Технологии химического производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Электрохимические процессы

1.1 Получение алюминия

2. Каталитические процессы

3. Процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением

3.1 Обработка металлов давлением

3.2 Биохимические процессы

3.3 Фотохимические процессы

3.4 Радиационно-химические процессы

3.5 Плазмохимические процессы

Выводы и предложения

Список использованной литературы

1. Электрохимические процессы

Технология электрохимических производств рассматривает процессы, основанные на непосредственном переходе электрической энергии в химическую без промежуточного превращения энергии в теплоту.

Первые представления о связи химических и электрохимических явлений возникли еще в середине 18 в. и были высказаны М. В. Ломоносовым. С тех пор и по настоящее время, несмотря на широчайшее применение электрохимических процессов в промышленности, продолжаются новые научные исследования в области электрохимии.

В задачи электрохимических производств, которые являются весьма обширными и многообразными, традиционно входило: получение и рафинирование цветных и благородных металлов из руд; получение щелочных, щелочноземельных и других легких металлов из руд; получение щелочных, щелочноземельных и других легких металлов; получение металлических сплавов (например, свинец-натрий-калий); получение хлора и щелочей, кислорода и водорода; получение неорганических солей и окислителей; защита металлов от коррозии, декоративные и специальные покрытия металлов; гальванопластическое изготовление копий и других изделий; получение химических источников тока.

Технико-экономическая эффективность электрохимических методов определяется тем, что с их помощью можно в относительно простых технологических схемах получить достаточно чистые продукты. Во многих случаях использование электрической энергии для осуществления химических реакций чрезвычайно упростило технологию получения того или иного продукта, а вместе с тем во много раз удешевило его и расширило возможность его применения. Примерами могут служить прежде всего легкие металлы - алюминий, магний, натрий, которые получать химическим путем очень дорого. Электрохимические методы дали возможность наряду с основным продуктом получать ценные побочные продукты, исходить из более дешевого сырья и лучшего его использования.

Так, химическим путем получали HCl, используя это сырье только на 30-65%. Электрохимический метод дает возможность применять в качестве сырья природную поваренную соль и использовать ее практически полностью. При этом наряду с хлором получаются природную поваренную соль и использовать ее практически полностью. При этом наряду с хлором получаются и ценные побочные продукты - едкий натр и водород. При электрорафинировании металлов в качестве отходов получается шлам, содержащий благородные металлы: золото и серебро - при рафинировании меди, платину и палладий - при рафинировании никеля. Стоимость получаемых благородных металлов полностью покрывает расходы по рафинированию меди и никеля.

Существенным преимуществом электрохимических методов является высокая чистота получаемого продукта, часто совершенно недостижимая при химических способах.

В металлургии цветных металлов электрохимические методы расширили сырьевую базу: возникла возможность экономично перерабатывать бедные руды. Так, гидроэлектрометаллургическим методом успешно перерабатывают руды, содержащие 0,7 и даже 0,4% меди, что совершенно неэкономично при других способах.

Следует также отметить, что в ряде случаев (в машиностроении, приборостроении, производстве патефонных пластинок и др.) только электрохимические (гальванотехнические) процессы могут обеспечить получение специальных покрытий и сплавов, а также изделий в виде копий с соответствующих матриц.

К недостаткам электрохимических методов следует отнести необходимость расходования относительно дорогой вид энергии (энергию постоянного тока) и производить затраты на создание источников ее получения.

Электрохимические реакции протекают в аппаратах, называемых электролизерами. В них через электролиты (растворы и расплав солей) проходит постоянный электрический ток от положительного электрода анода к отрицательному - катоду. На аноде проходит реакция растворения или окисления металла, на катоде - его выделение или восстановление.

1.1 Получение алюминия

Алюминий получают электролизом из глинозема в расплавленном криолите. Процесс происходит в специальных электролизных ваннах.

Ванна представляет собой железный корпус, футерованный углеродистыми блоками 6. В них вставляются медные катодные шины 5, соединенные с отрицательным электродом источника тока. Сверху в ванну опускается угольный электрод-анод 4, покрытый кожухом из алюминиевых листков - 3, который по мере необходимости наращивается вверх. В верхних слоях анодной массы температура достигает 100-140°С, в нижних - 360°С. Масса приобретает тестообразное состояние, а при температуре 400-950°С твердое. Ток проводится к аноду через стальные штыри 2, забивается в анод. С помощью механизма подъема аноды перемещаются по вертикали электролизеры питаются током 50000…155000 А при напряжении 4…4,5 В.

Перед началом процесса ванну подогревают и постепенно добавляют криолит. При помощи слоя расплавленного криолита 200…300 мм в ванну загружают глинозем (10…15% от массы криолита). Под воздействием электрического тока на аноде выделяется кислород. Он взаимодействует с углеродом анода, образуя СО и СО2, которые отводятся из ванны. На дне ванны (катоде) собирается жидкий алюминий, который периодически окачивается с помощью вакуумного ковша, соединенного с вакуумным насосом. По мере необходимости электрод обновляется. Суточная производительность ванны составляет около 350 кг алюминия. Длительность непрерывной работы ванны - 2…3 года. Для производства 1 т. алюминия расходуется около 2 т. глинозема, 0,7 т. анодной массы, 0,1 т. криолита и других фторидов и 16…18 МВт/ч электроэнергии. В структуре себестоимости 1 т. алюминия затраты на электроэнергию составляют более 30%, около 50% приходится на сырье и основные материалы.

Для увеличения степени чистоты алюминия его дополнительно подвергают рафинированию. С этой целю алюминий в ковшах (1,25 т.) подвергают при температуре 650-770°С продувке хлором в течении 10…15 мин.

2. Каталитические процессы

Роль катализа в современной технологии трудно переоценить. Катализ - это изменение скорости химических реакций под влиянием особых веществ - катализаторов. Катализатор. Помогая осуществить химическую реакцию, по окончании её выделяется в неизменном виде; таким образом, роль катализатора сводится к изменению пути протекания химических реакций.

В настоящее время в химической промышленности и смежных с нею отраслях свыше 90% вновь вводимых технологий составляют каталитические процессы. На основе катализа производятся десятки тысяч наименований промышленной продукции (неорганические кислоты, аммиак, мономеры для синтеза полимеров, различные органические кислоты, спирты, альдегиды и др.). Катализ широко применяется в производстве лекарственных веществ, моющих средств, является основой новых процессов нефтехимического синтеза, реакций получения полимеров.

На основе катализа созданы перспективные способы производства моторных топлив из угля, сланцев и торфа; широкое применение находят каталитические процессы гидрирования жиров в пищевой промышленности.

Всё больше используется катализ для охраны окружающей среды от загрязнений сточными водами, вредными промышленными автомобильными газами.

Отличаясь высокими технико-экономическими показателями, будучи в большинстве своём непрерывными, замкнутыми, безотходными, малоэнергоёмкими процессами с высоким доходом промышленной продукции, каталитические процессы практически не имеют ограничений в областях применения и по сумме технологических и экономических показателей не имеют себе равных.

Каталитические процессы подчиняются общим законам химии и термодинамики, но имеют ряд особенностей и преимуществ: катализ позволяет интенсифицировать химические превращения, включая и реакции, которые без катализатора практически не протекают. Катализаторы дают возможность направлять химическую реакцию в сторону образования желаемого продукта, в реакциях синтеза высокополимеров позволяют регулировать строение и свойства конечных материалов.

Катализ - явление специфичное; для каждой реакции используется свой катализатор. В качестве катализаторов используются различные вещества: газы, жидкости, твёрдые тела.

Теория катализа и виды его. Каталитические процессы принято формально делить на три вида: гомогенный, гетерогенный и микрогетерогенный. Чётких границ между этими видами нет. Сущность этих процессов одинакова и основана на образовании промежуточных соединений реагента с катализатором.

В гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества образуют одну общую фазу, чаще всего газ или жидкость. При гетерогенном катализе катализатор и реагенты образуют разные фазы, и каталитическая реакция осуществляется на границе их раздела. Обычно катализатор - твёрдый, а реагирующие вещества газ или жидкость.

Микрогетерогенный катализ происходит в жидкой фазе с участием коллоидных частиц в качестве катализаторов. Ферментативный анализ, происходящий в растительных и животных клетках, осуществляется под действием биологических катализаторов белковой природы - ферментов. Ферментативным реакциям обычно свойственна очень высокая селективность.

Различают положительный и отрицательный катализ. Положительный катализ или просто катализ, - это когда в присутствии катализатора реакции ускоряются, отрицательный анализ - когда в присутствии катализаторов (ингибиторов) процессы замедляются.

Теория каталитических процессов - сложная и недостаточно изученная область современной физической химии. Существует несколько различных теорий, объясняющих механизм действия катализаторов, из которых наиболее распространенной является теория промежуточных соединений.

Ускоряющее действие катализатора отличается от влияния таких факторов. Как температура, давление и др. Например изменение давления ускоряет реакцию, а повышение температуры приводит к увеличению скорости процесса. В присутствии катализатора энергетический уровень реагирующих молекул не меняется, равновесие не смещается. Катализатор снижает энергию активации химической реакции благодаря изменению реакционного пути. При этом катализатор взаимодействует с реагирующими веществами и входит в состав промежуточного активного комплекса. При действии катализатора процесс протекает через ряд промежуточных стадий, для осуществления которых в сумме требуется меньше энергии активации, чем на процесс без катализатора.

По механизму взаимодействия катализатора с реагентами все гомогенные и гетерогенные каталитические реакции делят на два класса: окислительное-восстановительное и кислотно-основное взаимодействие. Механизм окислительно-восстановительного (электронного) катализа основан на обмене электронами между катализатором и реагентами. Механизм кислотно-основного (ионного) катализа заключается в обмене атомами между катализатором и реагирующими молекулами. Для окислительно-восстановительных реакций наиболее распространенные катализаторы - это переходные металлы или оксиды или сульфиды металлов (полупроводники). Для кислотно-основных каталитических процессов наиболее типичные катализаторы - это кислоты, основания или твёрдые инертные вещества. Пропитанные кислотами или основаниями и др.

3. Процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением

В технологии применение повышенного и пониженного давления позволяет создавать не только принципиально новые материалы, но м методы воздействия на их структуру, свойства и форму. Так, вакуум является основой многих технологических процессов напыления многих тонких пленок, создания электронных приборов, а также производства очень чистых материалов в фармации, химии, металлургии, радиоэлектронике. Повышенное давление, вызывая перестройку электронного состояния, способно кристаллический диэлектрик превратить в металл, а некоторые металлы в диэлектрик. Сверхвысокие давления (250000 Мпа) не исключают возможности получения в будущем металлического водорода и даже придания ему сверхпроводящих свойств. В настоящее время при давлении около 10000 Мпа и температуре 2400 С изменением электронной структуры углерода графит превращают в алмаз. При давлении 80000 Мпа и температуре 18000 С из смеси соединений, содержащих бор и азот, синтезируют неизвестный в природе минерал боразон (нитрид бора). По твердости он не уступает алмазу, а по теплостойкости даже превосходит его.

Повышенное давление широко используется для пластической деформации в процессах формообразования и упрочнения, тонкого и сверхтонкого измельчения, пропитки пористых материалов жидкостью, фильтрации и т.д.

В последние годы в технологии наметилась тенденция применения повышенного давления для создания замкнутых безотходных и энергосберегающих производств. Например, комплекс мероприятий по переводу сернокислотного производства на энерготехнологическую схему, работающую при давлении 1,5 - 2 Мпа, обеспечивает утилизацию вторичных энергоресурсов и перевод всего производства на энергетическое самообеспечение. Это не только исключает потребление энергии извне, но и позволяет кроме удовлетворения собственных нужд отдавать на сторону с каждой тонны выработанной кислоты до 100 кВт*4 электрической энергии и до 500 кг водяного пара.

В производстве отдельных видов химической продукции (стирола, аммиака, некоторых сверхтвердых материалов) высокое и сверхвысокое давление применяется как один из факторов интенсификации технологического процесса. Однако в большинстве случаев этот фактор оказывается дорогостоящим и часто экономически нецелесообразным из-за неоправданно больших эксплуатационных и энергетических затрат, необходимости установки толстостенного оборудования повышенной прочности, надежности и материалоемкости. Поэтому в технологической практике вопрос о целесообразности в каждом конкретном случае в зависимости от ряда факторов, агрегатного состояния взаимодействующих веществ, степени достижения равновесия, влияния процесса на выход продукта.

В химической технологии изменения давления обеспечивает повышение или понижение концентрации веществ, изменение их объема и теплофизических свойств. Иногда изменением давления ускоряют или замедляют переход веществ из одного агрегатного состояния в другое. Это позволяет регулированием скорости конденсации, испарения кристаллизации, абсорбции, адсорбции или десорбции добиваться оптимального выхода продукта и улучшения его качества.

В некоторых процессах повышенное или пониженное давление вспомогательную роль и применяется не самостоятельно, совместно с температурой или катализатором, либо с тем и другим одновременно. Пример тому - термический и каталитический крекинг нефтяных фракций, гидрирование топлив, вулканизация каучука, производство карбамида, полиэтилена высокого давления.

3.1 Обработка металлов давлением

Под «обработкой металлов давлением» в технологии машиностроения понимают различные технологические процессы получения заготовок из черных и цветных металлов путем деформирования в холодном или горячем состоянии. К основным способам обработки металлов давлением относятся процессы прокатки, волочения, прессования, штамповки.

Большинство процессов обработки давлением отличается высокой прочностью при небольших отходах металлов, а также возможностью значительного улучшения их физико-механических свойств.

3.2 Биохимические процессы

Под биотехнологическими процессами понимается техническое использование биохимических процессов, протекающих в живой клетке.

Большинство биохимических реакций в организме являются каталитическими. Чтобы процессы в живых клетках протекали с большей скоростью в неоптимальных условиях (отсутствие высокой температуры и высокого давления), нужны биологические катализаторы, по своей эффективности значительно превышающие катализаторы, используемые промышленностью.

Биологические катализаторы характеризуются такими свойствами, как высокая активность и селективность, большая скорость превращений, сравнительно низкая температура процессов (20 - 40 С), отсутствие необходимости повышенного давления. Использования принципов биологического катализа, осуществляемого природой, в промышленном масштабе позволяет по-новому перестроить целые отрасли промышленности, значительно расширяет ресурсы для сельского хозяйства и ассортимент лекарственных препаратов.

Биологическими катализаторами являются синтезируемые ферменты (или энзимы), гормоны, а также вносимые извне витамины. Наибольшее значение для науки и техники имеет ферментативный катализ. Известны технологические процессы, основанные на применении ферментов в качестве технических катализаторов. Однако таких процессов в промышленности мало, механизм ферментативных превращений недостаточно изучен, а ферменты, выделенные из клетки и находящиеся в «изолированном» виде, достаточно дороги, высокочувствительны, легко разрушаются и т. д.

В промышленности биологические процессы осуществляются при помощи микроорганизмов, в состав клеток которых , также как и в состав других живых клеток, входят белки, ферменты аминокислоты, липиды, витамины и другие органические вещества. В результате активности находящихся в клетке ферментов не только увеличивается биомасса клеток, но и синтезируются различные ценные внеклеточные вещества. Биомассу можно использовать как источник получения пищевых продуктов (дрожжи) и в животноводстве.

При оптимальных условиях в промышленности можно получить 100 г/л сухой биомассы. Бактерии за сутки могут переработать объем веществ, в 30-40 раз превышающий массу самих клеток. При выращивании кормовых дрожжей в 1 м3 аппарата (биохимического реактора) можно получить около 30 кг белков. Для получения такого же количества животных белков в стуки необходимо держать 100 коров, а для производства такого же количества растительных белков потребовалось бы 18 га посевов гороха.

Огромное значение для интенсификации сельского хозяйства имеют микробиологические процессы производства кормовых дрожжей, бактериальных удобрений, бактериальных средства защиты растений. Биотехнологические процессы (молочно-кислое, дрожжевое, спиртовое, винно-кислое брожение) веками используются человеком в пищевой промышленности. Большое применение имеет микробиологический процесс производства аминокислот (лизина, триптофана, глутаминовой кислоты и др.), липидов полисахаридов, витаминов, гормонов, антибиотиков и ферментных препаратов. В перечисленных областях микробиологические методы высокоэффективны и не имеют себе равных.

В последнее время получили широкое распространение микробиологические процессы производства органических кислот, спиртов, растворителей, микробиологическая очистка сточных вод, т. е. процессы, ранее традиционно осуществляемые химическими, физико-химическими и физическими методами.

По сравнению с химическими и физико-химическими микробиологические процессы имеют ряд преимуществ: реакции протекают при сравнительно низкой температуре, нормальном давлении, в сравнительно простом по конструкции оборудовании. Благодаря этому упрощается технологический процесс, снижаются капиталовложения и эксплуатационные расходы.

Для культивирования микроорганизмов обычно используют дешевое и недефицитное сырье, например побочные продукты промышленности и сточные воды. В качестве источников сырья в микробиологическом синтезе широко используют нефть, продукты и отходы ее переработки, природный газ, сапропель (озерный ил), мелассу, представляющую собой побочный продукт сахарной промышленности, молочную сыворотку, являющуюся отходом при производстве сыра, казеина и творога, а также отходы производства основной химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Основанные на процессах жизнедеятельности микробов, микробиологические процессы подразделяются на аэробные, идущие в атмосфере кислорода, и на анаэробные - в отсутствии последнего. В технике наибольшее значение имеют аэробные процессы. Задачи современной микробиологии настолько разнообразны, что в настоящее время из нее выделился ряд специальных дисциплин: техническая, пищевая, сельскохозяйственная, медицинская, санитарная микробиология и т. д.

3.3 Фотохимические процессы

Фотохимия изучает химические реакции, протекающие под действием света или вызываемые им. Возможность использования фотохимических процессов зависит от источников излучения и конструкции аппаратуры. В качестве источников излучения используется поглощение видимого света (700-400 нм; 7000-4000), ультрафиолетовый свет (до 200 нм; 2000 А) и реже инфракрасное излучение. Механизм фотохимических процессов основан на активации молекул реагирующих веществ при поглощении света Световой поток состоит из отдельных порций энергии - фотонов.. При поглощении света меняется электронная структура молекулы, т. е. электроны наружных оболочек атома возбуждаются, и молекула становится способной к химическим превращениям. Когда молекула поглощает свет, она приобретает энергию в виде квантов. Квант энергии излучения равен hv (эрг), где h - постоянная Планка (6,61*10-27 эрг*с), а v - частота излучения.

По природе фотохимические процессы можно разделить на прямые и сенсибилизированные. В прямой реакции излучение поглощается одним или несколькими веществами, участвующими в реакции. В сенсибилизированной реакции излучение поглощает определенное вещество, возбуждает реакцию, но само в реакции не участвует. В каждой фотохимической реакции различают три стадии: поглощение света и переход молекулы в электронно-возбужденное состояние; первичные фотохимические процессы с участием возбужденных молекул и образованием первичных фотохимических продуктов; вторичные реакции веществ, образовавшихся в первичном процессе.

Продуктами первой стадии фотохимического процесса могут быть короткоживущие изомеры, обладающие повышенной электронной энергией, атомы и радикалы. Часто они имеют неспаренные электроны и легко участвуют во вторичных реакциях. Во вторичных реакциях происходят превращения первичных продуктов реакции. Передача возбуждения от одной молекулы к другой называется сенсибилизацией, а вещество, поглощающее свет и выступающее в роли переносчика энергии, называют фотосенсибилизатором.

Сам фотосенсибилизатор в реакции не меняется. Иногда возбужденные молекулы реагируют с другими молекулами, присутствующими в процессе с образованием стабильных продуктов реакции.

Фотохимические реакции протекают как в природе, так и в промышленности.

Хлорирование и бромирование углеводородов. Например, хлорирование метана с образованием хлорпроизводных метана:

CH4 + Cl CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 CCl4

синтез некоторых полимеров, например процесс полимеризации стирола с образованием полистирола:

nCH2 = CH - C6H5 [ - CH2 - CH - C6H5]n

синтез хлористого водорода

H2 + Cl2 2HCl

При обычных условиях эта реакция протекает крайне медленно, но при освещении солнечным светом или нагревании реакция сопровождается взрывом. Различают стадии

Cl + hv Cl + Cl

Cl + H2 HCl + H

H + Cl2 HCl + Cl

Получается цепь последовательных реакций, когда при каждом взаимодействии активный центр образует кроме молекулы продукта еще один новый активный центр.

3.4 Радиационно-химические процессы

В 40-х годах 20 в. возникла и начала развиваться новая область общей и химической технологии (РХТ). Задачей РХТ является исследование и разработка методов и устройств с помощью ядерных излучений для получения продуктов потребления и средств производства или предания материалам и готовым изделиям новых эксплуатационных свойств, а также решение экологических проблем. Радиационно-химические процессы (РХП) являются составной частью РХТ. Задачей РХП является выбор наиболее экономичного пути осуществления РХП при получении продукта с заданными свойствами. РХП относятся к процессам, в которых главную роль играет возбужденные атомы, молекулы, радикалы. Энергия ионизирующего излучения обычно в сотни тысяч раз превышает энергию химические связей.

Для ионизации используются потоки зараженных частиц большой энергии (ускоренные электроны, б-, в-частицы, нейтроны, осколки ядер) и высокочастотные электромагнитные колебания (рентгеновское и г-излучение).

Для ионизации используются генераторы излучений на базе искусственных (кобальт-60) и осколочных изотопов (цезий-137) и др. Механизм РХП объясняется особенностями взаимодействия излучений и реагирующими веществами и состоит из трех стадий.

На первой стадии (физической) энергия первичного излучения распределяется между вторично заряженными частицами. Эти частицы при взаимодействии с электронами атомов приводят к возбуждению и ионизации новых молекул веществ.

На второй стадии (физико-химической) химически активные заряженные ионы и незаряженные осколки ядер реагируют между собой и с другими молекулами с большой скоростью. В результате вторичных реакций образуются новые активные частицы (свободные радикалы, ионы).

На третьей стадии (химической) происходят реакции, приводящие к образованию молекул нового вещества (радиационно-химический синтез).

РХП имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими процессами, ионизируемыми другими источниками энергии:

Возможность создания необходимого распределения центров инициирования благодаря высокой проникающей способности излучений;

Скорость процесса практически не зависит от температуры, что позволяет проводить РХП при низкой температуре;

Скорость инициирования легко регулируется изменением мощности дозы излучения;

Отсутствие катализатора приводит к получению более чистых материалов;

Замена в некоторых случаях многостадийных процессов синтеза одностадийными;

Возможность химического присоединения к поверхности различных веществ органических полимеров.

Все эти преимущества свидетельствуют о том, что РХП являются наиболее прогрессивными процессами.

Например в результате радиационной полимеризации полиэтилена

электрохимический фотохимический технология производство

n(CH2 = CH2) [ - CH2 - CH2 - ]n

получается прочный термостойкий материал с повышенными электроизоляционными свойствами. Радиационная полимеризация тетрафторэтилена

n(CF2 = CF2) [ - CF2 - CF2 -]n

дает возможность получить чистейший фторопласт-4 и улучшить технико-экономические показатели процесса.

3.5 Плазмохимические процессы

При сильном нагревании любое вещество превращается в газ. При этом часть молекул переходит в возбужденное состояние, другая - разлагается на составляющие их атомы, а также осколки молекул, свободные радикалы, ионы и различные частицы вплоть до электронов. Подобная газообразная среда называется плазмой и обычно содержит более 1% молекул в ионизированном состоянии. Так как число положительно и отрицательно заряженных частиц примерно одинаково, то плазма квазинейтральна. В отличие от газа она ярко светится, обладает электропроводностью и активно взаимодействует с магнитными полями.

Различают высоко- («горячую») и низкотемпературную («холодную») плазмы. «Холодная» плазма наблюдается при электрических разрядах в газах при низком давлении. Она используется в газосветных трубках.

Примером «горячей» плазмы может служить Солнце, горячие звезды, «точечные» (диаметром несколько сантиметров) эпицентры взрыва атомных и водородных бомб и т.д. Высокотемпературная плазма характеризуется областью температур от нескольких миллионов до сотен миллионов градусов. На опытных установках плазма удерживается сверхмощным магнитным полем, имеет продолжительность существования сотую долю секунды. Изучается физиками как потенциальный источник дешевой термоядерной энергии. При протекании управляемых термоядерных реакций возникает сверхвысокотемпературная плазма.

Низкотемпературная плазма в природе существует в виде шаровой молнии, а искусственно получаемая - в высокочастотных и сверхвысокочастотных разрядах и электрической дуге, имеет температуру ~103 - 104 К. Плазменные процессы давно применяются на многих предприятиях машино-, авиа- и судостроения для процессов формообразования, включающих резку, сварку и наплавку металлов, напыление тугоплавких, износостойких и коррозиостойких покрытий. На современном этапе развития технология позволяет получать сверхвысокие температуры, недостижимые никакими другими путями. Это обеспечивается подводом энергии большой мощности к поверхности малого размера, струйному отводу компонентов из реакционной зоны со скоростью до 10 км/с и почти мгновенному их охлаждению в специальном закалочном устройстве.

Сейчас более чем в 160 процессах плазма используется для химического синтеза неорганических и органических соединений, композиционных материалов, получения стекла, сверхчистых материалов, производства высокодисперсных порошков и даже выращивания монокристаллов.

Достоинством плазменных процессов является их малая чувствительность к примесям в исходном сырье, высокая скорость процесса, малые габариты используемой аппаратуры. К недостаткам относятся: высокая энергоемкость, а применительно к некоторым видам сырь и конечным продуктам неизученность и в ряде случаев их значительное несовершенство. Однако возможность вовлекать в переработку трудноперерабатываемое, но широко доступное сырье, эффективно изменять физические и физико-химические свойства материалов, получать высокочистые вещества открывает новые, еще неизвестные направления использования плазмы в промышленности и особенно в химической технологии.

Так, увеличение температуры процесса является в ряде случаев одним из решающих факторов ускорения химических превращений. Например, скорость окисления азота кислородом возрастает в 90 млн. раз при повышении температуры процесса с 1700 до 4000 К. При такой температуре время, в течение которого устанавливается равновесие реакции N2 + O2 2NO, сокращается с 140 до 1,5*10-6 с. Это создает предпосылки для осуществления плазменного процесса окисления азота в проточном малогабаритном аппарате высокой интенсивности. Подобное оборудование для ряда плазменных процессов производится серийно и отличается большим многообразием. Оно компонуется из трех основных элементов: плазмотрона, реактора и закалочного устройства.

Выводы и предложения

Роль электрохимических, каталитических, биохимических, плазмохимических, фотохимических, радиационно-химических и процессов идущих под повышенным или пониженным давлением очень велика для промышленности, но необходимо решить ряд проблем. Например, для электрохимических процессов следует более рационально расходовать энергию постоянного тока или создать более дешевый источник энергии.

Необходимо развивать современные технологические процессы. Если в настоящее время при давлении около 10000 Мпа и при температуре 2400°С из графита можно получить искусственный алмаз, то в будущем не исключается возможность получения металлического водорода и даже придания ему сверхпроводящих свойств.

Научно-техническая революция и научно-технический прогресс должны ускорить развитие современных технологических процессов.

Список использованной литературы

Технология важнейших отраслей промышленности: Учеб. Для экономич. спец. вузов/ А. М. Гинберг, Б. А. Хохлов, И. П. Дрякина и др.; Под ред. А. М. Гинберга, Б. А. Хохлова. - М.: Высш. шк., 1985.

Основы технологии важнейших отраслей промышленности: О-75 В 2 ч. Ч. 1: Учеб. Пособие для вузов / И. В. Ченцов, И. А. Мочальник, А. А. Мащенский и др.; Под ред. И. В. Ченцова. - 2-е изд., перераб. И доп. - Мн.: Выш. шк., 1989.

1. Размещено на www.allbest.ru