Анализ и технологическая оценка химического производства

растворения полимеров в растворителях (спирте, Щелочи, ацетоне и др.) или

расплавления смолы. Приготовленный раствор или расплав перед поступлением

на формование очищают фильтрованием от примесей (примеси снижают прочность)

и освобождают от пузырьков воздуха. В случае необходимости в раствор или в

расплав вводят красители ддя придания волокну окраски, матовости и т. д

Формование волокна осуществляют по мокрому и сухому способам прядения из

раствора и по сухому способу — из расплава. Независимо от способа

формования приготовленную прядильную массу продавливают через фильеру

(нитеобразователь), имеющую до 25000 отверстий диаметром от0,04ли< и выше.

Образовавшиеся тонкие струйки раствора или нити расплава охлаждают или

химически обрабатывают.

К искусственным волокнам относятся вискозные, ацетатные, медно-

.аммиачные и др. Вискозное волокно находит наибольшее применение в технике.

Для получения вискозного волокна прядильный раствор готовят из листов

целлюлозы, обрабатываемой раствором едкого натра (18—20%), в результате

чего образуется щелочная целлюлоза

[pic]

6. Производство пластмасс

Пластические массы делят на простые (ненаполненные) и сложные

(композиционные). Основу пластических масс составляет высокомолекулярное

соединение — смола, которая при нагревании и давлении переходит в

пластическое состояние, формуется под воздействием внешних сил и после

охлаждения сохраняет полученную форму.

Простые пластмассы получают только из одной смолы, например полиэтилена.

Сложные пластмассы состоят из смолы, наполнителей, пластификаторов,

красителей, стабилизаторов, отвердителей и др. Смола, являясь связующим

веществом, придает смеси пластичность и формуемость.

Наполнители снижают стоимость пластмассы, придают или усиливают

определенные механические и диэлектрические свойства, снижают горючесть

изделий, улучшают внешний вид и т. п. В качестве наполнителей применяют

порошковые (древесная, кварцевая мука, графит, тальк, асбест и др.) и

волокнистые (ткани, асбестовое волокно и др.) материалы.

Пластификаторы повышают пластичность, эластичность композиции, но при

увеличении их количества прочность на разрыв и сжатие резко снижается. В

качестве пластификаторов используют малолетучие вещества (камфору,

касторовое масло, дибутклфталаты. трикре-зилфосфат). Красители придают

пластическим массам желаемую окраску. Они должны хорошо смешиваться и

совмещаться со смолой и выдерживать воздействие температуры, воды и т. п.,

сохраняя цвет как в процессе формования, так и при применении изделия.

Отвердители — вещества, способные превращать линейную структуру полимера

в результате сшивания макромолекул в трехмерную структуру. К ним относятся

уротропин, гексаметилентетрамин и др.

Кроме перечисленных веществ, в состав сложной пластмассы вводят

стабилизаторы, способствующие сохранению первоначальных свойств; смазки,

облегчающие прессование; порошкообразователи — для получения пено- и

поропластов.

Пластические массы (пластмассы) имеют низкую плотность (900— 1750

кг/м3), высокие механические и хорошие электроизоляционные свойства,

высокую водостойкость, теплостойкость и химическую стойкость, красивый

внешний вид и т. д. Стоимость некоторых пластических масс не превышает

стоимости цветных, а в некоторых случаях и черных металлов при расчете на 1

м3 материала. Такие технико-экономические преимущества пластических масс

перед другими материалами обусловили широкое их применение. Но пластмассы

имеют низкую теплостойкость (60—300° С), подвержены «старению», что снижает

их свойства.

Промышленность выпускает большое количество синтетических смол и

пластмасс на их основе, поэтому для примера рассмотрим технологию получения

и свойства наиболее важнейших смол и пластмасс на их основе.

Полимеризационные смолы для получения пластмасс используют без

наполнителей. Они термопластичны, обладают хорошими диэлектрическими

свойствами, высокой ударной прочностью (кроме полистирола), химически

стойки, но большинство из них имеет низкую теплостойкость.

[pic]

Сырьем для получения полистирола является стирол (С6Н5СН=СН2).

Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами.

Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

[pic]

7.Синтезы на основе ацетилена

Ацетилен СН=СН — газ, легко вступающий в самые различные химические

реакции с образованием многочисленных соединений, используемых при

получении волокон, каучуков, смол и т. д. Например, из ацетилена получают

ацетальдегид, этиловый спирт, бутадиен, этил-ацетат, хлористый винил,

винилацетат, хлоропрен, акрилонитрил и др. Он используется для получения

высоких температур (3200° С) при сварке и резке металлов.

Ацетилен получают путем обработки карбида кальция водой (СаС2 + 2Н2О

->Са(ОН)2 + С2Н2) или путем термоокислительного крекинга при 1400—1500(С

различных углеводородов (СН4, С2Н4 и до.)

[pic]

Для примера рассмотрим синтез ацетальдегида на основе ацетилена.

Ацетальдегид СНзСНО — альдегид уксусной кислоты, летучая жидкость с

резким запахом, хорошо смешивается с водой и спиртом. Он используется для

получения уксусной кислоты.

В промышленности ацетальдегид по одной из схем (рис.5) получают

следующим образом. Очищенный от примесей ацетилен, смешанный с

циркуляционным газом, непрерывно подается в гидрататор 1, в котором

находится нагретая до 80—100° С жидкость, содержащая сульфаты железа и

ртути (в 1 л Н2О 200 е H2S04, 0,4 г Hg, 40 г окислов железа). Ацетилен,

барботируя через жидкость, переходит в ацетальдегид по реакции:

СН = СН + Н2О --> СНзСНО + 1416 кдж.

Степень перехода ацетилена в ацетальдегид составляет 50—60%. Газы,

содержащие ацетальдегид, ацетилен и примеси, поступают на охлаждение

сначала в холодильник 2, где частично конденсируются пары воды, и конденсат

возвращается в гидрататор 1, а затем в холодильник 3, где конденсируются

пары ацетальдегида и воды, собираемые в сборнике 5 и направляемые на

ректификацию (на схеме не показано).

Газы, содержащие ацетилен, поступают в колонну 4, орошаемую водой, где

из них извлекаются остатки ацетальдегида, и снова возвращаются в процесс.

Для очистки оборотного газа от окислов углерода и азота часть его (10%)

непрерывно отбирается из цикла и направляется на очистку. Выход

ацетальдегида составляет примерно 96% от теоретического. Так как пары ртути

и ее соединения ядовиты, начинают применяться не ртутные катализаторы в

виде окислов Zn, Mg, Ni, Со, Cr.

Уксусная кислота находит применение в текстильной, фармацевтической,

парфюмерной промышленности, для получения сложных эфиров, в производстве

ацетилцеллюлозы, уксусного ангидрида, ацетона, ацетатного шелка, каучука,

пластических масс и т. д.

Раньше кислоту получали сухой перегонкой древесины, брожением этанола, а

в настоящее время — окислением ацетальдегида или гидратацией кетона.

Окисление ацетальдегида кислородом воздуха происходит в присутствии

солей марганца при темпеатуре 60—70° С. Так как надуксусная кислота может

взрываться, то парогазовая смесь разбавляется азотом. Образование СНзСООН

идет по следующей схеме:

[pic]

Для очистки от примесей синтетическую кислоту подвергают перегонке.

Техническая кислота после перегонки содержит 97—99% СНзСООН, 0,1—0,5%

НСООН, 0,5—2% Hp.

Безводная уксусная кислота плотностью 1049 кг/м3 (20( С) застывает при

16,6° С, кипит при 118,1° С. Она хорошо смешивается с во" дои и многими

органическими жидкостями. При попадании на кожу вызывает ожоги.

8. Подготовка угля к коксованию

Коксование—процесс сухой перегонки каменных углей при их нагревании до

900—1050° С без доступа воздуха. В результате сложных физических и

химических превращений образуется твердый, спекшийся продукт — кокс и

прямой коксовый газ.

Кокс используют в металлургии, литейном производстве, для получения

электродов, карбида кальция и т. д.

Прямой коксовый газ содержит каменноугольную смолу, сырой бензол и

другие продукты, поэтому его перерабатывают с получением ценных химических

веществ.

Сырьем для получения кокса служат спекающиеся (коксующиеся) угли марки

К, которых в недрах земли содержится мало Для расширения сырьевой базы для

коксования применяют смесь — шихту, состоящую из коксующихся углей и углей

других марок, мало содержащих серы и фосфора, которые при коксовании

остаются в коксе и снижают его качество.

Перед поступлением на коксование угли тонко измельчаются— зерен размером

менее 3 мм должно быть 85—90%.

Процесс коксования осуществляется в коксовой печи, представляющей собой

камеру, выложенную огнеупорным (динасовым) кирпичом. Камеры по 60—70 шт.

соединяются между собой в коксовые батареи; между ними имеются пространства

(простенки), в которых сжигается генераторный или коксовый газ. Температура

в простенках печи достигает 1400° С. Так как огнеупорный кирпич и уголь

являются плохими проводниками тепла, а для получения кокса требуется

нагреть шихту до 900—1050° С, камеры делают в виде узких каналов — шириной

— 0,4 м, длиной — 13—14 м, высотой — 4, 4,5 м. В камеру загружают до 15 т

угля.

На рис. 6 показана схема коксовой камеры. Она имеет две торцовые стороны

— коксовую, куда выталкивается из камеры кокс (коксовый пирог), и машинную

— для ввода в камеру коксо-выталкивателя 5, представляющего собой пластину

с размерами, немного меньшими, чем у сечения камеры. При коксовании

машинная и коксовая стороны камеры плотно закрываются дверцами / и 2. В

своде камеры имеются отверстия, через которые загружается шихта с помощью

загрузочного вагона с бункерами 4, течки которых устанавливаются над

отверстиями в своде камеры. Вагон перемещается по рельсовому пути,

расположенному над коксовыми камерами, и обслуживает десятки камер. После

загрузки шихта в камере разравнивается, загрузочные отверстия закрываются и

начинается процесс коксования.

Для отвода паро-газовой смеси из камеры стояк 3 соединяется с

газопроводом.

На рис. 7 показана схема нагревания шихты в камерах коксовой батареи

(поперечный разрез) с перекидным над сводами камер ходом топочных газов.

Воздух, поступающий на горение горючих газов, предварительно нагревается в

регенераторах 4 и смешивается с газом, поступающим из отверстий 3 в

простенках 2, расположенных между камерами /. В простенке 2 происходит

сгорание газообразного топлива, и горячие дымовые газы огибают камеру,

подогревают ее с другой стороны и уходят через регенераторы тепла в дымовую

трубу.

Через каждые 20—30 мин поток газа и воздуха переключают на нагретые

топочными газами регенераторы и поток газов обогревает обратную сторону

камеры. Это обеспечивает равномерный нагрев камеры с обеих сторон. На

заводах применяют различные системы обогрева камер; пребывание шихты в

камере 13—17 ч. Выделяющийся при коксовании в камерах прямой коксовый газ

отсасывается воздуходувкой и подается на переработку.

По окончании процесса коксования разгрузка камер проводится поочередно.

После разгрузки камеры торцовые стороны ее закрываются и цикл работы

повторяется.

Из 1 т шихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем

следующие продукты, кг:

[pic]

Переработка прямого коксового газа

Парогазовую смесь, выходящую из коксовой камеры, называют прямым

коксовым газом. В 1 м3 газа, кроме Н2, СН4, СО и газообразных

углеводородов, содержится: смолы 80—130 г, бензольных углеводородов 30—40

г, аммиака 8—13 г, сероводорода и других сернистых соединений 6—25 г,

цианистых соединений — 0,5—1,5 г, паров воды 250—450 г, твердых частиц

15—35 г. Такой газ подвергают переработке по схеме, приведенной на рис. 8.

Прямой коксовый газ, выходящий из камеры при температуре 700—800° С,

поступает в газосборник /, где охлаждается до 80° С водой; при этом из газа

частично конденсируется смола и твердые вещества. Для дополнительного

выделения смолы газ охлаждают в холодильнике 2 до 20—30° С.

Сконденсировавшаяся смола и надсмольная вода из газосборника 7 и

холодильника 2 поступают в сборник 3, где разделяются на три слоя: нижний —

твердые вещества, средний — смола» верхний — надсмольная вода. В

надсмольной воде содержится аммиак. Для окончательного выделения из газа

туманообразной смолы газ из холодильника 2 поступает в электрофильтр 4, где

из него выделяется смола, стекающая в сборник 3. Для продвижения прямого

коксового газа через систему аппаратов очистки применяется турбогазодувка

5. Пройдя турбогазодувку, газ нагревается в подогревателе 7 до 60— 70° С и

поступает в сатуратор 6 — аппарат барботажного типа, в котором находится

76—78% H^SO^. Аммиак, содержащийся в газе, реагирует с HoS04 с образованием

сульфата аммония;

[pic]

Образовавшийся сульфат аммония выпадает в осадок, отделяется от

раствора, сушится и используется в качестве удобрения. Затем газ

охлаждается до 20—25° С в холодильнике 9 и поступает в башни с насадкой 8,

орошаемые каменноугольным маслом (фракция при перегонке смолы, кипящая при

230—300° С), которое извлекает из газа бензол, толуол, ксилол и др.

Раствор сырого бензола подвергается перегонке, в результате чего

отгоняется бензол и его гомологи, а масло после охлаждения снова

возвращается на орошение башен 8. Освобожденный от примесей коксовый газ

называется обратным. Он очищается от соединений серы. Обратный коксовый газ

в основном состоит из водорода (54—59%), метана (23—28%), окиси углерода

(5—7%), углеводородов (2—3%) и примесей: азота (3—5%), углекислоты

(1,5—2,5%), кислорода (0,3— 0,8%). Теплота сгорания его 16750—17200 кдж/м3.

Коксовый газ как высококалорийное топливо применяют для получения

высоких температур в металлургии, стекловарении, коксовании; его используют

в качестве сырья в химической промышленности для получения водорода, сажи,

ацетилена и т. д.

9. Получение синтезированного газа

Химические методы переработки нефти проводят при высоких температурах

без катализатора (термический крекинг), при высоких температурах в

присутствии катализатора (каталитический крекинг), в присутствии водорода,

при высокой температуре и давлении (гидрокрекинг) и др. Благодаря высокой

температуре происходит расщепление молекул углеводородов. Кроме того, в

результате вторичных процессов образуются молекулы новых соединений,

которые не содержатся в нефти или в нефтепродуктах.

Рассмотрим процесс расщепления составляющих нефти при нагревании на

примерах.

При нагревании нефти сначала расщепляются углеводороды парафинового ряда

с длинной цепью

[pic]

По мере повышения температуры разрыв цепи углеводородов сдвигается к

краю цепи, вплоть до метана СН4, т. е. С14Н30 (С13Н26 + СН4, а при

температуре выше 820° С метан разлагается на углерод и водород СН4 --> С +

2Н2

Нафтеновые углеводороды при нагревании дегидрируются, образуя

ароматические углеводороды:

[pic]

Ароматические углеводороды более устойчивы к нагреванию, поэтому они

почти не изменяются. Непредельные углеводороды, образующиеся в процессе

распада, в значительной степени вступают в реакцию полимеризации или

циклизации, образуя ароматические и другие сложные соединения. Чем выше

температура крекинга, тем выше скорость реакции и больше образуется

газообразных продуктов. Применение давления затрудняет процесс расщепления

и благоприятно влияет на вторичные реакции. Крекинг ведут для получения

бензина и газов.

Термический крекинг в смешанной фазе (жидкой и паровой) проводят под

давлением до 70 am при температуре 350—500° С. На рис.9 показана схема

крекинга мазута. Мазут насосом 1 подается на одну из нижних тарелок

ректификационной колонны 2, где смешивается с тяжелой фракцией. Затем смесь

подается в трубчатую печь 3, где нагревается до температуры 470—480° С. Из

средней части колонны 2 выводится более легкокипящая фракция, которая

нагревается в трубчатой печи 4 до 500—510°. Давление в печах поддерживается

50—70 am (5—7 Мн/м2). Продукты крекинга из печей 3 и 4 проходят

редукционный вентиль 5 и поступают в испаритель 6, где происходит отделение

паров от крекинг остатка, который выводится из испарителя. Пары из

испарителя направляются в ректификационную колонну на разделение. Пары

бензина и газы проходят конденсатор 7 и сепаратор 8, где они разделяются.

Выход продуктов при крекинге следующий: крекинг-бензин 30— 35%, крекинг

газы 10—15%, крекинг-остаток 50—56%. Крекинг газы содержат этилен, пропан,

пропилен, бутан, бутилен и др. Они служат ценным сырьем для синтеза

органических соединений. Крекинг-остаток служит котельным топливом.

Парофазный крекинг — пиролиз проводят при температуре 670— 720° С и

атмосферном давлении. В процессе пиролиза жидкие продукты обогащаются

ароматическими соединениями, а газы — непредельными углеводородами. Пиролиз

проводится с целью получения сырья для химической промышленности.

Каталитический крекинг проводится в паровой фазе при 450-500е С и

давлении 0,5-1,0 am (0,05-0,1 Мн/м2) в присутствии алюмо-силикатных

катализаторов, представляющих собой твердые высоко. пористые вещества.

Катализаторы адсорбируют углеводороды и на поверхности происходят реакции

расщепления. Одновременно мот проходить реакции ароматизации. При

каталитическом крекинге наряду с жидкими продуктами (вы. ход бензина — 70%)

образуются газы (12—15%) и кокс (4—6%) Кокс откладывается на поверхности

катализатора и снижает его активность. Для выжигания кокса через

катализатор при температуре 550— 600 С пропускают воздух.

В печи 1 подаваемое на крекинг сырье нагревают до 350—360(С и затем

направляют в реактор 2, в который из бункеpa 3 поступает зернистый

катализатор. Под действием собственного веса катализатор опускается в низ

реактора и перед поступлением в регенератор (самотеком) обрабатывается

паром. Продукты крекинга из реактора 2 направляются на разделение в

ректификационную колонну (на схеме не показана). Для регенерации

катализатора сверху в регенератор 4 воздуходувкой 5 подается воздух,

который реагирует с коксом, расположенным на поверхности катализатора,

очищая его. Образовавшиеся дымовые газы выводятся снизу генератора. Из

нижней части регенератора 4 катализатор захватывается сжатым воздухом,

подаваемым воздуходувкой 7, и по трубе 6 направляется в бункер 3 и снова

возвращается в реактор 2.

Для уменьшения отложений кокса на катализаторе применяют крекинг под

давлением в присутствии водорода. Такой процесс получил название

риформинга. Наибольшее применение риформинг находит с платиновыми,

хромовыми и молибденовыми катализаторами. Для риформинга используют фракции

легких нефтепродуктов. Процесс проводится под давлением 40—70 am (4—7

Мн/м2) при температуре 480—520° С.

В процессе риформинга происходит образование ароматических

углеводородов, которые улучшают качество бензинов. Газы риформинга содержат

СН4, C2H6, С3Н8, С4Н10. Их используют для синтеза органических соединений.

Список использованной литературы

1. Баринов Н.А. Технология металлов. Металлургиздат.1963

2. Сидоров И.А. Основы технологии важнейших отраслей промышленности,

Москва, “высшая школа”, 1971

3. Кован В.М. (и др.) Основы технологии машиностроения “Машиностроение”,

1965

4. Никифоров В.М. (и др.) Технология важнейших отраслей промышленности,

ч.1, изд. ВПШ при ЦК КПСС, 1959

5. Данилевский В.В. Технология машиностроения.

“Высшая школа”, 1965

Если Вам пригодился мой реферат, сообщите мне об этом, буду Вам

очень признателен!

My E-mail: talk2000@mail.ru

Страницы: 1, 2