Высокомолекулярные соединения - раздел Химия, Химическая технология Большое Значение В Народном Хозяйстве Имеют Природные И Синтетические Высоком...
Большое значение в народном хозяйстве имеют природные и синтетические высокомолекулярные органические соединения: целлюлоза, химические волокна, каучуки, пластмассы, резина, лаки, клеи и т.д. Как природные, так и синтетические высокомолекулярные соединения (ВМС) обладают совокупностью замечательных свойств. Они могут быть эластичными или жесткими, твердыми или мягкими, прозрачными или непроницаемыми для света и даже сочетать самые неожиданные свойства: прочность стали при малой плотности, эластичность с тепло- и звукоизоляцией, химическую стойкость с прочностью и т.п. Подобная универсальность свойств наряду с легкой обрабатываемостью позволяет изготовлять детали и разнообразные конструкции любой формы, величины и окраски. ВМС надежно защищают металл, дерево и бетон от коррозии. Для этого отдельные части покрывают листами пластмасс, каучука, лаками, пленками, эмалями.
ВМС делятся на искусственные, полученные в результате выделения, очистки, переработки природных полимеров (целлюлоза, белки, лигнин, натуральный каучук, шерсть, шелк и т.д.), и синтетические, которые производятся из различных низкомолекулярных органических соединений.
Основная особенность ВМС заложена в самом названии. Эти вещества состоят из молекул- гигантов (макромолекул), образовавшихся в результате химического взаимодействия большого количества исходных молекул-мономеров. Если молекулярный вес низкомолекулярных веществ (вода, спирты, кислоты, соли) выражается в десятках, сотнях единиц, то молекулы ВМС (полимеров) могут содержать многие сотни и тысячи атомов, связанных друг с другом главными валентностями и имеют молекулярный вес, часто составляющий тысячи и даже миллионы единиц.
ВМС, как по своим свойствам, так и по внешнему виду отличаются от мономеров. Макромолекулы состоят из большого числа повторяющихся элементарных звеньев. Число таких звеньев, определяющих длину цепи ВМС, называется степенью полимеризации n. Степень полимеризации увеличивается в течение реакции и может достигать значительной величины. В то же время n является средней величиной, т.е. в любой момент процесса полимеризации или поликонденсации в полученном соединении имеется смесь частиц с различным молекулярным весом.
| Наименование полимера
| Исходный мономер
| Повторяющееся звено
|
| полиэтилен
| СН2=СН2
| -СН2-СН2-
|
| поливинилхлорид
|  СН2=СН
Сl
|  -СН2-СН-
Сl
|
| полистирол
|  СН2=СН
С6Н5
|  -СН2-СН-
С6Н5
|
| Политетрафторэтилен
(фторпласт)
| СF2=СF2
| -СF2-СF2-
|
| полиакрилонитрил
| СН2=СН
  СN
| -СН2-СН-
 СN
|
| полиизобутилен
| СН2=С-СН3
СН3
| -СН2-С-СН3
СН3
|
| полибутадиен
| СН2=СН-СН=СН2
| -СН2-СН=СН-СН2-
|
| натуральный каучук
| СН2=С-СН=СН2
СН3
| -СН2-С=СН- СН2-
СН3
|
| Поликапролактам (капрон)
|  ОС(СН2)5NН
|  -С-(СН2)5-N-
О Н
|
Исходные соединения и повторяющиеся звенья некоторых ВМС
Таким образом, ВМС представляют собой сложную смесь молекул различной степени полимеризации. Поэтому любой полимер можно характеризовать только величиной среднего молекулярного веса. Следовательно, молекулярный вес полимера (М) равен произведению молекулярного веса элементарного звена (m) на степень полимеризации (n).
М = nm
Для ВМС характерны некоторые общие свойства. Они, как правило, трудно растворимы, причем растворимость падает по мере увеличения молекулярного веса. Полученные растворы, даже при невысоких концентрациях, обладают большой вязкостью, во много раз превосходящей вязкость концентрированных растворов низкомолекулярных соединений. Полимеры нелетучи и не обладают ясно выраженной температурой плавления, чем больше величина молекул полимера, тем выше температура его размягчения и плавления. Огромный молекулярный вес и соответствующие ему силы молекулярного взаимодействия придают полимерам высокую прочность. Изменяя строение и длину цепи, чередование звеньев, составляющих молекулу полимера, состав исходных мономеров, условия проведения синтеза и последующую обработку, можно создать ВМС с самыми разнообразными свойствами. Как известно, в полимерах наряду с кристаллическими областями имеются области с неупорядоченным расположением макромолекул, т.е. аморфные области. С ростом кристаллических областей в ВМС повышаются их прочность и жесткость. Степень полимеризации или величина молекулярного веса во многом определяют не только свойства полученных полимеров, но и области их применения.
Классификация ВМС производится по их признакам. Их различают по происхождению, например, природные и синтетические, по химическому составу главной цепи, по структуре макромолекул, по физическим свойствам, по методу получения, по способу переработки в изделия и т.п. ВМС, состоящие из звеньев одного мономера, называются гомополимерами, а из звеньев различных мономеров – гетерополимерами или сополимерами.
По химическому составу главной цепи можно все полимеры разбить на три группы:
1. Карбоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую только из атомов углерода, как, например, у полиэтилена, поливинилхлорида и др.
2. Гетероцепные полимеры содержат в основной цепи, кроме атомов углерода, еще и атомы кислорода или азота, кремния, фосфора и других элементов. К ним относятся целлюлоза, белки, полиуретаны и др.
3. Элементорганические полимеры содержат в основных цепях атомы кремния, алюминия, титана, фосфора и других элементов, не входящих в состав природных органических соединений, а их боковые цепи состоят из углеродных группировок. Такие полимеры отличаются прочностью твердостью и стойкостью к действию высоких температур. По характеру расположения элементарных звеньев различают линейные, прямые (карбина), зигзагообразные (у полиэтилена) и циклоцепные (у полифенила).
По физическим свойствам все полимеры можно с некоторым приближением разделить на две большие группы: пластополимеры, для которых характерна повышенная прочность, высокий модуль упругости, слабая растяжимость и эластомеры: натуральный и синтетический каучуки, полиизобутилен и другие с малым модулем упругости и высокой эластичностью. ВМС разделяют по их отношению к воздействию тепла на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные – (полимеры или сополимеры линейной структуры) при повышении температуры размягчаются, а при охлаждении вновь возвращаются в твердое состояние, сохраняя все свои прежние свойства. Термореактивные полимеры при повышении температуры сначала становятся пластичными, но затем под влиянием катализаторов или отвердителей протекают реакции, в результате которых образуется трехмерная структура. Полимеры такого типа затвердевают, становятся неплавкими и нерастворимыми.
По методу получения различают полимеризационные и поликонденсационные высокомолекулярные соединения. И в том и в другом случае молекулы исходного вещества должны иметь в своем составе кратные углерод – углеродные связи или неустойчивые циклические группировки, или группы атомов (функциональные группы): =С=С=, -С=С-, =С=N-.
Реакцией полимеризации называют процесс соединения многих молекул мономера в большую молекулу полимера, имеющего тот же элементарный состав, что и исходный мономер
N (СН2=СНR) →(-СН2-СНR-)n
При этом не выделяются какие-либо побочные продукты. Увеличение времени реакции повышает выход полимера и его средний молекулярный вес. Реакции полимеризации, применяемые в промышленности, бывают двух типов: ступенчатая и цепная. Ступенчатая полимеризация, когда соединение молекул сопровождается перемещением атомов водорода и образующиеся промежуточные продукты характеризуются значительной продолжительностью жизни. Цепная полимеризация, когда сначала происходит активирование какой-либо одной молекулы, вызывающей затем полимеризацию большого числа других молекул, с которыми она сталкивается. В этом случае промежуточные продукты нестабильны. При ступенчатой полимеризации главными продуктами являются полимеры с низким молекулярным весом. В отличие от ступенчатой полимеризации цепная полимеризация не задерживается на какой-либо промежуточной стадии, и конечным продуктом является ВМС.
Цепная полимеризация, являющаяся одним из важнейших методов производства синтетических смол, состоит из стадий: возбуждение процесса, рост цепи и обрыв цепи. Цепная полимеризация может быть вызвана (инициирована) фотохимически: облучением светом, лучами солнца и пр.; облучением, например, γ - лучами или действием тока высокой частоты; термически (под влиянием нагрева); каталитически: действием инициатора, т.е. веществ, ускоряющих процесс.
В промышленности для проведения цепной полимеризации используют совместное воздействие тепла и химических агентов: инициаторов или катализаторов. Инициаторы (в основном соединения перекисного характера: органические перекиси, гидроперекиси и азосоединения) в процессе реакции распадаются на реакционно-способные радикалы, которые входят в состав молекул полимера в виде конечных групп. Радикалы инициатора возбуждают молекулы мономера; в результате возникают радикалы мономеров, присоединяющиеся к радикальной цепи. Следовательно, радикальная полимеризация обязательно включает стадию образования свободных радикалов и последующий рост цепи полимера. При повышении концентрации инициатора возрастает и число свободных радикалов, образующихся при его распаде, что увеличивает число активных центров и в результате приводит к возрастанию суммарной скорости полимеризации и уменьшению среднего молекулярного веса.
При ионной полимеризации (катионная или анионная), протекающей в присутствии катализаторов, активными промежуточными продуктами полимеризации служат ионы, ионные пары или поляризованные комплексы. Ионная полимеризация осуществляется как по цепному, так и по ступенчатому механизму. При катионной полимеризации конец растущей цепи заряжен положительно: М+n +М → М+n+1, а при анионной полимеризации – отрицательно: М-n + М → М-n+1.
Заключительная стадия процесса полимеризации – обрыв цепи, который происходит при взаимном насыщении полимерных радикалов, при насыщении свободного радикала, при изомеризации образующейся макромолекулы в устойчивое соединение.
Скорость процесса полимеризации и средний молекулярный вес получаемого полимера зависят от температуры, давления, активности катализатора или инициатора, концентрации инициатора, присутствия различных примесей, характера среды и пр.
Многочисленные методы полимеризации можно свести к четырем группам:
1) полимеризация в массе (блочный метод);
2) полимеризация в растворах (лаковый метод);
3) полимеризация в эмульсиях;
4) капельная (бисерная) полимеризация.
По блочному методу мономер в жидкой или газовой фазе вместе с катализатором или инициатором подается в форму (сосуд) и затем при строго регулируемой температуре основная масса мономера превращается в полимер в виде блока, трубок, листов, стержней и гранул. Масса полимера затем подвергается механической обработке. Блочную полимеризацию можно проводить непрерывным или периодическим методом. По этому методу получают полистирол, бутадиеновый каучук и т.д.
При полимеризации в растворах подбирают такой растворитель, в котором растворим мономер и образующийся полимер, или растворим только мономер, и тогда полимер при его получении выпадает в осадок. В первом случае раствором служит лак и этот метод часто применяют в лакокрасочной промышленности. Во втором случае осадок полимера в виде мелкодисперсных частиц отделяется фильтрацией, промывается и высушивается. Метод используется для производства полимеров винилацетата в метиловом спирте.
Полимеризация в эмульсиях в н.в. применяется наиболее широко. В этом случае мономер, водорастворимый инициатор, стабилизатор и другие добавки распределяются при интенсивном перемешивании в воде или водных растворах солей в присутствии эмульгатора, образуя эмульсию. Вода, являющаяся дисперсной средой, должна быть тщательно очищена от примесей, которые могут повлиять на устойчивость эмульсии или на протекание процесса полимеризации. К недостатком процесса относится загрязнение полимера эмульгаторами, которые ухудшают эксплуатационные свойства изделий. Данным способом получают поливинилхлорид, некоторые марки полистирола и т.п.
При капельной полимеризации, называемой еще суспензионной, используются инициаторы, не растворимые в воде, но растворимые в мономере. Получают крупные капли мономера от 0.05 до 0.3 см, тогда как размер частиц эмульсий от 10-3 до 10-4 см, что намного облегчает отделение и очистку образующегося полимера при сохранении большой скорости процесса. Полимеризация протекает самостоятельно в каждой капле, являющейся своеобразным резервуаром мономера. Образующийся полимер с высоким молекулярным весом осаждается в виде частиц не растворимого в воде твердого вещества.
Реакцией поликонденсации называют процесс взаимодействия большого числа молекул двух или нескольких разных мономеров с выделением соответствующего количества побочных низкомолекулярных продуктов реакции, например, воды, спирта и др. Наличие этих продуктов обусловливает обратимость процесса. Элементарный состав полученного при этом ВМС отличается от состава исходных мономеров. Причем в ходе реакции молекулярный вес вещества постоянно возрастает. В процессе обычно участвуют функциональные группы: СООН, ОН, NН2 и др. Этой реакцией получают мочевино-формальдегидную смолу, феноло-формальдегидную смолу и т.п. В зависимости от способа проведения и строения исходных мономеров реакция поликонденсации может идти как равновесная и как необратимая. Необратимая поликонденсация протекает с большой скоростью, обратимая осуществляется с малой скоростью. Так, из диаминов и дикарбоновых кислот образуются полиамиды.
Как известно, для сдвига равновесия в сторону нужных продуктов и подавления обратных реакций часто применяют повышение концентрации одного их реагирующих веществ в исходной смеси. Но при проведении реакции поликонденсации этот метод применить нельзя, так как при избытке одного из компонентов будет нарушено строго определенное соотношение между разноименными функциональными группами. С возрастанием молекулярного веса основного целевого продукта увеличивается вязкость реакционной среды, уменьшается подвижность образовавшихся макромолекул и одновременно затрудняется отвод побочных продуктов. Эти, а также некоторые другие причины, могут привести к прекращению процесса поликонденсации. Чтобы предотвратить затухание процесса, необходимо повышать температуру реакционной смеси, что снижает вязкость среды и несколько увеличивает скорость диффузии побочных ВМС к поверхности раздела фаз. Но повышенная температура может вызвать деструкцию исходных веществ или промежуточных продуктов, а это приведет к сдвигу процесса в обратную сторону и уменьшению молекулярного веса получаемых продуктов. Поэтому стараются вначале для достижения высокой скорости процесса проводить поликонденсацию при повышенной температуре, понижая ее затем при приближении к равновесному состоянию для получения продукта с большим молекулярным весом. В случае применения катализаторов скорость процесса поликонденсации повышается, что способствует ускорение приближения всей системы к состоянию равновесия.
Процессы поликонденсации носят ступенчатый характер. Рост цепи происходит постепенно в результате взаимодействия молекул мономера с образовавшимся полимером. На определенных стадиях производства молекулы имеют линейную или разветвленную структуру и лишь в конечной стадии получения готовых изделий могут протекать реакции, в результате которых образуется трехмерная структура. Основные факторы, влияющие на скорость и направление реакции поликонденсации: строение мономеров, в частности количество функциональных групп, их свойства и соотношение в реакционной смеси, тип катализатора и его активность, наличие примесей в мономере, а также строгое соблюдение технологического режима.
Процессы поликонденсации проводятся в расплаве, в растворе и на поверхности раздела фаз. В последнем методе гетерогенной поликонденсации наблюдаются высокие константы скоростей реакции. Различными методами поликонденсации получают полиамиды, полиэфиры, полиуретаны, поликарбонаты и др.
Модификацией имеющихся полимеров можно быстро и экономичнее получить новые полимерные материалы. В промышленности используют следующие методы модификации:
1) изменение химического строения макромолекул полимера (химическая модификация);
2) изменение физической структуры полимера без изменения его молекулярного веса и химической строения (структурная модификация);
3) применение смесей полимера с другими соединениями.
Наиболее часто используется химическая модификация, которая осуществляется введением новых функциональных групп в молекулу полимера, введением новых звеньев в макромолекулу и получением привитых и блочных сополимеров.
Физические и химические свойства полимеров в большей степени определяются характером функциональных групп и их свойствами, а также размером и строением макромолекул. Таким образом, для ВМС характерны четыре типа химических реакций:
1. Образование трехмерных молекул вследствие появления химических связей между ними – сшивание (например, вулканизация каучука, дубление кожи).
2. Разрыв цепей молекул под влиянием света, термических, химических и механических факторов на более короткие. Как правило, в результате деструкции образуются элементарные вещества. Уменьшение молекулярного веса снижает эластичность и прочность на разрыв и изгиб, изменяет вязкость растворов и т.п. Деструкция используется при производстве пластиков, резин, литьевых композиций.
3. Замещение боковых функциональных групп, имеющихся в макромолекуле, на другие группы или атомы в результате реакции с низкомолекулярными соединениями. Так, из целлюлозы, содержащей в каждом своем элементарном звене три гидроксильные группы, получают ряд эфиров. При этом главная цепь ВМС не затрагивается.
4. Внутримолекулярные реакции, идущие между функциональными группами одной и той же макромолекулы.
Все темы данного раздела:
Гомогенные процессы в жидкой фазе
11. 2 Основные закономерности гомогенных процессов
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
12 Гетерогенные процессы
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
Окружающая среда
Первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей человека – природа. Она же представляет и среду его обитания – окружающую среду. В окружающей среде выделяют природ
Производственная деятельность человека и ресурсы планеты
Условием существования и развития человечества является материальное производство, т.е. общественно – практическое отношение человека к природе. Разнообразные и гигантские масштабы промышленного пр
Биосфера и ее эволюция
Окружающая среда – это сложная многокомпонентная система, компоненты которой соединены между собой многочисленными связями.
Окружающая среда состоит из ряда подсистем, каждая из которых вк
Химическая промышленность
По назначению производимой продукции промышленность подразделяется на отрасли, одной из которых является химическая промышленность. Удельный вес химической и нефтехимической отраслей в общем произв
Химическая наука и производство
3.1 Химическая технология – научная основа химического производства
Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основ
Особенности химической технологии как науки
Химическая технология отличается от теоретической химии не только необходимостью учитывать экономические требования к изучаемому ею производству. Между задачами, целями и содержанием теоретической
Связь химической технологии с другими науками
Химическая технология использует материал целого ряда наук:
Химическое сырье
Сырье – один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.
Сырьемназываются природные материал
Ресурсы и рациональное использование сырья
В себестоимости химической продукции доля сырья достигает 70%. Поэтому весьма актуальна проблема ресурсов и рационального использования сырья при его переработке и добыче. В химической промышленнос
Подготовка химического сырья к переработке
Сырье, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки сырья к переработке.
Замена пищевого сырья не пищевым и растительного минеральным.
Успехи органической химии позволяют производить ряд ценных органических веществ из разнообразного сырья. Так, например, этиловый спирт, используемый в больших количествах в производстве синтетическ
Использование воды, свойства воды
Химическая промышленность - один из крупных потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление вод
Промышленная водоподготовка
Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства использования воды. Вс
Использование энергии в химической промышленности
В химической промышленности протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением, или с затратой, или с взаимными превращениями энергии. Энергия затрачивается не только на проведение химиче
Источники энергии
Основным источником энергии, потребляемой химической промышленностью, являются горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, биомасса и ядерное топливо. Энергетическая ценность отдель
Технико-экономические показатели химического производства
Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технологии, но и тесно связанный с ней экономический аспект, от которого зависит но
Структура экономики химической промышленности
Важное значение для оценки экономической эффективности имеют и такие показатели как капитальные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Эти показатели зависят от структуры экон
Материальные и энергетические балансы химического производства
Исходные данные для всех количественных расчетов, производимых при организации нового производства или оценке эффективности действующего основываются на материальных и энергетических балансах. Эти
Понятие о химико-технологическом процессе
В процессе химического производства исходные вещества (сырье) перерабатываются в целевой продукт. Для этого необходимо осуществить ряд операций, включающих подготовку сырья для перевода его в реакц
Химический процесс
Химические процессы осуществляются в химическом реакторе, представляющем основной аппарат производственного процесса. От конструкции химического реактора и режима его работы зависит эффективность в
Скорость химической реакции
Скорость химической реакции, протекающей в реакторе, описывается общим уравнением:
V = K* L *DC
L-параметр, характеризующий состояние реагирующей системы;
К- конст
Общая скорость химического процесса
Поскольку для гетерогенных систем процессы в зонах реактора 1, 3 и 2 подчиняются различным законам, они протекают с различной скоростью. Общая скорость химического процесса в реакторе определяется
Термодинамические расчеты химико-технологических процессов
При проектировании технологических процессов очень важны термодинамические расчеты химических реакций. Они позволяют сделать заключение о принципиальной возможности данного химического превращения,
Равновесие в системе
Выход целевого продукта химического процесса в реакторе определяется степенью приближения реакционной системы к состоянию устойчивого равновесия. Устойчивое равновесие отвечает следующим условиям:
Расчет равновесия по термодинамическим данным
Расчет константы равновесия и изменение энергии Гиббса позволяет определять равновесный состав реакционной смеси, а также и максимально возможное количество продукта.
В основе расчета конс
Термодинамический анализ
Знание законов термодинамики необходимо инженеру не только для проведения термодинамических расчетов, но и для оценки энергетической эффективности химико-технологических процессов. Ценность анализа
Химическое производство как система
Производственные процессы в химической промышленности могут существенно различаться видами сырья и продукции, условиям их проведения, мощностью аппаратуры и т. д. Однако при всем многообразии конкр
Моделирование химико-технологической системой
Проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному производству при проектировании последнего решается методом моделирования. Моделированием называется метод исследовани
Выбор схемы процесса
Организация любого ХТП включает следующие стадии:
– разработку химической, принципиальной и технологической схем процесса;
– выбор оптимальных технологических параметров и установ
Выбор параметров процесса
Параметры ХТП выбираются так, чтобы обеспечить максимально высокую экономическую эффективность не отдельной его операции, а всего производства в целом. Так, например, для рассмотренного выше произв
Управление химическим производством
Сложность химического производства как многофакторной и многоуровневой системы, приводит к необходимости использовать в нем разнообразные системы управления отдельными производственными процессами,
Гидромеханические процессы
Гидромеханическими процессами называются процессы, протекающие в гетерогенных, минимум двухфазных системах и подчиняющихся законам гидродинамики. Подобные системы состоят из дисперсной фазы,
Тепловые процессы
Тепловыми называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла. В тепловых процессах принимают участие минимум две среды с различными температурами, прич
Массообменные процессы
Массообменными называются процессы, скорость которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия (скоростью массопередачи). В процессе массоо
Принципы проектирования химических реакторов
Главная стадия химико-технологического процесса, определяющая его назначение и место в химическом производстве, реализуется в основном аппарате химико-технологической схемы, в котором протекает хим
Конструкции химических реакторов
Конструктивно химические реакторы могут иметь различную форму и устройство, т.к. в них осуществляется разнообразные химические и физические процессы, протекающие в сложных условиях массо-и теплопер
Устройство контактных аппаратов
Химические реактора для проведения гетерогенно–каталитических процессов называются контактными аппаратами. В зависимости от состояния катализатора и режима его движения в аппарате, они делятся на:
Характеристика гомогенных процессов
Гомогенные процессы, т.е. процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встре
Гомогенные процессы в газовой фазе
Гомогенные процессы в газовой фазе широко применяются в технологии органических веществ. Для осуществления этих процессов органическое вещество испаряется, и затем его пары обрабатываются тем или и
Гомогенные процессы в жидкой фазе
Из большого числа процессов, идущих в жидкой фазе, можно отнести к гомогенным процессы нейтрализации щелочи в технологии минеральных солей без образования твердой соли. Например, получение сульфата
Основные закономерности гомогенных процессов
Гомогенные процессы, как правило, идут в кинетической области, т.е. общая скорость процесса определяется скоростью химической реакции, поэтому закономерности, установленные для реакций, применимы и
Характеристика гетерогенных процессов
Гетерогенные химические процессы основаны на реакциях между реагентами, находящимися в разных фазах. Химические реакции являются одной из стадий гетерогенного процесса и протекают после перемещения
Процессы в системе газ- жидкость (Г-Ж)
Процессы, основанные на взаимодействии газообразных и жидких реагентов, широко используются в химической промышленности. К таким процессам относятся абсорбция и десорбция газов, испарение жидкостей
Процессы в бинарных твердых, двухфазных жидких и многофазных системах
К процессам, идущим с участием только твердых фаз (Т-Т), обычно относят спекание твердых материалов при их обжиге.
Спекание– это получение твердых и пористых кусков из мелких порошк
Высокотемпературные процессы и аппараты
Повышение температуры влияет на равновесие и скорость химико-технологических процессов, происходящих как в кинетической, так и в диффузионной области. Поэтому регулирование температурного режима пр
Сущность и виды катализа.
Катализом называется изменение скорости химических реакций или их возбуждение в результате воздействия веществ-катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются по окончании его химически не
Свойства твердых катализаторов и их изготовление
Промышленные твердые катализаторы представляют собой сложную смесь, которая называется контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализатором, а другие служат активат
Аппаратурное оформление каталитических процессов
Аппараты гомогенного катализа не имеют каких-либо характерных особенностей, проведение каталитических реакций в однородной среде технически легко осуществимо и не требует аппаратов специальн
Важнейшие химические производства
В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть открытых веществ. Собственно
Применение
Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.
Среди минеральных
Технологические свойства серной кислоты
Безводная серная кислота (моногидрат) Н2SО4 представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества
Способы получения
Еще в 13 веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже серная к
Сырье для производства серной кислоты
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.
Природные залеж
Контактный способ производства серной кислоты
Контактным способом производится большое количесвто серной кислоты, воом числе оллеум.
Контактный способ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализатора примесей; 2) конта
Производство серной кислоты из серы
Сжигание серы происходит значительно проще и легче, чем обжиг колчедан.
Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы отличается от процесса производства
Технология связанного азота
Газообразный азот представляет собой одно из самых устойчивых химических веществ. Энергия связи в молекуле азота составляет 945 кДж/моль; он обладает одной из самых высоких энтропий в расчете на а
Сырьевая база азотной промышленности
Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды топлива. Одной из составных частей воздуха является азот, который используется в процессах полу
Получение технологических газов
Синтез-газ из твердого топлива. Первым из основных источников сырья для получения синтез-газа явилось твердое топливо, которое перерабатывалось в газогенераторах водяного газа по следующим р
Синтез аммиака
Рассмотрим элементарную технологическую схему современного производства аммиака при среднем давлении производительностью 1360 т/сутки. Режим ее работы характеризуется следующими параметрами: темпер
Типовые процессы солевой технологии
Большинство МУ представляет различные минеральные соли или твердые вещества с подобными солям свойствами. Технологические схемы производства МУ весьма разнообразны, но, в большинстве случаев, склад
Разложение фосфатного сырья и получение фосфорных удобрений
Природные фосфаты (апатиты, фосфориты) используют в основном для получения минеральных удобрений. Качество полученных фосфорных соединений оценивают по содержанию в них Р2О5
Производство фосфорной кислоты
Экстракционный методпроизводства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложение фосфатов и фильтровании образо
Производство простого суперфосфата
Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимущественно в монокальцийфосфат
Производство двойного суперфосфата
Двойной суперфосфат — концентрированное фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов фосфорной кислотой. Он содержит 42—50% усвояемого Р2О5, в том числе в в
Азотнокислотное разложение фосфатов
Получение сложных удобрений.
Прогрессивным направлением в переработке фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения апатитов и фосфоритов. Этот метод позв
Производство азотных удобрений
Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака и др. Азоту принадлежит исключительно важная роль в жизнедеятельности
Производство аммиачной селитры
Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH4NO3 — кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваютс
Производство карбамида
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском
Производство сульфата аммония
Сульфат аммония(NН4)2SО4 – бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21.21% азота, при нагревании до 5130С полностью разлагается на
Производство нитрата кальция.
Свойства
Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов. Безводная соль плавится при температуре 5610С, однако уже при 5000
Производство жидких азотных удобрений
Наряду с твердыми удобрениями применяются и жидкие азотные удобрения, представляющие собой растворы аммиачной селитры, карбамида, кальциевой селитры и их смесей в жидком аммиаке или в концентрирова
Общая характеристика
Больше 90% добываемых из недр земли и вырабатываемых заводскими методами калийных солей используют в качестве удобрений. Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетически
Получение хлористого калия
Флотационный способ производства
Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде
Типовые процессы технологии силикатных материалов
В производстве силикатных материалов используются типовые технологические процессы, что обусловлено близостью физико-химических основ их получения. В самом общем виде производство любого силикатног
Производство воздушной извести
Воздушной или строительной известью называется бессиликатный вяжущий материал на основе оксида и гидроксида кальция. Различают три вида воздушной извести:
-кипелка (негашен
Процесс производства стекла
Сырьем для производства стекол служат разнообразные природные и синтетические материалы. По их роли в образовании стекла, они делятся на пять групп:
1.Стеклообразователи, создающие основу
Производство огнеупоров
Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной огнеупорностью, т.е. способностью противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких темпера
Электролиз водных растворов хлористого натрия
При электролизе водных растворов хлористого натрия получают хлор, водород и едкий натр (каустическая сода).
Хлор при атмосферном давлении и обычной температуре газ желто-зеленого цвета с у
Электролиз раствора хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом
Электролиз раствора хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом дает возможность получать едкий натр, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоян
Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах с ртутным катодом и графитовым анодом
Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах с ртутным катодом и графитовым анодом дает возможность получать более концентрированные продукты, чем в ваннах с диафрагмой.
При пропускании
Производство соляной кислоты
Соляная кислота представляет собой раствор хлористого водорода в воде.
Хлористый водород – это бесцветный газ, имеющий температуру плавления –114.20С и температуру кипения –85
Электролиз расплавов. Производство алюминия
При электролизе водных растворов могут получаться только вещества, потенциал выделения которых на катоде более положителен, чем потенциал выделения водорода. В частности, такие электроотрицательные
Производство глинозема
Сущность производства глинозема заключается в отделении гидроокиси алюминия от других минералов. Это достигается применением ряда сложных технологических приемов: перевод глинозема в растворимую со
Производство алюминия
Производство алюминия осуществляется из глинозема, растворенного в криолите Nа3АlF6. Криолит, как растворитель глинозема, удобен потому, что он достаточно хорошо растворяет Аl
Металлургия
Металлургия – наука о способах получения металлов из руд и другого сырья и отрасль промышленности, производящая металлы. Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре раз
Руды и способы их переработки
Сырье в производстве металлов – металлические руды. За исключением небольшого числа (платина, золото, серебро) металлы находятся в природе в виде химических соединений, входящих в состав металличес
Производство чугуна
Сырьем для производства чугуна служат железные руды, подразделяющиеся на четыре группы:
Руды магнитной окиси железа или магнитные железняки, содержат 50-70% железа и состоят в основ
Производство меди
Медь – металл, получивший широкое распространение в технике. В чистом виде медь имеет светло-розовый цвет. Температура плавления ее 10830С, температура кипения 23000С, она хор
Химическая переработка топлива
Топливом называют существующие в природе или искусственно изготовленные горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности. По природе проц
Коксование каменных углей
Коксование – метод переработки топлив, преимущественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-10500С. Топливо при этом разлагается с образованием с образованием
Производство и переработка газообразного топлива
Газообразным топливом называется топливо, находящееся в состоянии газа при температуре и давлении его эксплуатации. По происхождению газообразное топливо подразделяется на природное и синтетическое
Основной органический синтез
Основным органическим синтезом (ООС) называется совокупность производств органических веществ относительно простого строения, вырабатываемых в очень больших количествах и используемых в качестве це
Сырье и процессы ООС
Производство продуктов ООС базируется на ископаемом органическом сырье: нефти, природном газе, каменном угле и сланцах. В результате разнообразных химических и физико-химических пре
Синтезы на основе оксида углерода и водорода
Органический синтез на основе оксида углерода и водорода получил широкое промышленное развитие.
Каталитический синтез углеводородов из СО и Н2 впервые осуществлен Сабатье, синт
Синтез метилового спирта
Метиловый спирт (метанол) в течение длительного времени получали из надсмольной воды, выделяющейся при сухой перегонке древесины. Выход спирта при этом зависит от породы древесины и колеблется от 3
Производство этанола
Этанол- бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом, температура кипения 78.40С, температура плавления –115.150С, плотность 0.794 т/м3. Этанол смешивается в
Производство формальдегида
Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) – бесцветный газ с острым раздражающим запахом, с температурой кипения-19.20С, температурой плавления –1180С и плотностью (в жидко
Получение карбамидо-формальдегидных смол.
Типичными представителями искусственных смол являются мочевино-формальдегидные смолы, которые образуются в результате реакции поликонденсации, протекающей при взаимодействии молекул мочевины и форм
Производство ацетальдегида
Ацетальдегид (этаналь, укс
Производство уксусной кислоты и ангидрида
Уксусная кислота (этановая кислота) представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом, с температурой кипения 118.10С, температурой плавления 16.750С и плотностью
Полимеризационные мономеры
Мономерами называются низкомолекулярные соединения преимущественно органической природы, молекулы которых способны вступать в реакцию друг с другом или с молекулами других соединений с образованием
Производство поливинилацетатной дисперсии
В СССР промышленное производство ПВАД впервые осуществлено в 1965г. Основным способом получения ПВАД в СССР являлся неперывно-каскадный, однако, имелись производства, в которых был принят периодиче
Производство целлюлозы
Целлюлоза – один из основных видов полимерных материалов. Более 80% древесины, идущей для химической переработки, используется для получения целлюлозы и древесной массы.
Целлюлоза, иногда
Производство химических волокон
Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает их очень малые размеры поперечного сечения, обычно измеряемого микронами. Волокнистые материалы, т.е. вещества, состоящие из волокон, и
Производство пластических масс
К пластмассам относят обширную группу материалов, главной составной частью которых являются природные или синтетические ВМС, способные при повышенной температуре и давлению переходить в пластическо
Получение каучука и резины
К каучукам относят эластичные ВМС, способные под влиянием внешних сил значительно деформироваться и быстро возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. Упругие свойства
Новости и инфо для студентов