходный мономер, процесс необратим и протекает с выделением теплоты. Для осуществления реакции полимеризации необходимо мономеры перевести из неактивного состояния в активное состояние, для чего используют инициаторы, катализаторы, световую, тепловую или ядерную энергию. Реакции полимеризации по механизму образования макромолекул делятся на ступенчатые и цепные.

Цепная полимеризация. При цепной полимеризации, происходит соединение ненасыщенных мономеров в макромолекулу. Характерной чертой цепной полимеризации является последовательное присоединение к растущей полимерной цепи индивидуальных мономерных единиц. При присоединении каждой последующей мономерной единицы регенерируется реакционноспособный центр Ма, который, взаимодействуя с другим мономером, продолжает рост цепи:

R-Mn-Ma + M => R-Mn+1-Ma => R-Mn+2-Ma

Механизм взаимодействия растущей полимерной цепи и мономерной молекулы может включать радикальный, катионный или анионный интермедиат (промежуточный продукт). На практике широкое распространение получили процессы цепной полимеризации, протекающие в три стадии: инициирование, рост цепи, обрыв цепи.

Процесс полимеризации может протекать по радикальному или ионному механизмам.

Радикальная полимеризация. При радикальной полимеризации начало цепного процесса (инициирование) происходит под влиянием температуры, света, различных видов облучения, а также инициаторов. Инициаторы - нестойкие органические вещества, при термическом распаде сами дают радикалы, взаимодействие которых с молекулами мономера ведёт к образованию радикалов с большой молекулярной массой (рост цепи).При их действии на мономеры образуются начальные, дающие рост цепи радикалы

1) реакция распада инициатора

R-R´ → R∙ + R´;

2) реакция инициирования

CH2=CH2 + R∙ → RCH2ĊH2;

3) рост цепи

RCH2ĊH2 + CH2=CH2 = RCH2CH2CH2ĊH2

RCH2 CH2CH2ĊH2 + (CH2=CH2)n = RCH2CH2(CH2=CH2)nCH2ĊH2

4) обрыв цепи

RCH2CH2(CH2=CH2)nCH2ĊH2 + R´ = RCH2CH2(CH2=CH2)nCH2CH2R´

Рост цепи прекращается за счёт взаимодействия с другими радикалами, источником которых могут быть растворитель, молекулы мономера, а также самого полимера.

Так как обрыв цепи может произойти в любой момент времени, то конечный продукт будет состоять из макромолекул с разной длиной цепи и соответственно с различной молекулярной массой.

Ионная полимеризация. Ионная полимеризация протекает под влиянием катализаторов по цепному или ступенчатому механизму и подразделяется на катионную и анионную.

Катионная полимеризация протекает в присутствии кислот Льюиса: AlCl3, BF3, SnCl4. Взаимодействие активного каталитического комплекса с мономерами приводит к возникновению активного центра (катиона), который даёт начало росту цепи:

(BF3OH)H+ +

(CH3)2C=CH2 −−−−−→ (CH3)2C=CH3,

рост цепи:

+ +

(CH3)2C=CH3 + (CH3)2C=CH2 → (CH3)3C=CH2C(CH3)2

Обрыв цепи может произойти за счёт обрыва протона или присоединения аниона:

+ -Н+

(CH3)3C[CH2C(CH3)2]CH2C(CH3)2 → (CH3)3C[CH2C(CH3)2]CH2C(CH3)=CH2

Полимеризация по анионному механизму протекает в присутствии амидов щелочных металлов в среде жидкого аммиака и при наличии комплексных катализаторов, состоящих из металлоорганических соединений, например хлоридов металлов переменной валентности TiCl4 и TiCl3.

Механизм тот же, что и при катионной полимеризации, но инициирующей частицей являются анионы.

 

Натуральный каучук

Натуральные каучуки - природные высокомолекулярные непредельные углеводороды состава (С₅Н₈)_n, где n = 1000 - 3000.

Натуральный каучук, полученный из млечного сока (латекса) тропического дерева гевеи, имеет стереорегулярное строение и представляет собой 1,4- цис -полиизопрен (метиленовые группы -СН₃- расположены по одну сторону от двойной связи):

 

 

Рис.12.3. Структурная формула 1,4- цис -полиизопрена

Из других каучуконосов, в частности кустарника бересклета, получают другой природный каучук - гуттаперчу, представляющую собой 1,4- транс -полиизопрен (метиленовые группы -СН_З- расположены по разные стороны от двойной связи):

 

Рис.12.4 Структурная формула 1,4- транс -полиизопрена

Синтетический каучук

Высокая потребность промышленности в каучуке привела к тому, что большая часть его производится синтетическим путем. Некоторые сорта синтетического каучука не уступают натуральному каучуку, а по некоторым свойствам даже превосходят его.

Сырьём для получения большинства синтетических каучуков служат в качестве мономеров диеновые углеводороды с двумя сопряжёнными двойными связями: бутадиен-1,3 (дивинил), изопрен и хлоропрен.

Цепной полимеризацией мономеры превращаются в синтетические каучуки - карбоцепные полимеры, содержащие в каждом элементарном звене по одной двойной связи.

В зависимости от целей и масштабов применения все каучуки делятся на две группы: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.

Каучуки общего назначения используются для производства шин и резиновых изделий широкого применения. К каучукам общего назначения относятся:

Изопреновый каучук (СКИ) имеет строение, подобное природному каучуку, (цис -1,4). Например, в каучуке марки СКИ-3 содержание цис -1,4-звеньев такое же, как и у натурального каучука. Поэтому он является синтетическим заменителем натурального каучука.

Бутадиен-стирольные каучуки (СКС) также относятся к каучукам общего назначения. Их получают совместной полимеризацией бутадиена-1,3 и стирола (С₆Н₅-СН=СН₂).

Эти каучуки отличаются большой прочностью и применяются для изготовления протекторов автомобильных шин, кабелей, а также в обувной промышленности. Из него вырабатывают предметы санитарии и гигиены.

Недостатком этого каучука является нестойкость к маслам и органическим растворителям.

Каучуки специального назначения обладают некоторыми специфическими свойствами соответственно условиям эксплуатации (слишком низкие или высокие температуры, агрессивные среды, органические растворители и т. п.).

К ним относятся:

Бутадиеннитрильные каучуки (СКН) получают совместной полимеризацией бутадиена-1,3 и акрилонитрила (H₂C=H-CN). Эти каучуки состоят, главным образом, из продуктов 1,4-присоединения. СКН — каучуки специального назначения. Их отличает высокая масло- и бензостойкость. Они устойчивы к повышенной температуре.

Рис. 12.5. Реакция сополимеризации бутадиена и стирола для получения бутадиенстирольногокаучука

Совместную полимеризацию бутадиена и стирола осуществляют в водной среде при температуре 5ºС (низкотемпературный каучук) или 40-50ºС (высокотемпературный каучук) в батарее из 12 последовательно соединённых между собой полимеризаторов. Каждый металлический полимеризатор ёмкостью 12-20 м³ выложен внутри кислотоупорным материалом и снабжён трёхлопастной мешалкой (Рис. 12.6):

Рис. 12.6. Схема эмульсионной полимеризации стирола

Технологическая схема производства бутадиен-стирольного каучука:

1. Подготовленную заранее смесь бутадиена со стиролом смешивают с водой и эмульгатором (канифольное мыло) в аппарате предварительного эмульгирования 1.

2. Готовую эмульсию одновременно с раствором инициатора (гидроперекись изопропиленбензола) и регулятора молекулярной массы непрерывно подают в первый по ходу полимеризатор 2.

3. Процесс осуществляется при непрерывном перемешивании и протекании через всю батарею полимеризаторов с такой скоростью, чтобы обеспечить конверсию исходных мономеров ~ 60% на выходе из последнего аппарата.

4. Полученный латекс направляется в сборник 3, где он отделяется от непрореагировавшего бутадиена вакуумированием и далее поступает в отпарную колонну 4 для окончательной отдувки мономеров стирола и бутадиена паром.

5. Выделенные бутадиен и стирол сжижают в конденсаторах5, 6 и возвращают на полимеризацию.

6. Латекс, очищенный от мономеров, затем направляют на коагуляцию раствором электролита (NaCl, H₂SO₄ или CH₃COOH) (Рис. 12.7):

Рис. 12.7. Схема получения каучука из латекса: 1 – коагулятор; 2 – вибросито; 3 – промывочный аппарат; 4 – барабанный вакуум-фильтр; 5 – сушилка.

7. В каскаде коагуляторов 1 при медленном перемешивании латексные частички агломерируются и в виде пульпы подаются в вибросито 2.

8. На вибросите каучук промывается водой и отделяется от электролита.

9. Окончательную отмывку каучука от водорастворимых примесей осуществляют в промывочном аппарате 3, из которого пульпа, содержащая 8-10% каучука, поступает на барабанный вакуум-фильтр, где отделяется от воды, отжимается и направляется в сушилки.

 

 

Очистка питьевой воды

Очистка или водоподготовка питьевой воды, производимая на очистительных станциях, включает четыре стадии: отстаивание, коагуляцию, фильтрацию и обеззараживание (Рис. 2.1):

Отстаивание

Грубодисперсные взвешенные частицы удаляются отстаиванием воды в больших отстойниках, через которые вода протекает с небольшой скоростью.

Коагуляция

Лёгкую взвесь в виде коллоидных частиц (глина, кремневая кислота) методами отстаивания или фильтрования осадить нельзя.

!!! Коагуляция - это процесс слипания коллоидных частиц под действием каких-либо внешних факторов, с образованием частиц более крупных размеров.

Вещества, вызывающие процесс коагуляции, получили название коагулянтов.

Так как большинство коллоидных частиц, содержащихся в воде, обладают отрицательным зарядом, то для их коагуляции применяют такие вещества, которые при растворении в воде, образуют положительно заряженные гранулы (ионы).

В качестве коагулянта чаще всего используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃.

Фильтрация

Для окончательного удаления осадка вода поступает на фильтр. Фильтр состоит из двух слоёв:

1) верхний слой состоит из кусочков антрацита, толщина слоя 0,4 м;

2) нижний слой из чистого песка, толщина слоя 0,6 м;

3) поддерживающий слой из гравия;

4) решётка, которая удерживает всё конструкцию.

Фильтрование совершается под давлением столба воды.

!!! На стадиях коагуляции и фильтрования удаляется большая часть микроорганизмов.

Обеззараживание

Для окончательного удаления микроорганизмов воду хлорируют, а избыток хлора после хлорирования удаляют добавлением аммиака NH₄ или сульфита натрия Na₂SO₃:

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄

 

 

Подготовка промышленной воды

Основные стадии подготовки промышленных вод:

1. Коагуляция

2. Фильтрование

3. Умягчение

4. Обессоливание

5. Деаэрация или дегазация

!!!Процессы коагуляции и фильтрования аналогичны стадиям, используемым для очистки питьевой воды.

Умягчение

Растворённые в воде минеральные соли кальция и магния образуют при нагревании:

- накипь на стенках аппаратов

- вызывают коррозию на стенках.

Коррозия обусловлена наличием в воде растворенного кислорода.

!!! Для того чтобы предотвратить образование накипи и коррозии, воду подвергают таким методам обработки, как умягчение и деаэрация.

Умягчением называют процесс обработки воды с целью понижения её жёсткости, т.е. уменьшения концентрации ионов Ca²⁺ и магния Mg²⁺ различными физическими, химическими и физико-химическими методами.

Механизм действия ионитов

Na⁺ - катиониты используют для превращения содержащихся в воде солей кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺) в соли натрия (Na⁺):

Na₂(Кат) + CaSO₄ = Ca(Кат) + Na₂SO₄ (пост.)

Na₂(Кат) + Ca(HCO₃) ₂ = Ca(Кат) + 2NaHCO₃ (врем.)

1) Умягчение воды проводят фильтрованием через слой катионита, который представляет собой зёрна диаметром 0,3-1,5 мм. Толщина слоя катионита составляет 2-3 м.

2) Фильтрацию ведут до тех пор, пока не будет исчерпан весь запас катионов Na.

3) Затем производят регенерацию катионита путём промывания концентрированным раствором хлористого натрия. При этом происходит замена ионов кальция (Ca²⁺) магния (Mg²⁺) на ионы натрия (Na⁺):

Ca(Кат) + 2NaCl = Na₂(Кат) + CaCl₂

 

 

Классификация сырья

Всё химическое сырьё подразделяется на группы по происхождению, химическому составу, агрегатному состоянию, предназначению.

По своему происхождению сырьё делится на три группы:

- минеральное; - растительное; - животное.

!!! Минеральным сырьём называют добываемые из земных недр минералы.

Минеральное сырьё делится на:

- рудное; - нерудное; - горючее.

Рудное минеральное сырьё

Рудное сырьё или руда служат для получения из неё металлов. Металлы в руде представлены, главным образом, в виде оксидов (Mt_nO_m) или сульфидов (Mt_nS_m).

Руды цветных металлов довольно часто содержат в своём составе соединения нескольких металлов. Это могут быть сульфидысвинца, меди, цинка, серебра.

Такие руды называют полиметаллическими рудами.

Нерудное минеральное сырьё

Нерудное минеральное сырьё - это горные породы или минералы, которые используют для:

- производства неметаллов - серы, хлора, фосфора;

- других химических продуктов - удобрений, соды, щелочей, кислот.

Нерудные ископаемые условно делят на несколько групп.

Строительные материалы - это минеральное сырьё, используемое в строительстве (гравий, песок, глины, строительные камни, кирпич, цемент).

Индустриальное сырьё - полезные ископаемые, используемые без химической переработки в различных отраслях промышленности (графит, слюда, асбест).

Химическое минеральное сырьё - полезные ископаемые, которые подвергаются химической переработке (сера, селитра, фосфоритная мука, поваренная и калийная соли).

Драгоценное, полудрагоценное и поделочное сырьё: алмазы, изумруды, рубины, малахит, яшма, мрамор.

Горючее минеральное сырьё

Горючее минеральное сырьё - это ископаемые, которые могут служить в качестве топлива (каменный и бурый угли, горючие сланцы, нефть,природный газ).

СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА.

 

Соединения азота имеют исключительное значение для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Соединения азота используются при производстве азотной кислоты, разнообразных минеральных удобрений, полимерных материалов, взрывчатых веществ, ракетных топлив, красителей, лекарственных препаратов.

До конца XIX века источником связанного азота, т.е. соединений азота, служили природные соли аммиачная или чилийская селитра - нитраты калия и натрия. Однако запасы этих солей крайне ограничены и неравномерно распределены.

Основным природным источником азота является атмосфера. Масса азота в ней составляет 8·10⁴ т / га суши.

Однако газообразный молекулярный азот представляет одно из самых устойчивых химических соединений. Энергия связи в молекуле азота равна
940,5 кДж/моль.

Рис. 4.1. Схема реакции синтеза аммиака на поверхности катализатора

3) Давление. Определяющим параметром в производстве аммиака из АВС является давление синтеза.

В зависимости от применяемого давления все системы производства аммиака делятся на: