Анализ и технологическая оценка химического производства (стр. 3 из 5)

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

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.

Сырьем для получения полистирола является стирол (С₆Н₅СН=СН₂). Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами. Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

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.)

Для примера рассмотрим синтез ацетальдегидана 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 гHg, 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 холодильник2, 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:

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 поступлениемна 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.