Файл: Фурмер, И. Э. Общая химическая технология учеб. пособие.pdf

ченные пузырьками газа несмачивающиеся частицы. Полученный таким образом осадок минеральной части, извлеченный из состава руды в

относятся самородная сера, графит, озокерит и др. Большинство ми­ нералов хорошо смачивается водой, и для их выделения флотацией в суспензию необходимо вводить специальные реагенты, понижающие их смачиваемость. Эти реагенты получили название с о б и р а т е л е й или к о л л е к т о р о в . Собирателями являются олеиновая кислота, нафтеновые кислоты и другие органические вещества. Собиратели покрывают поверхность частиц гидрофильных минералов гидрофоб­ ной пленкой, которая обеспечивает их всплывание.

В некоторых случаях бывает необходимо затруднить всплывание отдельных минералов. Для этого в суспензию вводят вещества, полу­ чившие название п о д а в и т е л е й или д е п р е с с о р о в . В качестве подавителей применяют щелочи, соли щелочных металлов: цианистые, кремнекислые, сернокислые и др. С помощью этих веществ повышают гидрофильность поверхности минералов и тем самым затруд­ няют их всплывание.

Пенообразователи, коллекторы, депрессоры называются флотацион­ ными реагентами.

Применение флотационных реагентов позволяет обогащать самые разнообразные горные породы. Расход флотореагентов при этом не­

плавкости материалов, входящих в смесь. Так, серу, имеющую низ­

ны: избирательное растворение, разложение химическими реагента­ ми, обжиг и др.

Жидкости обогащают (концентрируют) следующими методами: выпариванием растворителя, добавлением к раствору полезного ком­ понента (донасыщение), выделением из раствора примесей в осадок или переводом их в газообразное состояние (испарение примесей — десорбция).

Для обогащения газовых смесей также используют различие в свойствах газов, входящих в смесь. Известно, что любой газ при определенных условиях можно превратить в жидкость. Причем для каждого газа существует определенная температура, при которой он сжижается (температура конденсации, или, что то же самое, темпе­ ратура кипения). На различии температур конденсации газов

26

Фракционная конденсация заключается в ступенчатом охлаждении газовой смеси. Сначала газ охлаждают до температуры, более низкой, чем температура конденсации этилена, но более высокой, чем темпе­ ратура конденсации метана. При этом из всех газов только этилен превращается в жидкость, остальные компоненты остаются в газооб­ разном состоянии. Жидкий этилен отделяют, а оставшуюся газовую смесь охлаждают теперь уже до температуры, меньшей температуры конденсации метана, но большей температуры конденсации окиси углерода. Метан при этом переходит в жидкость и выделяется из сме­ си. С оставшейся газовой смесью поступают аналогичным образом. Таким образом, постепенно охлаждая смесь, можно разделить ее на отдельные газы.

На разности температур кипения различных веществ основан и другой способ обогащения газов и жидкостей — р е к т и ф и к а ц и я . Этим методом разделяют воздух на азот и кислород. Воздух состоит в основном из кислорода (20,99%) и азота (78,03%). Жидкий кислород кипит при температуре минус 182, 95° С, а жидкий азот — при более низкой температуре — минус 195,8° С.

Для разделения воздуха, т. е. для получения чистых кислорода и азота, воздух предварительно охлаждают и переводят в жидкое со­ стояние. Затем эту жидкую смесь частично испаряют. Так как азот кипит при более низкой температуре, чем кислород,то он испаряется легче и в парах над жидкостью его будет больше, чем в жидкости. Пары над жидкостью обогащаются азотом, а жидкость обедняется им и, следовательно, обогащается кислородом. Если отделить пары от жидкости, то произойдет частичное разделение воздуха, так как в парах больше азота, а в жидкости больше кислорода, чем в воздухе. Многократно повторяя описанную операцию, можно добиться практи­ чески полного разделения воздуха на азот и кислород.

В основе ректификации и лежит именно такое многократное частич­ ное испарение жидкости в сочетании с конденсацией пара. (Более детально процессы ректификации рассмотрены в главах, посвящен­ ных отдельным производствам.)

На способности жидких растворителей избирательно поглощать тот или иной газ из газовой смеси основан абсорбционный метод разделения газовых смесей. Газовую смесь пропускают через жидкий растворитель (абсорбент). Растворитель подбирают так, чтобы в нем растворялся только тот газ, который хотят выделить. Затем раство­ ритель с поглощенным газом направляют на следующую операцию

27

(десорбцию), где из растворителя выделяют поглощенный газ в кон­ центрированном виде.

Для поглощения смесей можно применять не только жидкий, но и твердый материал, поглощающий отдельные газы из смеси. Такой процесс называют а д с о р б ц и е й . Затем адсорбированные (погло­ щенные) газы десорбируют (удаляют) с поверхности адсорбента (твер­ дого материала).

Абсорбционно-десорбционные и адсорбционно-десорбционные ме­ тоды разделения жидких и газовых смесей очень широко применяют в химической промышленности. Поэтому они подробно рассмотрены при описании производства отдельных химических продуктов.

§ 3. Вода в химической промышленности

Вода в химической промышленности имеет исключительно широ­ кое и разнообразное применение. В ряде производств она служит сырьем и реагентом (получение серной кислоты H2S 04, азотной ки­ слоты H N 03, соды Na2C03, едкого натра NaOH и едкого кали КОН, водорода; процессы гидролиза и гидратации).

Во многих производствах воду используют как растворитель твердых, жидких и газообразных веществ, для получения водных взвесей твердых веществ — суспензий, пульпы (например, при грави­ тационном и флотационном обогащении). Вода необходима для про­ мывки твердых и газообразных материалов от загрязнений.

Широко используют воду и как теплоноситель — для охлаждения и нагревания тел или веществ, участвующих в реакции. Для охлажде­ ния и нагревания водой и паром реагирующих масс применяют раз­ нообразные холодильники и нагреватели.

Основным источником, удовлетворяющим технические и бытовые потребности в воде, являются п р и р о д н ы е в о д ы . Природные воды подразделяются на атмосферные — воды атмосферных осадков; поверхностные — воды рек, озер и морей; подземные — колодезные, ключевые, артезианские, минеральные.

В воде содержатся взвешенные грубодисперсные и коллоидные частицы органического и неорганического происхождения (песок, глина и т. п.). В ней растворены газы и соли — бикарбонаты, сульфа­ ты, хлориды, нитраты кальция, магния, калия. В воде могут находить­ ся различные бактерии, грибки и другие микроорганизмы.

Присутствие в воде грубодисперсных частичек, газов, солей, орга­ нических веществ и микроорганизмов может вредно влиять на отдель­ ные реакции, вызывать коррозию аппаратуры, способствовать образо­ ванию накипей, стать причиной засорения трубопроводов и аппара­ тов, вспенивания воды в котлах и аппаратах, ухудшения процессов флотации и т. п. Поэтому к воде, употребляемой и в технике и в быту, предъявляются определенные требования в отношении содержания механических примесей, растворенных солей, газов.

Характеристика воды. Качество воды определяется ее физически­ ми и химическими характеристиками. Основные показатели качества

28

воды: жесткость, общее солесодержание, окисляемость, прозрачность, цвет, запах, реакция.

Ж е с т к о с т ь — это свойство воды, обусловленное присутстви­ ем в ней растворимых солей кальция и магния. Различают жесткость временную и постоянную.

В р е м е н н а я ж е с т к о с т ь вызвана присутствием в воде растворимых кислых углекислых солей кальция и магния Са (НС03)2 и Mg(HC03)2 — бикарбонатов. При кипячении воды соли эти разла­ гаются, из раствора выпадает осадок СаС03 (карбонат кальция):

хлористых и сернокислых солей кальция и магния в растворе. При кипячении воды эти соли не удаляются.

Жесткая вода создает большие трудности при работе. При кипя­ чении жесткой воды из углекислых солей кальция и магния образует­ ся нерастворимый осадок карбонатов кальция или основной соли магния. Осадок этот отлагается на внутренней поверхности труб паровых котлов в виде накипи. Накипь ухудшает передачу тепла через стенки труб, происходит их перегрев и преждевременный износ.

Хлористые и сернокислые соли кальция и магния, вызывающие постоянную жесткость воды, образуют накипи, если наряду с этими солями в воде присутствуют растворимые углекислые соли (например,

Поэтому соли, вызывающие жесткость, должны быть удалены из

щееся после испарения воды и высушивания остатков при 105—110° С, называется сухим остатком. Сухой остаток выражается количеством миллиграммов его в одном литре воды.

О к и с л я е м о с т ь в о д ы — это свойство воды, обусловлен­ ное присутствием в ней органических веществ. От их содержания

через который можно различить визуально или при помощи фотоэле­ мента изображение креста или определенного шрифта.

Р е а к ц и я в о д ы — это ее кислотность или щелочность. Воды в зависимости от назначения условно подразделяют на про­

мышленные и питьевые.

П и т ь е в ы е в о д ы должны быть в первую очередь освобож­ дены от бактерий: к ним предъявляются особые требования в отноше­ нии вкуса, цвета, запаха.

29