Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

Широкое использование в приборах, в технике и в быту явлений люминесценции привело к необходимости производ­ ства люминофоров в больших количествах. Можно упомянуть, в частности, о применении люминофоров для изготовления люминесцентных ламп, экранов электроннолучевых трубок осциллографов, кинескопов черно-белых и цветных телевизо­ ров, в приборах ночного видения. Производство люминофоров требует высокой чистоты вещества-основы и применения в контролируемых концентрациях активаторов. В качестве ак­ тиваторов применяют соединения лантаноидов, марганца, ме­ ди, серебра, таллия и других элементов.

Современная техника предъявляет спрос «а монокристал­ лические твердые вещества (полупроводники, оптические кри­ сталлы, пьезокристаллы, лазеры). Поэтому получение монокристальных материалов является важной задачей специаль­ ных химических производств.

нажные производства — получение химических удобрений, неорганических кислот и щелочей, солей и окислов металлов, что проявляется ъ тенденции к увеличению содержания усвоя­ емых компонентов в удобрениях, снижению содержания при­ месей в серной кислоте и т. д.

Важным мотивом в разработке новых и усовершенство­ вании существующих технологических процессов является не­ обходимость расширения сырьевой базы производств. В связи с этим можно сослаться на пример производства фосфорных удобрений.

До революции Россия ввозила в качестве сырья для полу­ чения суперфосфата марокканские фосфориты. Открытие Кольского месторождения апатитов обеспечило страну высо­ кокачественным сырьем. Однако применение апатита как сырья для производства суперфосфата заставило пересмот­ реть ранее сложившиеся нормы технологического режима, так как апатит труднее разлагается кислотами, содержит больше фтор-иона и т. д.

В настоящее время кольокий апатит считается ценнейшим сырьем промышленности фосфорных удобрений, и благодаря высокому содержанию фосфора (около 40% Р2О5) его можно безубыточно транспортировать на весьма далекие расстояния. Однако позже было открыто месторождение фосфоритов Ка- ра-Тау и возникла задача выработки удобрений из фосфори­ тов. Оказалась, что эти фосфориты содержат карбонаты каль­ ция и магния, и перерабатывать их по известной технологии с получением простого суперфосфата нецелесообразно: содер­ жание Р2О5 в суперфосфате невысокое, а наличие магния делает продукт гигроскопичным, что сильно осложняет хра-

318

нѳние его на складе и внесение в почву. Наметились два ос­ новных пути в решении 'проблемы фосфоритов Кара-Тау: а) очистка от примесей карбонатов; б) переработка фосфоритов на элементарный фосфор с последующим его сжиганием и получением фосфорной кислоты. Оба указанных пути требо­ вали разработки новой технологии. Поставленная задача бы­ ла решена, и ів настоящее время фосфориты Кара-Тау широко применяются.

Расширение сырьевой базы является важной задачей и в производстве соединений редких и рассеянных элементов, встречающихся в малых концентрациях во многих видах крупнотоннажного сырья. Так, серный колчедан, перерабаты­ ваемый на серную кислоту, содержит медь, цинк, кадмий, индий, таллий, германий, мышьяк, селен, теллур, серебро, зо­ лото, рений. Поэтому колчеданный огарок и обжиговые газы сернокислотного производства могут служить источником та­ ких элементов, как селен.

Кольские апатиты в качестве примесей содержат окислы лантаноидов в количествах нескольких килограммов на тонну, и по некоторым данным более двух процентов окиси строн­ ция. Стоимость этих примесей, если их извлекать без эксплуа­ тационных затрат, превысила бы стоимость самого апатита. Если учесть, что добыча апатита составляет десятки миллио­ нов тонн в год, то нетрудно представить, сколько теряет на­ родное хозяйство из-за отсутствия экономичных способов извлечения указанных примесей из апатитов и продуктов их технологической переработки. Очевидно, расширение сырьевой базы производства рассеянных элементов требует разработки новых технологических процессов извлечения их из широко используемого в химической промышленности сырья.

Исключительно важным стимулом технического прогресса является стремление к снижению себестоимости продукции и повышению рентабельности производства. Повседневное пла­ номерное и взаимосвязанное осуществление оптимизации от­ дельных стадий в конечном счете приводит к высокой эконо­ мичности производства, к увеличению эффективности обще­ ственного труда и в условиях социализма — к росту благо­ состояния народа и обороноспособности государства.

§ ХІІІ.2. Новые процессы химической технологии

Технический прогресс ів химической технологии достигает­ ся двумя путями: 1) разработкой и внедрением новых аппа­ ратов и технологических процессов; 2) оптимизацией всех ста­ дий производства и управления производством. Рассмот­ рим первый путь усовершенствования химического произ­ водства.

319

Всесторонний анализ тенденций технического прогресса даже ло одному производству или по одной группе аппаратов требует ознакомления с большим количеством научно-техни­ ческой литературы. Поэтому технический прогресс невозмо­ жен без хорошо поставленной службы информации на пред­ приятиях, а химик-технолог должен уметь пользоваться на­ учно-технической информацией в своей повседневной работе. Однако было бы неправильным ориентироваться лишь на ре­ зультаты работ, выполненных на других предприятиях, так как информация о новых процессах обычно появляется после их внедрения и со значительным опозданием. Очевидно, каж­ дое химическое предприятие само должно в содружестве с научными и проектными организациями проводить исследо­ вания, направленные на усовершенствование производствен­ ных процессов. Наиболее простой путь таких усовершен­ ствований состоит в улучшении конструкций основных и вспо­ могательных аппаратов за счет более продуманной компонов­ ки узлов и деталей, применения новых коррозионно-стойких и жаропрочных материалов, повышения качества покрытий и герметизации аппаратуры. Если эти направления уже исчер­ паны, то дальнейшие технические усовершенствования произ­ водств оказываются невозможными без установления новых фактов, новых взаимосвязей между технологическими пара­ метрами одного или различных технологических аппаратов, а следовательно, без проведения научных исследований работы отдельных аппаратов или отдельных групп аппаратов. Очевид­ но, технолог должен владеть научными методами производст­ венного эксперимента.

Важная тенденция химической технологии — повышение концентрацию основного вещества в сырье и продукции и уменьшение содержания примесей. Эта тенденция проявля­ ется в широком распространении процессов обогащения руд, процессов разделения сложных примесей и тонкой очистки веществ. Так, обогащению подвергают апатитовую руду и получают апатитовый концентрат, обогащение применяют при получении серного колчедана, элементарной серы, при пере­ работке природных солей. В некоторых случаях одно лишь обогащение ископаемого сырья позволяет получить продукт, пригодный для непосредственного применения в народном хо­ зяйстве. Примером такого процесса является получение хло­ ристого калия путем флотационного обогащения сильвинитовой руды. Полученный флотоконцентрат непосредственно ис­ пользуется как удобрение.

Разделение веществ и их очистка достигаются с помощью дистилляции и ректификации, газо-жидкостной хроматогра­ фии, -применением адсорбентов (активных углей, силико-алю- могелей и цеолитов), ионитов (катеонитов, анионитов). В

320

последнее время широкое распространение получают экстрак­ ционные процессы. Экстракционные, адсорбционные и ионо­ обменные методы нашли применение в производствах органи­ ческих и неорганических веществ ,и особенно в процессах химической переработки ядерных материалов и выделения редких элементов. Непрерывно совершенствуются и такие традиционные методы разделения, как дистилляция и ректи­ фикация, широко применяется дистилляция в вакууме, моле­ кулярная дистилляция и т. д.

При разработке новых технологических процессов химиче­ ской промышленности широко используют физико-химические воздействия на процессы химической технологии. Поскольку увеличение температуры ускоряет большинство реакций, важ­ нейшей тенденцией химической технологии является разра­

и загрузки сырья, выгрузки продукции и герметизации высо­ котемпературного аппарата, методов утилизации теплоты на­ гретых продуктов.

Не имея возможности детально анализировать пути ре­ шения сформулированных задач, отметим, что наиболее вы­ сокие температуры могут быть достигнуты лишь при исполь­ зовании электрического тока, и примером этого служат плазмохимические процессы. Применение плазмы позволяет достичь температур от нескольких тысяч до десятков миллио­

буемой температуры внутри аппарата при применении плаз­ мы, так как не существует материалов, которые сохраняли бы механическую прочность при температурах выше 4000— 5000°С. Очевидно, изотермические условия невозможно реали­ зовать в плазмохимичеоком реакторе, и сохранить металли­ ческие детали в іплазмохимическом реакторе (плазмотроне) можно только при применении мощного охлаждения — обыч­ но водяного (рис. XIII . 1) . Таким образом, значительная часть тепла плазмы используется не по назначению и теряется с охлаждающей средой.

Способы загрузки сырья, выгрузки продуктов и герметиза­ ции плазмотрона не представляют принципиальных трудно­ стей, так как загрузочные и герметизирующие устройства можно вынести из зоны непосредственного воздействия плаз­ мы. Утилизация теплоты нагретых в струе плазмы продуктов производится путем смешения потока продуктов с холодным