Вступ
Розділ 1. Загальна характеристика
Розділ 2. Основні галузі хімічної промисловості
2.1 Виробництво хімічних речовин
2.2 Виробництво органічних речовин: виробництво мила
2.3 Виробництво сталі
2.4 Виробництво паперу
Розділ 3. Інновації та перспективи розвитку хімічної промисловості України
Висновки
Список використаної літератури
Вступ
Хімічний комплекс охоплює галузі промисловості, що виробляють сировину й конструкційні матеріали. Найважливішою галуззю в цьому комплексі є виробництво з неорганічних та органічних речовин різних хімічних сполук для інших промисловостей. Сировинна бази хімічної промисловості диференціюється залежно від природних та економічним особливостей окремих країн та регіонів. В одних районах – це вугілля, коксовий газ, в інших - нафта, сумішні нафтові гази, солі, сірчаний колчедан, газові відходи чорної та кольорової металургії, у третіх - кухонна сіль тощо. Сировинний фактор впливає на спеціалізацію окремих територіальних поєднань хімічних виробництв. Хімічне виробництво в міру вдосконалення технологічних методів може, в свою чергу, впливати на сировинну базу.
Розвиток хімічної промисловості потребує все більшого акцентування уваги на розробці та впровадженні високоефективних енерго- та ресурсозберігаючих, а також екологічно чистих технологій.
Мета роботи – дати характеристику хімічної промисловості України та її стану на даний час.
Основні завдання роботи:
1) охарактеризувати хімічну промисловість України;
2) провести аналіз основних галузей хімічної промисловості та основних виробництв;
3) розглянути основні напрямки вдосконалення та розвитку хімічної промисловості на Україні.
Розділ 1. Загальна характеристика
Хімічна промисловість пов'язана з багатьма галузями. Вона комбінується з нафтопереробною, коксуванням вугілля, чорною та кольоровою металургією, лісовою промисловістю. Завдяки складній системі зв'язків утворюються такі або інші поєднання виробництв, з яких формуються міжгалузеві комплекси. До таких комплексів належить і хіміко-лісовий. В одних випадках роль хімічної промисловості у цих комплексах провідна, в інших вона не має формуючого значення, лише доповнюючи усталену систему зв'язків. Проте загалом хімічну промисловість слід розглядати як головну галузь, що визначає склад і напрям розвитку комплексу. Здебільшого лісова промисловість розглядається у цьому комплексі як постачальник деревини для хімічної промисловості. Хімічна промисловість має дуже складну галузеву структуру, що охоплює близько 200 взаємопов'язаних виробництв з великою номенклатурою продукції. Ці виробництва об'єднані у три великі групи: неорганічна або основна хімія, хімія органічного синтезу та гірничо-хімічна промисловість.
Неорганічна хімія переважно виробляє напівфабрикати, що використовуються в інших галузях промисловості. Виняток становлять мінеральні добрива, які виробляє певна галузь.
До органічної хімії відносяться виробництва вуглеводної сировини, органічних напівфабрикатів, синтетичних матеріалів. Основною сировиною для хімії органічного синтезу є вуглеводні нафти, природний та попутний газ. Використовуються також вуглеводні сполуки, що одержуються з вугілля.
Гірничо-хімічна промисловість утворює сировинну базу передусім для неорганічної хімії.
Розглянемо деякі хімічні галузі окремих країн світу. Хімічна промисловість розташована передусім у розвинутих країнах. Лише у США виробляється понад чверть, а в шістьох найрозвинутіших країнах - понад 3/4 хімічної продукції світу.
Закономірність розвитку хімічної промисловості у США пояснюється наявністю на їх території чималої кількості практично усіх видів хімічної сировини: нафти, газу, солей, фосфоритів тощо. Інші розвинуті країни значно залежать від імпорту хімічної сировини.
Розвинені країни мають потужну багатогалузеву хімічну промисловість. Навпаки, у невеликих країнах розвинута переважно одна галузь. Наприклад, у Швейцарії - фармацевтична, у Нідерландах - гумовотехнічна промисловість.
Основна хімія як галузь обіймає кислотну, содову промисловість та виробництво мінеральних добрив. Родовища природної сірки розташовані переважно в США, Канаді, Мексиці, Італії, і пластмасові вироби), Запоріжжі (кремній-органічні сполуки, синтетичні смоли), Дніпродзержинську (полівініл, полістирол), а також Калуші, Одесі, Києві, Фастові, що виробляють хімічну продукцію і стали центрами переробки синтетичних смол на пластмасові, плівкові та інші вироби.
Промисловість хімічних волокон. Найбільші підприємства розміщені у Чернігові, Києві (Дарницький шовковий комбінат), Черкасах.
Розділ 2. Основні галузі хімічної промисловості
2.1 Виробництво хімічних речовин
Аміак - безколірний газ з різким характерним запахом, вдвоє псі ший ш повітря, легко зріджується (температура кипіння - 33,4°С). Аміак дуже добре розчиняється у воді (при 20°С в 1 об'ємі води розчиняється 700 об'ємів аміаку). Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. При взаємодії аміаку з водою утворюється гідрооксид амонію (NН4
ОН) - слабка основа, котра існує лише у водних розчинах. З кислотами аміак (А) дає відповідні солі амонію. При дії аміаку на солі деяких металів утворюються комплексні сполуки - аміакати. Лужні та лужноземельні елементи реагують з аміаком, утворюючи в залежності від умов нітриди або аміди металів. На каталітичному окисненні аміаку (до окисів азоту) грунтується один з методів виробництва нітратної кислоти. У природі аміак утворюється в процесі розкладання (гниття) нітрогеновмісних органічних речовин. Основний промисловий метод утворення аміаку синтез його в присутності каталізаторів за високої температури та високому тиску з азоту, повітря та водню. Аміак використовується для добування нітратної кислоти та її солей, гідроокису амонію і солей амонію, сечовини, соди за аміачним способом та ін. Аміак застосовується в органічному синтезі як холодоагент, для азотування стилі, у медицині (нашатирний спирт). Азот утворює з воднем декілька спонук, і яких НАЙВАЖЛИВІШОЮ Є аміак.
Структурна формула аміаку (N11,):
У лабораторних умовах аміак виробляють слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном:
2МН4
СІ + Са(ОН)2
=СаО2
+2ИНг
+Ї2Н2
О.
Аміак, що утворився, висумішують негашеним вапном (СаО), але не хлоридом кальцію або концентрованою сірчаною (сульфатною) кислотою, з якими він вступає в хімічну взаємодію.
Основним промисловим способом утворення аміаку є синтез його з азоту і водню. Реакція екзотермічна і зворотна:
ДГ2
+ ЗЯ2
о 2Л7/3
+ 92,4 кДж.
Вона протікає тільки в присутності каталізатора - металевого заліза і домішкою оксиду амонію та оксиду калію.
Початкові продукти виробляють: азот - з рідкого повітря, водень - конверсійним способом або з води. Теорія синтезу аміаку з простих речовин складна. Тут тільки вказують оптимальні умови процесу, що ґрунтуються на принципі Ле-Шательє. Оскільки ця реакція екзотермічна, то зниження температури зміщуватиме рівновагу в бік утворення аміаку. Однак при низьких температурах швидкість всіх реакцій мала. Тому синтез аміаку проходить при 450-500°С і в присутності каталізатора. У зв'язку з тим, що каталізатор прискорює пряму та зворотну реакцію однаково, а підвищення температури зміщує рівновагу ліворуч, то ці умови невигідні для промислового виробництва. Тобто, за принципами Ле-Шательє, для протидії цьому впливу підвищення температури необхідно використовувати високий тиск. Тиск завжди застосовують такий, який витримує матеріал апаратури - до 1000 атм (100 МПа). Негативно впливають на швидкість утворення суміші: сірководень, оксид вуглецю (II), вода та інші сполуки. Вони знижують активність каталізаторів. Тому азото-водневу суміш піддають ретельному очищенню, особливо від сірчаних сполук.
Однак і за цих умов тільки частина азотоводневої суміші перетворюється на аміак. Для більш повного використання початкових речовин утворений аміак зріджують під впливом низьких температур, а нереагуючу частину азотоводневої суміші вдруге направляють до реактора.
Технологічний процес, при якому нереагуючі речовини відділяються від продуктів реакції і знову повертаються в реакційний апарат для повного використання, називається циркуляційним. Завдяки такій циркуляції використання азотоводневої суміші вдається довести до 95%.
2.2 Виробництво органічних речовин: виробництво мила
Милами звуть лужні сполуки натрієвих і калієвих солей жирних, смоляних, нафтенових кислот, що мають у ланцюгу 10-20 атомів вуглецю. Такі солі мають характерні властивості, які обумовлюють їх миючу дію: вони добре розчиняються у воді, їх водні розчини мають піноутворюючі, емульгуючі та змочувальні властивості, можливість утримання забруднюючих часток у миючому розчині.
Варіння мила - це основна технологічна ланка. Вона ґрунтується на реакціях омилення нейтрального жиру розчинами лугів (№ОН, КОН) і нейтралізації жирних, смоляних та нафтенових кислот кальцинованою содою або поташем:
де К - вуглецевий радикал вищої карбонової кислоти.
Сировиною для варіння є жири, луги та жирозамінники. Залежно від застосування мила, а також від сортності роблять рецептуру жирової суміші. В рецептуру жирової суміші входять і жирозамінники - синтетичні жирні кислоти, а також каніфоль - складна суміш смоляних кислот. Нафтенові кислоти застосовують для варки технічного мила м'якої консистенції. Омилення жирових сумішей розчинами лугів призводить до прямого методу - варіння мильного клею, охолодженням якого отримують клейове мило; і непрямого методу: обробка мильного клею електролітами (висолювання) та відділення мильного ядра з послідовним охолодженням та наданням милу товарного вигляду. Варіння мила на основі жирних кислот розщеплених та систематичних - проводять за допомогою кальцинованої соди. Це так зване карбонатне омилення економічно доцільніше, оскільки використовується дешева сировина.
Знижена концентрація лугу призводить до утворення нерозчинного у воді кислого мила:
R-СООNа + R-СОО → R-СООNaR - СООН.
Мило у водних розчинах може гідролізуватися з утворенням великого лугу:
R - СООNa + Н2
О <=> R- СООН + Na104.
який негативно впливає на кольоровість вовняних, шовкових та багатьох синтетичних тканин.
Мило не може застосовуватися у кислих середовищах, бо воно розпадається з виділенням жирних кислот:
R - СООNа + Н2
SО4
→ R - СООН + Na2
SО4
2.3 Виробництво сталі
Сталь є основним сплавом, що використовується в усіх галузях сучасної техніки для виготовлення найрізноманітніших конструкцій, машин та їх деталей. Сталь, як і чавун, являє собою сплав заліза з вуглецем та іншими домішками, але відрізняється від нього меншим вмістом їх. Тому процес одержання сталі з чавуну зводиться до окислення домішок чавуну до потрібних меж чистим киснем або киснем повітря чи руди. Цього досягають двома способами: конверторним та мартенівським.
Конверторний спосіб. Суть конверторного способу полягає в тому, що через рідкий чавун, залитий у конвертор, продувається повітря, кисень якого окислює вуглець та домішки. Конвертор являє собою стальну посудину грушоподібної форми, викладену всередині вогнетривкою кладкою завтовшки 275-400 мм (мал. 1). У верхній частині конвертора є горловина І. Середня частина конвертора оперезана зовні стальним кільцем. До кільця приєднано дві цапфи, які спираються на колони, встановлені на фундаменті. Через порожнисту цапфу 2 в конвертор надходить повітря з повітропроводу. На кінці другої цапфи 3 насаджене зубчасте колесо, з'єднане з зубчатою рейкою 4. Рейка переміщується від електродвигуна або гідропривода. Під час руху рейки конвертор повертається на потрібний кут, набираючи горизонтального, вертикального або похилого положення. В нижній частині конвертора є змінне днище 5, зроблене з вогнетривкої цегли. У днищі є канали, в яких запресовано труби - фурми 6. Через фурми в конвертор вдувається повітря.
Для заливання чавуну і завантаження добавок конвертор повертають у горизонтальне положення, трохи нахиляють вниз горловиною (мал. 2,а) і заливають таку кількість чавуну, щоб рівень його був нижче рівня фурм. Потім починають вдувати повітря, повільно повертаючи конвертор. Тиск повітря поступово збільшують, доводячи до 0,25 МПа (2,5 атм) при вертикальному положенні конвертора (мал. 2,б).
При продуванні внаслідок активного зіткнення рідкого чавуну з киснем повітря відбувається процес окислення (вигоряння) домішок.
Після закінчення процесу конвертор нахиляють у горизонтальне положення, а потім припиняють дуття. Після цього перевіряють склад одержаної сталі і виливають її в ківш.
Існує два види конверторного процесу: кислий - бесемерівський, основний - томасівський та кисневоконверторний.
Бесемерівський процес одержання сталі, що його відкрив англійський винахідник Г.Бессемер у 1855 р., здійснюється в конверторах, внутрішня кладка яких зроблена з кислої вогнетривкої цегли динасу. Суть цього процесу полягає в тому, що кисень повітря, яке вдувається через рідкий чавун, окислює його домішки і при реакціях з інтенсивним перебігом утворюється така кількість тепла, якої цілком досить для перетворення чавуну на сталь протягом 10-13 хв. Вихідним матеріалом для ведення процесу є переробний чавун. Процес у бесемерівському конверторі поділяють на три періоди.
Рис. 1. Конвертор
Мал. 2. Положення конвертора
Перший період - окислення основної маси рідкого заліза, а також кремнію, марганцю та вуглецю киснем повітря, яке вдувається. Активне окислення відбувається за рахунок кисню закису заліза FеО, який утворюється у великій кількості при горінні заліза. Цей період окислення домішок з вигорянням кремнію і марганцю супроводжується бурхливим виділенням іскор (період іскор). Полум'я при цьому малиново-червоне. Триває перший період 2-3 хв.; одночасно починається шлакоутворення.
Другий період характеризується активним окисленням вуглецю за реакцією:
FеО + С = СО – Q
Вуглець вигоряє з великим вбиранням тепла, тому температура в конверторі трохи знижується. Утворений окис вуглецю СО згоряє в СО2
. Полум'я при цьому сліпучо-біле. Вигоряння вуглецю триває 7-8 хв. У більшості випадків цим періодом закінчується плавлення, коли вміст вуглецю в одержаній сталі має дорівнювати 0,4-0,5%.
Третій період. Коли треба виплавити сталь з дуже малим вмістом вуглецю, то процес вигоряння вуглецю продовжують. Факел полум'я зменшується, з'являється бурий дим - ознака горіння заліза з утворенням FеО; це триває 1-2 хв., і процес продування закінчується.
Конвертор нахиляють у горизонтальне положення, подавання повітря припиняють. Проте сталь ще не можна вважати готовою, бо в ній розчинена велика кількість FеО (оксиду заліза).
Кисень сталі є шкідливою домішкою, бо надає їй крихкості в гарячому стані - червоноламкості. Тому, щоб видалити кисень, сталь розкислюють феросиліцієм, феромарганцем або алюмінієм.
Конвертори бувають місткістю від 10 до 60 т. Продуктивність їх дуже велика (12000-13000 т на добу).
Недоліки:
1) бесемерівська сталь погано піддається електрозварюванню (в навколошовній зоні з'являються тріщини);
2) ця сталь має підвищену крихкість (особливо при мінусовій температурі);
3) бесемерівська сталь піддається старінню в результаті виділення нітридів заліза (підвищується міцність і знижуються пластичні властивості). Ці різні властивості обумовлені головним чином підвищеним вмістом в цій сталі фосфору (до 0,06-0,07%), і особливо азоту (до 0,015-0,025%).
Томасівський процес одержання сталі, що його відкрив у 1878 р. англійський металург С.Томас, дає можливість переплавляти чавуни з високим вмістом фосфору (до 1,5-2,5%) і низьким вмістом кремнію (від 0,2 до 0,9%). На відміну від бесемерівського, томасівський конвертор викладено не кислим, а основним вогнетривом - доломітом. Томасівський конвертор розмірами трохи перевищує бесемерівський (розраховані вони на однакову кількість чавуну, що його заливають), бо в ньому утворюється багато шлаку. Фосфор у томасівському процесі відіграє вирішальну роль (аналогічну тій, яку відіграє кремній у бесемерівському), бо він при вигорянні виділяє велику кількість тепла, потрібну для підвищення температури в конверторі. Перед заливанням чавуну в конвертор вводять вапняк (12-20% від ваги чавуну); після заливання чавуну роблять продування.
Томасівський процес також поділяють на три періоди.
Перший період - окислення кремнію, марганцю, заліза. Реакції проходять так само, як у бесемерівському процесі, але через те, що кремнію в томасівському процесі небагато, цей період закінчується раніше.
Другий період характеризує окислення вуглецю за реакцією
FеО + С = Fе + СО – Q
Третій період - вигоряння фосфору (частково за рахунок вільного кисню, але головним чином за рахунок кисню FеО.
У томасівському конверторі виплавляють здебільшого низьковуглецеву сталь, бо вигоряння фосфору починається тільки після повного вигоряння вуглецю. В деяких випадках, коли це посталь наприкінці плавлення навуглецьовують. Розкислюють так само, як у бесемерівському процесі, тільки спершу зливають шлак.
Позитивні властивості конверторної плавки - висока продуктивність, нескладне обладнання конвертора, відсутність потреби в паливі. Конверторна сталь - сталь звичайної якості. Вартість її невисока.
До недоліків способу слід віднести неможливість переплавлення металевих відходів; використання чавуну тільки певного хімічного складу; великий вигар металу, трудність одержання сталі заданого складу; велику кількість розчинених газів, що зменшують густину сталі.
Томасівським способом сталь в Україні не виплавляється.
Мартенівський спосіб. Цей спосіб може бути кислим або основним. На металургійних заводах країни мартенівська сталь виробляється основним скрап-рудним процесом, металева шихта якого складається з 55-65% рідкого чавуну і 45-35% залізостального лому. Кислим мартенівським способом сталь виплавляють лише на деяких машинобудівних заводах. Мартенівський процес не може відбуватися без використання зовнішніх джерел тепла. Для опалення мартенівських печей використовується газоподібне чи рідке паливо - природний, коксовий і генераторний гази та мазут.
Одноканальна мартенівська піч (мал. 3) складається з верхньої будівлі (частина мартенівської печі, що знаходиться над робочим майданчиком) та нижньої будівлі (частина мартенівської печі, що знаходиться під робочим майданчиком). До верхньої будівлі належить плавильний або робочий простір печі 1, який обмежений подом, відкосами, передньою та задньою стінками та склепінням; в торцях плавильного простору знаходяться головки печі 2, що служать для підведення палива і повітря та відводу продуктів згоряння; головки печі з'єднані за допомогою вертикальних каналів 3 з нижньою будівлею печі.
Мал. 3. Схема мартенівської печі
До нижньої будівлі печі належать: частина вертикальних каналів під робочою площею; шлаковики 4, що служать для уловлювання часток пилу і шлаку з продуктів згоряння; регенератори 5 з регенеративними решітками, що служать для акумуляції тепла, яке виноситься продуктами згоряння, і для нагріву повітря (або повітря та газу); лежак 6, що служить для відводу продуктів згоряння і для відводу повітря (або повітря та газу); реверсивні і регулюючі клапани та заслони (шибери) 7, що служать для здійснення реверсування факела полум'я.
За мартенівськими печами знаходяться: котли-утилізатори 8, що служать для утилізації тепла відхідних продуктів згоряння; газоочисники 9 для очищення продуктів згоряння від пилу; димарі 10 для створення разом з димососами необхідного розрідження для евакуації продуктів згоряння з печі, розсіювання шкідливих викидів. Мартенівські печі симетричні за своєю конструкцією. Якщо ліва частина служить для відводу продуктів згоряння, то права частина - для підведення газу і повітря. При реверсуванні факела призначення лівої та правої частин печі змінюється навпаки. Реверсування факела проводять через 5-20 хв., залежно від періоду плавки і температури нагріву насадки регенераторів.
Суть процесу полягає в тому, що металеву шихту в мартенівські печі завантажують завалочними машинами. При скрап-процесі спочатку завалюють брухт і вапняк, потім чавун, при скрап-рудному процесі - спочатку залізну руду та вапняк, а потім рідкий чавун. Чавун заливають з ковша по жолобу, що встановлюється у завальному вікні. Залежно від величини печі і ступеня механізації завалка триває від 2 до 3 годин. Одночасно з завалкою шихти в піч подають паливо і повітря (поперемінно через праві і ліві головки печі).
Підігрівання продуктів горіння забезпечує при згорянні палива в робочому просторі температуру близько 2000°С. При роботі на рідкому паливі регенератори підігрівають тільки повітря, а нафта або мазут подаються форсунками, що встановлені в каналах головок печей.
Процес одержання сталі в мартенівській печі поділяють на три періоди.
Перший період - плавлення - починається незабаром після початку завантаження. Після закінчення завантаження розплавлення відбувається інтенсивніше, бо зменшуються втрати тепла.
Під час плавлення треба вводити в піч якнайбільшу кількість тепла. Це захищає метал від розчинення в ньому газів і надмірного окислення.
Період плавлення характеризується окисними реакціями: окислюється кремній, марганець, залізо, фосфор. Одночасно утворюється велика кількість закису заліза FеО, який є основним окислювачем домішок - кремнію, марганцю, фосфору.
Другий період - окислення - характеризується енергійним окисленням вуглецю за рахунок FеО. Це окислення відбувається за реакцією
FеО + С = Fе + СО – Q
Гази, що утворюються при цьому, намагаючись вирватися з ванни, приходять у стан кипіння, тому другий період плавки називається періодом кипіння. Вигоряння вуглецю триває 2-3 год. Після одержання потрібного проценту вуглецю закінчується другий період плавки.
Третій період - розкислення. Мета розкислення та сама, що і при конверторному способі, і застосовуються ті самі розкислювачі: феросиліцій, феромарганець, алюміній. Важчі розкислювачі завантажують прямо у піч, легші - у жолоб або в ківш. Іноді для перевірки розкисленості сталі роблять пробу. Застиглий розжарений кусок сталі кують; при поганій розкисленості виникають тріщини. Коли в мартенівській печі виплавляють леговану сталь, після розкислення в неї вводять легуючі елементи: феротитан, ферохром, висококремнистий феросиліцій та ін. Щоб одержати нікелеву сталь, вводять чистий нікель, феронікель чи нікелевий брухт.
Після закінчення плавки сталь випускають у ківш. Процес плавлення триває 5 - 8 год., при швидкісному сталеварінні строки зменшуються до 4,5 - 5,5 год. Найважливішим фактором підвищення продуктивності мартенівських печей є впровадження нової прогресивної технології, насамперед застосування кисню в мартенівській плавці.
Кисень вводять при плавці двома способами: а) збагачуючи факел полум'я в період завалки і розплавлення шихтових матеріалів; б) продуваючи рідку ванну в період вигоряння вуглецю.
Застосування кисню підвищує продуктивність мартенівської плавки на 15-25%. Особливо ефективних результатів досягають у печах великої ємкості.
У мартенівських печах виплавляють якісну вуглецеву конструкційну та інструментальну сталь, а також низьколеговапу і середньолеговану. Сталь, виплавлену в мартенівських печах, застосовують для виготовлення прокату та поковок. З неї роблять рейки, ресори, балки та інші деталі машин. Отже, головною перевагою мартенівського процесу є його універсальність, а недоліками є велика тривалість процесу та значні витрати палива.
Досвід показує, що більш прогресивним способом виробництва сталі є киснево-конверторний. У зв'язку з цим в нашій країні та за її межами зупинено будівництво нових мартенівських цехів та печей, а нові заводи по виробництву сталі створюються шляхом будівництва киснево-конверторних цехів з агрегатами великої одиничної садки та високої річної продуктивності.
Для футеровки кисневих конверторів використовуються основні вогнетриви. Переробний чавун та залізний брухт так само, як і в мартенівському процесі, є головними складовими металевої шихти для киснево-конверторного процесу. В залежності від кількості потрібного залізного брухту, якості флюсуючих матеріалів, інтенсивності продувки, способу розливання та інших факторів проводиться вибір оптимального хімічного складу переробного чавуну.
При продувці чавуну киснем в конверторі утворюються дві зони: зона продувки, в якій окислюється більше заліза, і вдуваний кисень безпосередньо стикається з рідким металом; зона циркуляції, в якій відбувається окислення домішок за рахунок кисню, що потрапляє в метал в результаті розчинення в ньому окису заліза. Головним джерелом тепла киснево-конверторної плавки є тепло, що виділяється при окисленні вуглецю і кремнію: 40-45% хімічного тепла вноситься за рахунок окислення вуглецю та 25-30% - за рахунок окислення кремнію. В тепловому балансі першого періоду продувки (перші 5 хв.) основним джерелом тепла є тепло, що отримується від окислення кремнію (70-75%). При підвищених витратах металевої шихти, коли внаслідок значного переохолодження ванни окислення вуглецю уповільнюється, роль кремнію як основного теплоносія ще збільшується.
Тривалість продувки ванни в кисневих конверторах складає всього 12-18 хв., тому для успішного здійснення десульфурації і дефосфорації металу необхідно використовувати якісне вапно, що має високу реакційну властивість, тобто здатність швидко розчинятися в шлаку.
В кисневих конверторах виробляється вуглецева та легована сталь. Механічні і технологічні властивості такої сталі за рядом показників вищі, ніж мартенівської сталі аналогічних марок.
2
.4 Виробництво паперу
Існують чотири основні хімічні способи одержання паперу: сульфатний або крафт-процес; сульфітний процес; напівхімічний процес; содовий процес. Розглянемо найбільш складні і найбільш розповсюджені з них: сульфатний і сульфітний процеси.
Однією з найважливіших технологічних операцій виробництва паперу є розмел, перед яким сухі (товарні) волокнисті напівфабрикати попередньо розпускаються водою в гідророзбивачах, далі вони змішуються між собою в певному співвідношенні в регуляторах композиції. Після цього паперова маса залежно від вимог до якості паперу може іти або на виготовлення паперу, або на додаткове введення в неї композиції проклеючої речовини, наповнювачів, барвників та інших добавок. Для осадження на волокнах у паперовій масі компонентів, що додаються, застосовують сірчанокислий алюміній, поліакриламід (ПАА) або інші речовини.
Підготовлену паперову масу регулюють за концентрацією, акумулюють в масних або машинних басейнах. Перед подачею паперової маси на паперообробну машину її розбавляють оборотною водою, очищають від вузликів та сторонніх включень і подають через спеціальні потокорозподільники в напірне устаткування і далі на рухому сітку машини. На сітці відбувається вилучення основної частини води і відлив вологого паперового полотна, яке після цього піддається пресуванню, сушінню, охолодженню, машинній обробці і намотці. В залежності від вимог до паперу він може піддаватися додатковому каландруванню на суперкаландрі. Готовий папір розрізають па рулони заданого формату, упаковують і направляють на склад готової продукції. У разі необхідності він може додатково розрізатися на бобіни або аркуші, або піддаватися крейдуванню, тисненню, гофруванню, крепуванню та іншій обробці.
Паперовий брак (вологий і сухий), що неминуче утвориться в процесі виробництва, знову перетворюється в паперову масу і в суворому дозуванні знов повертається в технологічний процес. Оборотні води, відведені від машини, містять велику кількість волокна, а також проклеючих речовин, наповнювачів та інших цінних компонентів, які вводяться в паперову масу, використовуються для розведення маси перед очисткою, для розпуску сухих напівфабрикатів і оборотного браку. Надлишкові води спрямовуються перед точкою скиду стічних вод у стік на уловлювання волокна, що також може бути використане у виробництві
Для виробництва паперу і картону застосовуються в основному волокнисті напівфабрикати різноманітних порід деревини і недеревної рослинної сировини. Разом з рослинними волокнами для спеціальних технічних видів паперу останнім часом все ширше стали застосовувати штучні, синтетичні, мінеральні та інші волокна. Однак асортимент таких видів паперу надто невеликий, тому нині і в перспективі для масових видів паперу рослинні волокна є і будуть залишатися основною вихідною сировиною, бо вони найбільш доступні, порівняно недорогі, одержуються з відтворюваної сировини і не порушують екологічної рівноваги в природі.
Целюлозні волокна - головний складовий компонент рослинних клітин; вони мають дуже цінні властивості для виробництва паперу. Ці волокна добре набухають у воді, вони здатні фібрилюватися на дрібніші волокна (фібрили і мікрофібрили), мають високу міцність та стійкість до впливу температури і хімічних речовин, легко диспергуються у воді і утворюють тривалий міжволоконний зв'язок між собою в паперовому аркуші. Що стосується інших волокон (штучних, синтетичних, мінеральних, вовняних), то вони цих властивостей не мають, тому в останньому випадку вимагається застосування різноманітних диспергуючих і зв'язуючих домішок, що робить технологічний процес виробництва паперу з цих волокон значно дорожчим та складнішим.
В залежності від способу одержання волокнисті напівфабрикати, що виготовляються навіть з однієї і тієї ж рослинної сировини, мають різні властивості. Тому виробники паперу повинні добре знати властивості цих напівфабрикатів і їх вплив на якість готової продукції.
Якість продукції залежить також від того, в якому вигляді ці напівфабрикати надходять на паперову фабрику - в сухому стані, тобто у вигляді товарного продукту, чи в рідкому вигляді з сусіднього цеху, де вони виробляються. В останньому випадку одержується більш якісна продукція і з меншими енергетичними затратами, однак це можливо лише тоді, коли паперова фабрика знаходиться в системі комбінату.
Рослинні волокна, застосовувані для виробництва паперу, відрізняються між собою як за хімічним складом, так і за анатомічною і морфологічною будовою. Найбільш цінними є волокна, одержані з хвойних порід деревини. Вони мають гарні папероутворюючі властивості і являють собою стрічкоподібні клітини рослинної тканини, що називаються трахеїдами. їхня довжина 2,5-4,5 мм, а ширина в середньому 0,03-0,04 мм. Ці волокна можна застосовувати не тільки самостійно, але і додавати до них менш цінні коротко-волокнисті напівфабрикати, такі, як деревна маса, волокна листяних порід деревини і однорічних рослин, макулатурна маса.
Волокнисті напівфабрикати з листяних порід відрізняються від напівфабрикатів з хвойних порід передусім тим, що вони мають більш короткі волокна, які, крім того, менш однорідні за своєю анатомічною будовою. Ці волокна утворені на 75-90% з відносно коротких і товстостінних клітин лібриформу з голкоподібними "кінцями і на 10-25% з судинних клітин неволокнистої будови, що являють собою короткі, тонкостінні і широкосмугові трубки. Клітини лібриформу мають довжину 0,7-1,5 мм, ширину близько 0,025 мм; довжина судин 0,3-0,7 мм, ширина - 0,05-0,06 мм. Тому при розламі напівфабрикатів з листяних порід деревини цей процес слід проводити таким чином, щоб не було істотного сіфрочування волокон і не відбувалося значного збільшення ступеня помелу маси.
Напівфабрикати з однорічних рослин містять волокна ще менш однорідні, ніж з листяних порід деревини. В них міститься значна кількість (до 50%) луб'яних волокон, що являють собою довгі тонкі стрічкоподібні клітини з загостреними кінцями, трохи волокон, що нагадують лібриформу листяних порід деревини. Це найбільш цінні волокна, що мають гарні папероутворюючі властивості. Однак в однорічних рослинах міститься до 50% менш цінних, з точки зору паперового виробництва, коротких клітин покривного шару (епідермісу): паренхімних, судинних, спіральних та ін. Тому напівфабрикати з однорічних рослин так само, як і з листяних порід деревини, вимагають м'яких умов розмелу.
Застосовувані волокнисті напівфабрикати класифікуються як за способом одержання, так і за виходом з абсолютно сухої сировини. Основними компонентами рослинної тканини є: целюлоза (клітковина), лігнін, геміцелюлози (пентозани і гексозани), смоли, жир, віск та ін.В технічній клітковині, крім хімічних елементів чистої клітковини, містяться також і означені компоненти. Геміцелюлози покращують папероутворюючі властивості волокна, а лігнін їх погіршує.
В залежності від величини виходу напівфабрикатів з рослинної сировини їх поділяють на клітковину, клітковину високого виходу, напівцелюлозу, напівцелюлозу високого виходу і деревну масу. Приблизні межі виходу цих напівфабрикатів, %: клітковини 45-55, клітковини високого виходу 55-65, напівцелюлози 65-85, напівцелюлози високого виходу 85-90 і деревної маси 90-97. Чим більший вихід напівфабрикату, тим більше в ньому міститься геміцелюлоз і лігніну. Тому якість виробленого паперу великою мірою залежить від виду застосованих напівфабрикатів.
На сьогодні основними волокнистими напівфабрикатами є: клітковина сульфатна з хвойних і листяних порід деревини, клітковина сульфітна, деревна маса, напівцелюлоза, макулатура, ганчірна напівмаса, клітковина вдосконалена, інші види волокон (синтетичні, штучні, мінеральні, вовняні).
Клітковину сульфатну одержують варінням подрібненої рослинної сировини в розчині в котлах періодичної або безперервної дії при температурі 160-180°С і тиску 0,7-1,2 МПа. Цей спосіб дозволяє переробляти будь-яку рослинну сировину і одержувати найбільш тривкі волокнисті напівфабрикати. Сульфатна клітковина після варіння має темний колір, тому в небіленому вигляді застосовується в основному для технічних виглядів паперу і картонів високої міцності, наприклад, електроізоляційних, пакувальних тощо.
Клітковину сульфітну одержують головним чином з деревини малосмолистих хвойних порід шляхом впливу сульфітного варильного розчину, основними компонентами якого є водний розчин сульфітів і бісульфітів відповідних основ (кальцію, магнію, натрію або амонію). Сульфітне варіння здійснюється поки що в основному в котлах періодичної дії при температурі 130- 145°С і тиску 0,6-1,2 МПа.
При виробництві сульфітної клітковини досягається більш високий, ніж при сульфатному варінні, вихід клітковини з деревини, а з відпрацьованих лугів одержують етиловий спирт, білкові кормові дріжджі, ливарні концентрати, дубителі та інші цінні продукти.
В останні роки виробництво сульфітної клітковини практично не збільшилося, що передусім пояснюється обмеженістю запасів хвойної деревини. Однак застосування розчинної основи і різноманітних східчастих модифікацій сульфітного варіння дозволяє одержувати сульфітну клітковину з різних порід деревини, що за своїми фізико-механічними показниками не поступається сульфатній. Сульфітна клітковина після варіння одержується більш світлою у порівнянні з сульфатною і легше піддається відбілюванню.
Сульфатний або крафт-процес
Деревна пульпа містить два основні компоненти - клітковину і лігнін. Волокна клітковини, що складають пульпу, в деревині зв'язані лігніном. Щоб перевести клітковину в форму, придатну для виробництва паперу, необхідно спочатку використати будь-який хімічний процес для вилучення лігніну.
В цьому процесі деревні тріски варяться при підвищеній температурі і тиску в сульфатній варильній рідині ("білій рідині"), що являє собою водний розчин сульфіду натрію №,8 і гідроксиду натрію (NаОН). Біла рідина хімічно розчиняє лігнін деревини. Клітковина (у вигляді пульпи), що залишається, відфільтровується від відпрацьованої варильної рідини і промивається водою. Звичайно процес приготування пульпи складається з кількох проміжних стадій промивання і, можливо, вилуговування, після чого пульпа пресується і висушується в кінцевий продукт - папір.
Для підведення балансу процесу необхідно регенерувати витрачені реактиви і рекуперувати тепло. Відпрацьована варильна рідина і вода після промивання пульпи змішуються разом, утворюючи слабку чорну рідину, що концентрується в багатоступеневому випарному пристрої до вмісту твердих речовин близько 55%. Чорну рідину можна концентрувати далі до вмісту твердих речовин 65% або у випарнику прямого контакту, в якому рідина випарюється при контакті з газами, що відходять з рекупераційної топки, або у випарнику непрямого контакту. Міцна чорна рідина (лігнітний шлак) подається в регенераційну топку. При згорянні органічних продуктів, розчинених в рідині, виділяється тепло, необхідне для генерації пари, що використовується в процесі перетворення сульфату натрію Ка2
8О4
в Ка2
8. Для компенсації втрати реагентів технологічного циклу звичайно додається сульфат натрію, який в топці перетворюється в сульфід №,8. Сульфат додається до магнітного шлаку перед його розпиленням у топці. Неорганічні продукти, що містяться в лузі, збираються на дні топки у вигляді сплаву.
Сплав, що складається з карбонату натрію (№2
СО3
) і сульфіду натрію, розчиняється в воді, утворюючи зелену рідину, що подається в каустифікаційний резервуар, куди додається негашене вапно СаО для перетворення карбонату натрію в гідроксид натрію. Утворення гідроксиду натрію завершує регенерацію білої рідини, яка повертається в автоклав. Шлак карбонату кальцію, що осаджується в каустифікаторі, кальцинується у вапняковій печі для регенерації негашеного вапна.
Сульфітний процес
Виробництво пульпи сульфітним методом схоже з крафт-процесом, але основна різниця полягає в тому, що для розчинелігніну деревини замість сульфідного лужного розчину використовується сіль сірчистої кислоти. Для підвищення буферності розчину використовуються гідросульфіти магнію, амонію, кальцію або натрію. Системи на основі кальцію використовуються тільки на старих підприємствах і витісняються новими процесами.
Розділ 3. Інновації та перспективи розвитку хімічної промисловості України
Основними напрямками розвитку хімічної промисловості є впровадження замкнутих технологічних схем виробництва. Це форми організації технологічних процесів, при якій відходи виробництва зведені до мінімуму або цілком переробляються у вторинні матеріальні ресурси. При безвідхідному виробництві необхідне використання збалансованих по основних компонентах технологічних схем із замкнутими матеріальними й енергетичними потоками.
Технологічні цикли в безвідхідних виробництвах організовані таким чином, що всі повітряні, газові або водні потоки, що містять забруднення, ізольовані від навколишнього середовища, знаходяться в замкнутих контурах і при виході з них обов'язково проходять через спеціальні очисні пристрої.
Операції очищення від забруднення - допоміжні і випливають за основними виробничими операціями, але в безвідхідних технологічних схемах нерозривно з ними зв'язані. При цьому відходи найчастіше переробляють у корисну продукцію, що служить для задоволення потреб основного виробництва, є сировиною або напівфабрикатами для інших підприємств. Допоміжні процеси очищення і переробки відходів організаційно являють собою продовження основного виробничого циклу, а пристрою й установки для здійснення таких процесів інтегруються в особливу специфічну частину усього виробничого комплексу.
Комплексне використання сировини в хімічній промисловості - основний принцип створення безвідхідних і маловідходних виробництв. У випадку комплексного використання сировини основним технологічним операціям супроводжують: витяг корисних, але не потрібних основному виробництву речовин, переробка цих речовин у цільові продукти або напівфабрикати, що поставляються власному основному виробництву або іншим підприємствам.
Збільшення обсягів виробленої продукції, розширення її асортименту, а також підвищення якості цієї продукції необхідно здійснювати з максимально повним використанням природної сировини, енергії і з мінімальним впливом на навколишнє природне середовище. Шляхи рішення цієї надзвичайно складної проблеми різноманітні, серед них варто виділити трохи основних:
- створення безстічних технологічних систем на базі існуючих, впроваджуваних у даний час і перспективні способи очищення водних систем від розчинених і зважених забруднюючих домішок;
- розробка і впровадження систем утилізації відходів основного виробництва;
- створення принципове нових технологічних процесів одержання традиційних видів продукції зі скороченням стадій, на яких утвориться основна кількість відходів;
- створення територіально-виробничих комплексів із замкнутої усередині них структурою матеріальних потоків сировини, продукції і відходів.
Висновки
Хімічна промисловість має дуже складну галузеву структуру, що охоплює близько 200 взаємопов'язаних виробництв з великою номенклатурою продукції. Ці виробництва об'єднані у три великі групи: неорганічна або основна хімія, хімія органічного синтезу та гірничо-хімічна промисловість.
Основними процесами хімічної промисловості, які ми описали у своїй роботі є: виробництво аміаку, одержання мила, виробництво сталі, хімічні способи одержання паперу.
Комплексне використання сировини в хімічній промисловості - основний принцип створення безвідхідних і маловідходних виробництв. У випадку комплексного використання сировини основним технологічним операціям супроводжують: витяг корисних, але не потрібних основному виробництву речовин, переробка цих речовин у цільові продукти або напівфабрикати, що поставляються власному основному виробництву або іншим підприємствам.
Список використаної літератури
1. Антропогенные проблеми экологии / А.И.Коблева. - Днепропетровск: Проминь, 1997. - 144 с.
2. Афонин В.Г. Сырьевая база черной металлургии УССР. - К.: Техника, 1974. - 152 с.
3. Бигеев А.М. Металлургия стали. - Челябинск: Металлургия, 1980. - 437 с.
4. Борнацкий И.И. Производство стали. - М.: Металлургия, 1991. - 386 с.
5. Борнацкий И.И. Теория металлургических процессов. - К.: Техника, 1978. - 430 с.
6. Бусев А.И., Ефимов И.П. Словарь химических терминов. - М.: Просвещение, 1971. - 207 с.
7. Вольфсон Г.Е., Панкин В.П. Производство алюминия и его сплавов: Справочник / Под ред. Л.М.Элькинзе. - М.: Металлургия, 1983. - 620 с.
8. Воскобейников В.Г., Кудрин В.А., Якушев В.А. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1979. - 488 с.
9. Калужский Н.А., Тайн А.Ю. Отечественная металлургия от первых шагов до промышленного производства. - М.: Металлургия, 1991. - 326 с.
10. Клименко Л.П. Техноекологія. – Одеса – Сімферополь, 2000. – 542 с.
11. Мухленов И.М., Табоцева В.Д., Горштейн А.Е. Основы химических технологий. - М.: Просвещение, 1964. - 632 с.
12. Экология города: Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.