Лекциялар 30 с Лабораториялық сабақтар 15с СӨЖ 45с обсөЖ 45с



бет5/10
Дата25.04.2016
өлшемі1.65 Mb.
түріЛекция
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Лекция №20.

Электрохимия. Химия – технологиялық процестерді жүргізудегі электр энергияның қолданылуы.

Жоспары:

1.Электролиз процесі кезінде жүретін реакциялар

2. Электролиз кезінде бөлінетін заттың мөлшерін алдын ала есептеу

3. Металдарды кеннен ерітіндіге көшіру немесе балқымасынан электролиздеу арқылы алу.



Лекция мәтіні:
Электролиз деп электр тогының әсерінен болатын химиялық түрлену (өзгеру) процесін айтады. Электролиз кезіндегі химиялық процестер электролит түріне орай, еріткішке байланысты, электрод әзірленген заттың табиғатына сәйкес және басқа да қосымша қосылыстар сияқтыларға қарай сан алуан болуы мүмкін. Электролит арқылы тұрақты ток өткенде катодта электролиттің катионы нейтралды атомға айналып, электродтың беткі қабатында қалады. Мұндай процесс анодта да жүреді және электролит аниондары нейтралданады. Электролиз кезінде пайда болатын нейтрал атомдар мен атом топтары бос күйінде өте тұрақсыз болғандықтан олар өзара не еріткіш пен еріген заттардың моле-кулаларымен химиялық реакцияға түсуі мумкін. Сол сияқты бұл компоненттер электрод әзірленген затпен де химиялық әрекетке түсуі ғажап емес. Электролиз кезінде жүретін барлық реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциясының айқын сипатын көрсетеді: катодта тотықсыздану, анодта тотығу процесі жүреді.

Электролиз кезінде система арқылы сыртқы электр көзінен тұрақты ток өткенде, осы ток күшінің әсерінен электродтың күші өзгеруі мүмкін. Мысалы, электродтағы металл пластинасына токтың оң заряды берілгенде, ол ерітіндідегі су молекуласының металмен әрекеттесу процесін жеңілдетеді, сейтіп металл иондары ерітіндіге ауысады, яғни электрод пластинасы ери бастайды. Ал, осы системадағы екінші электрод әзірленген металл пластинасына теріс заряд берілгенде, керісінше, металдың ерітіндіде еруі қиындап, ерітіндідегі металл катионы зарядсызданып, пластинаның беткі қабатына орналасады.

Электролиз процесіндегі токтың мөлшері және оған сәйкес бөлінетін атом, молекула не атом топтарының массалық қатынасы өткен ғасырдың отызыншы жылдарында ашылған М. Фарадей заңдарына бағынып, оның көмегімен анықталады. Фарадейдің екі заңы бар. Бірінші заңы: электролиз процесінде бөлінетін заттың мөлшері ток күші мен уақытқа, яғни өткен токтың мөлшеріне пропорционалды.

Фарадейдің бірінші заңы электролиз механизмінің қазіргі көзқарасымен үйлеседі. Электролиз процесінде ион алмасуына орай берілген не қосылып алынған электрондар саны өзара тең болғандықтан система арқылы өткен ток мөлшері әрекеттескен ион санына, яғни бөлінген затқа пропорционал болады.

Фарадейдің екінші заңы былай тұжырымдалады: әр түрлі электролит ерітінділері арқылы бірдей мөлшерде электр тогы өткенде бөлінетін заттардың химиялық эквиваленті бірдей, мұны басқаша айтқанда кез келген заттың бір моль эквиваленттік үлесін ерітіндіден бөліп алу үшін ерітінді арқылы 96487 (96500) Кулон электр тогын жіберу қажет. Бұл санды Фарадей саны дейді де оны Ғ әрпімен белгілейді.

1 моль-эквивалент затты бөліп алу үшін ерітіндіден 1А токты 26,8 сағат бойына өткізу керек, ал ток күші 2А болса, онда 13,4 сағат т. с. с.

Электролиз кезінде бөлінетін заттың мөлшерін алдын ала Фарадей заңын сипаттайтын теңдеу бойынша есептеп алуға болады және оны теориялық шығым дейді. Тәжірибе нәтижесінде алынған шығым теориялық шығымнан әр уақытта аз болады екен. Мұның басты себебі электролиз кезінде жүретін негізгі электродтық процестермен қатар қосымша реакциялардың жүруінде. Бұл қосымша реакцияларға жұмсалатын электр мөлшерін ескеру мақсатымен ток бойынша шығым дейтін түсінік енгізіліп, ол ү белгіленеді:

Белсенділігі жоғары металдарды (мысалы, сілтілік металдар) жоғары температурада тотыксыздандыру мүмкін емес. Өйткені олар тотықсыздандырғыштармен косылыс түзеді, яғни процесс экономикалық түрғыдан өте тиімсіз деп саналады. Сондықтан ондай металдарды кеннен ерітіндіге көшіріп немесе балқымасын әзірлеп, электролиздеу арқылы алады. Бұл процесс гидрометаллургиялық әдістерге жатады. Электролиз өдісі аркылы сілтілік, сілтілік жер металдары, алюминий, магний, мыс, т.б. металдар алынады:

Кеннен металды бөлу өдістері өте ерте кездерден белгілі болған. Археологиялық казбалардан табылған деректер адам баласы ерте ездерден-ак металдардан өр түрлі бұымдар жасап пайдаланғанын дәлелдеп отыр.

Лекция 21

Металлургия:

Жоспары.

1.Металлдардың тұрмыста,халық шаруашылығында қолданылуы.

2. Металдардың табиғатта кездесуі,минералдар ,кендер.

3. Металл өндіру әдістері кенді байыту, пирометаллургиялық әдістер



Лекция мәтіні:

Жер бетінде металдарды пайдалану осыдан 10 мыңға жуық жыл бұрын басталған. Қазіргі кезде 80-ге жуық металл табылып зерттелді. Қазір металл тұрмыста да, шаруашылықта да кеңінен колданылады. Балалардың ойыншығы, оқушыларға қажет қүралдар сияқты ұсақ-түйек заттардан бастап, ғарыш кемелеріне дейін металдан жасалады. Металдар табиғатта көп кездесетіндіктен де адамдар оларды күнделікті тіршілігінде көп пайдаланған.

Металдар болмағанда автоматика, телемеханика, электронды жөне ядролық техника, лазерлік техника, радиолокация, реактивтік авиация, телевизия, т.б. алуан түрлі техникалардың дамуы қазіргі дәрежесіне жетпеген болар еді. Сонымен, қазіргі адам тіршілігі металдарды қолданумен тығыз байланысты.

Металдар табиғатта бос (таза, саф) күйінде де, косылыс түрінде де кездеседі. Бос күйінде болатын металдарға, әдетте химиялық белсенділіг төмен алтын, күміс, платина, мыс, сынап, қалайы сияқты металдар жатады. Металдардың жер койнауында кездесетін қосылыстарын минералдар деп атайды. Минералдарда металдар көбіне оксид (мысалы, гематит Ғе2О3 сульфид (мысалы, пирит ҒеS,,) және әр түрлі тұздар (мысалы, әктас СаСО3) түрінде болады.

Минералдар жеке кездеспейді, олар құм, саз, т.б. тау жыныстарымен араласып жүреді. Егер осындай минералдардың металы көп, экономикалық жағынан металл өндіруге тиімді болса, онда ондай минералдардың коспасын кен деп атайды. Кен кұрамындағы металл мөлшері әр металл үшін әр түрлі бағаланады. Мысалы, құрамында 1% мыс болса, ол мысқа бай кен болып саналады, сондай-ақ, 1 тонна кеннен 10 грамм алтын өндірілсе, ол да тиімді болып есептеледі. Ал өнеркәсіптік темір кендеріндегі темір мөлшері 60—70°/0-тен кем болмайды.

Кен кұрамында әр түрлі металдар минералдары аралас кездесуі де мүмкін, мысалы, корғасын және мырыш алдауыштары (галенит пен сфалерит ) бірге кездеседі. Осындай бірнеше металы бар кен орындары полиметалл (грекше "поли" — көп деген мағынаны білдіреді) кендері деп аталады. Кен кұрамынан металл өндірумен айна-лысатын өндіріс саласын металлургия деп атайды. Металлургия екіге бөлінеді: қара металлургияда темірдің кұймалары — шойын мен болат өндіру іске асырылады, ал түсті металлургияда темірден басқа барлык металдар мен олардың кұймалары өндіріледі.

Қазіргі заман металлургиясы периодтык кестедегі белгілі металдардың барлығын да өндіреді деуге болады. Сондықтан металдар қандай көп болса, оларды өндіретін әдістер де сан түрлі.

Металлургияда қазылып алынған кенді бос жынысынан айырып, әуелі минералды бөліп алады. Бұл процесс кенді байыту деп аталады. Ол тек физикалық әдістермен немесе химиялык әдістермен бірге жүргізілуі мүмкін. Кеннен бастап металға дейінгі механикалық, физикалык жөне химиялык процестер қажетіне қарай қолданылады. Мысалы, кенде алтын мөлшері өте аз болғанда оны химиялық әдіспен ерітіп, қосылысқа айналдырады. Содан сон косылыстан әр түрлі әдістерді пайдаланып, таза күйінде алтынды бөліп алады. Кендегі косылыстарынан металдарды бөліп алу өдістерін мынадай екі топка бөліп карастырған жөн:

Пирометаллургиялық (грекше "пир" — от, металлургия металдарды өндеу) әдістер тобы. Оған металдарды жоғары температурада тотықсыздандыру процестері жатады. Бұл әдістер процеске пайдаланылған тотықсыздандырғышқа байланысты әр түрлі аталады.

Қосылыстарқұрамынан металды басқаметалдар, кремний, көмі-тек және көміртек (II) оксиді арқылы тотықсыздандыруды металлотермия деп атайды. Бұл әдіспен темір, хром, марганец, т.б. металдар алынады:



Ғе2О3 + ЗСО = 2Ғе + ЗСО2

Көміртек С — кокс түрінде қолданылатын ең арзан тотықсыздандырғыш. Домна өндірісінде темір кокспен тотықсыздандырылады:



2Ғе2О3 + ЗС = 4Ғе + ЗСО2

Бүл реакциялар кағаз жүзінде өте қарапайым болып көрінгенімен, іс жүзінде өте күрделі және сатылап жүреді . Тотықсыздандыргыш ретінде алюминий қолданылса онда алюмин-термия деп аталады:

Тотықсыздандыргыш ретінде сутек цолданылса, онда сутектермия деп аталады:

Кендегі сульфид түріндегі металдар косылыстарын өуелі өртеп, содан соң тотықсыздандырады:


2СиS +302 = 2СиО + 2SО2

Түзілген күкіртті газ ауаны ластап, коршаған ортага зиян келтіреді. Оны болдырмас үшін қалдықсыз өндіріс принципімен газды ұстап қалып, әрі қарай өңдеп, күкірт қышқылына айналдырады.



Лекция 22

Шойын және болат өндіру

Жоспары:

1.Темір құймаларына сипаттама: шойын және болат.

2. Шойынды домна пешінде өндіру

3.Болат өндіру



Лекция мәтіні:
Темірдің 2 түрлі құймасы бар: шойын және болат. Шойын — кұрамында 1,7%-тен жоғары көміртек, одан басқа кремний, марганец, аз мөлшерде күкірт пен фосфор болатын темірдің кұймасы. Тотыксыздандырғыш ретінде көміртек жөне көміртектің (II) оксиді қолданылатындықтан, алынған темірдің құрамында 4—4,5% көміртек жөне басқа қоспалар болады.

Көміртек темірге қаттылық және жақсы кұйылатын қасиет береді. Балқығанда көміртек темірде ериді, қатайғанда қатты ерітінді немесе химиялык косылыс түзеді. Шойынның сапасы көміртектің; мөлшеріне қарай өзгереді. Сұр шойында көміртек графит түрінде кристалданады. Сұйык күйінде тез құйылады, оңай кристалданады, көлемін сақтайды. Сұр шойыннан машинаның қаттылықты қажет ететін тетіктері жасалады. Сұр шойьщда 2,4—3,8% көміртек, кремний жөне марганец болады. Ақ шойында көміртек 6%-тен астам, әрі химиялық қосылыс түрінде кездеседі, өте катты, болат қорыту үшін пайдаланылады.

Шойын домна пешінде өндіріледі Домна пеші биіктігі 30 м, диаметрі 12 м-ге жететін алып қондырғы, ішкі бөлігі отка төзімді кірпішпен каланған. Пеш жұмыс істеген кезде температура 1840°С-ка дейін көтеріледі. Оның жоғары жағында қорытуға түсетін кеннің қоспасын тиейтін құралғы, домна газы шығатын арнайы тесігі, төменгі жағында шойынды кұйып алатын, ауа үрлейтін, қожды шығарып алатын бөліктері бар.

Домна пешіне оксид түріндегі темір кенінің, кокстың және балқытқыш заттардың қоспасын салады. Пеш жұмыс істегенде үрленген ыстық ауаның әсерінен химиялық реакциялар жүреді.

Пештің теменгі жағыида көмір жанады, көмірқышқыл газы түзіледі: С + О2 = СО2

Температура 1500°С-тан асып кетерілгенде көмірқышқыл газы кокс қабаты арқылы өтіп тотықсызданады.

СО2 + С = 2СО

Көміртек (I!) оксиді темір кенін біртіндеп тотықсыздандырады. Бірінші сатысында темір (І!І) оксидінің бір бөлігі магнетит құрамындағы Ғе2О3 * ҒеО темір (II) оксидіне тотықсызданады:

ЗҒе2О3 + СО = 2Ғе3О4 +СО2
Содан соң бұл процесс жалғасады;
Ғе3О4 + СО = ЗҒеО + СО2
Соңында темір (II) оксиді бос күйіндегі темірге дейін тотықсызданады. Ол шойын түзеді:
ҒеО + СО = Ғе + СО2
Темір кенінде балқуы қиын бос жыныстар болады. Оларды ерітіп, қоқысқа айналдыру үшін балқытқыш немесе флюс деп аталатын заттар қосылады. Бос жыныс кремний қосылысы болғандықтан, балқытқыш ретінде ізбес тас қолданылады. Ол жоғары температурада айырылады:
СаСО3 = СаО+ СО2
Өртелген әк кремний оксидімен қосылып 1000°С-та балқып, сұйыққа айналатын силикат түзеді:

Қож деп аталатын бұл қосылыс жеңіл болғандықтан, шойынның үстінде жиналады да, арнайы тесіктен ағызып жіберіледі. Ауа орнына оттек үрлеу арқылы домна пешінде шойын қорыту процесі тездетіледі. Шойында көміртектен баска кенді қорытканда ілесе шығатын марганец, кремний, күкірт және фосфор болады. Күкірт пен фосфор шойынға морттық касиет береді. Сондықтан шойынды болатқа айналдыру үшін оның құрамынан күкірт пен фосфорды шығарып, көміртек пен кремнийді азайту керек.

Шойыннан болат корыту оның күрамындағы коспаларын ауа немесе оттек аркылы тотыктырып, кожға айналдыру реакцияларына негізделген.

Қызған сұйық шойынға оттек үрлегенде, апдымен шойын құрамындағы элементтердің бәрі тотығады:

2С + О2 = СО

Түзілген темір (II) оксиді көміртек, марганец, кремний, фосфор элементтерінің оттекпен тотығып үлгермеген үлесін тотықтыруға қатысады:

2Р + 5ҒеО = 5Ғе + Р2 О5

Мп + ҒеО = Ғе + МпО

Sі + 2ҒеО = 2Ғе + Sі О2

С + ҒеО = Ғе + СО

Екі жағдайда да түзілген фосфор оксиді мен кремний оксидтерін кетіру үшін әк қосады:

СаО + Sі О2 = Са Sі О3

ЗСаО + Р2О5 = Са3(РО4)2

Түзілген марганец (II) оксиді де кремний оксидімен қож түзеді:

МпО+ Sі О2 = Мп Sі О3

Шойыннан болат алу күрделі, сатылап жүретін процесс. Арнайы конвертор, мартен жөне электр пештерінде жүзеге асады.

Конвертор және мартен әдісінде келтірілген химиялық реакциялар жоғары температурада (1700°С) жүреді. Конверторда процесс тез жүреді, мартен пешінде сапасы жоғары болат алынады. Электр пештерінде температура 2000°С-қа жетеді. Әрі хром, ванадий, вольфрам, молибден косып, болаттың өте сапалы түрлерін алады. Олар техниканың әр түрлі саласында, машиналардың катты, берік, кызуға және жемірілуге төзімді тетіктерін жасауда қолданылады.




Лекция № 23

Алюминий өндірісі

Жоспары:


    1. Алюминий және оның құймаларының қасиеттері

    2. Кеннен металдық алюминийді алу технологиясы

    3. Алюминийді электролиз арқылы өнеркәсіптік өндіру


Лекция мәтіні:
Алюминий жер қыртысында ең көп таралған, жеңіл, берік металл. Ол өндіріс және тұтыну масштабы бойынша жалпы металдардың ішінде (темірден кейін) екінші орынды, ал түсті металдардың ішінде бірінші орынды алады. 1827 ж. Вёлер алюминийдің онша таза емес үлгісін толык бөлгенге дейін алюминийді металл деп есептемеді, ол кезде темір әлдекашан белгілі болып, кендерден өндірілген болатын. Алюминийді балқыту процесі өте киын. 1855 ж. француз химигі Анри Этьен Сен-Клер Девилль (1818—1881) жеткілікті мөлшерде таза алюминий алудың қолайлы жолын тапты. Бірақ осыдан кейін де оның бағасы болаттың бағасынан жоғары болды.

Алюминийдің бағалы қасиеті — оның жеңілдігі (алюминий болаттан 3 есе жеңіл). Осы қасиетіне байланысты оны авиацияда кеңінен қолданады. Алюминий берік және жеңіл, сонымен бірге жемірілуге тұрақты, электр тогын жақсы өткізеді. Әрбір пайдалану аймағында оның бір немесе бірнеше пайдалы қасиеттерін ескеріп қолданады, нәтижесінде бірқатар металдық құрылымдарда темірді, ал электр торабында мысты алмастырады. АҚШ-та 90% жаңа электр тасымалдау желілері алюминий сымдары негізінде жасалғаны белгілі.

Алюминийді балқыту едәуір мөлшерде электр энергиясын кажет етеді: 1 т алюминий алу үшін 7 т көмірдің жану жылуына эквивалентті энергия жұмсалады. Үлкен мөлшерде электр энергиясының қажеттігі, алюминий өнеркәсібінің Жер шарына әр түрлі таралуына әсер етті.

Алюминий көптеген минералдардың құрамына кіреді, бірақ алюминий кені ретінде, кұрамында гидраттанған алюминий оксиді А12О3 • п Н2О бар бокситтер ғана қолданылады. Гидратация дәрежесіне байланысты, бокситтерде алюминий компоненттері диаспора А12О3 • Н2О немесе гидроаргелит А12О3 • ЗН2О не А1(ОН)3 түрінде бо-лады. Нефелиндер (Nа,К)2О • А12О3 • 2 Sі О2 кұрамы күрделі үш түздан, алуниттер К2 S О4-А12(SО4)3 • А1(ОН)3 кұрамы алюминий және калийдің қос күкірткышқылды тұзынан тұрады.

Кеннен металдық алюминийді алу технологиясы өзара технологиялық тізбекпен және өңдірілген өнімдерімен байланысқан төрт өндірістен түрады. Оған:

1) глинозем (алюминий оксиді) өндірісі;

2) фторлы тұздар мен криолит ендірісі;

3) көмір бұйымдарының (электродтар жөне шегендеу блоктары) өндірісі;

4) электролиздік алюминий өндірісі кіреді.

Криолиттегі глинозем балқымасынан электролизбен алюминий өндіру өдісі, алюминийдің өнеркәсіптік өндірісінің қазіргі уақытқа дейінгі жалғыз әдісі болып табылады. Алюминийді электролиздік тотықсыздандыру процесінің жоғары энергияны қажет етуінің салдарынан, оны өндіретін зауыттар — электр энергиясы арзан аудандарда орналасты-рылады. Глинозем өндірісі, керісінше шикізатты тасымалдауға шығынды азайту үшін, алюминийлі кен орындарына жақын орналасады. Фторлы тұздар мен криолит өндірісі электролиттің балқу температурасын төмендететін қосынды және глинозем үшін еріткіш алуды мақсат етіп қояды. Электролиз процесі кезінде көмір анодтары және электролизердің шегендеуі (футеровкасы) жұмсалатындықтан, үздіксіз толықтырып отыруды қажет етеді, сондықтан көмір бұйымдарының жеке өндірісін ұйымдастыру қажет болады.

Балқу температурасы 900°С-тан жоғары тұрақты таза алюминий оксидінің а-модификациясының балқу температурасы 2053°С. Оның балқымасының электролизі кезінде балқытуға және ваннаның жоғары температурасын ұстап тұруға, электр энергиясы көп жұмсалады. Сондықтан алюминий өндірісінде таза алюминий оксиді емес, алюминий оксиді мен криолиттен тұратын жүйе қолданылады.

Криолит 1100°С-та балқиды. Ол алюминий оксидімен оның мөлшері шамамен 15 процент болғанда (масса бойынша) балқу температурасы 938°С болатын эвтектика түзеді. Балқымада глиноземнің мөлшерін одан әрі арттырғанда жүйенің балқу температурасы күрт көтеріледі ). Электролиттің балку температурасын төмендетіп, электрөткізгіштігін арттырып, анодта ылғал тартуын жақсарту үшін балқымаға біраз алюминий, магний, литий жөне кальций фторидтерінің қосындысын енгізеді.

Осы кұрамды электролитте, алюминийден бұрын немесе бір мезгілде бөлінетін иондар жоқ жөне балқу температурасы 950—970С болады.

Криолитті-глиноземді балқыманың электролизі кезінде, электродтарда мынадай процестер жүреді:


катодта: А13++ 3 е = А1

анодта: 2АЮ33- - 6е = А12О3 + 1.5О2

Электролиз температурасы кезінде балқытылған алюминийдің тығыздығы 2,3 т/м3, ал электролиттікі шамамен 2,0 т/м3-ті құрайды. Тығыздықтарының әр түрлі болуына байланысты сұйык алюминий криолитті-глиноземді балқымадан бөлінеді де, ваннаның түбіне жиналады. Сапалы жөне ерекше таза алюминийді алу үшін оны қосымша тазалайды (рафинирлейді). Электролиттік тазалау әдісімен алынған алюминийдің тазалыры 99,99%. Өте жоғары таза алюминийді (99,9999%) аймақтык балқыту әдісімен алады.


Лекция № 24

Силикат өнеркәсібі және шыны өндірісі

Жоспары:

1.Силикатты материалдар туралы жалпы мағлұматтар.

2 Табиғаттағы силикатты материалдар.

3.Шыны өндірісі,цемент өндірісі


Лекция мәтіні:
Силикаттар, полисиликаттар және алюмосиликаттар балқымаларынан немесе қоспаларынан алынған материалдарды силикатты материалдар деп атайды. Олар катты күйдегі материалдар тобы болып табылады.

Силикаттар — бұл кремнеземмен (кремний оксиді) әр түрлі элементтердің қосылысы. Кремнезем мұнда қышқыл рөлін атқарады. Силикаттардың кұрамында жер қыртысында таралуы бойынша үшінші орынды алатын (оттек пен кремнийден кейін) элемент — алюминий жиі кездеседі. Олар алюмосиликаттар деп аталады. Алюмосиликаттар ауа және судың әсерінен мүжіліп, бұзылады да, олардан сілтілік металдар оксидтерінің орнына суы бар өнімдер алынады. Мысалы, каолинит А12О3. SіО2. 2Н2О саздың негізі бөлігін құрайды. Табиғи кремнеземдер, силикаттар жөне саздар — силикат өнеркәсібі үшін шикізат болып табылады.

Силикаттардың қасиеттері олардың құрамына, кристалдық торының құрылысына, иондар арасында әсер ететін күштердің табиғатына тәуелді. Көптеген силикаттар қаттылығымен, қиын балқитындығымен жөне отка төзімділігімен ерекшеленеді, олардың балқу температурасы 770° С-тан 2130° С-ка дейін өзгереді. Көптеген силикаттар ылғал тарт-кыш емес және қышқылғаға төзімді, техника мен құрылыстың өр түрлі саласында кеңінен қолданылады.

Силикаттардың химиялық құрамын элементтердің валенттіктерінің өсу ретімен немесе осы ретте оксидтердің формулаларымен бейнелеу қабылданған.

Барлық силикаттарды табиғи (минералдар) және синтездік (силикатты материалдар) деп екіге бөледі. Белгілі табиғи силикаттардың жалпы саны 1500-ден астам. Силикатты материалдар әр түрлі химиялық өндірістің ірі масштабты өнімдері және олар шаруа-шылықта кеңінен қолданылады. Табиғи минералдарды (кварцты құм, саз, далалық шпат, әктас), өнеркәсіптік өнімдерді (натрий карбонаты, бура, натрий сульфаты, әр түрлі металдардың тұздары мен оксидтері) және қалдықтарды (шлактар, шламдар, күлдер) силикат өндірісінде кеңінен қолданады.

Кремний оксиді, кремнезем SіО2 табиғатта кварц, кристобалит жөне тридимит түрінде кездеседі. Кварцтың мөлдір, әдемі қалыптаскан кристалдары тау хрусталі деген атпен белгілі. Оның түсті түрлері көптеп кездеседі: қызгылт кварц, күлгін (аметист), қою қоңыр (дымқыл топаз), жасыл (хризопраз) және басқа заттармен қоспа түріндегі ұсак кристалды түрлері: халцедон, агат, яшма.

Кремнеземнің балқымасын баяу салқындатканда аморфты кварц шыны түзіледі. Ол табиғатта да кездеседі.

Кремнеземді өндірісте өңдеу аркылы шыны және цементтің бірнеше түрін алады

Адамдар шыны өндірумен ертеден айналыскан. Көдімгі шыныны (қүрамы Nа 2О • СаО • 6 Sі О2) сода, ақ құм жөне әктастың қоспасын 1400°С-та балқыту арқылы газдарынан айырып алады:

Шынының белгілі бір физикалық-химиялық касиеттерін жаксарту үшін барий, корғасын жөне бор оксидтерін қосу аркылы арнайы сорттарын, яғни отка төзімді, "сынбайтын", т.б. түрлерін алады. Егер шыныны қайнатканда сода орнына сақар К2СО3 қосса, онда қиын балқитын шыны алынады. Одан лабораторияда пайдаланатын ыдыстар жасайды. Ал кальций оксидінің орнына қорғасын оксидін косса, онда сыну көрсеткіші жоғары — хрусталъ алынады. Хрустальдан оптикалық шынылар, көркем бұйымдар, люстра, әдемі ыдыстар, т.б. жасайды. Түсті шынылар алу үшін ауыспалы металдардың әр түрлі оксидтерін қосады: кобальт оксидін СоО қосу аркылы көк түсті, хром оксидін Сг2О3 қосқанда — жасыл, марганец диоксидін МпО2 қосқанда — қызгылт түсті шыны алады. Түсті шыныларды пайдаланып, түрлі мозаикалар, көркем витриналар, т.б. жасайды. Егер кремний диоксидінің шамалы бөлігін бор оксидімен В2О3 алмастырса, онда жоғары температура мен химиялық заттарға тұрақты шыны алынады. Олар химиялық өндірістерде түтіктер, кұбырлар, түрлі құралғылар жасауға пайдаланылады. Беріктігі жөнінен шойыннан кем емес ситалл деп аталатын осындай шыны кристалл өндіріледі.

Силикат өнеркәсібінде сумен косып араластырғанда қатаятын байланыстырғыш материал — цемент алу ісі кең дамыған. Цемент кұрылыс жүмыстарында көп колданылады. Цемент алу үшін әктас пен сазды балқытып пісіреді. Сол кезде мынадай реакциялар жүзеге асады:

СаСО3 = СаО + СО2

ЗСаО + А12О3 = Са3(А1О3)2

СаО + SіО2 = СаSіО3

Алынған массаны тартып, сұр түсті ұнтақ — цемент алады. Цементті сумен қосып араластырғанда қамыр тәрізді иленіп, біраздан кейін қатаяды. "Ұстап қалу" қасиетіне байланысты цементтің екі түрін ажыратады: кәдімгі цемент және портланд цементі. Цементтің "ұстап қалу" қасиеті кальций силикаты мен ауадағы көмірқышкыл газының әрекеттесуі есебінен жүзеге асады:


СаSіО3 + СО22О СаСО3 + Н2Sі03
Цемент ерітіндісін қүммен, таспен араластырып — бетон, оған темір шыбықтар қосып қатыру арқылы темір бетон алады.

Қыш — силикат өнеркәсібінің бір саласы. Бүл өндіріспен адамзат өте ерте кезден айналысқан. Египетте б.з.д. 6000 жыл бұрын кірпіш жасалған деген дерек бар. Ңыш бұйымдары кәрлен (фарфор) және қышкәрлен (фаянс), болып бөлінеді. Қыш бүйымдарын жасағанда негізгі шикізат ретінде сазды пайдаланады. Саз — каолин минералының А12О3 • 2SіО2 • 2Н2О қабаттасып орналасқан тақташа тәрізді ұсақ кристалдарынан құралған. Табиғатта саздың ақ және темір косылыстары әсерінен қызыл түсті болатын түрлері бар. Сазды сумен араластырғанда қамыр тәрізді иленіп, калыптастырған пішінін сактайды. Кептіріп, күйдіргеннен кейін бұйым тас тәрізді катты күйге енеді. Бұйымдағы саңылау тәрізді тесіктерін шыны тәрізді жеңіл балқитын массамен — глазуръмен (жылтыратпа) жоғары температурада өңдеп қаптайды. Осылайша қыш ыдыстарды, әсемдік бұйымдарын, т.б. жасайды. Сондай-ак қыштан кірпіш жасайды. Мұндай өндіріс саласы еліміздің әр елді мекенінде бар десе де болады.



Лекция25

Отынды химиялық жолмен өңдеу. Мұнай мен табиғи газды өңдеу

Жоспары:
1.Көмірсутектердің, табиғи көздері

2. Кокстеу процесі алынатын өнімдер

3.Мұнайдан алынатын өнімдер

4. Мұнайды өңдеу, қондырғы құрылысы

5.Мұнайды крекингілеу. Термиялық крекинг және катализдік крекинг,риформинг

Лекция мәтіні:
Көмірсутектердің, табиғи көздері: табиғи және мұнайга ілеспе газдар, тас көмір және торф болып саналады. Табиғи және мұнайға ілеспе газдардың бір-бірінен негізгі айырмашылыктары — құрамында, қолданылуында және табиғатта кездесуінде. Мүнайға

ілеспе газдар мұнай кен орындарында мұнайдың бетін бүркеп жатады немесе ' * мұнайда еріген күйінде болады. Табиғи газдың құрамы, негізінен, метаннан (80—98%) тұрады, ал ілеспе газда метан екі еседей аз (30—50%), онда этан, пропан, бутан, пентан, тағы баска көмірсутектердің (әркайсысы 20%-тей) мөлшері көп болады.

Табиғи газ да, ілеспе газ да — бағалы химиялык. шикізаттар. Олардан қанықпаған көмірсутектерді алады, сондай-ак пластмассалар, көксағыздар, резеңке, химиялык. талшықтар, т.б. заттарды өндіреді.

Табиғи газдың 90%-і отын ретінде қолданылады. Оның баска отындардан біраз артықшылықтары бар: жану жылуы жоғары, жанған кезде күл қалмайды, яғни экологиялык тұрғыдан таза және кұбырлармен тасымалданады. Оны өндірістік пештерде (домна, мартен, т.б.), энергетикалық қондырғыларда, автокөліктерде, сондай-ак үй тұрмысында да қолданады.

Қазакстанда табиғи газ бен мүнайға ілеспе газдардың негізгі қоры Батыс Қазақстанда шоғырланған (Құмкөл, Маңғыстау, Каспий өңірі). Табиғи газ да, мұнайға ілеспе газ да құрамы жағынан көмірсутектерден ғана құралған.

Ал тас көмірдің химиялык құрамы күрделірек. Тас көмірді құрайтын негізгі органикалык, масса өр түрлі жоғары молекулалы косылыстар болғанымен, кұрамында одан басқа да күл, күкірт, азот, су болады. Тас көмірдін. ішіндегі ең бағалысы (жоғары сапалысы) — антрацит. Тас көмірді өңдеу арқылы кокс газын, кокс, аммиак суын, тас көмір шайырын алады.

Кокстеу дегеніміз — тас көмірді ауа қатыстырмай жоғары температурада (і = 1000°С) кыздыру. Кокс газы — бағалы шикізат әрі отын.

Кокс таза көміртектен тұрады. Ол металлургия пештерінде әрі отын, өрі тотықсыздандырғыш қызметін аткарады. Тас көмір шайырынан бензол мен оның гомологтары алынады. Сонымен қатар өндірумен және өндеумен байланысты болатын экологиялық проблемалары да баршылык. Себебі жылу электр станциялары кұбырларынан жыл сайын миллиондаған тонна күл, күкірт, азот оксидтерімен қатар ауыр металдардың (ванадий, никелъ, уран) қосылыстары да атмосфераға шығып жатады. Сондықтан қатты отындарды кешенді пайдалану, газдандыру процесін көбейту қолға алынуда.

Табиғи көмірсутектердің ішіндегі ең маңызды қосылыс — мұнай.

Мұнай — қара қоңыр түсті, өзіне төн иісі бар, май тәрізді сұйыктык. Суда ерімейді. Ол табиғи сұйық көмірсутектердің қоспасы болып есептеледі. Мұнайдың құрамында, негізінен, қаныкқан көмірсутектер, циклопарафиндер, ароматты көмірсутектер, минералды тұздар, металдар, су, т.б. коспалар болады. Мұнайдан алынатын өнімдерді екі топқа бөледі.

1. Ашык түсті мұнай өнімдері. Оған бензин, лигроин, керосин, газоиль жатады.

2. Қара түсті мұнай өнімі — мазут. Мазут жоғары молекулалы көмірсутектердің қоспасы. Сондықтан оны одан әрі өңдеу арқылы қажетті мұнай өнімдерін алуға қолданады.

Мұнайды өңдеу оның кұрамындағы көмірсутектердін кайнау температураларына сөйкес булануына негізделген.

Мұнайды өңдеуге арналган кондырғы екі бөліктен түрады


1. Түтікті пеш— мұнда мұнай 450°-500°С температураға дейін қыздырылады.

2. Ректификациялық колонна — мұнай өнімдері өздерінің қайнау температураларына сөйкес фракцияларға бөлініп жиналатын кондырғы.

Мұнайды өңдеп, ашық түсті өнімдерін алатын қондырғы атмосфералық қондырғы деп аталады. Бірақ мұнай өнімдеріне деген сұраныстың артуына байланысты тек айдау аркылы алынған жанармайлар жетіспейді. Мазуттың құрамы ірі молекулалы көмірсутектерден тұратын болғандықтан, оны жоғары темлературада вакуумдык кондырғыда өңдейді. Қысымның және жоғары температураның өсерінен көмірсутектердің үлкен молекулалары бөлшектенеді. Бұл процесті крекингілеу (ағылшынша «крекинг» — бөлшектеу деген мағынаны білдіреді) деп атайды:

немесе


Сөйтіп, құрамында кіші молекулалы көмірсутектері бар крекинг бензин алынады. Өршіткілер қолдану аркылы алынатын бензиннің сапасы жақсарып отырады. Жалпы крекингті екіге бөледі.

1. Термиялық крекинг тек жоғары темітература мен қысым аркылы алынады.

2. Катализдік крекингте айтылғандарға қосымша өршіткі колданылады. Егер жоғары сапалы бензин алу керек болса, жоғары сапалы өршіткілер колданылады. Мысалы, платина , палладийі сияқты асыл металдарды колданса, ароматты көмірсутектері мол, сапалы бензин алынады. Бұл процесті риформинг деп атайды.

Бензиннің сапасы октан (каныққан көмірсутек) санымен аныкталады. Октан саны дегеніміз — бензиннің қүрамында болатын изооктанның мөлшері. Соған байланысты, бензиннің АИ—95, АИ-85, А-76, т.б. түрлерін ажыратады. Осы цифрлар бензиндегі изооктанның проценттік үлесін көрсетеді. Егер октан саны төмен болса, бензин сапасыз болады. Ондай бензин іштен жану козғалтқыштарында копарылыс беріп жанады. Бұл кұбылысты детонация деп атайды.

Мұнайдан тек жанармайлар ғана емес, химияльщ өнеркәсіпке кажетті көмірсутектерді де бөліи алады. Ал оларды өңдеу аркылы халықтың түрмысына қажетті заттар: пластмассалар, талшықтар, көксағыз, резеңке, бояулар, дәрі-дәрмектер, еріткіштер, қопарғыш заттар, т.б. өндіріледі, мұнайдың бай қоры бар, яғни еліміз энергия ресурстары қоры жөнінен дүниежүзілік рынокта белгілі. Көмірсутектерді өндіру казіргі кезде 200-ден астам кен орындарында жүргізілуде. Мұнайды өндіру жөнінен еліміз жыл сайын алға басып келеді. Маңызды кен орындары: Теңіз, Қарашығанақ, Жетібай, Өзен, Қаламқас, Қаражамбас, т.б.

Мұнайды өндіру, өңдеу және өнімдерін пайдалануды әңгіме ете отырып, қоршаған ортаны қорғау мөселесін экологиялық проблемалардан бөле қарауға болмайды. Ауаның, жердің, судың ластануына, өсімдіктер мен жануарлар әлемінің зардап шегуіне бірден-бір кері әсерін тигізіп отырған — осы мұнай өнімдері. Алматы каласының өзінде-ақ кәсіпорындар жөне көліктер жылына ауаға 20—30 мың тоннадай зиянды заттарды шығарады екен. Сондыктан экологияны сауықтыруды үнемі басты назарда ұстау кажет.


Лекция 26

Органикалық синтездің шикізаты

Жоспары:

1.Синтездік материалдар өндірісінің негізгі шикізаттары

2. Этанол синтезі :физико –химиялық, процестің оптимальды жағдайлары
Лекция мәтіні:
Өзімізге таныс полимерлерге назар аударайык. Полиэтилен өндіру үшін этилен кажет; полихлорвинил ацетиленнен жөне этиленнен алынады, полистирол алу үшін бензол, этилен және т.б., фенолформальдегид пластмассалары өндірісіне фенол мен формальдегид,

Хош иісті заттар жасау үшін негізгі зат ретінде бензол, каучук алу үшін бутан, изопентан, т.б. керек.Кіші молекулалы заттар қайдан алынады? Полимерлер өндіруге кажет этилен мұнайды өңдегенде жөне көмірді кокстегенде түзілетін газдардан, ацетилен кальций карбидінен және табиғи газдардан, метаннан алынады; формальдегидті де метанды тотықтырып алуға болады; бензол мен фенол мұнай мен тас көмірден, бутан мен изопентан мұнайға серік газдардан және мұнайды өңдегенде пайда болатын газдардан алынады, т.б.

Егер басқа полимерлердің қандай заттардан синтезделіп алынатындығын қарастырсак, синтездік материалдар өндірісінің негізгі шикізаттары — табиғи және мұнайга серік газдар, мұнайды химиялық өңдегенде жөне тас көмірді кокстегенде шығатын өнімдер екенін, яғни шикізаттың еліміздегі қоры мол түрлері екенін көреміз.

Табиғи және мұнайға серік газдар ең арзан шикізат коры болып табылады. Алайда соңғы уақытқа дейін бұл заттар химиялык тәсілмен өңдеу максатына толық пайдаланылмай келді. Табиғи газдар мен мұнайға серік газдар негізіндегі химиялык синтезді дамытуға осы уақытта көп назар аударылатын болды.

Синтездік материалдар өндірісін химиялық өнеркөсіп мономерлермен, қышкылдармен, сілтілермен, хлормен, пластификаторлармен, катализаторлармен, инициаторлармен, т.б. камтамасыз етуі тиіс. Машина жасау өнеркөсібі және өнеркәсіптің баска да салалары әр алуан аппараттар, машиналар, бақылау-өлшеуіш аспаптар, т.б.

жасап беруі керек.

Синтездік материалдар өнеркәсібі өндірістің баска салаларының даму дәрежесше белгілі бір шамада тәуелді бола отырып, өз тарапынан ол салалардың өнімдеріне белгілі талаптар койып және оларды синтездік жаңа материалдармен жабдықтап, өндірістің бүл салаларының дамуына өсер етеді.

Казақстанда полимерлік материалдар шығаратын кәсіпорындар қатарына Қостанай жасанды талшық зауыты, Қарағандыдағы "Карбид" өндірістік бірлестігі, Теміртау синтездік каучук зауыттары (каучуктың әр алуан түрлерін шығарады), т.б. жатады. Атырауда ірі химиялык өндіріс (полиэтилен, полипропилен өндіретін) 2010 жылға дейінгі мерзімде іске қосылмак.


ал сусыз спиртті абсолютті спирт дейді. Сусыз спиртті су тартқыш заттар (СаО, СиSО4) косып кайнатып алады. Этил спиртін өр түрлі жолдармен алады. Соның бірі — глюкозадан (жүзім қанты) ашытқы катысында мына жалпы реакция бойынша алады:
С6Н12О6 →2Н5ОН + 2СО2
Мұндай жолмен алынған спирт таза болады, тамақ өнеркәсібінде және медицинада пайдаланылады. Целлюлозаны гидролиздеп алын-ған спиртті гидролиз спирті деп атайды:

( С6Н10О5)п 2Н5ОН + 2СО2



2

Бүл өдіс өте тиімді, себебі тамақ, өнімдері, картоп, бидай пайдаланбайды. Бірак, гидролиз спиртінде басқа косымша өнімдер болады, соның бірі — метанол, сондыктан мұндай спирт көбіне техникада қолданылады, тамақ өнімдері үшін пайдалануға болмайды.

Синтездік жолмен этил спиртін этиленді гидратациялап алады.

Этанол дөрі-дөрмек жасауда, зарарсыздандырғыш зат ретінде медицинада пайдаланылады. Этил спирті химия өндірісінде сірке қышқылын, бояу, синтездік каучук, диэтил эфирін жөне т.б. заттар алуда қолданылады



Лекция 27

Синтетикалық каучук өндірісі

Жоспары:

1.Табиғи каучук .Синтездік каучук. Бутадиенді каучук.


2.Каталитикалық дегидрлеумен бутан және изопентаннан бутадиен және изопренді өндіру

3.Каучукты вулканизациялау



Лекция мәтіні:
Каучук өндіру, табиғи болсын, синтетикалық болсын, қазіргі адамзаттың тұрмысы үшін ең қажетті бұйымдар жасауда ең бір алғашқы кезекте тұратын мәселе болып табылады. Біздің қазіргі заманғы қоғамымыздың тіршілігін каучуксіз, резеңкесіз, олардан өндірілетін өнімдерсіз көзге елестету мүмкін емес.

Табиғи каучук – полимер, оның макромолекулалары диенді көмірсутек - изопрен мономерлерінен тұрады. Диенді көмірсутектер бір – бірімен полимер түзіп тізбектеле қосылғанда, оларда бір қос байланыс байланысқа түспей бос қалып қояды, бұл қос байланыс басқа макромолекуламен байланысады

Каучук — майысқақ созылғыш, серпімді, тозуға төзімді эластикалық материал. Негізінен, резеңке алу және резеңке бұйымдарын жасау үшін қолданылады. Табигатта кептеген өсімдіктердің, Қазакстанда таусағыз, көксағыз деген өсімдіктердің кұрамында кез-деседі. Бразилияда есетін Гевея ағашының шырынының күрамында 30% каучук (као чоу — агаштың көз жасы) бар.

Каучуктың практикалық маңыздылығы — оның жоғары серпімді, эластикалык қасиетінде. Каучук автомобиль, ұшак, велосипед доңға-лактарын, резеңке аяқкиім, электр сымдарын окшаулайтын материал, көптеген медициналық бұйымдар жасауға колданылатын болған-дыктан, маңызы әте зор. Техниканың дамуына байланысты каучукка деген сүраныс дүние жүзінде жылына, шамамен, 2500000 т-ға жетіп отыр.

Табиғи каучуктың коры шектеулі болғандықтан, ғалымдар алдында аса майысқақ синтездік материалдар жасау қажеттігі туындады. Көп жылғы кажырлы еңбектен кейін орыс химигі, академик С. В. Лебедев каучукты синтездік жолмен алу әдісін тапты. 1932 жылдан бастап синтездік жолмен каучук өндіріле бастады. Ол, ең алдымен, бутадиенді пайдаланды. Бутадиен алу үшін шикізат ретінде этил спирті жұмсалды. Ал этил спиртін астық пен картоптан алады:

Бутадиенді каучуктың қасиеті табиғи каучуктан нашар болды. Өйткені табиғи каучук — изопренді каучук (2-метилбутадиен-1,3):


пСН2 = С(СН3)-СН = СН2 (-СН2-С(СН3) = СН—СН2-)п
Кейіннен синтезделген изопренді каучук табиғи каучуктан майысқақтығы жөнінен төмен болды. Мәселе оның стереоқұрылысында болып шыкты. Сөйтіл, құрылысы табиғи каучукқа ұқсас цис-изопренді каучук синтезделді:

Құрылыстары стереотұрақты изопренді жөне дивинилді каучуктар өндіру — органикалык синтез өнеркәсібі табыстарының айқын көріністерішң бірі. Қазіргі кезде каучукты синтездеуге мұнай газдары мен мұнайдың өңделген өнімдерінде болатын көмірсутектер пайдаланылады. Бутан мен 2-метилбутанды дегидрлеп, бутадиен-1,3 пен 2-метил бутадиен-1,3 алады:

Температураның, еріткіштердің жөне әр түрлі химиялық реагенттердің өсеріне түракты болу үшін каучукты вулканизация-лайды. Вулканизация дегеніміз—каучук пен күкіртті косып кыздырған кезде жүретін, қос байланыстар тұсынан каучук молекулаларының дисульфид S—S көпіршелері арқылы үш өлшемге келіп тігілуі:

Вулканизациялауға тек күкірт қана емес, күкірттің қосылыстарын, күйені, борды, т.б. заттарды косады. Вулканизация процесін 1839 жылы Генкокок пен Гудьир ашты. Осы күрделі физикалык-химиялык процесс кезінде каучуктың физикалық-химиялық касиеттері күрт өзгереді. Каучуктың серпімділігі, беріктігі, эластикалығы, температураға және еріткіштерге тұрақтылығы артады. Осылайша алынған өнім резеңке деп аталады. Ол өзінің бастапкы ұзындығынан екі есеге дейін ұзара алады және қайта қалпына келеді.

Егер күкірт мөлшері көп болса (бүкіл массаның 45%-і), онда майыспайтын қатты эбонит деп аталатын зат алынады. Ол электр тогын өткізбейтін зат.

Іс жүзінде колданылатын каучуктар, негізінен, мына мономерлерден алынады: бутадиеннен (дивинил), изопреннен, хлорпреннен, олефиндерден, этилен-пропиленнен және изобутиленнен.

Соңғы жылдары диен кемірсутектерінің баска каныкпаған қосылыстармен біріге полимерленуінен алынатын сополимерлі каучуктар (мысалы, бутадиеннің (дивинилдің) стиролмен, акрил-нитрилмен) кең қолданыла бастады:

... СН,—СН=СН—СН—СН,—СНп—

дивинилден

стиролдан

СН2-СН-СН2-СН=СН-СҚ

акрилнитрилден

Қолданылатын максатына байланысты каучуктың өр түрін алу үшін ер түрлі мономерлер пайдаланылады. Мысалы, доңғалак шиналарын жасауға жүмсалатын каучук алу үшін бутадиенді стиролмен бірлестіріп полимерлейді. Бензин мен майдың әсеріне төзімді каучук алу үшін акрилонитрилмен бірге полимерлейді. Химиялык жағынан төзімді бутилкаучук алу үшін изобутиленді бутадиенмен немесе изопренмен бірлестіріп полимерлейді.

Қазіргі кезде өнеркөсіп баска да бірқатар синтездік каучук шығарады. Олардың бірі — механикалық түрғыдан аса берік болса, екіншісі— химиялык өте тұрақтылығымен, үшіншісі — еріткіштердің әсеріне ерекше төзімділігімен және т.б. сипатталады. Олар өздерінін касиеттеріне қарай әр түрлі қажеттіліктерге пайдаланылады


Лекция 28

Сірке қышқылын ацетиленнен өндіру

Жоспары:
1 .Ацетиленнің өндірісте алыну жолдары.

2.Формальдегид өндіру.

3. Сірке қышқылын ацетиленнен өндіру

Лекция мәтіні:
Қазіргі уақытта ацетилен өнеркәсіпте кальций карбидінен және көмірсутекті шикізатты пиролиздеу,негізінен табиғи газды пиролиздеу аркылы алынады.Кальций карбидін ізбес шихтасын және коксты электротермиялық пештерде 1700-1800° С температураға дейін қыздыру арқылы алады.

СаО +ЗС ―>СаС2 + СО -465 кДж

Кальций карбиді сумен әрекеттескенде ацетилен және кальций гидроксиді түзіледі

СаС2 +2Н2О ―> С2 Н2+Са(ОН)2+130кДж

Бұл әдістің бірнеше кемшіліктері бар :

1)Көп мөлшердегі энергия шығыны (1 тонна ацетилен алуға 10-11 мың кВт .сағ, электроэнергия жұмсалады)

2)Аппаратураның үлкендігі,көп орын алуы.

3 )Пайдалануға жарамсыз қалдықтардың көп болуы

Сондықтан ацетиленді өнеркәсіпте өндірудің негізгі әдісі көмірсутекті шикізатты пиролиздеу болып отыр. Ацетиленді метаннан және оның гомологтарынан ауа қатыстырмай қыздыру арқылы алу процессін келесідей тендікпен өрнектесе болады.

2СН4 ―> С2 Н2 + ЗН2 -376 кДж С2Н6 -> С2 Н2 + 2 Н2 -330 кДж

Негізгі процеспен қатар бастапқы шикізат күйе мен сутекке ыдырайтын қосымша реакциялар да жүреді.

СН4 ―> С + 2Н2 -88 кДж НОСН-> 2С + Н2 + 229 кДж

Ацетиленнің шығымы температура көтерілгенде жэне қысым төмендегенде артады. Ацетиленнің 0,1 МПа қысымдағы теңгерілген шығымы мынадай:

Т,К° 500 1000 1200 1400 1800 2200

С2Н2 0,1 1,53 11,8 46,2 96,54 99,68
1500° С температурада метан практика жүзіңде толық ацетиленге айналады сонымен қатар баяулау жылдамдықта ацетиленнің көміртек пен сутекке ыдырауы жүреді. Сондықтан ацетиленнің максималды шығымы болуы және қосымша реакцияларды басу үшін газдардың жоғары көлемдік жылдамдықтары қажет,яғни шикізат жоғары температуралық аймақта секундтың мыңнан бір бөлігіндей уақыт қана болып ,одан соң өнімдер тез суытылады. Мұндай « шынықтыру» арқасында түзілген ацетиленнің ыдырауы тоқтайды.

Газ қоспасына жылуды әкелу жолдарына қарай пиролиз әдістері үшке бөлінеді

1) Электр доғасының көмегі арқылы -электрокрекинг.

2)Тура немесе регенерациялық қыздыру арқылы -термокрекинг.

3)Шикізаттың бір бөлігін жандыру арқылы-термототығу пиролизі.

Формальдегид өндіру.

Формальдегид -органикалық синтез және пластмасса өнеркәсібі үшін бағалы шикізат,оның синтезі химия өнеркәсібіндегі көп тоннажды өндірістің бірі болып табылады. Өнеркәсіпте формальдегид өндірудің екі әдісі пайдаланылады:

А) Табиғи газдың тотығуы

Б) Метанолды тотықтыра дегидрлеу

Метанолды тотықтыра дегидрлеу - формальдегид өндірудің негізгі әдісі .Бұл кезде бір мезгілде эндотермиялық дегидрлеу және экзотермиялық тотығу процестері жүреді.

СН3ОН ―> НСНО + Н2 -85 кДж

СН3ОН +0,5 О2-> НСНО + Н2О +156 кДж

Бірінші реакция бойынша 45% ,ал екінші реакция бойынша 55% ,метанол конверсияланғанда , формальдегид өндіру процесін адиабатикалық реакторда жылу алмасу беттерінсіз жүргізуге болады.Мұндай жағдайлар бу -ауа қоспасы 45 % метанолдан тұрған кезде болады.Негізгі реакциядан басқа қосымша реакциялар да жүреді.

Метанолды тотықтыра дегидрлеуді оттек жеткіліксіз жағдайда жүргізгендіктен терең тотығу жүрмейді. Катализатор ретінде күміс немесе мыс қолданылады.

Сірке қышқылын ацетиленнен өндіру

Сірке қышқылын ацетальдегидті марганец ацетаты катализатор ретінде ауа оттегісімен қатысында тотықтыру арқылы алады.Процесс бірінен кейін бірі келетін үш кезеңнен түрады:

Ацетилен алу

Ацетиленді Кучеров әдісі бойынша гидратациялау

Ацетальдегидті сірке қышқылына дейін тотықтыру

СаС2 ―>С2Н2 ―> СНзСНО ―> СН3СООН

Ацетиленді ацетальдегидке дейін гидраттауды сұйық фазада сынап (II) сульфаты катализатор ретінде қатысында 70°С-де жүргізеді.

С2Н2 + Н2О ―> СНзСНО

Мұндай жағдайларда 20,8°С-де қайнайтын ацетальдегид реакциялық Т к

Кеңістікте хшшаладъі. Тидратациялау кезшде непзті реакциямен қатар қосымша реакция сынап (II) сульфатының ацетальдегидпен металл сынапқа дейін тотықсыздануы жүреді.

СНзСНО + Н2 S042О Н S + Н2 S О4 + СН3СООН

Ацетальдегидті сірке қышқылына дейін калий перманганаты ерітіндісінде ауа оттегісімен тотықтырады.

СН3СНО + 0,5 О2 ―>СНзСООН

Бұл кезде сонымен бірге қосымша ацетальдегидтің калий перманганатымен марганец (IV) оксиді түзіле жүретін тотығуы жүреді

3 СН3СНО +КМпО4 -> СНзСООН + СНзСООК +2 МпО2+ Н2О

Жэне марганец ацетаты түзіле жүретін тотығуы жүреді

5 СН3СНО + 2 КМпО4 -> 2(СН3СОО)2Мп + СН3СООК + КОН+2 Н2О

Лекция29

Жоғарғы молекулалық қосылыстардың халық шаруашылығындағы маңызы.
Жоспары:
1.Полимерлер туралы жалпы ұғымдар

2.Полимерлерді алу әдістері.

3. Жоғарғы молекулалық қосылыстардың жалпы қасиеті.

4. табиғи жасанды және синтетикалық жоғарғы молекулалық қосылыстар. Целлюлоза және қағаз өндіру.

5.Полимерлік материалдарды талшықтарға өңдеу

Лекция мәтіні:
Жоғары молекулалы қосылыстар немесе полимерлер деп молекулалары жүздеген немесе мыңдаған көміртегі атомдарынан, соған сәйкес молекулалық массалары мыңдаған, тіпті миллиондаған массаның атомдық бірлігіне тең болатын және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар қосылыстарды атайды. Полимерлердің атомдары бір-бірімен химиялық байланыс арқылы қосылады.

Полимерлер табиғи және синтетикалық болып бөлінеді. Полимерлер табиғатта кеңінен таралған. Өсімдік және жануарлар ағзаларының құрамына жоғары молекулары қосылыстар: целлюлоза,ақуыз,крахмал,нуклеин қышқылдары кіреді.

Синтетикалық полимерлерге мономерлерден жасанды жолмен алынатын полиамидтер,полиэтилен,полистирол,синтетикалық талшықтар және т.б. жатады.

Ең қарапайым органикалық полимер полиэтилен, ол этиленнің полимеризациялауынан түзіледі.


H2O = CH2 + H2C= CH2 CH3 – CH2 – CH = CH2

этилен бутилен


Бастапқы зат этилен – мономер деп, ал түзілген бутилен димер деп аталады. Егер

мономердің п молекуласы қосылса, полимер түзіледі. (поли-көп деген сөз)


n H2C= CH2 [-CH2 – CH2-]n

Маномерлердің негізгі бөлігінен тұратын топтар буындар деп, ал буындардан құралған молекула – макромолекула деп аталады.

Макромолекуланың құрамына кіретін буындар саны жоғары молекулалық қосылыстардың полимерлену дәрежесін көрсетеді, оны үлкен Р әрпімен белгілейді. Полимерлену дәрежесі (Р) жоғары молекулалық қосылыстың массасы мен (Мн) мынадай қатынаста болады.

Р=Мн/m

Мұнда m буынның молекулалық массасы.

Химиялық табиғатына байланысты полимерлер органикалық, бейорганикалық және элемент органикалық болып бөлінеді.

Полимерлерді әдетте полимеризация және поликондинсация реакцияларының негізінде алады.

Полимеризаціия деп төмен молекулалы заттардың қосылып, жоғары молекулалық қосылыстарды түзу реакциясын атайды.

Полимеризация реакциясы жалпы түрде былай жазылады:

nM (- М-) n

Реакция нәтижесінде қосалқы заттар бөлінбейді, ал алынған полимердің құрамы мономерге сәйкес келеді.

Полимеризация реакциясына маномер ретінде қос немесе үш байланысты қосылыстар




С = C , - C C - , -C N - , C = O , C = N -


немесе циклді тобы бар қосылыстар:

С = C , C C қолданылады.






О N


Полимеризация процессі кезінде мономерлерде қос байланыстар үзіліп немесе циклдер ашылып, топтар арасында химиялық байланыстардың пайда болуынан макромолекулалар түзіледі.

Поликонденсация деп қосымша заттар бөле жүретін төмен молекулалық қосылыстардан жоғары молекулалы қосылыстардың түзілу реакциясын айтады.

Поликонденсация әдісі бойынша полимер алу үшін әртүрлі химиялық реакциялар қолданылады. Олар: этерификациялау, амидтеу, ароматикалық орын басу және т.б.

Поликонденсация екі функционалдық топтардың әрекеттесуімен жүреді. Жалпы түрдегі теңдеуі:

п( а-А-а)+п(б-Б-б) а-[-АБ-]п – b + (2п -1)аb

Мұндағы: а – А – а, b – B – b - бастапқы маномерлер а және b функционалдық топтар а b - бөлінетін қосымша зат.

Поликонденсация реакциясына балқымада, ерітіндіде немесе екі фазаның бөліну шекарасында жүргізіледі, Мысалы пиперазин мен терефтал қышқылының дихлорангидридінің әрекеттесуінен полиамид алынады.






n H – N N – H + n ClOC COCl




H - - N N – CO - - CO - -+(n –1) NCl
Мұндағы НСІ – қосымша зат. Бұл әдіс арқылы массалары жоғары полимерлер алынады. Поликонденсация реакциясында тізбек біртіндеп өседі. Алғашында бастапқы маномерлер бір-бірімен, содан кейін түзілген қосылыстар жеке-жеке сол маномерлердің молекулаларымен әрекеттесіп, нәтижесінде жоғары молекулалық қосылыс түзіледі.

Мысалы: Фенол – формальдегид шайырларының негізінде алынатын пластмассалар сатылы поликонденсация реакциясы арқылы синтезделінеді.

жатады. Электрлік қасиеттеріне карай полимерлер барлық денелер сияқты диэлектриктер, жартылай өткізгіштер жөне электр өткізгіштер болып бөлінеді.

Көптеген полюсті жөне полюссіз полимерлер диэлектриктерге жатады. Диэлектриктерге өте ұсакталған электр өткізгіш толтырғыштар (техникалық көміртек-графит, ұсақталған металдар) енгізілсе, электр өткізгіш материалдар алынады.

Жартылай өткізгіштерге косарланған байланысы бар және заряд тасымалы бар кешенді жүйелер жатады.

Полимерлердің электрлік қасиеттеріне электр өткізгіштік, электрлік беріктілік, диэлектрлік шығын, диэлектрлік өтімділік, электрреттік эффект, термополюссіздену жатады. Осындай касиет-теріне байланысты полимер материалдар техниканың маңызды салаларында колданылады.

Полимерлердің жылу өткізгіштігі нашар. Жылуөткізгіштік дегеніміз — жылудың полимердің жылырақ бөлігінен суығырақ жеріне тасымалдануынан температураның теңесу процесі.

Полимерлердін колдану аясын кеңейте түсуге мүмкіндік беретін қасиеттерінің катарына жеңілдігін, химиялық тұрақтылығын, әсемдігін және т.б. жатқызуға болады.

Қазіргі кезеңде жобаланған қасиеттері бар синтездік полимер материалдар алу үшін ғылыми негізделген өңдеу тәсілдері кажет, яғни полимерлердің беріктігін арттыратын, морттығын төмендететін, созылғыштығын жоғарылататын молекуланың колайлы кұрылымын қалыптастыру тәсілдері қажет. Полимерлердің кызмет ету мерзімін арттыру үшін оларға жылу төзімділігін, динамикалык беріктігін жөне т.б. негізгі касиеттерін арттыратын арнайы қоспалар қосады.

Полимерлердің маңызы зор. Сондыктан оларды өндіру мен тиімді пайдалану — халык шаруашылығын дамытудағы негізгі бағыттардың бірі.

Құрылым буындары бірдей, бірақ ұзындықтары әр түрлі (яғни, полимерлену дәрежесі әр түрлі) макромолекулалар полимергомологтар деп аталады.

Полимергомологтар қоспасындағы жеке полимердің таралу мелшері полидисперстік дәрежесі деп аталады.

ЖМҚ екі түрлі — қатты және сұйық күйде болады.

Полимерлердің қасиеттері тұрақты болмайды, дегенмен маңызды сипаттаушы қасиеттеріне орташа молекулалык массасы, температураға әсері, беріктігі, еріткіштерге әсері, электрөткізгіштігі, т.б. жатады.

.
Лекция30

Пластмассалар және олардың түрлері

Жоспары:
1.Пластмассалар және оларды жасауға колданылатын жоғары молекулалы шайырлар

2. Термопластикалық шайырлар .Термореактивті шайырлар.

3. Пластмассаларды шикізаттардан өндіру
Лекция мәтіні:
Пластмассалар— иілгіштік қасиеті бар, сондықтан белгілі бір жағдайларда тиісті пішінге келтіруге болатын, жоғары молекулалы органикалық заттар негізінде жасалатын материалдар. Иілгіштік қасиет — дененің сырткы күш әсерінен пішінін өзгертіп, ол әсер тоқталғаннан кейін де сол өзгерген пішінін сақтап калу касиеті. Иілгіштік касиет пластмассалардан баска заттарда да болады. Мысалы, саздың иілгіштік касиеті оны түрлі пішінге келтіріп, бұйымдар (қыш ыдыстар, т.б.) жасауға мүмкіндік береді. Сондай-ак ермексазды (пластилинді) осындай иілгіштік ңасиетіне байланысты өр түрлі мүсіндер жасауға пайдаланады.

Пластмассалар жасауға колданылатын жоғары молекулалы заттар көбінесе шайырлар деп аталады. Пластмассалар кейде тек шайырдан ғана жасалады, басқаша айтканда, жоғары молекулалы заттың өзінен ғана кұралады. Мысалы, полиэтилен тек этиленнің полимерлену өнімінен түрады. Көп жағдайда пластмассалардың күрамы күрделі болады.

Қазіргі кезде бір-бірінен күрамындағы толықтыргыштарга, пластификаторларда, пцрақтандырғыштарга (стабилизаторлар) жөне басқа қурауыштарына, ең алдымен, байланыстырушы ретінде қай полимер қолданылатынына қарай пластмассалардың әр түрлі сорттары мен түрлері шығарылады.

Пластмассалардың кұрамына кіретін заттарға байланысты қасиеттері де алуан түрлі болады. Мысалы, ағаш ұнтағы, мата, асбест, т.б. пластмассалардың механикалық беріктігін . арттырады. Егер өте жай кебетін органикалық сұйық заттар қосса, иілгіштігін арттырып, морттығын жояды, бояғыштар тиісті рең береді.

Б асқа полимерлер сиякты пластмассаларды да екі типке бөледі: стикалың, оларды термопластар деп атайды және термо реактивті, яғни реактопластар. Бүлай бөлу, негізінен, пластмассадағы Ньістьірушы полимерге катысты аныкталады. Термопластикалық шайырлар кыздырғанда жұмсарып, иілгіш болады да, суытса — қайта қатайып, өздерінің алғашқы касиеттерін сақтап қалады. Ондай шайырлардан бұйымдар жасау үшін өуелі иілгіш күйіне дейін қыздырып, соңынан пішін беріп, суытып, бірнеше рет пайдалануға болады. Термопластикалық шайырлар катарына полиәтилен жөне полихлорвинил сиякты сызыктык күрылымды полимерлер жатады.

Термореактивті шайырлар термопластикалық шайырларға керісінше кыздырғанда, иілгіштік касиетінен айырылады, балқы-майтын және ерімейтін күйге түседі. Себебі қыздырған кезде сызықты молекулалардан кеңістіктік күрылымды молекулалар түзіледі. Термореактивті шайырлар қатарына, мысалы, фенолформальдегид шайыры жатады. Мұндай материалды жаңа бүйым жасау үшін қайта өңдеуге болмайды, өйткені ол кеңістіктік кұрылым түзеді, ал бұл кұрылым қажетті иілгіштік касиетін жояды.

Пластмассалар өндіру ауқымы жағынан полимер материалдары арасында бірінші орын алады. Олардың механикалық беріктігі жоғары, тығыздығы аз, химиялык төзімді, жылу және электрокшаулағыштығы жақсы, т.б. қасиеттері болады.

Пластмассаларды тиімді шикізаттардан өндіреді. Олар механи-калык өңдеулерге онай беріліп, одан түрлі бүйымдар жасалады. Мүның бөрі оларды өндірістің барлык. салаларында жөне ауыл шаруашылығында, техникада жөне күнделікті түрмыста кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді.

Бір ғана полимердің негізінде өр түрлі материалдар алуға болады. Мысалы, каучук кебіне эластомерлі материалдар алуға қолданылады. Сонымен катар кейде талшыкты қабыршақты материалдар алуға немесе бүйымдар бетін қаптауға да колданылады. Ал кәдімгі пластик — эбонитті күрамында 30—50% күкірт және каучук бар коспаны термоөңдеу аркылы алады.

Пластмассаларды негізгі колданылу саласына байланысты бес топқа бөліп карауға болады: конструкциялық, электпр- және радио-техникалық, антикоррозиялық және бцлдіргішорталарға тұрақты, дыбыс және жылуоқшаулағыштар.

Әр алуан материалдардың жақсы касиеттері пластмассаларда табылады. Сондыктан техникалык көптеген мәселелерді шешкенде пластмассалар ең керекті, тіпті баламасы жоқ материал боп саналады. Мысалы, болатты алатын болсак, ол өте берік, меншікті салмағы ауыр, мөлдір емес, электрден корғай алмайды. Ағашты алсак, ол жеңіл, бірак берік емес және шіритін материал, пластмассалар осы күрделі талаптардың барлығын өтей алады. Олардың арасынан берік те жеңіл, мөлдір және сынбайтын, электр корғағыштык касиеттері жоғары және басқа да сапалы қасиеттері бар түрлері кездеседі. Мысалы, химиялык, төзімділігі алтын мен платинадан жоғары, үйкеліс коэффициенті өте төмен не жоғары, т.б. материалдар да бар.

Алуан түрлі қасиеттері бар пластмассалар жасау мүмкіншілігі зор, өйткені оларды алуға болатын мономерлер түрлері де шексіз. Оның үстіне, әр түрлі қосымша кұрауыштар араластырып, пластмассалар касиетін өзгертуге болатынын жоғарыда білдік. Мысалы, өте жеңіл пластмассалар — пенопластар кұрамына газ түзе (азот, көмірқышкыл газы) айырылатын заттарды қосып қыздыру арқылы алынады. Бөлінген газ жұмсарған пластмассаны үрлеп кеуектендіреді. Ондай пластмассалар — болаттан 100 есе жеңіл және жылу мен дыбыс өткізбейтін тамаша материалдар. Олардан суға батып кетуден сактайтын кұралдар, жеңіл жиһаздар, дыбыс пен жылу өткізбейтін материалдар, тұрғын үй қабырғаларын жасайды. Сонымен катар ұшак, вагон жасау өндірісінде де колданылады Толықтырғыш ретінде графитті жөне кейбір басқа да материалдарды пайдалану жылу ауыстыру аппаратурасын жасауға керекті жылу өткізгіш пластмассаларды дайындауға мүмкіндік берді.

Толықтырғыш ретінде шыныталшықтар колданылған пластмассалар өте берік болады. Оларды күш түсетін конструкцияларды жасау үшін пайдаланады. Мысалы, автомобильдер мен автобустардың, катерлердің қораптарын, ұшақтар мен зымырандар жасауда да пайдаланады.

Жоғары сапалы штамптар жасауға болатын пластмассалар алынды. Сондай-ак пластмассалар медицинада тіс протездерін, сыныктарға протездер жасауда колданылады. Пластмассалардың тіпті қан тамырлары мен өңешті алмастыратындары да болады. Хирур-гаялык күрделі операцияларда тігу үшін колданылатын материалдар ешбір із қалдырмай организмге тарап, сіңіп кетеді.

Термопластикалық шайырлар кыздырғанда жұмсарып, иілгіш болады да, суытса — кайта қатайып, өздерінің алғашқы касиеттерін сақтап қалады. Ондай шайырлардан бұйымдар жасау үшін өуелі иілгіш күйіне дейін қыздырып, соңынан пішін беріп, суытып, бірнеше рет пайдалануға болады. Термопластикалық шайырлар катарына полиәтилен жөне полихлорвинил сиякты сызыктык күрылымды полимерлер жатады.

Термореактивті шайырлар термопластикалық шайырларға керісінше кыздырғанда, иілгіштік касиетінен айырылады, балқымайтын және ерімейтін күйге түседі. Себебі қыздырған кезде сызықты молекулалардан кеңістіктік кұрылымды молекулалар түзіледі. Термореактивті шайырлар қатарына, мысалы, фенолформальдегид шайыры жатады. Мұндай материалды жаңа бұйым жасау үшін қайта өңдеуге болмайды, өйткені ол кеңістіктік күрылым түзеді, ал бүл құрылым қажетті иілгіштік касиетін жояды.

Пластмассалар өндіру ауқымы жағынан полимер материалдары арасында бірінші орын алады. Олардың механикалық беріктігі жоғары, тығыздығы аз, химиялык төзімді, жылу және электрокшаулағыштығы жақсы, т.б. касиеттері болады.

Пластмассаларды тиімді шикізаттардан өндіреді. Олар механикалык өңдеулерге онай беріліп, одан түрлі бұйымдар жасалады. Мұның бәрі оларды өндірістің барлық. салаларында және ауыл шаруашылығында, техникада жөне күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді.

Бір ғана полимердің негізінде өр түрлі материалдар алуға болады. Мысалы, каучук кебіне эластомерлі материалдар алуға қолданылады. Сонымен катар кейде талшыкты қабыршақты материалдар алуға немесе бұйымдар бетін қаптауға да колданылады. Ал кәдімгі пластик — эбонитті кұрамында 30—50% күкірт және каучук бар коспаны термоөңдеу арқылы алады.
Қолданылған әдебиеттер тізімі

Негізгі:



  1. И.Қ.Тойбаев, Қ.А.Жұбанов «Химиялық технологияның негіздері», А, -1994 ж

  2. А.В.Белоцвесон, С.Д.Бесков «Химическая технология» М, 1976 г

  3. И.И.Мухленов, Д.А.Кузнецов, А.Я.Авербух. «Обшая химическая технология» М, 1977 г

  4. И.И.Мухленов, А.Я.Авербух. «Оющая химическая технология». М, 1984 г

  5. И.И.Мухленов, К.В.Алтухов, Е.С.Тумаркина «Химическая технология», М, 1985 г

  6. И.И.Мухленов, А.Е.Горштейн, Е.С.Тумаркина «Основы химической технологий » М, 1991г

Қосымша:

  1. И.И.Мухленов, А.Е.Горштейн, Е.С.Тумаркина «Основы химической технологии». М, 1983

  2. И.И.Мухленов, С.Е.Тумаркина, А.Я.Авербух. «Общая химическая технология» М, 1973г

Қазақстан Республикасы


Білім және ғылым министрлігі.
«Сырдария» университеті

Каталог: CDO -> Sillabus -> Bio
Bio -> Пәнінен Оқу әдістемелік кешен
Bio -> «биология» кафедрасы
Bio -> Лекция 30 сағат Практикалық (семинар) сабақтар 15 сағат Барлық сағат саны 135 сағат СӨЖ 45 сағат
Bio -> I.«Омыртқасыздар зоологиясы» пәні бойынша
Bio -> Оқу-әдістемелік кешен
Bio -> Лекциялар конспектісі Құрастырған б.ғ. к доцент С. Е. Келдібеков Жетісай-2006ж. Кіріспе Курстың мақсаты
Bio -> «Жаратылыстану» факультеті «Биология» кафедрасы. Оқу әдістемелік кешен
Bio -> «Тұрмыстық химия» пәні бойынша
Bio -> Сабақтың тақырыбы: Геоботаникалық негізгі ғылыми мектептер. Жоспары: Фитоценоз. Биоценоз Биогеоценоз
Bio -> «Химия-биология» факультеті «Биология» кафедрасы. Оқу әдістемелік кешен


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет