Экономическое основы технологического развития

    При перегонке нефти выход бензина  составляет лишь 5 – 25% от веса нефти, чего явно не хватает для авиа-  и  автотранспорта. Количество  бензина  увеличивают, подвергая часть менее  дефицитных нефтепродуктов (мазут, солярка) крекингу.

    Термический крекинг – химический  метод переработки, состоит  в расщеплении тяжелых углеводородов (мазут) на ^более легкие (бензин) при высоких температурах и давлениях (600-800^оС и 20-100ат).

    При каталитическом  крекинге  использование  катализатора  позволяет проводить  процесс в более мягких условиях (500оС и 1,5 – 2 ат.), получают большой выход бензина лучшего качества.

    Риформинг – сочетание термического и каталитического  крекинга. Сырье – бензин прямой гонки, лигроин, а получают высокоактановый  бензин, ароматические углеводороды. В качестве катализатора  используется платина.

    Очистка нефтепродуктов. Моторные топлива, и  масла сразу не могут быть использованы как товарные продукты, т.к. содержат вредные примеси, имеют неприятный запах, темный цвет, неустойчивы при  хранении. Коррозия, нагары объясняются наличием нафтеновых кислот, сернистых соединений, смол, асфальтенов. Поэтому нефтепродукты  подвергают   химической или физико-химической очистке.

    При сернокислотной   очистке масла  смешивают с кислотой, смолы и  асфальтены   выпадают в осадок.

    Гидроочистка  заключается  в обработке очищаемого продукта водородом при 250-420^оС и 3-70 ат. При этом сернистые, азотистые  и кислородсодержащие соединения превращаются в NH₃, H₂S, H₂O, которые легко отделяются.

    Адсорбционная очистка – задержка порошком адсорбента (поглотителя – глины, боксита) вредных веществ.

    Экстрагирование – избирательное растворение.  Растворитель (фенол, ацетон и др.) растворяет вредную часть, переводя ее в экстрат, вверху остается очищенный  продукт  – рафинат.

    Перработка нефтяных газов. Попутный нефтяной газ или газы нефтепереработки содержат С₁-С₄, с некоторым количеством С₅. Эти газы на газофракционирующей установке (ГФУ) разделяют на фракции ректификацией, для чего газ, сжатый в компрессоре до 10 – 15 ат. Смешивают с нестабильным бензином. Отдельно получают  этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, бутилен и стабильный бензин. Из компонентов получают полиэтилен, полипропиленовый пластики, каучуки, высокооктановые  компоненты бензинов.

    Тема 13. Технология органического синтеза

    - Производство метанола  и формальдегида  – Получение этилового  спирта – Синтезы  на основе ацетилена. 

    Сырьем  для оргсинтеза  являются Н₂, СО, СН₄, этилен пропилен, бензол и др., на их основе получают полимеры, красители, моющие и лекарственные вещества и др.

    На  основе окиси углерода СО получают спирты, альдегиды, кетоны, эфиры.

    Метиловый спирт (метанол) получают синтезом СО+2Н₂ « СН₃ОН на  цинк-хромовом катализаторе  при 400^оС и 300 ат при высокой   объемной скорости. Применяется  в качестве растворителя, добавки к моторному топливу.

    Из  метанола получают формальдегид НСНО – альдегид муравьиной кислоты, газ  с резким запахом, 33-40% раствор которого называется формалином . Получают каталитическим окислением метанола воздухом при 500-700^оС на медном или серебряном катализаторе: 2СН₃ОН+О₂Õ 2НСНО+Н₂О, выход 80%. Формальдегид является ценнейшим сырьем в производстве пластмасс, спиртов, уротропина, пентаэритрита (производство взрывчатых веществ), синтетических смол, клеев, пластификаторов, применяется для дезинфекции.

    Этиловый  спирт занимает по объему производства  первое место среди продуктов  оргсинтеза. Синтезируют  его из этилена прямой и сернокислотной гидратацией:  С₂Н₄+Н₂О«С₂Н₅ОН. Оптимальные условия – Т = 280-290^оС, Р = 60-80 ат., объемная скорость 1800 ч^-1, катализатор – фосфорная кислота на алюмосиликатном носителе. За один цикл получают всего 4 – 5% спирта с концентрацией 15%, поэтому далее спирт поступает на очистку и ректификацию, где повышается концентрация. Спирт применяется в производстве шелка, душистых веществ, душистых веществ, бездымного пороха, полимеров и т.д. Пищевой спирт получают сбраживанием сахаристых веществ – зерна, картофеля, свеклы. Использование синтезспирта снижает расходы пищевых продуктов. Так, 1 т. этилена, переработанная на спирт, позволяет сэкономить 4 т зерна.

    Ацетилен  С₂Н₂ широко используется для синтеза волокон, каучуков, смол и т.д. Из ацетилена получают ацетальдегид,  этиловый спирт, бутадиен, этилацетат, хлорвинил, винилацетат,  хлоропрен и др.

    Получают  ацетилен из газов электрокрекингом и термокрекингом  этана, пропана и др.

    Гидратацией ацетилена получают ацетальдегид  и уксусную кислоту.

    Взаимодействием ацетилена и хлористого водорода получают  хлорвинил: С₂Н₂+НClÕCН₂=СНСl. Его перерабатывают в поливинилхлоридные пластмассы, синтетические волокна, каучуки и лаки.

    Из  ацетилена и синильной кислоты  прямым синтезом получают акрилонитрил (С₂Н₂+HCNÕСН₂=СН-СN), который применяют в производстве волокна нитрон, сополимерного каучука, полиакриловых пластмасс (плексиглас).

    Тема 14. Технология полимеров

    - Технология полимер  – Производство  каучука – Производство  резины – Производство  пластмасс – Производство  волокна 

    Полимеры  обладают высокой прочностью, малой  плотностью, стойкостью в агрессивных  средах, эластичностью и упругостью, износостойкостью, высокой технологичностью. Природные полимеры – натуральный каучук, белки; искусственные получают  выделением, очисткой  и переработкой природных полимеров, а синтетические – синтезом из низкомолекулярных веществ. Полимеризация – процесс соединения молекул мономера в молекулу полимера, для чего   создаются соответствующие условия – температуры, давления, катализаторы, эмульгаторы.

    Для получения синтетического каучука  сначала получают мономер, например, дивинил С₄Н₆ из спирта или при переработке газов, затем его полимеризуют  при 30-40^оС и 7-8 ат с  натриевым катализатором в водной среде. Полимер получается в виде латекса – раствора  каучука в воде. Латекс отвораживают (коагулируют)  при помощи уксусной кислоты, получая каучук, обладающий хорошей водогазонепроницаемостью, хорошо формуется, но уступает  натуральному по эластичности, износостойкости. Для получения каких-то  особых свойств, таких как термостойкость, морозостойкость и т.д., применяют каучуки специального назначения. Каучуки в чистом виде почти не   применяются, их перерабатывают в резины.

    Производство  резины.  Для получения резины в каучуки добавляют ряд компонентов (инградиентов): наполнители активные (сажа) для повышения прочности, износостойкости  резины и неактивные, для удешевления резины; мягчители (вазелин, парафин) для облегчения  перемешивания компонентов; антистарители; красители. Главный  компонент – вулканизатор (сера), сшивает литейные цепочки полимера в трехмерную пространственную сетку, что приводит к повышению термостойкости. Из резины  литьем под давлением, шприцеванием, каландрованием (прокаткой через валки) получают шланги, трубы, ремни, шины, амортизаторы, изоляторы и т.п.

    Экономика  в значительной степени определяется стоимостью  сырья – 75% в производстве каучуков, 80% в производстве резиновых изделий, в шинном производстве стоимость сырья 87% себестоимости продукции. Доля электроэнергии и топлива 1-12%.

    Пластмассы  – материалы , содержащие в качестве основы высокомолекулярные смолы, способные  при повышенной температуре переходить в пластическое состояние, формоваться и сохранять форму. Кроме смолы в состав могут входить наполнители, улучшающие свойства и удешевляющая пластмассы; пластификаторы, снижающие температуру размягчения; стабилизаторы, задерживающие процесс старения; отвердители.

    По  отношению к температуре пластмассы делят на термопластичные и термоактивные. Первые при нагревании размягчаются, при охлаждении затвердеваются  без изменения  первоначальных свойств. Далее могут многократно перерабатываться, поэтому называются обратимыми. Примеры: полиэтилен, полистирол, оргстекло, фторопласты. Термореактивные при нагревании размягчаются, затем переходят в неплавкое, нерастворимое состояние, пластмассы являются необратимыми, отвердители, как и сера в резине, переводят линейные молекулы полимеры в пространственно-упорядоченную сетку – это фенопласты или фенольноформальдегидные пластмассы.

    Изделия получают прессованием, литьем под  давлением. Слоистые пластики – это  материалы,  спрессованные  из нескольких слоев волокнистых материалов, пропитанных или проклеенных  термоактивной смолой. Это текстолиты (наполнитель – ткань), стеклопластики (стекловолокно), бумолиты (бумага), древесно-слоистые пластики ДСП (древесная стружка) и т.п.

    Химические  волокна – это полимерные материалы. Вискозное волокно изготовляется из природного полимера – целлюлозы. Ее обрабатывает щелочью, сероуглеродом, получая при этом прядильный раствор, называемый вискозой. Его продавливают  через фильеры (диск с отверстием), вытекающие струйки затвердевают в ванне с серной кислотой, образуя нити.

    Синтетические волокна (капрон, нейлон) получают из высокомолекулярных смол. Например,   сырьем для капрона  служит фенол (ароматическое соединение), в результате химический превращений  получают циклический мономер капролактам. В присутствии азота  и уксусной кислоты при 250^оС и Р=15 ат цикл разрывается  и простые молекулы соединяются в длинные цепочки полимера, капроновой смолы, которая выдавливается через фильеры, образуя нити, которые затвердевают при обдувке воздухом.

    Химические  волокна прочнее натуральных, легче  по весу, устойчивы к микроорганизмам, себестоимость их значительно ниже, чем у натуральных.

    Тема 15. Технологический  прогресс и экономическое  развитие

    - Сущность и основные  направления ускорения НТП – Прогрессивные виды технологий – Рыночные аспекты технологического развития 

    Научно-технический  прогресс (НТП) – совершенствование  средств труда-  исходной основой  развития производительных сил общества. Эволюционная форма – постепенное  изменение техники, революционная - качественный скачок. Приоритетные направления: электронизация народного хозяйства, комплексная автоматизация, атомная энергетика, новые материалы, биотехнология.

    Электронизация  кардинально повышает производительность труда, экономит ресурсы, ускоряет НТП, сокращает сроки научных исследований, 4качественно перестраивает непроизводственную сферу. ЭВМ с искусственным интеллектом могут оценивать информацию по степени  важности и связывать  с другой информацией , воспринимают человеческую речь, используя ее для диалога с оператором.

    Создается широкая гамма приборов, датчиков, контрольно-измерительных средств, позволяющих повысить эффективность  производства, надежность, качество. Микропроцессоры  позволяют автоматизировать и оптимизировать сложнейшие процессы.

    Комплексная автоматизация  включает:  1) Применение быстроперенастраиваемых и гибких производственных систем, организацию  полностью автоматизированных цехов  и заводов. 2) Применение систем  автоматизированного  проектирования (САПР)  и технологической подготовки производства (АСУ ТПП), автоматизации и ускорения исследований и экспериментов (АСНИ), автоматизированных систем управления производством (АСУП),  3) Применение  промышленных роботов и манипуляторов.

    Главная цель ускоренного развития атомной энергетики – глубокая  качественная  перестройка энергетических хозяйств, повышение эффективности и надежности электроснабжения, сокращение использования органического топлива, охрана окружающей среды и рациональное использование энергии.

    Применение  принципиально  новых видов материалов связано с решением таких проблем: 1) Создание промышленного производства новых высокопрочных коррозийно-стойких  и жаропрочных  композиционных  и керамических материалов и широкое   использование их в электротехнике и электронике,  металлургии, химии, медицине. Уже сейчас имеются материалы с уникальными свойствами   - память формы, отсутствие звука при ударе или трении, сочетание сверхпрочности и сверхлегкости.