Анализ и технологическая оценка химического производства (стр. 2 из 5)
Серная кислота находит широкое применение в промышленности. Примерно половина производимой серной кислоты расходуется на производство удобрений и кислот. Она применяется для травления стальных изделий перед лужением, хромированием и т.п. очистки нефтепродуктов от непредельных и сернистых соединений, для производства ряда красителей, лаков и красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс, спиртов, ядохимикатов, синтетических моющих средств, искусственного шелка, в текстильной промышленности для обработки тканей или волокна перед крашением, а также дли производства крахмала, патоки и т. д.
Концентрированная серная кислота и олеум используют как водоотнимающее средства при производстве взрывчатых веществ (нитроглицерина, пироксила, тротила и др.). концентрировании азотной кислоты и т. д.
В связи с дальнейшим развитием промышленности и совершенство техники возникают новые отрасли потребления серной кислоты, поэтому ее производство с каждым годом растет (табл. 1).
Таблица 1 Производство серной кислоты в СНГ (в млн. т)
В промышленности серную кислоту получают нитрозным иконтактным способами. Независимо от способа производства сначала получают сернистый ангидрид SO2, который затем перерабатывают в серную кислоту.
4. Производство полимеров
Высокомолекулярные соединения получают из мономеров полимеризацией, сополимеризацией, поликонденсацией и методами привитой полимеризации и блокполимеризации.
Полимеризация — процесс образования высокомолекулярных соединений в результате взаимодействия мономеров с двойными связями в молекуле между собой или взаимодействия гетероциклов с размыканием колец
При проведении полимеризации совмещают воздействие тепла и химических веществ (катализаторы или инициаторы). Процесс полимеризации может вызываться облучением мономера γ-лучами, лучами рентгена, токами высокой частоты и фотохимически.
На процесс полимеризации большое влияние оказывает температура, которая резко повышает или скорость роста цепи, или обрыв цепи полимера, что ведет к уменьшению молекулярного веса полимера и средней степени полимеризации, поэтому поддерживают оптимальную температуру процесса.
В описанных процессах полимеризации, как правило, образуются полимеры аморфной структуры с неупорядоченным пространственным расположением боковых групп вдоль оси макромолекулы.
Применение комплексных катализаторов, состоящих из металлоорганических соединений А1(С2Н5)3 и хлоридов металлов переменной валентности (TiCI2, TiCl4), обеспечивает получение полимеров со строго линейной структурой и симметричной пространственной ориентацией. Такие полимеры получили название стереорегулярных. Они имеют большую прочность, плотность, высокую температуру плавления и легко ориентируются при вытягивании.
В промышленности применяют блочную, эмульсионную, лаковую, капельную или бисерную полимеризации.
При блочном методе мономер, очищенный от примесей и смешанный с катализатором или инициатором, подается в форму (сосуд), где нагревается. Для получения полимера с высокими свойствами необходимо строго поддерживать температуру. Полимер, получаемый в виде блока листа и т. п., из-за перегрева реакционной массы неоднороден.
При эмульсионной полимеризации мономер смешивается с инициатором и эмульгатором и с помощью мешалок превращается в мельчайшие капельки, взвешенные в другой жидкости — обычно в воде. Полученные эмульсии нагреваются до температуры начала реакции, и процесс полимеризации мономера в каждой мельчайшей капельке проходит самостоятельно. При этом можно легко отводить тепло, выделяемое в процессе полимеризации, поэтому получаемый полимер более однороден. Но эмульгатор трудно отделить от полимера, что затрудняет получение бесцветных материалов.
Лаковая полимеризация осуществляется в растворителе, смешивающемся с мономером и растворяющем образующийся полимер. Из полученного раствора полимер выделяют путем испарения растворителя или осаждением, или раствор может использоваться и качества лака. Кроме того, полимеризацию можно проводить в растворителе, в котором растворяется мономер, но не растворяется полимер. Образующийся полимер выпадает в твердом виде и отделяется фильтрованием. При этом получаются полимеры однородного состава, так как удается поддерживать определенную температуру процесса.
При капельной (суспензионной) полимеризации используются инициаторы, растворимые в мономере, но не растворимые в воде. Полимеризация проходит самостоятельно в каждой крупной капле мономера размером от 0,05 до 0,3 см в отличие от размера капли (от 103 до 104 см) при эмульсионной полимеризации. Образовавшийся полимер в виде твердых частичек, не растворимых в воде, осаждается.
Если при получении полимеров участвуют два различных ненасыщенных мономера, то такой процесс называется сополимеризацией. Метод сополимеризации позволяет увеличить число высокомолекулярных соединений, широко варьировать свойства получаемых продуктов. Процессы сополимеризации аналогичны процессам полимеризации.
Образование полимеров из мономеров при проведении процессов полимеризации или сополимеризации происходит без выделения побочных продуктов.
Поликонденсация — процесс образования высокомолекулярных соединений — полимеров путем реакции поликонденсации, с образованием полимеров и выделением побочных продуктов (H2O, эфиры, NH3 СО2 и др.). В реакцию поликонденсации вступают как одноименные мономеры, содержащие две различные реакционные группы, например аминокислоты (процесс гомополиконденсации), так и мономеры различного химического состава (процесс гетерополиконденсации).
При поликонденсации образующиеся полимеры могут иметь как линейное (полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты), так и трехмерное строение (аминопласты, фенопласты). Скорость процесса поликонденсации и молекулярный вес полимера зависят от скорости вывода образующегося в процессе реакции побочного продукта, от температуры, концентрации реагирующих компонентов. Поликонденсацию проводят как с использованием катализаторов (аминопласты, фенопласты), так и без них (полиамиды). Процесс поликонденсации можно проводить в расплаве, по лаковому способу и на поверхности двух фаз.
Поликонденсацию в расплаве осуществляют при температуре 200—280°С в реакторе в атмосфере инертного газа. В конце процесса для полного удаления низкомолекулярных соединений в реакторе создается высокий вакуум. Этим способом получают полимеры в отсутствие растворителя.
Поликонденсация в растворе (мономеры растворяются в растворителе) проходит при малых скоростях, так как могут образовываться циклические соединения, и тогда затрудняется удаление низкомолекулярных продуктов реакции.
Полимеризация на поверхности раздела фаз проводится в несмешивающихся жидкостях, при этом взаимодействие мономеров между собой происходит быстро при низких температурах, так как выделяемые продукты выводятся из сферы реакции. Образующиеся высокоплавкие полимеры имеют высокий молекулярный вес. Такой способ получения полимера можно совместить с переработкой полимера в изделие.
Кроме основных методов получения высокомолекулярных соединений, находят применение методы блок- и привитой полимеризации.
В технике высокомолекулярные соединения являются основой для получения синтетических полимерных материалов. Большое значение из полимерных материалов имеют пластические массы, каучук и резина, химическое волокно, пленочные материалы, лаки, целлюлоза и др.
5.Производство химических волокон
Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает очень малые (микроны) размеры их поперечного сечения.
По происхождению волокна делят на природные натуральные и химические.
Химические волокна разделяют на искусственные, получаемые из природных полимерных соединений, и синтетические, получаемые из полимеров. Особую группу составляет стеклянное волокно.
Искусственные волокна делят на целлюлозные (вискозные, медно-аммиачные, ацетатные) и белковые (казеиновые, соевобовые), а синтетические — на карбоцепные и гетероцепные. К карбоцепным волокнам относят: хлорин, нитрон, политен, виньон, саран, винол и др., а к гетероцепным — полиамидные, полиэфирные, полиуретановые и др.
Для получения химических волокон применяются различные методы, имеющие много общего; но вместе с тем каждый метод имеет и свои особенности. Независимо от применяемого сырья технология изготовления волокон складывается из следующих стадий:
а) получение исходного материала;
б) приготовление прядильной массы;
в) формирование волокна;
г) отделка.
Высокомолекулярные соединения, применяемые для получения волокон, должны иметь высокую степень чистоты, растворяться или
плавиться.
Получение исходных материалов для изготовления синтетических волокон состоит из синтеза полимера — смолы, а для получения искусственного волокна необходимо отделение примесей от природных полимеров.
Приготовление прядильной массы для формирования волокон состоит из 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