- •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 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
При сильном нагревании любое вещество превращается в газ. При этом часть молекул переходит в возбужденное состояние, другая — разлагается на составляющие их атомы, а также осколки молекул, свободные радикалы, ионы и различные частицы вплоть до электронов. Подобная газообразная среда называется плазмой и обычно содержит более 1 % молекул в ионизированном состоянии. Так как число положительно и отрицательно заряженных частиц примерно одинаково, то плазма квазинейтральна. В отличие от газа она ярко светится, обладает электропроводностью и активно взаимодействует с магнитными полями.
Различают высоко- («горячую») и низкотемпературную («холодную») плазмы. «Холодная» плазма наблюдается при электрических разрядах в газах при низком давлении. Она используется в газосветных трубках.
Примером «горячей» плазмы может служить Солнце, горячие звезды, «точечные» (диаметром несколько сантиметров) эпицентры взрыва атомных и водородных бомб и т. д. Высокотемпературная плазма характеризуется областью температур от нескольких миллионов до сотен миллионов градусов. На опытных установках плазма удерживается сверхмощным магнитным полем, имеет продолжительность существования сотую долю секунды. Изучается физиками как потенциальный источник дешевой термоядерной энергии. При протекании управляемых термоядерных реакций возникает сверхвысокотемпературная плазма.
Низкотемпературная плазма в природе существует в виде шаровой молнии, а искусственно получаемая — в высокочастотных и сверхвысокочастотных разрядах и в электрической дуге, имеет температуру ~103-104 К.
Плазменные процессы давно применяются на многих предприятиях машино-, авиа- и судостроения для процессов формообразования, включающих резку, сварку и наплавку металлов, напыление тугоплавких, износостойких и коррозионностойких покрытий. На современном этапе развития технология позволяет получать сверхвысокие температуры, недостижимые никакими другими путями. Это обеспечивается подводом энергии большой мощности к поверхности малого размера, струйному отводу компонентов из реакционной зоны со скоростью до 10 км/с и почти мгновенному их охлаждению в специальном закалочном устройстве.
Сейчас более чем в 160 процессах плазма используется для химического синтеза неорганических и органических соединений, композиционных материалов, получения стекла, сверхчистых металлов, производства высокодисперсных порошков и даже выращивания монокристаллов.
Достоинством плазменных процессов является их малая чувствительность к примесям в исходном сырье, высокая скорость процесса, малые габариты используемой аппаратуры. К недостаткам относятся: высокая энергоемкость, а применительно к некоторым видам сырья и конечным продуктам неизученность и в ряде случаев их значительное несовершенство. Однако возможность вовлекать в переработку трудноперерабатываемое, но широко доступное сырье, эффективно изменять физические и физико-химические свойства материалов, получать высокочистые вещества открывает новые, еще неизвестные направления использования плазмы в промышленности и особенно в химической технологии.
Так, увеличение температуры процесса является в ряде случаев одним из решающих факторов ускорения химических превращений. Например, скорость окисления азота кислородом возрастает в 90 млн. раз при повышении температуры процесса с 1700 до 4000 К. При такой температуре время, в течение которого устанавливается равновесие реакции N2-f-O2 *=* 2NO, сокращается со 140 до 1,5-10"6 с. Это создает предпосылки для осуществления плазменного процесса окисления азота в проточном малогабаритном аппарате высокой интенсивности. Подобное оборудование для ряда плазменных процессов производится серийно и отличается большим многообразием. Оно компонуется из трех основных элементов: плазмотрона, реактора и закалочного устройства.
В плазмотроне с помощью электрических разрядов (электродуговых, ВЧ или СВЧ) создается высокая температура, которая ионизирует поток аргона, гелия, азота или любого другого газа, превращая его в плазму. Полученная плазма в качестве энергоносителя направляется в реактор. Здесь под действием высокой температуры в плазме за тысячные доли секунды протекает химическая реакция. Однако скоротечность плазмохимической реакции значительно усложняет сохранение нужных продуктов от разложения. Поэтому фиксацию промежуточных или охлаждение конечных продуктов в закалочном устройстве проводят с такой скоростью, чтобы они не успели разложиться при переходе к нормальным температурам. Любое нарушение режима закалки снижает выход желательных продуктов на ⅓ и более. Так, уменьшение скорости закалки оксидов азота в плазмохимической реакции между азотом и кислородом с 108 до 107 град/с снижает выход оксида азота с 9,6 до 6,4%. Практика показывает, что хорошие технико-экономические показатели работы плазмохимических установок могут быть достигнуты при соблюдении двух условий: выбор плазмотрона должен производиться с учетом особенностей конкретного плазмохимического процесса; при компоновке схемы установки целесообразно стремиться к максимальной степени «развязки» отдельных аппаратов, что позволяет оптимизировать работу каждого из них исходя из требований всего процесса в целом. В настоящее время в промышленном масштабе реализовано сравнительно небольшое число плазмохимических процессов. Но зато в десятки раз большее их число интенсивно исследуется и изучается. К ним относятся те химические реакции, у которых: равновесие смещено в сторону высоких температур; скорость реакции резко возрастает с повышением температуры, и она протекает за 10"3 —10"5 с; высокие выходы продукта достигаются в существенно неравновесных условиях; используется дешевое и доступное сырье (воздух, природный газ, простейшие углеводороды); имеется необходимость получения чистых и высокочистых, например полупроводниковых, материалов.