Перспективы химического производства - развитие и проблемы с примерами

Содержание:

Перспективы химического производства:

Современная промышленность нуждается в большом количестве материалов, обладающих такими свойствами и качествами, как высокая прочность, термостойкость, термопластичность, устойчивость к агрессивной химической среде. Природные и переработанные материалы неполностью отвечают этим требованиям и не удовлетворяют потребностей. Кроме того, в недалеком будущем человечество столкнется с проблемами, связанными с истощением природных источников сырья, энергии, воды, продуктов питания.

В таких условиях возрастает роль химии, химической продукции, химических способов во всех отраслях народного хозяйства. Важнейшей задачей, стоящей перед химией и химической промышленностью, являются разработка прогрессивных технологий с учетом проблем охраны окружающей среды; создание новых веществ и материалов, обладающих заданными свойствами; комплексная переработка природной, промышленной и сельскохозяйственной продукции, вторичного сырья; разработка способов утилизации отходов с целью более полного отделения полезных компонентов, экономии энергии и сырья; создание безотходных технологий.

На основе достижений научно-технического прогресса химическая промышленность производит новые материалы с заданными свойствами, не встречающиеся в природе, полимеры (пластмассы, синтетические волокна, синтетические каучуки),керамику, композиты, лакокрасочную продукцию, синтетические моющие средства и др.

Некоторые виды полимеров конкурируют с дорогими высококачественными марками нержавеющей стали. Одна тонна таких полимеров может заменить шесть тонн металла. Полимеры все шире применяются в машиностроении, атомной промышленности, радиотехнике, микроэлектронике, в сельском хозяйстве, медицине, в повседневной жизни и других областях.

Керамика как промышленный материал стоит на третьем месте после металлов и пластмасс. Как известно, все больше возрастает степень использования керамики в машиностроении, при изготовлении конструкционных материалов, электротехнике и электротехнической промышленности. Композиты, состоящие из основы (матрицы) и наполнителя, занимают особое место среди современных материалов. В качестве основы применяются металлы, сплавы, полимеры и керамика, в качестве наполнителя – металлические и углеродные волокна, обрезки, порошки. Композитные материалы, будучи экономически высокоэффективными, в пять раз прочнее традиционных и используются в авиации и космических технологиях.

Проблема обеспечения человечества продуктами питания, одеждой с каждым годом становится все серьезней, так как с ростом численности населения увеличиваются и потребности в различных продуктах. Производство высококачественных продуктов питания невозможно без интенсификации сельского хозяйства. Одним из путей интенсификации сельского хозяйства является внедрение достижений химии.

Химизация сельского хозяйства включает такие мероприятия, как применение минеральных удобрений, внедрение средств защиты растений и почвы, использование синтетических материалов для улучшения структуры почвы, в мелиорации, в теплицах, применение химических препаратов в качестве добавки в корм животных и в качестве консервантов, химическую переработку отходов сельского и лесного хозяйства, очистку водных бассейнов химическими способами, антисептескую защиту деревянных установок и строений (струк­тур, конструкций), химический анализ почвы, кормов, пищевой продукции. Одна из задач, стоящих перед химической промышленностью, – производство химической продукции, заменяющей природные материалы, используемые в технических целях, и продовольственные продукты. Налажено использование химической продукции при производстве одежды, бытовой техники, мебели. Широко применяются химические волокна, которые заменяют натуральную и искусственную кожу, композитные материалы, лаки и краски, вспомогательные средства переработки в текстильной промышленности, пластмассы.

Роль химии в медицине не ограничивается только синтезом новых лекарственных препаратов. Медицинское оборудование производится при участии химической промышленности. Химические методы позволяют исследовать процессы, протекающие в организме человека на клеточном и молекулярном уровне. А изучение этих процессов и способов управления ими дает возможность определять причины заболеваний, предупреждать и разрабатывать методы лечения.

В результате развития одной из новых отраслей каталитической химии ферментативного катализа появилось новое направление – химическая и инженерная энзимология. Это направление создало возможности для производства больших количеств новых высокоэффективных и высокоселективных ферментов – катализаторов белковой природы. Ферменты применяются и в качестве лекарственных препаратов, и для получения новых препаратов.

В повседневной жизни широко используются бытовые химические препараты – синтетические моющие средства, сорбенты, различные клеющие препараты.

Сокращение природных ресурсов ставит перед человечеством проблему замены индустриального способа производства технологическим. При этом особенно важна роль химической технологии. Технологическая перестройка производства включает комплексную переработку сырья, применение высокоэффективных, экономичных, малоэтапных, экологически безопасных технологий с использованием нового поколения катализаторов, обладающих селективностью. Перед химией и промышленностью стоит задача максимального использования природных ресурсов, являющихся химическим сырьем, которые невозможно создать вновь: руд цветных и черных металлов, нефти, газа, угля. Например, из природного газа, содержащего до 40 % сероводорода, получают не только пропан и бутан, но и такие элементы, как сера и гелий, а также этан. Такое использование природного газа выгодно в экономическом и экологическом отношениях, поскольку предупреждает загрязнение атмосферы вредными оксидами серы, образующимися при горении сероводорода.

Интеграция химической технологии и атомной энергетики перспективна как с экономической, так и с экологической точек зрения. Будущее химических комбинатов представляется связанным с модификацией материалов, оснащением ядерными реакторами, которые будут обеспечивать радиационно-химические процессы лучевой, электрической энергией и теплом.

Как следует из изложенного, в развитии современной науки и техники роль химии и химической промышленности неоценима.

Химия как наука имеет огромное значение в развитии современных технологий, физики и биологии, а химическая промышленность – в развитии агропромышленности, обеспечении топливно-энергетических комплексов, в развитии машиностроения и металлургии, транспорта и строительства, а также других отраслей народного хозяйства, связанных с производством товаров широкого потребления.

Защита атмосферы и гидросферы

“Здоровье людей неразрывно связано с окружающей средой.” Абу Али ибн Сина

Охрана окружающей среды от загрязнения, защита природы, сохранение чистоты атмосферы, воды и состава почвы – актуальная проблема человечества.

Количество пыли в угольных шахтах составляет от 500 до 3000 мг/м3 . Чистота воздуха в шахтах обеспечивается с помощью вентиляционных устройств, которые ежесуточно выбрасывают в атмосферу до 1500 000 м3 пыли. Это приводит к потере части продукции (выбрасываемые вместе с пылью мелкие частицы угля) и загрязнению атмосферы, т.е. воздуха, которым мы дышим.

При добыче руды на рудниках, а также при ее обогащении в атмосферу выбрасывается большое количество пыли (аэрозолей горных пород). Выбрасываемая пыль (аэрозоли), распространяясь в атмосфере, наносит серьезный ущерб здоровью людей, задерживает рост и развитие растений, приводит к потере сырья и продукции.

Что, по вашему мнению, надо сделать, чтобы защитить атмосферу от загрязнения и предотвратить потери сырья в виде пыли?

Для улавливания пыли или уменьшения ее количества применяются методы адсорбции и смачивания. Например, на рудниках, где идет добыча руды и ее обогащение, используется “мокрый” способ добычи. Для улавливания пыли, поднимающейся в атмосферу, применяются электрофильтры и адсорберы.

“Если в воздухе не будет пыли и дыма, человек может прожить до тысячи лет.” Абу Али ибн Сина

Загрязнение атмосферы обусловлено следующими факторами.

1. Естественное загрязнение. 2. Дым, пыль, газы, образующиеся при горении топлива в промышленных предприятиях, при работе транспорта, в различных отопительных системах. 3. Сжигание различных отходов. Например, в настоящее время многие отработанные полимерные изделия (полиэтиленовые пленки, игрушки, изготовленные из пластмассы, предметы домашнего обихода, детали) сжигаются. Вследствие этого в составе воздуха увеличиваются в виде газа и дыма такие ядовитые вещества, как NO,

В результате стремительного развития промышленности в первой половине XX века в атмосферу было выброшено 3 миллиарда тонн пыли, дыма, золы. Кроме этого, биосфера загрязнена 1,5 млн т мышьяка, 1,2 млн т цинка и другими веществами.

В последние годы высыхание Аральского моря приводит к увеличению концентрации растворенных солей, выпадению солей в качестве горных пород, распространению в атмосфере береговой соли. Это ведет к нарушению экологического равновесия в биосфере.

Вода – самое распространенное вещество в природе. Две трети земной поверхности покрыто водой, и все процессы, происходящие в природе, протекают с участием воды. Вода в гидросфере существует в виде водяных паров, в таком виде она встречается в большом количестве, однако вода, пригодная для питья, составляет лишь 1 % всего ее количества. По прогнозам ученых в будущем человечество столкнется с проблемой дефицита воды.

Берегите каждую каплю воды! Сохраняйте ее чистоту!

Проточные воды загрязняются в результате выброса в них сточных вод промышленных предприятий, а также бытовых сточных вод.

Для предупреждения загрязнения проточных вод сточные воды перед выбросом подвергают фильтрации с целью их очищения от вредных примесей. К отфильтрованной воде добавляют негашеную известь (CaO), тем самым создавая щелочную среду, затем добавляют

Вода дарит жизнь всем живым организма м . Представьте свою жизнь без воды. Это невозможно. В таком с лучае не оставляйте открыты ми водопроводные краны

С использованием отходов химических предприятий можно получать различную продукцию. При этом наряду с получением прибыли предприятием обеспечивается защита природы от загрязнения. Например, на электростанциях (ТЭС), работающих на угле, в качестве отхода в большом количестве образуется шлак. Добавляя в шлак небольшое количество силиката натрия, получают шлакоблочный кирпич. В результате вместо расходов на вывоз отходов (шлака) и их обеззараживание предприятие получает экономическую выгоду от продажи шлакоблочного кирпича.

В настоящее время в различных областях пластмасса заменяет железо и дерево. Пластмассовые отходы не гниют, а их сжигание загрязняет атмосферу.

Как вы распорядились бы отходами пластмасс? Можно ли после соответствующей переработки изготавливать из них различные конструкционные материалы? Не выбрасывайте отходы в воду, не сжигайте опавшую листву. Этим вы защитите природу.

Пестициды (от латинского pestis – язва, и cedo – убиваю) – химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве против вредителей и болезней растений, а также сорняков.

При работе с пестицидами следует быть предельно осторожным, так как они подвергают жизнь диких, домашних животных, а также человека серьезной опасности.

Инсектициды применяются против насекомых-вредителей; акарициды – против бабочек; фунгициды – против грибков, распространяющих болезни; гербициды – против сорняков; бактерициды – против вредных бактерий; зооциды – против грызунов; дефолианты – вещества, способствующие опаданию листьев; десиканты – вещества, применяемые для осушения листьев растений; дезинфицирующие вещества используются для обработки складов против вредных насекомых.

Для повышения урожайности сельскохозяйственных культ у р в сельском хозяйстве широко использу ются минеральные удобрения и пестициды.

Вредные химические вещества, применяемые в качестве пестицидов, не разлагаются быстро и накапливаются в воздухе, воде, почве и в организме растений и животных, а через них – и в организме человека. Это является причиной возникновения различных заболеваний у человека.

Подумайте! Обязательно ли использование пестицидов в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями? Может быть, существуют иные, естественные пути? Этим мы сохраним чистоту почвы, атмосферы, гидросферы, наше здоровье и здоровье будущего поколения!

Значение периодического закона и периодической таблицы химических элементов

Как отмечается в исторических источниках, до открытия периодического закона ученые-энциклопедисты Аль-Фергани, Абу Райхан Беруни, М.В.Ломоносов, И.Деберейнер, Л. Мейер, У.Одлинг, Ж.Ньюлэндс, Ж.Дюма, А.Шанкуртуа пытались при помощи различных методов объяснить природную взаимосвязь веществ.

Периодический закон имеет важное теоретическое и практическое значение как общий закон, научно обосновавший существование природной взаимосвязи между химическими элементами.

В 1869 году, когда Д.И.Менделеев сформулирова л периодический закон, было известно 63 химических элемента.

В настоящее время из 118 известных химических элементов 55 открыты на основе периодического закона и периодической таблицы.

Значение периодического закона неоценимо и при описании и обосновании таких фундаментальных понятий, как химические связи, валентность, электроотрицательность, степени окисления.

Ряд понятий, вытекающих из периодического закона, расширил представления о строении веществ, лег в основу развития таких наук, как физика, физикохимия, геохимия, геология, минералогия, космохимия, ядерная физика (табл. 19).

Для всестороннего понимания значения периодического закона и периодической таблицы химических элементов необходимо, основываясь на современных знаниях о строении атома, самостоятельно решать задачи и упражнения.

Пример:

Напишите электронные конфигурации элементов, у которых внешние электронные слои атомов имеют вид:

и определите эти элементы.

Решение. Основываясь на периодическую таблицу химических элементов, определяем, что это – элементы второй группы. Элемент, внешний электронный слой атома которого имеет вид , — это бериллий Be, — хлор Cl, кальций Ca. Их электронная конфигурация следующая:

Значение химических реакций в химическом производстве

В процессе изучения теоретических основ химии в 7–9 классах вы получили понятия о многочисленных веществах, используемых в народном хозяйстве, и убедились в том, что химия – наука чудес. И это действительно так: при помощи химии можно получить из газообразных веществ жидкости или из твердых веществ газы, из которых можно изготовить ткани или лекарственные вещества. Многие из химических веществ производятся на химических предприятиях. Например, азотные, фосфорные и калийные минеральные удобрения, азотная, фосфорная и серная кислоты, черные и цветные металлы, изделия из нефти, каменного угля и природного газа – все это продукция, которую производят химические предприятия.

Предприятия химического производства включают ряд процессов, связанных с изменением химического состава сырья. Изучением научных, теоретических и практических аспектов производства на таких предприятиях занимается химическая технология. Следовательно, химическая технология изучает способы изготовления качественной продукции путем переработки сырья при малом расходе сырья и энергии.

В основе любого химического производственного процесса лежит ряд химических реакций. Внедрение в химическую технологию теоретических основ химической кинетики – науки о скорости химических реакций и воздействующих на нее факторах, о химическом равновесии, факторах, обусловливающих смещение химического равновесия, означает развитие ее стремительными темпами.

Вы знакомы с закономерностями протекания необратимых реакций горения угля, серы, колчедана, обратимых реакций окисления оксида серы(IV), связывания азота с водородом, окисления аммиака. Подбор оптимальных условий для осуществления этих реакций в промышленных масштабах является основной задачей технологического процесса.