Главная Обратная связь

Дисциплины:






Методичні рекомендації щодо вивчення теми. На підставі матеріалу з попередніх розділів можемо дійти висновку, що більшість процесів біосфери і технологій виробництва



На підставі матеріалу з попередніх розділів можемо дійти висновку, що більшість процесів біосфери і технологій виробництва, а також забруднення навколишнього середовища – хімічні.

Хімічна промисловість дала людству тисячі нових речовин, які в природі не існують і за допомогою яких людство отримало нові конс-трукційні матеріали. Це стало поштовхом для розвитку усіх інших галузей виробництва.

Без хімії ми б не мали сучасного автомобільного і авіаційного тран-спорту (шини, паливо), будівництва (нові будівельні матеріали), легкої промисловості (тканини), фармакології (ліки), побутових виробів (пар-фуми, миючі засоби) тощо.

Сировиною для хімічної промисловості є продукція гірничодо-бувної промисловості, а також сировина біологічного походження (ро-слини, тварини).

Умовно всю хімічну промисловість, як і хімію, можна розподіли-ти на дві великі частини:

• хімічна промисловість на базі неорганічної сировини;

• хімічна промисловість на базі органічної сировини.

Деякі галузі хімічного виробництва настільки розвинулись, що на-були статусу самостійних галузей, наприклад: паливна та нафтопереро-бна галузі, гумотехнічна галузь, виробництво синтетичних волокон, виробництво мінеральних добрив та інші. У кожній з цих галузей існує своя сировина, своя техніка і своя технологія, які дуже відрізняються між собою.

Далі слід зупинитися на способах класифікації хіміко-технологіч-них процесів та управління ними. Зокрема, розгляньте класифікацію хіміко-технологічних процесів за способом організації, агрегатним і фазовим станом, тепловим ефектом, визначальними параметрами тощо.

Слід звернути увагу на те, що будь-який хіміко-технологічний про-цес складається з трьох стадій: 1) підведення реагентів у зону реакції; 2) хімічна реакція; 3) виведення реагентів із зони реакції.

Щоб управляти таким процесом, потрібно знати, яка з вищеза-значених стадій є найповільнішою, бо саме від швидкості її прохо-дження залежатиме загальна швидкість процесу. Якщо найповільнішими стадіями будуть перша або третя (процеси, що знаходяться в дифузійній галузі), то їх прискорення визначатиметься швидкістю перемішування, способами гомогенізації та іншими засобами, які використовують для

дифузних процесів. Якщо ж швидкість процесу визначатиметься шви­дкістю хімічної реакції, потрібно знати залежність останньої від зміни тиску, температури та концентрації, бо саме зміною цих параметрів можна впливати на перебіг технологічних процесів хімічної промис­ловості.

Величезне значення для хімічної промисловості мають каталітичні процеси, оскільки близько 90 % всіх виробництв цієї галузі використо­вують каталіз. Тому зверніть увагу на відміну дії каталізу на прискорен­ня хімічних реакцій, яке відрізняється від дії зміни температури, тиску або концентрацій тим, що каталіз однаково впливає як на швидкість прямої, так і зворотної реакцій. Суттєвий виграш полягає у зменшенні часу настання рівноваги та селективності дії каталізаторів. Згідно з класифікацією каталітичні процеси бувають гомогенні та гетеро­генні. Пам’ятайте, якщо для перших апаратурне оформлення просте, то для других (які значно частіше використовуються в промисловості) -значно складніше та різноманітніше. Каталітичні процеси використо­вуються у виробництві кислот, аміаку, органічних речовин тощо.



Продовжуючи вивчення даної теми, необхідно зупинитись на роз­гляді деяких основних хіміко-технологічних процесів, зокрема, вироб­ництві кислот, соди, мінеральних добрив, гуми, нафтопродуктів тощо.

Слід зазначити, що серед хімічних продуктів головне місце посі­дає сірчана кислота. Завдячуючи її властивостям, а також у зв’язку з тим, що вона значно дешевша за інші кислоти, сірчану кислоту широ­ко використовують як у хімічній промисловості, так і в металооброб­ній, нафтопереробній і в інших галузях промисловості (виробництво мінеральних добрив, синтез барвників і лікарських речовин, металур­гія, виробництво солей і кислот та ін.). Сірчану кислоту справедливо називають фундаментом хімічної промисловості.

Зверніть увагу на те, що сірчана кислота - рідина, яка не має ко­льору, важка (майже вдвічі важча за воду) і в’язка, як олія. При кімна­тній температурі вона нелетка, тому не має запаху. Під час контакту з водою відбувається дуже сильне розігрівання. Концентрована сірчана кислота поглинає з повітря водяні пари. Тому її використовують для висушування речовин. Гази осушають шляхом пропускання їх через промивні склянки з концентрованою сірчаною кислотою. При потрап­лянні на шкіру викликає сильні опіки.

Виробництво сірчаної кислоти. Сировиною для виробництва сір­чаної кислоти є сірка, сірковий колчедан і сірководень, спалюючи які, одержують оксид сірки (IV) SО2. Сировиною служать також відходи (оксид сірки) виробництва багатьох відомих металів, коксу (коксовий газ) та інші.

Технологічний процес виробництва сірчаної кислоти складається з двох стадій. На першій стадії отримують окис сірки SО2, а на другій -окислення оксиду сірки (IV) в окис сірки (VI):

1. 4FеS2 + 11О2 = 2Ре2О3 + 8SО2 + Q.

2. 2SО2 + О2 = 2SО3 + Q.

Для прискорення цієї реакції використовують як каталізатор (для найбільш ефективного окислення) окис ванадію (V).

Окис сірки (VI), який утворився в контактному апараті, витягують з газової суміші, в якій його об’ємна частка становить 7 %, і отримують концентровану Н24 або розчин окису сірки (VI) в сірчаній кислоті -олеум.

3 + Н2О = Н24 + Q.

Реакція відбувається при температурі 300 °С. Як реакційний апа­рат використовують башту з насадкою з протитечійним рухом газової суміші та поглинаючою окис сірки (VI) рідиною. При цьому миттєво утворюється пара сірчаної кислоти. Газова суміш виявляється перена­сиченою пароподібною Н24, яка конденсується на стінках башти, а потім виводиться з неї.

Виробництво азотної кислоти. Для виробництва розбавленої азот­ної кислоти з аміаку використовують такі системи:

1. Синтез при атмосферному тиску.

2. Синтез пiд тиском.

3. Комбiнований синтез (окислення амiаку до оксиду азоту проводить­ся при атмосферному тиску, а окислення оксиду азоту до дiоксиду та абсорбцiя дiоксиду водою проводиться при підвищеному тиску.

В основi синтезу розбавленої азотної кислоти лежать такі реакцiї:

1. Контактне окислення амiаку до оксиду азоту:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.

2. Окислення оксиду до дiоксиду:

2NO + O2 = 2NO2.

3. Абсорбцiя дiоксиду азоту водою:

3NO2 + H2O = 2Н NO3 + NO. Оксид азоту, що при цьому видiляється, знову окислюється.

Цi реакцiї практично незворотнi, i напрямок процесу визначаєть­ся спiввiдношенням швидкостей. Через це для виробництва азотної кислоти використовують каталiзатори, якi вибiрково прискорюють ці реакцiї. На практицi ступiнь окислення амiаку досягається майже на 98 %. Процес окислення проходить тiльки при високих температурах (до 900 оС).

У лабораторнiй практицi використовують кислоту, що мiстить приблизно 65 % HNO3 (густота - 1,40). У промисловостi отримали роз­повсюдження два сорти кислоти: розбавлена (50-60 % HNO3) і концен­трована (96-98 %).

Виробництво фосфорної кислоти. Розчин фосфорної кислоти отри­мують пiсля вiдокремлення фiльтрацiєю фосфогiпсу, забрудненого домiшками, що потрапляють у розчин з фосфату: кремнезем, сульфа­ти та фосфати залiза і алюмiнiю.

Оптимальнi умови екстракцiї визначаються бажанням отримати найбiльш висококонцентровану кислоту, великi кристали фосфогiпсу (полегшує процес фiльтрацiї) та прискорити процес екстракцiї. Великi кристали фосфогiпсу отримують при температурі 70-80 оС і невисокiй концентрацiї сiрчаної кислоти. Для отримання концентрованої фос­форної кислоти та прискорення процесу екстракцiї використовують 75 %-ну баштову сiрчану кислоту (iнодi купоросне масло 72,5 %) і бiльш високу температуру на початку екстракцiї.

Екстракцiйна фосфорна кислота мiстить не бiльше 36 % Н3РО4. Для виробництва подвiйного суперфосфату та iнших добрив необхiдно упа­рювати кислоту до концентрацiї 50-80 %.

Концентрування фосфорної кислоти ускладнене процесами ко­розiї апаратiв і випаданням осадiв сульфату кальцiю та iнших домiшок на грiючих поверхнях.

Виробництво добрив. Виробництво добрив є однією з найважли­віших галузей сучасної хімічної промисловості. Промисловість України випускає близько 50 найменувань мінеральних добрив, але найбільшо­го поширення набули саме азотні, фосфорні та калійні. Розглянемо найбільш поширені з них:

азотні: безводний аміак - 82,3 % азоту; карбамід (сечовина) - 46,6 % азоту; аміачна селітра - 35 % азоту; сульфат амонію - 21 % азоту;

фосфорні: подвійний суперфосфат - 48 % Р2О5; преципітат - 36 % Р2О5; знефторений фосфат - 38 % Р2О5; фосфоритна мука - 22 % Р2О5;

калійні: сульфат калію; сильвініт; каїніт; хлористий калій.

Більше половини міндобрив випускається у концентрованому вигляді. Більше 80 % - складні, комплексні. Серед комплексних відріз­няють:

змішані (комплексні) - такі, що утворюються перемішуванням де­кількох простих добрив. Найчастіше, наприклад, використовують таку суміш: суперфосфат + аміачна селітра;

хімічно пов ’язані - це відомі вам амофос, нітрофос і нітрофоска, які продаються у розфасованому вигляді для дачників.

Мікродобрива - це хімічні з’єднання з елементами бору, міді, мар­ганцю, молібдену, цинку та ін. Усього хімічна промисловість випускає близько 20 найменувань мікродобрив. Іноді мікродобрива додають як складовий компонент до комплексних добрив.

На прикладі виробництва калійних мінеральних добрив ознайом­теся з перебігом технологічних процесів, характерних для сольових технологій, де використовуються типові фізичні методи, зокрема под­рібнення, класифікація, збагачення, сушка та ін. Важливими є стадії процесу, що містять у собі розчинення, фільтрацію, відстоювання, ви­паровування, кристалізацію, висушування тощо. Отримання власне калійних добрив пов’язано із застосуванням флотаційного та галургі-чного методів. Ознайомтеся більш детально з цими методами.

Так, флотаційний метод отримання хлориду калію із сильвініту засновано на флотаційному розділенні водорозчинних мінералів калійної руди в середовищі насиченого сольового розчину за рахунок селектив­ної гідрофобізацїї поверхні часток калійних мінералів за допомогою флотореагентів.

Галургічний метод отримання хлориду калію із сильвініту (метод вибіркової розчинності та розділеної кристалізації) засновано на різній розчинності хлоридів калію та натрію при зміні температури при їхній спільній наявності в системі “КСl - N аСl - Н2О ”. Позитивні та негатив­ні характеристики кожного з названих методів зумовлюють викорис­тання обох. Вибір методу визначається бажаними характеристиками продуктів, необхідних споживачу.

Власне утворення мінеральних солей, якими є мінеральні добрива, відбувається із застосуванням хімічних процесів: обпалювання, вилу­говування, реакції обмінного розкладу, реакції нейтралізації тощо. Саме ці процеси знаходяться в основі отримання аміачної селітри, кар­баміду, подвійного суперфосфату, рідких і складних добрив.

Під час вивчення сукупності технологічних процесів отримання азотних добрив, способів їх використання та зберігання зверніть увагу на вплив хімічних властивостей на фізичні та експлуатаційні характери­стики. При отриманні аміачної селітри важливим є енергозберігаючий

аспект, коли теплота реакції нейтралізації аміаку азотною кислотою використовується для випарювання та отримання суміші цієї речовини. Це спрощує та здешевлює вартість отримуваного продукту.

Розглядаючи технологічні процеси виробництва мінеральних доб-рив, зверніть увагу на подвійний суперфосфат, його властивості та осо-бливості виробництва. Як відомо, технологія його отримання містить хімічні (взаємодія середньої солі з кислотою) та фізичні методи – под-рібнення, розбризкування, нашаровування тощо.

Технологія виготовлення хімічних волокон. Почніть розгляд цього питання з визначення та класифікації волокна, його якості та викорис-тання. Зверніть увагу на переваги хімічного волокна над натуральним.

Вихідним матеріалом при виготовленні штучних хімічних воло-кон є целюлоза, яку виготовляють з деревини, а при виготовленні син-тетичних волокон використовують полімерні смоли, що знаходяться у розтопленому стані. Технологія виготовлення як штучних, так і синте-тичних волокон багато в чому збігається.

Виробництво будь-яких хімічних волокон можна умовно розподі-лити на чотири стадії.

Перша стадія полягає в синтезі полімерів. Друга стадія – приго-тування прядильної маси, тобто розчинів або розплавів та їх ретельне очищення від нерозчинних часток і бульбашок повітря. Третя стадія – формування волокна. Слід звернути увагу на те, що це основна і най-більш відповідальна операція, яка відбувається шляхом продавлюван-ня через філь’єру надтонких струмочків прядильної маси. У процесі формування волокна лінійні макромолекули орієнтуються вздовж усього струмка.

Формування волокна закінчується затвердінням елементарних во-локон, при якому зберігається орієнтація мікромолекул. Часто для під-вищення ступеня орієнтації молекул ще не зовсім затверділі волокна піддають витягуванню шляхом багаторазового перемотування при пе-вному натягуванні.

Далі розгляньте мокрий і сухий способи формування волокна, зве-рнувши увагу на їх сутність. Так, мокрий спосіб використовується у випадку прядіння волокна з розчину, який подається прядильним на-сосом, проходить через фільтр, продавлюється через отвори філь’єри і потрапляє в розчин, що знаходиться в осадовій ванні. Далі утворені нитки намотуються на бобіну.

При сухому формуванні нагрітий прядильний розчин або полі-мерна смола після проходження через філь’єру потрапляє у вигляді струмків у шахту прядильної машини, до якої подається нагріте повітря.

При температурі 80 ºC відбувається випаровування розчину, струмоч-ки утворюють пучок волокон, який при виході з шахти з’єднується в нитку, підкручується і намотується на бобіну.

Остання, четверта стадія, – це оздоблення волокна: очищення від домішок і обробка жировими розчинами, щоб надати йому більшої слизькості для полегшення виготовлення тканини на текстильних підп-риємствах. Завершують виробництво волокон сушінням і намотуванням їх у вигляді ниток на шпулі й котушки.

Продовжуючи вивчення даної теми, розгляньте технологію вироб-ництва каучуку і гуми. Каучук і гума знайшли дуже широкого застосу-вання у промисловості. Сучасна гумовотехнічна промисловість виготов-ляє приблизно 40 тисяч найменувань виробів.

Зверніть увагу на те, що каучук буває натуральний і синтетичний. Натуральний каучук виготовляють з латексу – молочного соку дерева гевеї, яке росте в Бразилії, В’єтнамі, Індонезії та на Цейлоні. Для виді-лення каучуку до латексу додають оцет. При цьому відбувається ко-агуляція – виділення каучуку у вигляді пухкого об’ємистого згустку.

Синтетичний каучук – це високополімерний матеріал, який отри-мують з етилового спирту або нафтопродуктів – етилену, пропилену, бутилену, бензолу, а також з газових продуктів – ацетилену, бутану, пентану, ізобутану. Виробництво синтетичного каучуку складається з двох стадій: отримання мономера і отримання полімеру.

Каучук у чистому вигляді майже ніде не використовується. Він є сировиною для виготовлення гуми.

Виготовлення гуми та гумових виробів. При вивченні цього пи-тання зверніть увагу на класифікацію гуми, її якість і застосування. Слід зазначити, що гумові вироби виготовляють з гумових сумішей (каучуку з інгредієнтами). Як інгредієнти використовують різні напо-внювачі, пластифікатори, прискорювачі пластифікації, вулканізатори, прискорювачі вулканізації, фарбники. Конкретно – це сірка, сажа, ма-зут, гудрон, мастильні масла, каніфоль, смоли та інші. У різних видах гуми знаходиться від 10 до 98 % каучуку. Решту становлять інгредієнти, регенерати та армуючі елементи – натуральні або хімічні волокна у вигляді тканин, ниток, шнурів.

Технологія виготовлення гуми складається з чотирьох стадій:

1) різання каучуку на куски і приготування інгредієнтів (подрібнення, просіювання, сортування, зважування);

2) приготування гумової суміші в герметичних гумозмішувачах і на каландрах (валках);

3) формування (на валках для листової гуми або в пресформах для штучних виробів);

4) вулканізація - завершальна і дуже відповідальна операція, яка може відбуватися в пресах, котлах і автоклавах при температурі 130-160 ºC і тиску 18-20 МПа, але може відбуватись і при тиску 3-6 МПа.

Як вулканізуючу речовину застосовують сірку. Для вулканізації відформовані напівфабрикати із сирої гуми нагрівають до температури близько 140 °С. При цьому сіра вступає у реакцію з каучуком, напів­фабрикат утрачає пластичність і стає еластичним. Саме при вулканізації гума набуває основної якості - можливості подовжуватись.

Для підвищення твердості та міцності гумових виробів до сирови­ни додають наповнювачі. До них належать сажа, окис цинку, крейда, каолін та ін., а також рукавні, кордові тканини (бавовняні, віскозні, ка­пронові, нейлонові), застосовується також корд зі сталевих дротиків.

Гумові вироби отримують за допомогою спеціальних машин і при­строїв (каландри, різальні машини, вирубні преси, ливарні прес-форми тощо).

Продовжуючи розгляд даної теми, необхідно розглянути техно­логію переробки нафти та отримання нафтопродуктів. Спочатку слід звернути увагу на властивості нафти та підготовлення її до пере­роблення, основні характеристики нафтопродуктів, а потім розглянути технологічні процеси переробки нафти.

Нафтою називають маслянисту рідину від жовтого до чорного ко­льору з характерним запахом і густиною 185-1 040 кг/V.

Щойно добута (сира) нафта складається із суміші різних вуглево­днів (від пентану до важких вуглеводнів), мінеральних і механічних домішок (піску, глини), органічних сполук, що містять сірку, кисень, азот тощо.

За вмістом сірки нафти поділяють на малосірчисті (0,1-0,5 % сірки), сірчисті (0,5-3 %) і багатосірчисті (3-5 % сірки). Перед тим як подати нафту на перероблення, з неї вилучають гази, воду, мінеральні солі, механічні домішки та сірку.

Гази відділяють у резервуарах з пониженим тиском. Відокремлені гази спрямовують на перероблення, внаслідок чого отримують газовий бензин, етан, пропан, бутан. Потім з нафти вилучають пісок і глину. Для цього до нафти додають деемульгатори. Знесолюють нафту за до­помогою електричного струму. Сірку та сірководень вилучають за до­помогою розчинів лугів або амоніаку. Очищену від домішок нафту переробляють для отримання пального, мастил, розчинників, окремих вуглеводнів (полімерів), бітумів, пеки, кислоти, парафіну, вазеліну тощо.

Сьогодні в технологічних процесах нафтопереробки застосовують фізичний і хімічний способи. До них належать: дистиляція (фізичний спосіб) і крекінг (хімічний спосіб).

Дистиляція нафти полягає в поділі нафти на пальні та мастильні фракції (складові). Цей поділ ґрунтується на різній температурі кипін-ня окремих фракцій. Дистилюють нафту за умов запобігання розкла-данню вуглеводнів. За такого способу перероблення нафти кількість отриманого бензину становить лише 5–20 % від кількості перероблю-ваної нафти (рис. 1 додатка Ш).

Для більш глибокого розділення багатокомпонентної суміші, якою є нафта, на окремі фракції використовують ректифікацію.

Крекінгом називають перероблення нафтопродуктів, під час якого великі молекули вуглеводнів розщеплюються на малі.

Наприклад, С14Н30 ≥ С17Н16 + С7Н14 – О.

У нафтовій промисловості використовують різні види крекінгу. До них належать термічний, піролізний, каталізний тощо.

Термічний крекінг проводять за температури 470–540 °С і тиску 2–7 МПа. Вуглеводні починають розщеплюватися при температурі 380–400 °С. Із підвищенням температури швидкість розщеплення зро-стає. Підвищення температури крекінгу при постійному тиску спричи-няє збільшення виходу легких компонентів і зменшення важких і коксу. У разі збільшення тиску підвищується температура кипіння сировини. Змінюючи тиск, можна впливати на фазовий стан і проводити крекінг у паровій, рідинній і мішаній фазах.

Зверніть увагу на те, що у паровій фазі проводять крекінг гасово-газойлевих фракцій, у рідинній мазуту та гудрону. Під час крекінгу в мішаній фазі тиск сприяє гомогенізації сировини – газ частково роз-чиняється в рідині, зменшуючи її густину.

Рідинний крекінг проходить у двофазній системі “рідина – пара”. Сировиною є мазут. У процесі нагрівання молекули мазуту розщеплю-ються з утворенням бензину, газу, коксу та залишку.

Крекінг мазуту проводять за дві стадії. Спочатку при температурі 450–470 °С і тиску 2,5 МПа отримують бензин і гасово-солярові фра-кції. На другій стадії проводять крекінг гасово-солярових фракцій. Для цього збільшують тиск до 4,5 МПа і підвищують температуру до 500–520 °С. Унаслідок розщеплення важких молекул отримують легкі фракції бензинів. Якщо на першій стадії розщеплення вихід бензину становить 10 %, то на другій за рахунок більш глибокого розщеплення отримують 30–35 % бензину. Октанове число крекінг-бензину (=70) більше, ніж бензину, отриманого дистиляцією. Крім бензину, отримують

до 55 % крекінг-залишку і 10–15 % крекінг-газів, які складаються з водню, метану, етану, пропану, бутану, етилену, пропілену та бутилену. Після розділення крекінг-газів на складові їх використовують для синте-зу полімерів, різних органічних сполук, отримання високооктанового бензину.

Крекінг-залишок використовують для виробництва пального або як паливо на теплових електростанціях, морських суднах чи у проми-слових печах.

Технологічна система термічного крекінгу нафтопродуктів зале-жить від виду сировини. А це – всі нафтопродукти, отримані дистиляці-єю, та важкі фракції каталізного крекінгу і коксування. У сучасних тех-нологічних системах термічного крекінгу застосовують рециркуляцію (наявність зворотного потоку сировини в системі), внаслідок чого мак-симально використовуються сировина й обладнання.

Піролізний крекінг. Піролізом називають розщеплення великих молекул вуглеводнів на простіші при високій температурі.

Піроліз нафтопродуктів проводять для отримання газів і рідинних ароматичних вуглеводнів. Піроліз нафтопродуктів проводять за тем-ператури 700–1 000 °С і тиску, близького до атмосферного. Внаслідок розщеплення молекул гасу або легкого газойлю отримують до 50 % газу, ароматичні вуглеводні та смолу.

Зверніть увагу на те, що гази піролізу відрізняються від газів кре-кінгу більшою кількістю етилену, пропілену, бутилену, які є сировиною для виробництва продукції органічного синтезу (етиловий і метиловий спирт, оцтова кислота, барвники, лікарські препарати) і особливо для виробництва синтетичних волокон, пластмас, каучуків тощо.

Сьогодні відомо багато нових видів піролізу: із застосуванням ка-талізаторів, у присутності водню (гідропіроліз) тощо.

Далі розгляньте процес коксування нафтопродуктів, який полягає в розкладанні нафтових залишків (мазуту, гудрону, крекінг-залишку) при нагріванні без доступу повітря.

Цей процес проводять для отримання додаткової кількості рідин-ного пального та коксу, який згоряє без твердого залишку (жужелиці). Отриманий кокс використовують для виробництва електродів, необ-хідних металургії, карбідів для авіаційної та ракетної техніки, ядерної енергетики тощо. Чистий вуглець використовують як уповільнювач ней-тронів в атомних реакторах.

Каталізний крекінг. Розглядаючи це питання, слід зазначити, що сьогодні термічні способи переробки нафтових фракцій швидко вити-скаються менш енергомісткими та більш ефективними – каталізними, які порівняно з термічними проходять з більшою швидкістю при нижчих

температурах і тиску. Крім того, вони дають можливість переробляти нафтопродукти з великим вмістом сірки (рис. 2 додатка Ш).

Каталізний крекінг нафтопродуктів проводять за участі каталіза-торів, якими можуть бути платина, оксиди молібдену, хрому, алюмо-силікати тощо. Використання каталізаторів для крекінгу нафтопродуктів зменшує затрати палива, збільшує продуктивність реакторів. Крім того, поліпшується якість і збільшується кількість отриманого бензину та інших нафтопродуктів.

Каталізні процеси, які використовують при переробленні нафтоп-родуктів, поділяють на каталізний крекінг і каталізний риформінг. Для крекінгу каталізатори виготовляють з твердих високопористих алю-мосилікатів. Цей вид крекінгу нафтопродуктів проводять у контакт-ному апараті з рухомим каталізатором за температури 450 °С і тиску 0,1–0,2 МПа.

У процесі розщеплення вуглеводнів на поверхні каталізатора осі-дає кокс (вуглець), який осідає на поверхню каталізатора і спричиняє зниження його активності. Для відновлення активності каталізатор ре-генерують. Відновлений каталізатор під тиском повітря знову поверта-ється до бункера, а звідси – до реактора (контактного апарата). Цей процес безперервний. Продукти крекінгу з реактора надходять до рек-тифікаційної колони, де розподіляються на фракції: газ, бензин, газойль, кокс.

У процесі каталізного крекінгу гасо-солярових фракцій отриму-ють близько 12–15 % газу, який містить цінні для органічного син-тезу пропан-пропіленову і бутан-бутиленову фракції, до 10 % газойлю (дизельне пальне), 4–5 % коксу та до 70 % бензину з октановим чис-лом 77–78.

Далі слід звернути увагу на переваги каталізного крекінгу порів-няно з термічним. Однією з переваг є порівняно великий вихід бензи-ну з високими антидетонаційними (противибуховими) властивостями, а другою – отримання бензину з малим вмістом сірки незалежно від її кількості в сировині. А це дуже важливо, оскільки добування нафти, яка містить незначну кількість сірки, скорочується, а зростає добування нафти з великим вмістом сірки.

Щоб покращити якість бензину та збільшити його октанове число, впроваджують каталізний риформінг.

Каталізний риформінг. На відміну від крекінгу, риформінг проводять за участі водню у присутності каталізаторів платини, ок-сиду молібдену тощо.

Найчастіше застосовують каталізний риформінг з використан-ням платинового каталізатора (платина нанесена на поверхню оксидуалюмінію) в середовищі водню при температурі 470–540 °С і тиску 2–4 МПа. Цей процес називають платформінгом. Переробляють легкі нафтові фракції – малооктанові бензини, які отримують у процесі дис-тиляції нафти або бензино-легроїнової суміші. У результаті такого пе-рероблення отримують бензин з високим октановим числом або арома-тичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол). Якщо платформінг проводять при тиску 1,5–3,0 МПа, то отримують бензол, толуол, ксилол; при тиску 5 МПа утворюється дуже якісний бензин з октановим числом 98. Отриманий бензин має незначний вміст сірки, є стійким під час збері-гання та використання.

Незалежно від умов процесу у ході риформінгу паралельно з рідин-ною продукцією отримують 5–15 % газової продукції (водень, метан, етан, пропан, бутан та ізобутан), яку використовують у виробництві ме-танолу, формальдегіду тощо, та додають до бензину.

Далі зверніть увагу на технологію очищення нафтопродуктів, оскі-льки отримані нафтопродукти в більшості випадків не готові до викори-стання, бо містять різні домішки, які впливають на стабільність їхніх властивостей. Щоб позбутися цих домішок, використовують хімічні та фізико-хімічні способи очищення. Нафтопродукти очищають лугом, сірчаною кислотою (Н24), проводять адсорбцію, екстракцію тощо. Очищення нафтопродуктів робить їх дорожчими, але якіснішими.

Продовжуючи розгляд цього питання, зверніть увагу на класи-фікацію, призначення, характеристику і маркування рідкого палива (додаток Х).

Процеси полімеризації.Важливе місце серед технологічних про-цесів хімічної галузі посідають процеси полімеризації.

Полімерами називаються природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних групувань, з’єднаних між собою хімічними або координаційними зв’язками. Отже, полімери складаються з макромоле-кул, до яких входять від двох до декількох тисяч простих молекул.

Залежно від побудови макромолекул полімери поділяються на лінійні, розгалужені та просторові.

У лінійних полімерів ланцюг макромолекули розташований у ви-гляді лінії. Вони гарно розтоплюються і розчиняються.

У розгалужених полімерів є декілька ланцюгів, розташованих в од-ній площині. Вони погано розтоплюються і розчиняються.

У просторових полімерів ланцюги молекул розростаються у рі-зні боки, утворюючи певний об’єм. Вони не розтоплюються і не розчи-няються (гума).

Залежно від поведінки при нагріванні полімери поділяються на тер-мопластичні та термореактивні.

Термопластичні полімери мають лінійну або розгалужену структу-ру. Вони можуть багаторазово розтоплюватись і затвердівати без зміни своїх властивостей.

Термореактивні полімери при нагріванні не розтоплюються, але змінюють свою структуру і властивості.

За походженням полімери розподіляються на природні – поліса-хариди (целюлоза, крохмаль, білки, натуральний каучук) і синтетичні (смоли, пластмаси, волокна, каучуки, лаки).

Синтетичні полімери отримують полімеризацією або поліконден-сацією.

Полімеризація – процес утворення під високим тиском високо-молекулярних сполук з ненасичених низькомолекулярних речовин (мо-номерів) шляхом приєднання, за якого не утворюється жодних побіч-них продуктів. При цьому елементи складу полімерів і мономерів одна-кові.

Поліконденсація – процес утворення високомолекулярних сполук (полімерів) із низькомолекулярних (мономерів), що супроводжується виділенням побічних речовин (води, водню, хлору спирту та ін.). При цьому елементи складу полімерів і мономерів відрізняються.

На відміну від полімеризації, поліконденсація є ступінчатим про-цесом, в якому послідовно приєднуються одна молекула до іншої.

За агрегатним станом полімери можуть бути рідинними (розчини, емульсії, в’язкі маси) і твердими (гранули, порошки, куски).

Виробництво полімерів є високоавтоматизованим і безвідходним, тобто повністю відповідає сучасним вимогам до виробництва.

Полімери широко застосовують як вихідний матеріал при виготов-ленні пластичних мас, плівок, волокон, каучуку, клеїв, лаків та ін.

Виробництво пластмас. Пластичні маси (пластики) – це матеріали, які вміщують як основний компонент полімер, який за певної темпе-ратуріи і тиску набуває пластичності, а потім затвердіває, зберігаючи форму при експлуатації.

Слід звернути увагу на те, що в одних випадках пластмаси склада-ються тільки з полімеру, в інших – містять складні композиції, в яких, окрім полімеру, є наповнювачі. При цьому основою завжди є полімер, властивості якого зумовлюють технологію виготовлення деталі в ці-лому. Наповнювачі лише надають виробу певних властивостей: колір, міцність, твердість, теплопровідність та ін.

Широке застосування пластичних мас визначається їх позитивними властивостями:

• низька густина (0,9–1,2 г/см3);

• висока стійкість до агресивних середовищ;

• високі діелектричні властивості (діелектрики);

• низька теплопровідність (теплоізолятори);

• високі антифрикційні властивості (низький коефіцієнт тертя);

• можливість зміни властивостей у широкому діапазоні (за рахунок наповнювачів);

• простота формоутворення складних за формою заготівок при порі-вняно низьких температурах;

• відмінна оброблюваність різанням та ін.

До недоліків пластмас слід віднести:

• невисока міцність, зокрема контактна;

• обмеженість розмірів деталей;

• невисокий температурний режим експлуатації (до 60–100 ºC);

• порівняно висока вартість багатьох із них.

Проте слід зазначити, що сьогодні пластмаси знайшли широке застосування в різних сферах економіки: машинобудуванні, приладобу-дуванні, електро- і радіотехнічній промисловості, засобах зв’язку, капі-тальному будівництві, легкій, харчовій, хімічній промисловості, сільсь-кому господарстві, а також у побуті.

Далі, продовжуючи розгляд цього питання, необхідно звернути увагу на класифікацію пластмас та техніку і технологію виготовлення виробів з пластмас.

Загальна кількість видів пластмас – декілька сотень найменувань. За походженням вони поділяються на полімеризаційні та поліконден-саційні. Найбільш дешеві та найбільш поширені пластмаси отримані полімеризацією. Серед них найбільшого поширення набули термопла-сти: поліетилен, полівінілхлорид, полістирол.

Пластмаси, які отримують поліконденсацією, більш дорогі, але вироби з них мають більш естетичний вигляд. Значного поширення набули фенопласт, амінопласт, поліаміди, поліуретан та ін. Їх випуска-ють у вигляді прес-порошків, текстолітів, склотекстолітів, слоїстих пла-стиків. Із них виготовляють продукцію для побутової техніки: корпуси фенів, електробритв, авторучок, телефонних апаратів, телевізорів, мік-рокалькуляторів, фотоапаратів та ін.

За призначенням пластмаси розподіляють на три великі групи: загального призначення, конструкційні (машинобудівні), спеціальні, або пластмаси спеціального призначення, наприклад, пластмаси-діелек-трики, хімічно стійкі та антифрикційні.

Розглядаючи технологію виготовлення виробів з пластмас, слід відзначити, що нині існує кілька методів їх виготовлення. Усі вони по-требують спеціального дорогого оснащення. Розглянемо найбільш по-ширені методи.

1. Лиття під тиском. Це найпродуктивніший метод. Використо-вується у масовому виробництві. Виконується на спеціальних машинах, призначених для розплавлення матеріалу і подавання його під поршнем (тиск 50–250 МПа) в закриту охолоджувану прес-форму, при розкритті якої виріб автоматично виштовхується. Прес-форма являє собою збір-ний металевий пристрій, всередині якого знаходиться порожнина, яка за формою відповідає формі майбутньої деталі. Наступна операція – обрізання ливника, який знов іде на переплавку. Далі – механічна об-робка, якщо вона потрібна. Для кожного виробу необхідно виготовляти свою прес-форму.

2. Пресування полягає в тому, що вихідний матеріал у вигляді гранул або волокон укладається у прес-форму, підігріту до температури 130–180 ºC. Потім укладена маса стискається пуансоном на гідравліч-них пресах зусиллям від 10 до 1 000 т. Пластмаса при цьому сплющу-ється і стає однорідним матеріалом, який повністю заповнює порожнину прес-форми. Після відходу пуансону деталь виштовхується, оскільки вона розігріта, але тверда. Ливника у цьому випадку немає, тобто ма-теріал використовується більш економно, ніж при виготовленні деталі литтям під тиском.

3. Пневматичне формування. Здійснюється на спеціальних маши-нах, які можуть утворювати повітряний тиск або вакуум. Застосовується для виготовлення деталей з листового матеріалу, який підігрівають до пластичного стану. Товщина листа – 1,5–4 мм. Підогрів матеріалу теж здійснює машина. Формування заготівки відбувається у прес-формі під дією стислого повітря. Після формування заготівку обрізають за конту-ром в обрізному штампі під пресом. Отже, у цьому випадку, окрім прес-форми, використовують ще й штамп.

4. Екструзія – це видавлювання пластмаси з порожнини через отвір під тиском. Пластмаса знаходиться у розплавленому стані, але пі-сля виходу через отвір миттєво твердіє і набуває форми отвору при не-обмеженій довжині. Здійснюють на спеціальних шнекових машинах, призначених для виготовлення пластмасових труб, а також для нане-сення ізоляції на дріт (точно так наносять на дріт і гумову ізоляцію).

Лиття під тиском і пресування дозволяють виготовляти заготівки, армовані металевими елементами, які підвищують міцність деталей, але прес-форма і технологія при цьому ускладнюються.

Окрім перелічених методів, з листової пластмаси товщиною до 6,5 мм можна одержувати заготівки штампуванням, гнуттям, пробиван­ням, відбортуванням та ін.

При невисоких вимогах до точності виробів усі способи виготов­лення пластмасових виробів дають змогу отримувати готову деталь. Лише для деяких точних деталей, наприклад втулок, необхідна пода­льша обробка різанням.

Далі, розглядаючи технологічні процеси хімічної промисловості, ознайомтеся з особливостями технологічних процесів виробництва це­люлози, хлору, водню та їдкого натру.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...