Основные продукты химического производства
Синтетический каучук (СК) - высокополимерный продукт, состоящий в основном из углеводородов. В состав некоторых СК входят также хлор, азот, сера, кислород.
Основным свойством каучука является способность в результате вулканизации переходить в резину - высокоэластичный продукт, сохраняющий эти свойства в достаточно широких температурных пределах. Резина, как и каучук, водонепроницаема и обладает прекрасными электроизоляционными свойствами.
В простейшем случае технологический процесс получения СК сводится к следующему. Из этилена путем гидратации получают этиловый спирт. В герметически закрытых сосудах спирт испаряют. Затем температуру паров спирта, перекачанных в реактор, доводят до нескольких сотен градусов в присутствии специального катализатора. Под действием высокой температуры происходит расщепление молекулы спирта на молекулу водорода, две молекулы воды и молекулы бутадиена (С4Н6).
Полученный таким образом бутадиен очищают и затем подвергают следующей химической операции - каталитической полимеризации. При полимеризации молекулы дивинила соединяются между собой в длинную цепь - полимер, которая и является молекулой каучука-сырца. После обработки его в мешалках при пониженном давлении (для удаления газов) и прокатки получают полотнища каучука. Свернутый в рулоны, он поступает на резиновые заводы, где из него изготовляют различные изделия.
Синтетический каучук можно получать и из бутана. Для этого из бутана путем отнятия двух атомов водорода (дегидрирования) получают бутилен, а при последующем отнятии от бутилена еще двух атомов водорода получают дивинил. Из дивинила обычным способом вырабатывают каучук.
Пластмассы. При реакции соединения этилена с хлором образуется белое порошкообразное вещество, так называемая поливинихлоридная смола. Подвергая ее дальнейшей химической переработке, получают винипласт - твердое кристаллическое вещество светлого цвета. Винипласт негорюч и не имеет запаха, он не растворяется в кислотах и щелочах, на него не действует даже концентрированная азотная кислота. Винипласт легко распиливается и обрабатывается на станках. Его можно резать и сваривать струей нагретого до 200° С воздуха. Из винипласта можно изготовлять детали штамповкой, прессованием и литьем.
Винипласт идет на производство вентилей, труб, штуцеров, шлангов, арматуры для химической промышленности, электроизоляционного материала и т. д. Кроме того, винипласт - основа таких пористых материалов, как пенопласты, поропласты и мипора. Легкие, как пробка, они обладают замечательными звуко- и теплоизолирующими свойствами.
Для приготовления пено- и поропластов к измельченному в порошок винипласту или другим сходным синтетическим смолам, нагретым до 140-150° С, добавляют порофор - вещество, выделяющее большое количество газов при нагревании. Затем эту смесь тщательно перемешивают, загружают в металлические формы и нагревают до тех пор, пока она не расплавится. Когда из порофора начинает выделяться газ, расплавленная масса пузырится и огромное количество газовых пузырьков стремится подняться на поверхность. Однако вследствие высокой вязкости разогретого винипласта им трудно вырваться из расплава. В результате объем загруженного материала, словно тесто, увеличивается в несколько раз.
Пенопласт получается в том случае, если образующиеся из порофора газы лишь частично прорываются сквозь расплавленную массу, а основная часть их остается внутри вещества и каждый пузырек замкнут в маленьком объеме. Если же большая часть газов прорывается наружу, а их место заполняется атмосферным воздухом, то такую пластмассу называют поропластом.
Легкие материалы получают и без порофора, взбивая специальной мешалкой жидкую пластмассу до густой пены. Затвердев, она превращается в мипору - пластмассу с огромным количеством мельчайших пор.
Промышленный пенопласт в 7 - 10 раз легче воды. Одним из наиболее распространенных видов пластмасс является полиэтилен; это высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Различают два основных вида этого материала - полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления. Первый получают путем полимеризации этилена при давлении от 100 до 300 МПа и температуре от 100 до 300° С. Чаще всего применяют давление 150 МПа и температуру 220 - 280° С. Для этого процесса требуется этилен высокой чистоты. В качестве катализатора используют кислород или соединения, разлагающиеся с выделением кислорода.
Полимеризацию этилена осуществляют в трубчатых змеевиках или аппаратах с мешалками.
Полиэтилен низкого давления представляет собой порошок белого или желтого цвета. Получают его путем полимеризации этилена непрерывным методом в присутствии специального катализатора. Вместе с этиленом в реактор подают раствор катализатора. Процесс полимеризации протекает при давлении до 1 МПа и температуре 60-80° С. Продукты полимеризации вместе с растворителем из реактора направляются в испаритель, где растворитель отделяется от полимера.
Полиэтилен как высокого, так и низкого давления обладает рядом ценных свойств: он легок, гибок, может быть окрашен в самые разнообразные цвета, легко поддается очистке. Благодаря хорошим механическим и диэлектрическим свойствам, высокой химической стойкости и водонепроницаемости его широко применяют во многих отраслях промышленности: в медицине, в сельском хозяйстве и особенно в быту. Трубы из полиэтилена успешно применяют для водопроводов, ирригационных сооружений, для перекачки продуктов на химических заводах. Эти трубы отличаются легкостью и хорошими теплоизоляционными свойствами; на них не образуется известковых отложений, они не лопаются и не выходят из строя при замерзании воды.
Прекрасными свойствами обладает другой пластический материал - тетрафторэтилен или тефлон. Эту пластмассу получают путем полимеризации мономеров, в которых атом углерода соединен с двумя атомами фтора. Такие мономеры обычно получают из этилена, заменяя в его молекулах атомы водорода атомами фтора. Молекула тефлона похожа на молекулу полиэтилена, только в ней на месте водорода находятся атомы фтора. Прочность тефлона на разрыв почти равна прочности стали. Тефлон не могут растворить ни кипящие щелочи, ни кислоты; смесь азотной и соляной кислот не производит на него никакого действия. Он растворяется лишь в металлическом натрии, газообразном фторе, трехфтористом хлоре, да и то при высокой температуре.
Изделия из тефлона не изменяют своих свойств даже при - 100° С и выдерживают нагрев почти до 350° С; они не набухают в воде и не смачиваются ею. Если прокатать тефлон между валками под давлением 10-20 МПа, образуется тонкая, чрезвычайно прочная и эластичная пленка.
Свойства этой пластмассы позволяют успешно использовать ее не только в промышленности для изготовления различных прокладок, шлангов, труб, клапанов, для электрической изоляции, но и в хирургии.
Синтетические волокна. В настоящее время наиболее широкое распространение получили следующие виды синтетических волокон: капрон, лавсан, нитрон, анид и др.
Исходным материалом для выработки капрона является капролактам. Этот продукт получают в результате сложной химической переработки фенола или бензола. Полученный капролактам в расплавленном виде в смеси с водой и стабилизаторами подвергают полимеризации. При этом образуется капроновая смола. Полимеризацию осуществляют при температуре 250° С в присутствии инертного газа - азота, не содержащего примесей кислорода.
Капроновую смолу выдавливают из аппарата азотом в холодную воду в виде ленты. Застывшую твердую массу измельчают и после выделения остатков исходного капролактама, не вступившего в реакцию полимеризации, используют для изготовления капронового волокна.
Исходным продуктом для выработки лавсана является параксилол, который получают путем каталитической переработки бензиновых фракций на установках каталитического риформинга.
Лавсан обладает высокой прочностью, устойчивостью к свету, истиранию и непогоде. Он выпускается в виде шелка и штапеля. Штапель-лавсан используют для выработки качественных камвольных тканей для костюмов и пальто.
Жирозаменители и моющие вещества. До последнего времени основным моющим средством являлось твердое мыло - хозяйственное и туалетное. Однако исследования показали, что при его растворении в воде выделяется свободная щелочь, которая портит изделия из шерстяных и других тканей. Обычное мыло плохо моет в жесткой и морской воде, расход его при этом возрастает на 30-50 %.
В настоящее время разработаны и находят широкое применение синтетические моющие средства - стиральные порошки и жидкости. Эти средства обладают высокой моющей способностью в воде самой различной жесткости, включая и морскую воду; они полностью расходуются на стирку и не теряются при взаимодействии с солями, содержащимися в воде.
Исходное сырье для получения моющих средств - синтетические жирные кислоты, получаемые при окислении нефтяного парафина.
Важными продуктами для получения моющих порошков являются сульфанол и алкилсульфаты, которые образуются из высших жирных спиртов путем их сульфирования. Образующиеся при этом сульфоэфиры спиртов обрабатывают щелочью (нейтрализуют), в результате чего получается натриевая соль сульфоэфиров - сульфонат.
Высшие жирные спирты вырабатывают также из жирных кислот натурального жира и из жирных кислот, образующихся при окислении парафина.
Для получения спиртов жирные кислоты подвергают гидрогенизации в присутствии катализатора. Спирты можно также получать и путем прямого окисления парафина.
Описанные продукты химического синтеза различного углеводородного сырья далеко не исчерпывают всех возможностей нефтехимии. В будущем роль химии и особенно нефтехимии в деле общего прогресса промышленного производства будет непрерывно возрастать. Потребность в химических продуктах, особенно в синтетических полимерных материалах для всего народного хозяйства и бытовых нужд еще более повысится.
Увеличение масштабов производства химических продуктов обеспечивается строительством новых предприятий, совершенствованием технологии процессов действующих производств, внедрением новых, более прогрессивных методов работы.