Производство минеральных удобрений соды серной кислоты

Технико-экономические особенности химической отрасли. Технологическая характеристика производства серной кислоты и кальцинированной соды.

В экономичекой географии принято выделять 3 основные группы отраслей химической промышленности:

1) Горно-химическая промышленность – добыча химического сырья, т.е. минералов, которые содержат фосфор, натрий, калий, серу, фтор, йод и т.д., а также добыча поваренной соли, известняка и т.д.

2) Основная химия – даёт аммиак, кислоты (серная, азотная, фосфорная и т.д.), минеральные удобрения.

3) Органическая химия или промышленность полимерных материалов. Основная продукция – синтетический каучук, синтетические смолы и пластмассы, химические волокна и нити (развитые страны).

Серная кислота – бесцветная, вязкая жидкость, без запаха, вдвое тяжелее воды, поглощает влагу из воздуха и других газов, обугливает древесину, кожу, ткани, бумагу. Дешёвая и самая распространённая.

Используется для производства минеральных удобрений, 30-60% фосфатные;получения других кислот; производства искусственных волокон, пластмасс,лаков и красок; в металлургии (производство цветных металлов); при очистке нефтепродуктов; при производстве взрывчатых веществ. Исходное сырье: диоксид серы, который можно получить обжигом серы или сульфидов. Сырьём для диоксида серы являются природная сера и попутные газы цветной металлургии.

Существует два способа для получения серной кислоты:

1) Нитрозный – катализатором является оксид азота-2, окисляет оксид серы-4 и оксид серы-6, а дальше добавляетсявода и получается кислота

2) Контактный – контакт с твёрдым катализатором и получение оксида серы-6

Если серную кислоту производят из природного сырья, то её целесообразно ориентировать на потребление. Малотранспортабельна. Если из попутного газа, то нетранспортабельна, производства располагают в местах цветной металлургии или нефтеперерабатывающей промышленности.

Кальцинированная сода. В настоящее время в мировой практике известно четыре способа получения кальцинированной соды:

— из природной соды;

— из нефелинового сырья;

— карбонизацией гидроксида натрия.

Ведущим способом получения кальцинированной соды до настоящего времени остаётся аммиачный способ.

Применение – изготовление стекла, производство силикатов, мыла и моющих средств, продажа в чистом виде, дубление кожи, рафинирование металлов.Содовые заводы располагаются в районах сырья и энергетических ресурсов.

Технологическая характеристика производства минеральных удобрений.

Минеральные удобрения – минеральные соединения (природные илиполученные промышленным путем, содержащие элементы питания растений и используемые для повышения плодородия почв).

По количеству питательных элементовминеральные удобрения подразделяютна:

1) Простые (содержат один из основных питательных элементов: азот, фосфор, калий)

По содержанию питательных элементов, минеральные удобрения подразделяют на:

Азотные минеральные удобрения являются самыми распространёнными. В настоящее время по объёмам производства выделяют аммонитную (аммиачную) селитру и карбамид.

Аммиачная селитра – удобрение невысокого качества, содержание азота около 35%, обладает низкой транспортабельностью. Для транспортировки применяют добавки, т.к. это взрывоопасное вещество при температуре выше 300 градусов.

Карбамид – более качественное удобрение, легко усваивается растениями, менее гигроскопично и взрывоопасно.

Сырьём является аммиак.

Размещаются при использовании природного газа – у потребителя, или у сырья (предприятия чёрной металлургии, где происходит коксование угля).

Сырьём для получения фосфатных удобрений являются два вида природного ископаемого сырья – фосфориты и апатиты. Качество фосфатных удобрений оценивается по содержанию в них оксида фосфора. Лучшим по качеству является апатит – содержание в нём оксида фосфора составляет до 40%, а в фосфоритах – 20-30%. Фосфориты и апатиты содержат фосфор в нерастворимых соединениях, растения его не усваивают. Суть технологии фосфатных удобрений заключается в переводе природных фосфатов, нерастворимых в воде, в растворимые соединения. Метод перевода в растворимые соединения – разложение фосфатного сырья кислотами. Компоненты для этого процесса: тепло и время. При определённых высоких температурах идёт разложение кислот. При разложении сырья серной кислотой удобрения называют простой суперфосфат. При разложении сырья фосфорной кислотой – двойной суперфосфат.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 524 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Производство минеральных удобрений соды серной кислоты

Тема 10 Химическая промышленность

1. Состав химической промышленности;

2. Производство серной кислоты;

3. Производство минеральных удобрений;

4. Производство синтетического каучука и резиновых изделий;

5. Производство химволокна;

6. Производство пластических масс.

Состав химической промышленности

Химическая промышленность является одной из ведущих отрас­лей народного хозяйства, значение которой все более возрастает.

Химические производства подразделяются на следующие специ­ализированные отрасли:

А. Химическая промышленность:

1. Горно-химическая промышленность;

2. Основная химия;

3. Промышленность химических волокон;

4. Промышленность синтетических смол и пластических масс;

5. Промышленность пластмассовых изделий;

6. Лакокрасочная промышленность;

7. Промышленность синтетических красителей;

8. Промышленность химических реактивов и особо чистых ве­ществ;

9. Фотохимическая промышленность;

10. Промышленность бытовой химии;

11. Другие отрасли химической промышленности;

Б. Нефтехимическая промышленность:

1. Производство синтетического каучука;

2. Производство продуктов основного органического синтеза;

3. Сажевая промышленность;

4. Резиноасбестовая промышленность.

Каждая из указанных подотраслей имеет свою сырьевую базу, технологию и специфику производства, а производимая продукция — свое экономическое назначение.

Производство серной кислоты

Серная кислота представляет собой тяжелую (удельный вес — 1,84) маслянистую жидкость, легко растворимую в воде.

Трудно найти такую отрасль народного хозяйства, где бы она ни применялась. Крупнейшим потребителем серной кислоты являет­ся туковая промышленность — производство минеральных удобре­ний. На производство суперфосфата и сульфата аммония расходует­ся более 50% производимой серной кислоты. Серная кислота при­меняется в больших количествах для производства других кислот и солей, в очистке нефтепродуктов, в различных производствах орга­нического синтеза, в гидролизной, пищевой и текстильной промыш­ленности, в цветной металлургии, в машиностроении и других отрас­лях промышленности.

Сырьем для получения серной кислоты являются: природная сода, серный колчедан, или пирит, углекислый колчедан, отделя­емый при обогащении углей, медный колчедан, отходящие газы в

цветной металлургии и сера, извлекаемая при очистке нефти и при­родного газа. Основное место в сырьевом балансе занимают отходя­щие газы цветной металлургии и серный колчедан. Содержание серы в колчедане составляет от 46 до 53%.

Если для получения серной кислоты используется сера или сероводород, то они предварительно сжигаются в специальных печах или котлах. Серный колчедан первоначально подвергается обжигу с целью получения сернистого газа. Обжиг колчедана производится в печах «кипящего слоя» или в многоподовых печах. При обжиге серного колчедана образуются сернистый газ и окись железа. Серни­стый газ подвергается очистке от огарковой пыли в электрофильтрах или в циклон-аппаратах. Очищенный сернистый газ поступает в сернокислотные цехи для получения серной кислоты.

Поскольку серная кислота представляет собой соединение серно­го ангидрида с водой, а сам этот процесс протекает довольно актив­но, то вся сложность в производстве серной кислоты сводится к полу­чению серного ангидрида, т. е. доокислению сернистого газа. В обыч­ных условиях этот процесс идет крайне медленно. В зависимости от способа окисления сернистого газа существуют два способа получе­ния серной кислоты — башенный (нитрозный) и контактный.

Башенный способ получения серной кислоты применяется в на­шей стране с 1805 г. В качестве окислителя применяются окислы азота, которые растворяются в серной кислоте.

В результате их взаимодействия образуется раствор, называемый нитрозой. Процесс окисления сернистого газа нитрозой производится в башнях, имеющих высоту 15—18 м и диаметр 4—10 м, футерован­ных изнутри кислотоупорным материалом (андезитом). В верхней части башни разбрызгиваются нитроза и вода. Поступающий серни­стый газ в результате взаимодействия с нитрозой образует серный ангидрид, который здесь же соединяется с водой с образованием серной кислоты. Расход нитрозы составляет 1—2% от веса выраба­тываемой серной кислоты.

Готовая серная кислота (обычно 75% концентрации) из первой башни поступает по змеевику в холодильник, поскольку имеет высо­кую температуру (до 250°). Охладившись, она поступает в сборник, Затем, серная кислота может поставляться потребителю или подвер­гаться концентрации путем выпаривания из нее воды. С помощью выпаривания воды ее концентрация доводится до 93—98%. Серная кислота, имеющая концентрацию до 93% —купоросное масло.

Контактный способ (является основным в производстве серной кислоты) основан на применении твердого окислителя, в качестве которого чаще выступает пятиокись ванадия.

Установки и аппаратура для получения серной кислоты этим способом отличаются от тех, что применяются при нитрозном спосо­бе (имеются дополнительные газоочистительные аппараты, поме­щенные в башнях, и др.). Дополнительная очистка газа в основном от окисей мышьяка и селена, связана с тем, что вышеуказанные окислы «отравляют» катализатор, а это замедляет или даже прекра­щает ход реакции.

Рисунок 10.1 — Схема получения серной кислоты контактным способом:

1—промывная башня; 2—мокрый электрофильтр; 3—сушильная башня; 4—теплообмен­ник; 5 — контактный аппарат; 6 — холодильник; 7 — поглотительные башни; в—сборник; 9 — холодильник для кислот; 10 — змеевик

Очищенный сернистый газ в смеси с воздухом подается в кон­тактный аппарат (рис. 10), где поддерживается температура око­ло 450°. При таком температурном режиме пятиокись ванадия окис­ляет сернистый газ в серный ангидрид. Восстановившись, ванадий сразу же превращается в окись за счет кислорода воздуха, снова отдает кислород и снова окисляется. Образующийся серный ангид­рид поглощается разбавленной серной кислотой (30%), разбрызги­ваемой в специальной абсорбционной башне, и ее концентрация увеличивается до 98% и более.

Преимущество контактного способа получения серной кислоты перед нитрозным в том, что он дает возможность получать высоко­концентрированную серную кислоту, не требующую выпаривания воды, и более длительное время использовать аппаратуру. Недостат­ком же его является то, что он более дорогой, главным образом за счет большего (в 2—2,5 раза) расхода электроэнергии на 1 т полу­чаемой кислоты. Использование природной серы в качестве сырья по контактному способу значительно упрощает производство, уско­ряет технологический процесс и снижает себестоимость продукции (табл. 10.1).

Таблица 10.1 — Расход сырья и материалов на 1 т серной кислоты

Сырье и энергия

Башенный способ (с учетом выпарки)

Серный колчедан (45%), т

Окислы азота в пересчете на 100%-ную азотную кисло­ту, кг

Жидкое топливо, кг

Расход серы — 0,3-0,35 т или серного колчедана — 0,7 т для производства 1 т серной кислоты, т. е. меньше выхода готовой про­дукции. Это обстоятельство и малая транспортабельность серной кислоты определяют целесообразность размещения ее производства в районах потребления. Серная кислота производится на всех суперфосфатных заводах, а также в цехах других предприятий, ко­торые потребляют ее в большом количестве. Сернокислотное произ­водство, работающее на базе отходящих газов, образующихся при об­жиге концентратов цветных металлов, комбинируется с предприя­тиями цветной металлургии. Потребители серной кислоты в этом случае создаются в местах ее производства.

Производство минеральных удобрений

Производство минеральных удобрений (туковая промышлен­ность) является самой многотоннажной отраслью химии. Она в основном производит фосфорные, азотные и калийные удобрения. Их производство в 1975 г. составило 90,2 млн. т, а в 1979 г.—94,5 млн. т (в пересчете на условные единицы).

Для получения суперфосфата используется измельченный фос­форит или апатит, или их смеси и серная кислота 68—70%-ной кон­центрации. То и другое в определенной пропорции загружается в реакторы непрерывного действия. (Чаще всего это медленно вра­щающиеся барабаны.) В результате взаимодействия серной кислоты с фосфоритом и апатитом происходят следующие конечные реакции:

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4

3Ca3(PO4)2 + CaF2 + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF

На первом этапе реакции образуются фосфорная кислота и гипс, а часть фосфорита или апатита не реагирует с серной кислотой. На втором этапе образовавшаяся фосфорная кислота взаимодейству­ет с фосфоритом или апатитом и переводит их в кислые фосфаты. Второй этап (вызревание суперфосфата) происходит в камерах хра­нения в течение нескольких (10—20) суток.

После вызревания суперфосфат содержит кислый фосфат кальция Са(Н2РO4)2, гипс (СаSO4) и небольшую часть непрореагировавшего фосфорита или апатита. Последние два компонента (80% и более по весу) являются балластом, с чем и связано низкое содержание усваиваемой растениями части в простом суперфосфате. Расход сер­ной кислоты при использовании апатитов составляет 0,36 т на тонну простого суперфосфата (в переводе на моногидрат) и 0,53 т — при использовании фосфоритов. Эти обстоятельства определяют и разме­щение производства простого суперфосфата в районах потребления, а суперфосфатные заводы имеют сернокислотные цехи.

Двойной суперфосфат содержит в 2 раза больше питательного вещества и поэтому более транспортабелен.

Для получения двойного суперфосфата на фосфорит или апатит воздействуют фосфорной кислотой, в результате образуется кислый фосфат кальция:

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3[Ca(H2PO4)2 • H2O

Фосфорная кислота получается путем воздействия на фосфатное сырье кислотами, главным образом серной:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O =2H3PO4 + 3(CaSO4 • H2O)

Можно вообще не применять серную кислоту, использовав ортофосфорную кислоту, полученную на базе фосфора. В этом случае фосфор получают возгонкой из его соединений, расходуя до 20 тыс. кВт • ч электроэнергии на производство тонны продукции. Этот путь получения двойного суперфосфата более дорогой.

Для того чтобы суперфосфат, как и некоторые другие виды удобрений, не слеживался, его гранулируют в комки во вращающих­ся барабанах с добавлением в суперфосфат небольшого количества воды. Гранулированный суперфосфат легче транспортировать, удоб­нее вносить в почву, а его потери при перевозках значительно со­кращаются. Размещается производство суперфосфата в районах потребления.

Азотная промышленность включает производство аммиака, азот­ной кислоты, азотных удобрений и некоторых других азотных соеди­нений. Важное значение в азотной промышленности имеет производ­ство аммиачной селитры, важнейшего удобрения сельскохозяйствен­ных полей.

Рассмотрим получение синтетического аммиака. Азот для син­теза аммиака получают из воздуха, отделяя его от кислорода мето­дом глубокого охлаждения и используя разность температур кипения азота (-196°) и кислорода (-183°).

Второй компонент — водород получают сейчас в основном из ме­тана. Для этой цели используют также попутный и коксовый газы.

Природный газ — метан смешивается с водяным паром, и при оп­ределенных условиях происходит реакция конверсии:

Расход природного газа в расчете на 1т аммиачной селитры составляет 400 м3. Синтез аммиака из азота и водорода происходит в специальных колоннах при давлении от 100 до 1000 атмосфер и температуре 450 и более градусов при наличии катализаторов. Часть аммиака идет на получение азотной кислоты, которая исполь­зуется для получения аммиачной селитры путем воздействия на аммиак:

HNO3 + NH3 = NH4NO3

Производство азотных удобрений имеет несколько вариантов размещения: в угольных районах (Донбасс, Кузбасс, где ранее использовался для получения водорода и аммиака коксовый газ), в газовых районах (Узбекистан, Северный Кавказ, Поволжье, Украи­на), и на путях газовых магистралей (БССР, Прибалтика, Центр и др.), в центрах металлургической промышленности при использовании аммиака, получаемого при коксовании угля, азота, извлекае­мого из воздуха при производстве кислорода для доменного процесса.

Для производства калийных удобрений в качестве сырья используется ряд минералов, содержащих калий: сильвинит (КС1+NаС1), где содержится 30% хлористого натрия, карналлит (КС1 • МgС12 • 6Н2О) и др.

Основным сырьем калийной промышленности является сильвинит. Его добыча осуществляется открытым или шахтным способом в Бе­лоруссии и Пермской области.

Добытый сильвинит размалывается и поступает на химическую фабрику для разделения входящих в него солей. Этот процесс осно­ван на разности температур их растворения и кристаллизации. При нагревании раствора солей (маточного раствора) способность раство­ряться и образовывать перенасыщенный раствор у хлористого калия значительно выше, чем у хлористого натрия (табл. 10.2).

Таблица 10.2 — Связь между температурой и растворимостью хлористого натрия и калия

Соли на \ л воды, г

Из таблицы видно, что при повышении температуры раствори­мость хлористого калия резко растет, а у хлористого натрия, наобо­рот-, понижается. При охлаждении раствора хлористый калий кри­сталлизуется и выпадает в осадок.

После охлаждения маточного раствора с помощью центрифуг хлористый калий отделяется от него. Этот процесс повторяется мно­гократно.

Подобным же образом происходит разделение карналлита с полу­чением хлористого калия и хлористого магния. Последний исполь­зуется для получения магния, а имеющиеся примеси в карналлите (бром, йод) также извлекаются. Хлористый калий имеет большую влажность и для ее удаления просушивается.

Работниками Березниковского 3-го калийного комбината разрабо­тан флотационный способ получения хлористого калия. Сущность его сводится к тому, что размолотый сильвинит обрабатывается флото-реагентом. Флотореагент выборочно воздействует на частицы хло­ристого калия и делает их, не смачиваемыми водой. Во флотационных машинах при пропускании воздуха через пульпу частицы хлористого калия поднимаются на поверхности и таким образом отделяются от хлористого натрия, который имеет чистоту до 98% и может быть использован для получения хлора и соды.

Производство калийных удобрений размещается в районах сырья, поскольку расход сырья (4-5 т сильвинита и 10-12 т карналлита на 1 т удобрений) значительно превышает выход готовой продукции.

Производство соды и хлора

Содовая промышленность включает производство кальцинирован­ной соды (Nа2СО3), кристаллической соды (Nа2СО3•10Н2O), двууглекислой или литьевой соды (Nа2СО3) и каустической соды (NаОН).

Каждый вид соды находит широкое применение. Кальцинирован­ная и кристаллическая сода применяется в производстве стекла, алюминия, в текстильной, кожевенной и других отраслях промышлен­ности, из них получают многие соли натрия и т. д. Двууглекислая сода применяется в пищевой, особенно хлебопекарной промышленности.

Каустическая сода, или едкий натр, в большом количестве используется в производстве алюминия (по щелочному методу), мыловаренной промышленности, в производстве целлюлозы и искус­ственного волокна, для очистки нефтепродуктов, для получения металлического натрия и во многих других производствах.

Для получения соды в основном используется поваренная соль, запасы которой в нашей стране практически неограниченны.

Аммиачным способом соду получают из рассола поваренной соли, используя углекислый газ и аммиак. Для получения рассола бурят скважины в соляные пласты и опускают концентрически рас­положенные две трубы. По внутренней трубе закачивается вода, а по внешней на поверхность поступает рассол. Углекислый газ получают тут же на содовых заводах путем обжига известняка в смеси с коксом в шахтных печах. Очищенный соляной раствор, поступивший в абсорбер, насыщается аммиаком и углекислым газом. Затем в карбонизационной колонне, куда поступает рассол, увеличи­вается приток углекислого газа и происходит окончательный про­цесс образования бикарбоната:

NаС1 + NH3 + СО2 + Н2О ↔ NаНСО3+ NH4С1

Бикарбонат натрия выпадает в осадок в виде кристаллов, а хло­ристый аммоний остается в растворе. Их разделение производится на барабанном вакуум-фильтре. Затем технический бикарбонат на­трия поступает в содовую печь для кальцинации.

В содовых печах при нагревании бикарбоната происходит обра­зование кальцинированной соды и углекислого газа:

2NаНСО3 = Nа2СО3 + СО3 + Н2O

Полученная сода расфасовывается в мешки, а углекислый газ улав­ливается и снова используется для насыщения рассола.

Хлористый аммоний, будучи отходом производства, используется для получения аммиака. На хлористый аммоний действуют извест­ковым молоком:

2NН4С1 + Са(ОН)2 = СаСl2 + 2NH3 + 2Н2O

Восстановленный аммиак идет снова в производство. Его потери при этом незначительны — до 5 кг на 1 т соды. Отходами содового производства являются хлористый кальций и непрореагировавшая часть поваренной соли. Расход сырья на 1 т кальцинированной со­ды составляет 1,55 т (5 м3 рассола) поваренной соли, 1,4 т извест­няка.

Производство соды размещается в районах добычи сырья — по­варенной соли. Это определяется как расходом сырья, так и исполь­зованием природных или искусственных рассолов без добычи пова­ренной соли на-гора, за счет чего происходит экономия труда.

Кальцинированная сода является исходным продуктом для по­лучения других видов соды. Так, бикарбонат (питьевая вода) может быть получен путем насыщения раствора кальцинированной соды углекислым газом.

Каустическая сода может быть получена несколькими способа­ми — известковым, электрохимическим и др. В первом случае на кальцинированную соду действуют гидратом окиси кальция. Обра­зуется раствор каустической соды и выпадающий в осадок углекис­лый кальций.

Отделенный раствор каустика затем поступает в выпарные аппа­раты, где его концентрация доводится до 92%. Расход топлива (угля) составляет 2-3 т на тонну готовой продукции, и, следова­тельно, это производство является топливоемким.

Более прогрессивным способом получения каустической соды является электрохимический способ. Все вновь вводимые установки по получению каустической соды основываются на электролизе поваренной соли. Преимущество этого способа состоит в том, что одновременно с получением каустической соды получают хлор и во­дород.

Через раствор поваренной соли пропускается постоянный ток. На катоде образуется водород, а на аноде выделяется хлор. Тот и другой газы раздельно откачиваются вентиляторами. Каустическая сода скапливается на дне катодного отделения.

Выливаемый из катодного отделения раствор каустической соды подвергается выпарке. Для получения каустической соды в твердом виде ее упарка продолжается.

Расход поваренной соли (сырья) для получения 1 т каустиче­ской соды составляет 1,6 т с одновременным получением 0,84 т хло­ра. Расход электроэнергии составляет 2500 кВт • ч на 1 т едкого натра.

Производство синтетического каучука и резиновых изделий

Каучук является исходным продуктом для получения резины. Резина же благодаря своей механической прочности, эластичности, химической стойкости, водогазонепроницаемости применяется почти во всех отраслях народного хозяйства. Сначала использовался толь­ко натуральный каучук, состоящий из полиизопрена. СССР является первой страной в мире, получившей синтетический каучук (СК) на базе бутадиена—С4Нб (дивинила), полученного на основе этило­вого спирта. Честь открытия принадлежит академику С. В. Лебеде­ву. Все первые советские заводы СК работали по натрийбутадиено-вому способу, расходуя по 2-2,2 т спирта на 1 т СК. Для получения спирта расходовалось пищевое сырье: на 1 т расход составлял кар­тофеля — 10 т, овса — 5т, ржи и пшеницы — 3,6 т, патоки — 3,5 т. Поэтому заводы СК были размещены в зерновой и картофельной зонах.

В годы войны расширилось производство гидролизного спирта, а с 1955 г. производится синтетический спирт путем гидратации этилена. Это резко изменило размещение предприятий СК. Их раз­мещение сместилось в нефтяные базы и центры нефтепереработки.

Натрийбутадиеновый каучук, получаемый путем полимеризации бутадиена, ныне почти утратил свое значение.

Бутадиен же стали получать непосредственно из нефтегазового сырья, минуя стадию винного спирта (помимо бутадиена, аналогич­ными способами получают изопрен, также являющийся сырьем для получения СК), и полимеризовать его со стиролом и другими угле­водородами.

Ныне производится более двух десятков марок СК, среди кото­рых большое место занимают бутадиенстирольные, а также дивиниловые, бутадиен-метилстирольные, хлоропреновые, полиизопреновые каучуки и др.

Бутадиенстирольный каучук (СКС) производится путем совмест­ной полимеризации бутадиена со стиролом (С6Н6СН=СН2) эмульсионным методом. В водную среду, где находятся частички не­растворимых мономеров бутадиена и стирола, вводят различные ве­щества, которые ускоряют процесс полимеризации. Используя ме-гилстирол, получают бутадиeнметилстирольный СК.

Эмульсионным способом также получают хлоропреновый каучук (СКХ) путем полимеризации хлоропрена (СН2=СС1—СН=СН2). Он отличается высокой стойкостью по отношению к растворителям. Исходным сырьем для его производства являются ацетилен и хло­ристый водород. Полинзопреновый каучук получают, полимеризацией изопрена (С5Н8) при температуре 30—40° в присутствии катализа­торов (лития и др.). По свойствам он превосходит все синтетические каучуки и приближается к натуральному.

Переход к получению дивинила и изопрена для выработки син­тетического каучука непосредственно из нефтяных и попутных га­зов, минуя стадию выработки синтетического спирта, позволил соз­дать новые заводы СК в Закавказье (Сумгаит), «Поволжье и Урале (Волжский, Тольятти, Стерлитамак, Нижнекамск, Чайковский), Западной Сибири (Омск), что привело к резкому изменению геогра­фии промышленности синтетического каучука. Главным районом его производства на основе месторождений нефти стало Поволжье.

Натуральный и синтетический каучук путем вулканизации пе­рерабатывают в резину. Обычно в состав сырой резиновой смеси входят следующие вещества: каучук, вулканизатор (сера и др.), ускоритель вулканизации, пластификаторы, или мягчители (жирные кислоты, вазелин, сосновая смола, парафин и др.), противостарители (фенолы, воск, фенил), наполнители (сажа, двуокись кремния, называемая белой сажей, цинковые белила, каолин, красители).

Смешивание указанных компонентов производят в закрытых сме­сителях, представляющих собой камеру, в которой вращаются на­встречу друг другу с разными скоростями два ротора (вала или барабана) овальной или трехгранной формы, снабженные гребнями. Камеры и роторы имеют устройство для охлаждения — отвода теп­ла, выделяющегося при пластификации каучука. Для избегания преждевременной вулканизации серу вводят в конце смешения.

Приготовленную резиновую смесь формируют пропусканием че­рез валки-каландры в виде непрерывной ленты равномерной толщи­ны, разрезаемой затем па листы. Из сформованной в листы резино­вой смеси и прорезиненных тканей вырубают или выкраивают дета­ли и заготовки резиновых изделий. Дальнейшая переработка деталей и заготовок в изделии различна в зависимости от их форм.

Для формирования резиновой смеси применяют также шприц-машины, в которых резиновую смесь продавливают через отверстия, разнообразные по форме и размерам. Так делают резиновые трубы, рукава.

Вулканизация является конечной стадией изготовления резино­вых изделий. Вулканизацию каучука можно проводить при обычной температуре (холодная вулканизация) или при нагревании (горя­чая вулканизация). Холодная вулканизация происходит под дейст­вием 2-3%-ных растворов полухлористой серы в течение 1-3 ми­нут. Холодную вулканизацию применяют только для изготовления тонкостенных изделий из резиновой смеси. Горячая вулканизация проводится при +150, +160 oC в прессах или специальных котлах — автоклавах.

Производство химического волокна

Химические волокна являются сырьем для производства тканей н трикотажных изделий. Они требуют меньших затрат человеческо­го труда для своего производства и обладают более высокими меха­ническими свойствами по сравнению с натуральными волокнами.

Важной областью применения химических волокон являются шинная, сетевязальная, канатная и другие отрасли промышлен­ности.

Химические волокна делятся на искусственные и синтетические. Первые получают из природных высокомолекулярных соединений, главным образом из целлюлозы, а вторые — из высокополимерных соединений, получаемых на химических заводах. Исходным сырьем для производства таких полимеров служат ацетилен, этилен, фенол и другие вещества, которые получают из природных и нефтяных газов, нефти и каменноугольной смолы. Среди синтетических волокон наиболее широкое распространение получили капрон, нейлон, лавсан, нитрон, полихлорвиниловые волокна и другие.

Искусственные и синтетические волокна получаются в виде бесконечной нити или коротких отрезков нити — штапельного волокна.

Штапельное волокно изготовляют из некрученого волокна, наре­зая его на отрезки (штапельки) определенной длины (от 35 до 150 мм), соответствующей длине хлопкового волокна или шерсти. Штапельное волокно, подобно хлопку и шерсти, представляет собой полупродукт, из которого путем дальнейшей текстильной переработ­ки получают пряжу. Часто штапельное волокно смешивают с хлоп­ком или шерстью и прядут вместе.

Искусственное волокно получают из целлюлозы древесины, по преимуществу ели, в которой содержится до 45% целлюлозы, отхо­дов хлопчатобумажных очистительных заводов (хлопковый пух с содержанием 97—98% целлюлозы) и может быть получено из соло­мы, камыша и другого сырья, содержащего целлюлозу.

Из 1 т целлюлозы можно получить до 4000 м2 шелковой ткани, а из 1 м3 древесины — до 200 кг целлюлозы, или 160 кг вискозного волокна.

Для получения вискозного волокна используются каустическая со­да, сероуглерод, серная кислота, сульфат цинка или натрия. Первона­чально целлюлоза обрабатывается каустической содой в специальных пресс-ваннах. Здесь протекает процесс соединения целлюлозы и ще­лочи. Образуется комплексное вещество — щелочная целлюлоза.

Рисунок 10.2 – Фильера

Листы щелочной целлюлозы отжимаются прессом под давлением 300 атмосфер и измельчаются. Измельченная масса погружается в медленно вращающиеся трубы, где она- дозревает в течение суток, и обрабатывается сероуглеродом при температуре 20—25°. Сероугле­род вступает в соединение со щелочной целлюлозой и образует ксан-тогенат целлюлозы. При его растворении в разведенной натрие­вой щелочи образуется густая темно-бурая жидкость — вискоза. Она определенное время выдерживается и освобождает­ся от пузырьков воздуха, после чего идет для получе­ния вискозной нити. Вискозный раствор с помощью насосиков продавливается через фильеру (рис. 10.2). Струйки вискозы попадают в осадительную ванну, где содержится раствор серной кислоты, сульфатов натрия и цинка. Ксантогенат целлюлозы разлагает­ся с образованием вискозного волокна, сероуглеро­да и образованием сернокислого натрия. Восстанов­ленная вискоза имеет форму нити, которая и наматывается на бобину (катушку). Намотка произ­водится или бобинным способом, или центрифугальным. В последнем случае вискозная нить скручива­ется с помощью центрифуги. Полученное вискозное волокно далее идет для получения корда или отправ­ляется на текстильные предприятия. Для получения 1 т вискозного волокна расход сырья составляет: целлюлозы (91,5%) — 1,2 т, едкого натра (92%) — 0,93 т, серной кисло­ты — 1,34 т, сероуглерода — 0,34 т, сульфата цинка — 0,16 т. Как вид­но, производство вискозного волокна связано с большим расходом каустика и серной кислоты. Другой разновидностью искусственного волокна является ацетатное волокно. Оно обладает рядом ценных свойств: высокой механической прочностью, эластичностью, водо­стойкостью, пропускает ультрафиолетовые лучи.

Для получения ацетатного волокна используются целлюлоза, уксусная кислота, ацетон и спирт. Целлюлоза обрабатывается уксус­ным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот. Образует­ся ацетилцеллюлоза, которая в просушенном виде представляет со­бой белую хлопьевидную массу.

Ацетилцеллголоза растворяется в смеси ацетона и спирта. При пропускании указанного раствора через фильеры происходит обра­зование нитей ацетатного волокна, ацетон и спирт быстро испаря­ются, а ацетилцеллюлоза затвердевает. Испаряющиеся ацетон и спирт улавливаются и снова используются в производстве.

Синтетические волокна получают путем синтеза простых угле­водородов—продуктов переработки каменного угля (бензол), нефти, попутного и природного газа.

Синтетическое волокно капрон получают из полиамидных смол. Исходным сырьем для получения полиамидных смол является белое кристаллическое вещество—фенол (С6Н5ОН). Путем взаимо­действия фенола с различными добавками получают капролактам, который подвергают полимеризации. Процесс происходит в автокла­вах при давлении 15 атмосфер и температуре 260°. В результате об­разуются молекулы капрона. Обычно на предприятия, выпускающие капрон, поставляется капролактам, который подвергается полиме­ризации. Образующаяся полиамидная смола продавливается через фильеры. В обычных условиях полиамидная смола застывает и по­этому, пройдя через фильеры, дает прочные нити, которые наматы­ваются на катушки.

Волокно, анид (нейлон) получают из так называемой соли АГ. Соль АГ — белый кристаллический порошок, легко растворимый в воде. Полимеризация указанной соли дает смолу анид, из которой получают волокно анид.

Для превращения АГ-соли в смолу соль растворяют в дистил­лированной воде и добавляют небольшое количество стабилизатора (уксусной или адипиновой кислоты). В специальных аппаратах— автоклавах — происходит поликонденсация АГ-соли и образование смолы. Весь процесс ведут в атмосфере чистого азота. Расплавлен­ную смолу после тщательной отгонки воды (под вакуумом) продав­ливают через щелевое отверстие в днище аппарата в ванну, запол­ненную холодной водой. При этом лента смолы застывает. Затем ее сушат, измельчают и направляют на прядительные машины. Там ее плавят при температуре 275 — 280°. В дальнейшем производство волокна анид аналогично получению капронового волокна. Волокно анид более теплостойко и упруго, чем капрон, что важно для изготовления кордной ткани.

Все полиамидные волокна характеризуются высокими механиче­скими и физико-химическими показателями.

Волокно нитрон формуют из смолы, получаемой полимериза­цией акрилонитрила. Сырьем для синтеза акрилонитрила являются ацетилен (или этилен) и синильная кислота, синтезируемая из ам­миака и окиси углерода. Акрилонитрил производится химической промышленностью в больших количествах, так как является одним из исходных материалов (наряду со стиролом и дивинилом) для по­лучения некоторых видов синтетического каучука.

Смолу нитрон в виде мелкого белого сухого порошка растворяют в специальном растворителе. Порошок сначала набухает, а затем при нагревании переходит в раствор, который и является прядиль­ным раствором.

Волокно нитрон обладает рядом ценных свойств. Оно превосхо­дит все остальные волокна по светостойкости, отличается эластич­ностью, имеет шерстистый вид и пригодно для смеси с шерстью или для замены ее. Изделия из такого волокна хорошо сохраняют тепло.

Производство волокна состоит из трех основных процессов: получения и подготовки смолы, формования волокна и его дальнейшей обработки.

Полиэфирное волокно лавсан получают из смолы лавсан. Смола в виде сухой крошки поступает в прядильный цех. Формова­ние волокна осуществляется на машинах, аналогичных машинам, применяемым в производстве капрона.

Для получения штапельного волокна некрученые нити большого числа прядительных бобин, установленных на специальном шпулярнике, складываются вместе, образуя толстый жгут из нескольких десятков тысяч тонких элементарных волокон. Лавсан по виду и свойствам подобен шерсти; ткани из лавсана носки и не мнутся.

Волокно хлорин получают из ацетилена и хлористого водорода или этилена и хлора. На основе указанных продуктов получают поливинилхлорид, который при обработке хлором превращается в смолу хлорин. Последняя и используется для получения хлорина.

Производство химических волокон энергоемко: затрачивается 5-13 ту. т.; материалоемко: на 1 т вискозного волокна расхо­дуется 4-5 т целлюлозы и химических материалов. В суммарном грузообороте предприятий промышленности химических волокон удельный вес перевозок топлива составляет 58-86%, перевозок сырья — 8-33%, а готовой продукции—всего около 5-13%. На 1т волокна расходуется от 5 до 11 тыс. кВт • ч электроэнергии, до 1200 т воды. Исходя из топливо-энерго-водоемкости производств химических волокон, их размещение осуществляется с учетом ука­занных факторов (Поволжье, Украина, Сибирь и др.).

Производство пластических масс

Пластмассы — это высокомолекулярные соединения, состоящие или только из полимера, иди полимера и добавок. В первом случае пластмасса называется простой, а во втором — сложной. Она включает связывающие материалы, наполнители, пластификаторы и кра­сители. Связывающее вещество (синтетическая смола) определяет основные свойства сложной пластмассы. Наполнители (древесная мука, песок, стеклянная вата, ткань, бумага, асбест и др.) придают пластмассе определенные механические и другие свойства. Пласти­фикаторы (камфора, глицерин и др.) придают пластмассам пластич­ность, что облегчает их обработку. Добавляемые в пластмассы кра­сители окрашивают в нужный цвет.

Основа пластических масс — высокомолекулярное соединение смола может быть получена на базе различного сырья. Первона­чально применялись природные полимеры — целлюлоза.

Фенолформальдегидные пластмассы производятся промышленностью в большом количестве. Основу их составляют фенолформальдегидная смола — высокомоле­кулярное вещество, получаемое поликонденсацией фенола с фор­мальдегидом. Реакция идет при нагревании смеси веществ в присут­ствии катализатора — кислоты или щелочи. Эта смола является тер­мореактивной: при нагревании она постепенно твердеет, становится неплавкой и нерастворимой.

На базе фенолформальдегидной смолы, изготовляемой в виде пресс-порошков, получают различные пластические массы — волокнит, используя в качестве наполнителя хлопковые очесы, асбест, ткани или другие материалы, текстолит (наполнитель — хлопчато­бумажная ткань), бакелиты и др.

Пластмассы на базе этилена и стирола

В качестве исходного сырья для получения различных. пластмасс все большую роль начинает играть этилен (СН2=СН2). На базе этилена получают тетрафторэтилен (СF2=СF2), винилхлорид и др. Полимеризация указанных продуктов ведет к получению простых пластмасс — поли­этилена, политетрафторэтилена (фторопласта), винипласта и др. По­добным образом могут быть использованы пропилен и стирол.

Полиэтилен — твердый, бесцветный, жирный на ощупь, напо­минающий парафин материал. Он легче воды, при поджигании заго­рается медленно и горит синеватым пламенем без копоти.

Полиэтилен стал незаменимым материалом для изоляции прово­дов в радиолокационных, радиотехнических, телемеханических и тому подобных устройствах. В химической промышленности полиэти­лен используется для антикоррозийных покрытий и для изготовле­ния деталей аппаратов, работающих в условиях действия агрессив­ных (химически активных) веществ. В строительном деле он исполь­зуется для изготовления водопроводных труб.

Прозрачные пленки из полиэтилена водонепроницаемы; их при­меняют при создании парников и теплиц вместо тяжелого хрупкого силикатного стекла, для укрытия плодово-ягодных культур и са­женцев от заморозков. Полиэтиленовые плевки — хороший упаковоч­ный материал для самых разнообразных предметов, начиная от про­дуктов питания до машин и механизмов включительно. Из полиэти­лена изготавливают бытовую посуду.

Полихлорвинил (поливинилхлорид) получают полимеризацией хлорвинила (винилхлорида). На основе его изготовляются два вида пластмасс: винипласт, обладающий значительной жесткостью, и более мягкий материал — пластикат, широко используемый ют в промышленности, так и в быту.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) получают полимеризаци­ей тетрафторэтилена. Политетрафторэтилен — белое, в топких слоях, прозрачное вещество, напоминающее парафин. По своей химической стойкости этот полимер превосходит все известные природные и син­тетические материалы, в том числе полиэтилен и такие благородные металлы, как золото и платина.

Полистирол получают полимеризацией стирола. Это твердый, прозрачный, похожий на стекло материал. Он стоек к действию кислот и щелочей, растворяется в некоторых органических раство­рителях (бензоле) и поэтому может склеиваться, имеет высокие электроизоляционные свойства.

Будучи термопластичным, полистирол легко поддается формо­ванию. Из него готовят исключительно широкий ассортимент изде­лий. Он идет на изготовление деталей в электро- и радиотехнике; пленки из полистирола применяются при изготовлении конденсато­ров и для изоляции проводов в электрических кабелях.

Пластмассы на базе этилена и его производных — пропилена и стирола — относятся к числу простых пластмасс, получаемых цепной полимеризацией, т.е. соединением большого количества однородных молекул, расположенных в виде цепи. Сам процесс полимеризации как вышеуказанных, так и других продуктов происходит при высо­кой температуре, высоком давлении и наличии катализаторов.

Основой для получения пластмасс могут быть также полиэфир­ные смолы, кремнийорганические смолы и некоторые другие.

Ряд пластмасс изготовляется в виде пресс-порошков, которые обрабатываются прессованием, литьем под давлением, выдавливани­ем, выдуванием и формованием. Получение пластмассовых изделий осуществляется или на специальных заводах, или в цехах машино­строительных заводов. Имея примерно те же расходные нормы сырья, топлива, электроэнергии, воды, что и химические волокна, произ­водство пластмасс первоначально тяготело к угольным бассейнам (Донбасс и др.), а с переходом на нефтяное сырье стало тяготеть к нефтяным базам и центрам нефтепереработки (нефтехимические комбинаты). Получение готовых деталей и изделий из смол и пресс-порошков осуществляется в центрах потребления — на машинострои­тельных или заводах пластмасс.

Источник