Хімія. Поглиблений рівень. 9 клас. Бутенко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 65. Хімічна наука й виробництво в Україні
У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
- що є науковою основою хімічного виробництва;
- на яких процесах ґрунтується хімічне виробництво;
- на яких принципах ґрунтується хімічна технологія.
Хімія як наука виникла понад 250 років тому, у результаті визначення складу і будови речовин, залежності властивостей від складу та будови, умов і механізмів перебігу хімічних реакцій. Це дало можливість не тільки розкрити зміст і сутність хімічних процесів, а й навчитися управляти синтезом нових матеріалів і джерел енергії. Полімерні матеріали, пластичні маси, хімічні джерела енергії (гальванічні елементи, акумулятори, паливні елементи) були створені в результаті успіхів теоретичної хімії (хімічної теорії будови органічних сполук і теорії окисно-відновних процесів), а також техніки.
Українська наукова спільнота досягла важливих успіхів у створенні ще складніших хімічних систем — сплавів, напівпровідникових композицій, елементоорганічних сполук, біологічно активних сполук і сполук, які розкривають природу життя.
Сучасне життя неможливо уявити без хімічного перетворення природних речовин, яке прийшло на зміну механічному перетворенню. Щорічно вчені одержують велику кількість речовин, невідомих у природі, але з виключно цінними властивостями, наприклад деякі види полімерів, лікарських препаратів, сплавів тощо.
Використання хімічних реакцій у виробничих процесах дозволяє значно підвищити продуктивність праці та якість продукції, одержати нові матеріали. Прикладом є використання електрохімічного обробляння металів у машинобудуванні, фізико-хімічних методів одержання напівпровідників і мікросхем в електротехніці, мікроелектроніці, радіо- та обчислювальній техніці.
Розуміння законів хімії та їх використання важливі для підвищення ефективності виробництва та якості продукції, через те що в багатьох випадках погіршення якості та надійності продукції викликано небажаними хімічними процесами, а саме корозією металів, старінням полімерів тощо. Вивчення механізмів хімічних реакцій дозволяє вибрати раціональні методи охорони навколишнього середовища, створити нові, нешкідливі технологічні процеси.
Одна з найважливіших задач хімічної науки — підвищення продуктивності сільського господарства. Необхідно розробити шляхи не тільки для значного збільшення об'єму виробництва добрив, а й для підвищення середнього вмісту в них поживних елементів (Нітрогену, Фосфору, Калію).
Завдяки хімічній науці в Україні налагоджено виробництво розчинників, отрутохімікатів, мийних засобів, лікарських препаратів, полімерних матеріалів.
Розвинута переробка горючих копалин: нафти, природного газу, кам'яного вугілля, унаслідок чого є різні сорти рідкого палива, мастильних та інших матеріалів.
Переробляють сільськогосподарську продукцію на харчові продукти: маргарин, патоку, цукор.
Хімічну переробку деревини здійснюють з метою виробництва целюлози, необхідної для одержання паперу, картону, глюкози, етанолу, етанової кислоти та деяких інших продуктів.
Завдяки тонкому органічному синтезу в Україні налагоджено виробництво численних духмяних речовин, фото- і кіноматеріалів.
Науковою основою хімічного виробництва, тобто хімічної промисловості, є хімічна технологія — наука про методи та засоби хімічної переробки сировини в предмети споживання та засоби виробництва.
Хімічна технологія — це своєрідний місток, який сполучає хімію з виробництвом. Навіть великі наукові відкриття залишаються нереалізованими на практиці, якщо на їхній основі не буде розроблена й упроваджена у виробництво прийнятна технологія.
У сучасному хімічному виробництві широко використовують такі науково-технологічні принципи: неперервність процесів, утилізація теплоти реакції, комплексне використання сировини й відходів виробництва.
Хімічні процеси бувають безперервними, періодичними та циркуляційними. У безперервних процесах вихідна сировина безперервно подається в реакційний апарат, а продукти хімічної взаємодії виводяться з апарату. Цей принцип використовують у виробництві чавуну, сульфатної кислоти, синтезі амоніаку.
У періодичному процесі стадії змішування речовин, що реагують, їхня хімічна взаємодія та виділення продуктів реакції відбуваються одна за одною та періодично повторюються через певні проміжки часу. Періодичні процеси використовують у виробництві сталі, хлоридної кислоти, багатьох органічних барвників, вибухових речовин.
У сучасній хімічній промисловості прагнуть, де це можливо, перейти від періодичних до безперервних способів виробництва. Наприклад, періодичній спосіб виробництва аніліну (феніламіну) C6H5NH2, який полягав у відновлені нітробензолу C6H5NO2 сумішшю чавунної стружки з хлоридною кислотою, замінили безперервним способом — каталітичним гідруванням нітробензолу воднем.
У циркуляційному процесі, який іще називають циклічним, реакційна суміш, що виходить з реактора, розділяється. Вихідні суміші, що не прореагували після збагачення реагентами, повертаються в реактор. Це сприяє повнішому використанню сировини та дає можливість раціональніше, тобто в більш повному обсязі, використати сировину.
Принципи, на яких ґрунтується хімічне виробництво
Принцип протитоку. Протитоком називають протилежно направлений рух речовин, що взаємодіють. Протиток застосовують для реалізації оптимальних умов масо- і теплообміну, наприклад у виробництві сульфатної кислоти.
Принцип киплячого шару. Щоб створити киплячий шар, газоподібні реагенти продувають крізь отвори внизу апарату, а тверді вихідні речовини в ньому, так би мовити, киплять, тобто весь час перебувають у завислому стані (рис. 57). Цей принцип у хімічній промисловості широко застосовують для інтенсифікації гетерогенних процесів — процесів за участі речовин з різним агрегатним станом, наприклад у виробництві сульфатної кислоти (випал піриту FeS2), крекінгу нафти — термічному розкладанні вуглеводнів, що входять до її складу, до низькомолекулярних:
Рис. 57. Схема реактора з киплячим шаром
Принцип утилізації теплоти реакції. Використання теплоти, що виділяється під час хімічних реакцій, для підігрівання вихідної сировини або подальшої теплової обробки утворених продуктів дозволяє різко скоротити виробничі енергетичні витрати. Наприклад, у виробництві чавуну в домну подають повітря, нагріте за рахунок теплоти хімічних реакцій.
Принцип використання виробничих відходів. Перетворення відходів на побічні продукти виробництва дозволяє повніше використати сировину, що, своєю чергою, знижує собівартість продукції і запобігає забрудненню навколишнього середовища. Наприклад, із поліметалічних руд (FeS2, CaS, NiS, ZnS, CdS та ін.) в результаті комплексної переробки одержують кольорові метали, сірку, сульфатну кислоту та ферум(ІІІ) оксид для виплавляння чавуну.
Організація хімічного виробництва — процес дуже трудомісткий. Необхідно вирішувати багато проблем, пов'язаних з вибором сировини і способів її підготовки, визначати оптимальні фізико-хімічні параметри хіміко-технологічного процесу (температура, тиск, застосування каталізатора тощо).
Сучасне хімічне підприємство характеризується високим ступенем автоматизації.
Основні поняття. Хімічна технологія. Безперервні, періодичні та циркуляційні процеси.
Запитання та завдання
- 1. Що є науковою основою хімічного виробництва?
- 2. Що розуміють під поняттям «хімічна технологія»?
- 3. Які науково-технологічні принципи використовують у сучасному хімічному виробництві?
- 4. Якими бувають хімічні процеси?
- 5. У чому полягає сутність безперервного, періодичного та циркуляційного процесів у сучасній хімічній промисловості?
- 6. На яких принципах ґрунтуються сучасні хімічні технології?
- 7. У чому полягає сутність принципу: а) протитоку; б) киплячого шару; в) утилізації теплоти реакції; г) використання виробничих відходів?
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України