- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
Глава 10 фотохимические процессы
Фотохимия изучает химические реакции, протекающие под действием света или вызываемые им. Возможность использования фотохимических процессов зависит от источников излучения и конструкции аппаратуры. В качестве источников излучения используется поглощение видимого света (700 — 400 нм; 7000 — 4000 А), ультрафиолетовый свет (до 200 нм; 2000 А) и реже инфракрасное излучение. Механизм фотохимических процессов основан на активации молекул реагирующих веществ при поглощении света*8. При поглощении света меняется электронная структура молекулы, т. е. электроны наружных оболочек атома возбуждаются, и молекула становится способной к химическим превращениям. Когда молекула поглощает свет, она приобретает энергию в виде квантов. Квант энергии излучения равен hv (эрг), где h — постоянная Планка (6,61 10-27 эрг с), a v — частота излучения.
По природе фотохимические процессы можно разделить на прямые и сенсибилизированные. В прямой реакции излучение поглощается одним или несколькими веществами, участвующими в реакции. В сенсибилизированной реакции излучение поглощает определенное вещество, возбуждает реакцию, но само в реакции не участвует. В каждой фотохимической реакции различают три стадии: поглощение света и переход молекулы в электронно-возбужденное состояние; первичные фотохимические процессы с участием возбужденных молекул и образованием первичных фотохимических продуктов; вторичные реакции веществ, образовавшихся в первичном процессе.
Продуктами первой стадии фотохимического процесса могут быть короткоживущие изомеры, обладающие повышенной электронной энергией, атомы и радикалы.
нов.
Часто они имеют неспаренные электроны и легко участвуют во вторичных реакциях. Во вторичных реакциях происходят превращения первичных продуктов реакции. Передача возбуждения от одной молекулы к другой называется сенсибилизацией, а вещество, поглощающее свет и выступающее в роли переносчика энергии, называют фотосенсибилизатором.
Сам фотосенсибилизатор в реакции не меняется. Иногда возбужденные молекулы реагируют с другими молекулами, присутствующими в процессе с образованием стабильных продуктов реакции.
Фотохимические реакции протекают как в природе, так и в прохмышленности.
В зависимости от роли и характера влияния света фотохимические процессы условно можно разделить на три группы.
К первой группе относятся реакции, которые самопроизвольно могут протекать после поглощения реагентами светового импульса. Для этих процессов свет играет роль возбудителя и инициатора (экзотермические процессы, которые имеют обычно цепной характер). К таким процессам относятся:
хлорирование и бромирование углеводородов. Например, хлорирование метана с образованием хлоропроизводных метана:
СН4 + С1 СН3С1 + С12 СН2С12 + Сl2 СНС13 + С12 СС14
синтез некоторых полимеров, например процесс полимеризации стирола с образованием полистирола:
nСН2=СН-С6Н5 [-СН2-СН-С6Н5]n
синтез хлористого водорода
H2+Cl22HCl
При обычных условиях эта реакция протекает крайне медленно, но при освещении солнечным светом или нагревании реакция сопровождается взрывом. Различают отдельные стадии
Cl + hv С1 + С1
Cl+H2HCl+H
H+Cl2HCl+Cl
и т. д.
Получается цепь последовательных реакций, когда при каждом взаимодействии активный центр образует кроме молекулы продукта реакции еще один новый активный центр.
Советский академик Н. Н. Семенов совместно с сотрудниками выдвинул теорию разветвленных цепных реакций, когда при взаимодействии радикала с молекулой исходного вещества образуется не один, а два и больше новых активных центров. Цепь разветвляется, и реакция быстро ускоряется.
Ко второй группе фотохимических процессов относятся процессы, для проведения которых необходим непрерывный подвод световой энергии к реагентам. При устранении света процесс прекращается. К процессам такого типа можно отнести:
процессы, протекающие в жив'ой клетке;
процесс природного фотосинтеза, связанный с поглощением света пигментом растений — хлорофиллом:
hv
тСО2 + nH2O (CO2)m(H2O)n+ mO2
процесс образования электрического тока в солнечных батареях — одно из направлений использования солнечной энергии.
Наиболее распространены, особенно в космической технике, кремниевые фотопреобразователи. Еще одно направление использования солнечной энергии связано с преобразованием солнечного излучения в тепловую энергию с целью отопления зданий, кондиционирования воздуха и т. д.
Прогресс разложения галоидных соединений серебра
hv
AgCl Ag + С12
На светочувствительности галоидных соединений солей серебра основан процесс изображения в фотографии.
К третьей группе относятся химические процессы, протекающие под действием света — фотокаталитические реакции. Свет в этих процессах поглощается не реагирующими веществами, а катализатором, ускоряющим, процесс.
Под действием света происходит возбуждение электронов атомов, расположенных на поверхности катализатора, и снижение энергии активации реакции. В качестве фотокатализаторов используются некоторые полупроводниковые металлы (оксиды цинка, меди, кадмия, олова), нанесенные на основу. К фотокаталитическим процессам относятся:
синтез органических веществ, например, получение карбоновых кислот путем реакции окисления
RCOH+ORCOOH
(окислитель — перманганат калия или хромовая смесь); реакция разложения пероксида водорода
2H2O22H2O + O2 + Q
(катализатором являются соединения металлов — меди, железа, марганца, нанесенные на основу).
Большинство продуктов реакции, образующихся при фотохимических процессах, могут быть получены и другими -методами.
Целесообразность и распространенность применения фотохимических процессов объясняется преимуществами их перед термическими: возможность точной регулировки степени возбуждения молекул; высокая селективность реакции; возможность активировать только определенную группу или связь в молекуле изменением степени излучения; возможность синтеза термодинамических неустойчивых соединений; процессы мало зависят от температуры; скорость реакции легко регулируется; высокая степень чистоты получаемого продукта.