Базовые технологии в химической промышленности

Химическая промышленность объединяет производства, в которых преобладают химические методы переработки сырья и материалов. Сюда входят предприятия, производящие неорганические кислоты, соли, щелочи, минеральные удобрения, каучуки, смолы, пластические массы и многие другие продукты. В настоящее время трудно найти область народного хозяйства, где бы ни использовались достижения химической промышленности.

Химические материалы широко применяются в машиностроении (пластмассы, лаки, клеи, герметики, резины), сельском хозяйстве (удобрения и ядохимикаты), здравоохранении (лекарства, витамины, материалы для хирургии) и т.д.

В отрасль химической промышленности входят разнообразные предприятия, отличающиеся как технологическими процессами, так и конечными продуктами производства.

Всю химическую продукцию можно разделить на следующие классификационные группы:

1. Неорганические вещества, включающие следующие основные продукты: аммиак; неорганические кислоты (серная, азотная, соляная); содовые продукты; щелочи; минеральные удобрения и ядохимикаты; силикаты (строительная керамика, вяжущие вещества, стекло).

2. Органические вещества: продукция переработки твердых топлив; продукция переработки жидких топлив; продукция переработки газообразных топлив.

3. Продукты органического синтеза: пластические массы; химические волокна; каучук и резина; лакокрасочные материалы.

4. Химические реактивы и особо чистые вещества.

5. Медикаменты и химико-фармацевтическая продукция.

Продукция химической промышленности используется в ряде отраслей народного хозяйства как исходный материал. Поэтому качество химических продуктов должно соответствовать требованиям государственных стандартов (ГОСТов). Качество химической продукции зависит как от качества применяемого исходного сырья, так и в значительной степени от уровня технологии ее производства.

Рассмотрим технологию получения трех групп химических продуктов, нашедших наиболее широкое применение в различных областях народного хозяйства: минеральных кислот, полимерных материалов и продуктов переработки топлива.

Технология производства неорганических кислот. Наиболее применяемыми неорганическими кислотами являются серная, азотная и соляная. Из них серной принадлежит особое место. По объему производства и области применения серная кислота занимает одно из первых мест среди химической промышленности. Серная кислота используется в самых разнообразных отраслях производства. Она служит одним из главных продуктов, определяющих развитие химической промышленности, вот почему ее часто называют "хлебом химии".

В химической промышленности серную кислоту используют для производства удобрений, получения красителей, пластмасс, химических волокон, при производстве нефтепродуктов — жидких топлив, смазочных масел и др.

В металлургии серная кислота используется при выделении металлов из руд; в машиностроении - при травлении металлов; в пищевой промышленности - при получении патоки, крахмала, спирта; в текстильной — при отбеливании тканей и т.д.

По химическому составу серная кислота представляет собой соединение серного ангидрида S0₃ с водой. При этом если на один моль серного ангидрида приходится моль воды, то образуется безводная серная кислота H₂S0_4. Если соотношение SO₃ : H₂0 < 1, то образуется разбавленная серная кислота, если соотношение S0з : Н₂0 > 1, то — раствор серного ангидрида в серной кислоте, называемый олеумом. В промышленности серная кислота выпускается в виде разбавленной, концентрированной и олеума.

По внешнему виду серная кислота - это бесцветная маслоподобная жидкость с удельным весом 1,84 кг/см³ . Исходным веществом при ее получении служит сернистый ангидрид S0₂, образующийся при обжиге различных серосодержащих продуктов.

Большое значение имеет использование отходящих газов цветной металлургии, образующихся при переработке сернистых руд, в качестве исходного сырья для получения серной кислоты, что позволяет снизить ее себестоимость, а утилизация их дает возможность улучшить условия труда на металлургических заводах. Сернистый газ можно также получить из сероводорода. Последний в значительных количествах выделяется из газов нефтеперерабатывающей промышленности. Самым лучшим сырьем для производства S0₂ является элементарная сера. При ее сжигании образуется чистый концентрированный сернистый газ, не загрязненный примесями, что упрощает его очистку при производстве серной кислоты. Однако чистая сера — это слишком дорогое сырье, вследствие чего себестоимость серной кислоты, получаемой из серы, в два раза выше себестоимости H₂S0₄, получаемой из колчедана FeSO_2.

В настоящее время в промышленности серную кислоту получают двумя способами — нитрозным и контактным. В обоих случаях сущность процесса сводится к окислению сернистого газа S0₂ до серного S0з и соединению трехокиси с водой.

В обычных условиях сернистый газ кислородом воздуха не окисляется, поэтому процесс окисления осуществляется либо при помощи азота, либо в присутствии твердого катализатора. Способ окисления и определяет технологию процесса. При нитрозном способе двуокись окисляют до S0з при помощи нитрозной смеси, состоящей из окиси и двуокиси азота, взятых в соотношении 1:1. Контактный способ состоит в окислении двуокиси в присутствии твердого катализатора.

Более старым является нитрозный способ производства серной кислоты. Нитрозный способ трудно поддается автоматизации. Кроме того, получаемая кислота имеет концентрацию не более 75— 77% и загрязнена примесями. Эти недостатки привели к тому, что нитрозный способ производства серной кислоты все больше утрачивает свое значение, а преимущественное развитие получает контактный метод.

Технология контактного процесса предусматривает окисление сернистого газа в присутствии твердых катализаторов. До 20—30-х годов в качестве катализатора использовали платину. Затем она была заменена значительно более дешевым и устойчивым катализатором, изготавливаемым из пятиокиси ванадия V₂O₅.

При контактном способе производства может быть получена серная кислота практически любой концентрации и высокой степени чистоты. Такая серная кислота может быть использована в любом производстве.

Нитрозная кислота, выпускаемая по устаревшей технологии, используется при производстве сельскохозяйственных удобрений, где не требуется высокой концентрации и чистоты исходных продуктов.