- •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 11 радиационно-химические процессы
В 40-х годах XX в. возникла и начала развиваться новая область общей и химической технологии — радиационно-химическая технология (РХТ). Задачей РХТ является исследование и разработка методов и устройств с помощью ядерных излучений для получения продуктов потребления и средств производства или придания материалам и готовым изделиям новых эксплуатационных свойств, а также решение экологических проблем. Радиационно-химические процессы (РХП) являются составной частью РХТ. Задачей РХП является выбор наиболее экономичного пути осуществления РХП при получении продукта с заданными свойствами. РХП относятся к процессам, в которых главную роль играют возбужденные атомы, ионы, молекулы, радикалы. Энергия ионизирующего излучения обычно в сотни тысяч раз превышает энергию химических связей.
Для ионизации используются потоки заряженных частиц большой энергии (ускоренные электроны, α-, β-частицы, нейтроны, осколки ядер) и высокочастотные электромагнитные колебания (рентгеновское и γ-излучение).
Для ионизации используются генераторы излучений на базе искусственных (кобальт-60) и осколочных изотопов (цезий-137) и др. Механизм РХП объясняется особенностями взаимодействия излучений и реагирующими веществами и состоит из трех стадий.
На первой стадии (физической) энергия первичного излучения перераспределяется между вторично заряженными частицами. Эти частицы при взаимодействии с электронами атомов приводят к возбуждению и ионизации новых молекул веществ.
На второй стадии (физико-химической) химически активные заряженные ионы и незаряженные осколки ядер реагируют между собой и с другими молекулами с большой скоростью. В результате вторичных реакций образуются новые активные частицы (свободные радикалы, ионы).
На третьей стадии (химической) происходят реакции, приводящие к образованию молекул нового вещества (радиационно-химический синтез).
РХП имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими процессами, ионизируемыми другими источниками энергии:
возможность создания необходимого распределения центров инициирования благодаря высокой проникающей способности излучений;
скорость процесса практически не зависит от температуры, что позволяет проводить РХП при низкой температуре;
скорость инициирования легко регулируется изменением мощности дозы излучения;
отсутствие катализатора приводит к получению более чистых материалов;
замена в некоторых случаях многостадийных процессов синтеза одностадийными;
возможность химического присоединения к поверхности различных веществ органических полимеров.
Все эти преимущества свидетельствуют о том, что РХП являются наиболее прогрессивными процессами.
В промышленности условно выделяют следующие направления применения РХП.
Радиационная полимеризация — наиболее перспективные и легко управляемые РХП. Они обычно протекают при низкой температуре под действием β-частиц и γ-излучений в газовой, жидкой и твердой фазах. Получаются полимерные материалы высокой степени чистоты, что особенно важно для применения их в радиоэлектронике и медицине. Для ряда полимеров РХП полимеризации являются единственно возможным методом синтеза. В настоящее время успешно применяются методы радиационной полимеризации этилена, триоксана, акриламида, а также процессы сополимеризации этилена с винилхлоридом, тетрафторэтиленом и др.
Например, в результате радиационной полимеризации полиэтилена
п (СН2 р= СН2) [ - СН2 - СН2 - ]n
получается прочный термостойкий материал с повышенными электроизоляционными свойствами. Радиационная полимеризация тетрафторэтилена
n(CF2 = CF2)->[-CF2-CF2-]n
дает возможность получить чистейший фторопласт-4 и улучшить технико-экономические показатели процесса.
Процесс полимеризации мономеров в гетерогенных системах, открытый советскими учеными, является основой для получения древесно-полимерных материалов (ДПМ), применяющихся для изготовления термостойких моделей, строительных деталей и литья в машиностроении.
Радиационное сшивание полимеров (включая вулканизацию эластомеров). Эти РХП приводят к модифицированию структуры и свойств полимеров. Для получения материала с заданными свойствами метод модифицирования является экономически более выгодным, чем синтез нового полимера. Наиболее изучен этот процесс для полиэтилена и других полиолефиновых и замещенных полимеров винилового ряда. Большое значение приобретает радиационная вулканизация каучуков по сравнению с традиционным методом вулканизации (температура 180- 200 °С, давление 15-20 МПа).
РХП осуществляется в обычных условиях, характеризуется меньшими энергетическими и трудовыми затратами и улучшенным качеством продукции. Большую будущность имеет способ радиационной модификации натуральных и синтетических волокон и древесины путем прививки полимеров на ткань. Этот метод дает возможность получать водо- и маслоотталкивающие материалы, огнестойкие и прочные к действию света, биостойкие и немнущиеся ткани и прочие древесно-пластмассовые ткани.
Радиационно-химический синтез (окисление, хлорирование, сульфохлорирование органических соединений и др.). Радиационное окисление используется для синтеза тетрахлорэтилена (ТХЭ) и хлорангидрида трихлоруксусной кислоты и для синтеза душистых веществ реакции замещения и присоединения, а также для использования некоторых фосфорорганических соединений (ФОС), например алкилдихлорфосфинов.
Большое практическое значение имеют процессы радиационного сульфохлорирования и сульфоокисления парафиновых углеводородов. Например, синтез бромистого этила под действием у-излучения
γ
С2Н4+HBrC2H5Br
приводит к увеличению скорости процесса и выхода продукта реакции.
Продукты сульфохлорирования парафиновых углеводородов используются для производства моющих средств и поверхностно-активных веществ. Разработан процесс радиационного синтеза органохлорсиланов — мономеров, которые являются исходными продуктами для получения кремнеорганических полимеров. Важное место в промышленности занимают высокоэффективные процессы теломеризации — реакции производства этилена с ненасыщенными соединениями (телогенами), эти продукты трудно синтезируются обычным путем. В СССР разработан способ получения тетрахлоралканов из этилена и четыреххлористого углерода, являющихся основой для синтеза смазочных масел и ядохимикатов.
Радиационное модифицирование неорганических материалов. Оно характерно для трех групп неорганических веществ: оксидов металлов — катализаторов химических процессов, диоксидов металлов с особыми диэлектрическими свойствами и для полупроводников. Под действием излучения каталитическая активность увеличивается и уменьшается отравляемость от действия ядов. Например, активность оксидов никеля, железа, цинка и других увеличивается при облучении на несколько порядков. Некоторые сегнетоэлектрики (титанат бария) и полупроводники селена под действием γ- излучения улучшает эксплуатационные свойства.
Практическое значение имеют процессы радиационной сепарации и флотации различных минералов.
Радиационная очистка сточных вод, твердых отходов и газов используется для водоподготовки и очистки различных бытовых и промышленных жидкостей (сточных вод), твердых отходов и газов. При облучении природная вода дезинфицируется и из нее удаляются газы. В основе радиационной очистки сточных вод, содержащих различные примеси (фенол, поверхностно-активные вещества, красители и др.), лежит радиолиз воды и радиационная полимеризация предварительно введенных мономеров. При радиационной очистке твердых отходов и шламов получаются вещества, используемые в качестве удобрений или добавок к кормам для животных.
Процесс радиационной очистки газов широко используется в народном хозяйстве. Например, очистка дымовых газов промышленных предприятий от диоксида серы и оксидов азота. Под действием рентгеновского излучения диоксид серы окисляется кислородом воздуха в сернокислых растворах в присутствии катализатора. При этом диоксид серы и оксиды азота переходят в серную и азотную кислоты, которые вместе с твердыми частицами осаждаются на электростатическом фильтре.
В последнее время радиационное излучение используется в медицине для диагностики и лечения. Развивается направление создания комплексных химико-энергетических установок, одновременно производящих и энергию и продукты. На ядерных установках одновременно с выработкой электроэнергии получают пленочные, полупроницаемые мембраны, применяемые для разделения гомогенных систем.
Недостаток РХП — особые правила безопасности при ведении процессов и необходимость обязательного захоронения радиоактивных осколков (стронция, цезия и др.). В последнее время наилучшим методом переработки высокорадиоактивных растворов является метод их отверждения, т. е. фиксация содержащихся в растворах радиоактивных изотопов в значительно меньшем объеме—в виде твердых тел, таких, как стекло и базальт. Вопрос об использовании РХП для блага человека всегда вызывал большой интерес в мире.
Результаты, полученные в области РХТ, позволяют утверждать, что широкое внедрение РПХ в различные отрасли промышленности и сельского хозяйства дает большой народнохозяйственный эффект.
Радиационно-химическая технология вносит существенный вклад в химизацию народного хозяйства и научно-технического прогресса в нашей стране.