В. В. Курилкин основы химической технологии и лесопереработки конспект

Вид материала

Конспект

Содержание Целлюлозно-бумажное производство Получение целлюлозы Получение бумаги Значение целлюлозно-бумажной промышленности Вода в химической промышленности Производство неорганических веществ Производство аммиака Производство азотной кислоты Производство минеральных удобрений (ТУКОВ) Производство калийных удобрений Производство фосфорных и комплексных удобрений и фосфорной кислоты Производство едких щелочей ТИТАН – металл космического века

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине Ф. 13 «Системный анализ процессов химической технологии», 148.25kb.
• Основные вопросы рабочей программы по химической технологии, 282.59kb.
• Конспект лекций по курсу «Введение в специальность» направление, 941.35kb.
• М. В. Ломоносова Кафедра экономики и организации производства И. А. Назарова Основы, 599.04kb.
• Рабочая программа дисциплины компьютерные моделирующие системы в химической технологии, 239.63kb.
• Аннотации программ дисциплин Аннотация дисциплины, 62.94kb.
• Рабочая программа дисциплины инновационное развитие химической технологии модуль, 388.84kb.
• Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, 319.7kb.
• Рабочая программа дисциплины системный анализ процессов химической технологии направление, 349.07kb.
• Физико-химические основы разделения биазеотропных смесей 05. 17. 04 Технология органических, 285.92kb.

Целлюлозно-бумажное производство

Предвидя широкое использование древесины в различных целях, в том числе и в качестве химического сырья, Д. И. Менделеев писал: «Непременным… условием разумного пользования лесными запасами должно считать такое в них хозяйство, чтобы годовое потребление было равно годовому приросту, ибо тогда потомкам останется столько же, сколько получено нами».

Исключительно перспективную разновидность химического сырья представляет собой древесина – воистину уникальное сырье, запасы которого постоянно возобновляются, В результате фотосинтеза ежегодно на земном шаре образуется около 200 миллиардов тонн древесной массы, что примерно в двадцать раз превышает суммарную добычу нефти, газа и угля. А ведь древесина – это источник бумаги, картона, целлюлозы и ее эфиров, а также множества других продуктов и полупродуктов.

Проблемы целлюлозно-бумажной промышленности как области фундаментальных научных исследований долгое время не считались передним краем нашей химической науки. Но сейчас, когда комплексное использование всех видов природного сырья приобретает поистине общегосударственное значение, внимание химиков-исследователей и технологов к древесине будет безусловно возрастать.

Наиболее динамичной отраслью лесопереработки является целлюлозно-бумажное производство, выпускающее различные виды целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них. Побочными продуктами отрасли являются этиловый спирт, кормовые дрожжи, канифоль, скипидар, жирные кислоты.

Роль и значение бумаги для развития народного хозяйства очень велико. Массовое издание книг, журналов, газет невозможно без дальнейшего наращивания производства этого вида продукции.

Бумажная промышленность выпускает более 600 различных видов бумаги и картона. По принятой в РФ классификации бумажная продукция делится на 11 классов:

• для печати (типографская, офсетная, мелованная и другая);
  
• для письма (писчая, почтовая и другая);
  
• электроизоляционная (конденсаторная, кабельная, изоляционно-намоточная и другая);
  
• папиросная;
  
• впитывающая (фильтровальная, промокательная);
  
• для аппаратов (телеграфная, перфокарточная, для ЭВМ и другая);
  
• светочувствительная;
  
• оберточная;
  
• промышленно-техническая.
  

Основным сырьем для получения бумаги является древесная масса, целлюлоза, бумажная макулатура, натуральное тряпье. Древесную массу и целлюлозу получают в основном из хвойных пород древесины (сосны, ели, пихты).

Высококачественные сорта бумаги получают из чистой целлюлозы. Учитывая, что получение целлюлозы требует значительных затрат и обходится относительно дорого, производство основных видов бумажной продукции из нее экономически невыгодно. Поэтому, основную массу бумаги производят из древесной массы с примесью целлюлозы или тряпья. В газетной бумаге доля целлюлозы составляет примерно 25%, остальное – древесная масса.

В современных условиях огромное народнохозяйственное значение имеет широкое использование макулатуры – дешевого и распространенного сырья. 500000 т макулатуры соответствует 2500000 м³ древесины, кроме того, при использовании ее в качестве сырья на 60% снижаются энергетические затраты. Сбор и возврат макулатуры в производство – одно из важнейших направлений укрепления сырьевой базы целлюлозно-бумажной промышленности.

Прежде чем превратиться в бумагу древесина последовательно проходит ряд технических цепочек. Поступающую на целлюлозно-бумажные комбинаты древесину, первоначально распиливают на балансы длиной 1-3 м.

Подготовленные балансы (освобожденные от коры) поступают на переработку. Путем механического истерения в машинах, называемых дефибрерами (древотерами), из балансов получают древесную массу. Дефибрер состоит из абразивного цилиндрического жернова и прижимного механизма, который прижимает подаваемые в дефибрер балансы и устройства для непрерывной подачи воды с целью охлаждения жернова и удаления с его поверхности древесной массы. Жидкая масса по трубам подается в специальные емкости, где после удаления части воды получается древесная масса. В технологических процессах при получении древесной массы потребляется большое количество воды 400-500 м³ на 1 т воздушно-сухой древесной массы.

Получение целлюлозы. Целлюлозу получают путем химической переработки древесины. Сущность химической переработки заключается в выделении из древесины чистой клетчатки, которой содержится примерно 50%. Вначале балки на специальных станках рубят на мелкую щепу размером не длиннее 3 см и не толще 3 мм.

Для удаления не целлюлозных веществ щепу варят с применением химических веществ.

Наиболее распространенными являются сульфитный способ обработки щепы под давлением водными растворами бисульфата кальция, магния, натрия, а также сульфатная варка щепы в смеси сернистого натрия и каустической соды.

При этих способах щепу варят 5-10 часов при температуре 130-180⁰С и давлении в котле 0,6-12 МН/м². В ходе протекающих химических процессов большая часть не целлюлозных веществ растворяется. Путем последующих процессов – сепарации, очистки, обезвоживания и сушки – получают продукт, содержащий до 95% чистой клетчатки – целлюлозу.

Если целлюлоза используется на данном предприятии для получения бумаги, то ее в полужидком состоянии направляют на дальнейшую переработку.

В ходе технологических процессов образуются щелоки – пахнущая сернистым газом коричневая жидкость, содержащая много ценных веществ, входящих в состав древесины. На тонну целлюлозы получается 9-10 м³ отходов, содержащих до 50% древесных веществ.

Щелоки, являющиеся отходом производства, которые часто спускают в пруды и реки, нанося значительный ущерб экологии, все шире используются для получения спиртов, дрожжей, клеев. Из 1 т щелоков получают до 10 л спирта.

Дальнейшее совершенствование технологии производства целлюлозы направлено на создание безотходного производства, т.е. 100% утилизацию и переработку отходов. Это обусловлено дальнейшими требованиями охраны окружающей среды и, в первую очередь, источников водоснабжения.

Получение бумаги. Исходным материалом для получения бумаги является бумажная масса, которую получают смешивая в определенной пропорции целлюлозу и древесную массу. В зависимости от назначения и качества бумаги в бумажную массу добавляются различные добавки (каолин, канифоль, краски и т.д.).

Производство бумаги из бумажной массы осуществляется на бумагоделательных машинах. Эта машина состоит из нескольких частей непрерывного действия: сеточной части, где из разбавленной бумажной массы формируется полотно бумаги и из него удаляется часть влаги; прессовой части, где производится обезвоживание и уплотнение полотна бумаги; сушильной части, где удаляются остатки влаги; отделочной части, где полотно подвергается обработке для придания лоска, плотности, гладкости и наматывается на рулоны.

Весь процесс от поступления массы до снятия рулонов с готовой продукцией осуществляется автоматически. Обслуживание машины требует всего несколько человек.

Значение целлюлозно-бумажной промышленности. Переработка древесины на целлюлозу, бумагу и картон является одним из наиболее рациональных способов использования этого ценного сырья. Путем максимального увеличения доли древесины, перерабатываемой в целлюлозно-бумажной промышленности, можно резко увеличить степень обеспеченности народного хозяйства такими универсальными продуктами, как бумага и картон, которые во многих случаях являются полноценными и экономически очень эффективными заменителями древесины. Например, при изготовлении тары 1 т картона заменяет 12 м³ пиломатериалов. На 1 т картона расходуется 4 м³ древесного сырья, а на 12 м³ пиломатериалов – 18 м³ круглого леса. Увеличение производства целлюлозы обеспечивает также большое развитие производства искусственного волокна и других химических продуктов. При этом отпадает необходимость в чрезмерном увеличении размеров лесозаготовок, что способствует сохранению лесных ресурсов.

Резкое увеличение удельного веса целлюлозно-бумажной промышленности в общей обработке древесины в стране – одна из важнейших народнохозяйственных задач. Надо, однако, иметь в виду, что строительство целлюлозно-бумажных комбинатов требует огромных капиталовложений, составляющих сотни миллионов рублей, (что соизмеримо с капитальными затратами на строительство металлургических комбинатов или крупных гидроэлектростанций).

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А Легасов. Монологи о главном // Химия и жизнь, 1990, №3, с. 5-10
   
2. Белоглазов И.Н., Муравьев А.И. Интенсификация и повышение эффективности химико-технологических процессов. – М.: Наука, 1988.
   
3. Богдановский Г.А. Химическая экология. – М.: Изд. МГУ, 1994.
   
4. Водоподготовка, Под. ред. О.И. Мартыновой. – М.: Атомиздат, 1977.
   
5. Комплексное использование сырья и отходов. Под. ред Б.М. Равича. – М.: Наука, 1988.
   
6. Основы химической технологии, Под. ред. И.П. Мухленова. – М.: Высшая школа, 1991.
   
7. Мельников Е.А. и др. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. – М.: Химия, 1983.
   
8. Иваненко С.В. и др. Производство синтетического аммиака. – М.: Высшая школа, 1981.
   
9. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности. Под. ред. В.М. Орловского. – М.: Химия, 1985.
   
10. Кошкарев О.Д., Соколов И.Д. Технология калийных удобрений. – М.-Л.: Химия, 1978.
    
11. Кочетков В.Н. Фосфорсодержащие удобрения. – М.: Химия, 1982.
    
12. Технология фосфорных и комплексных минеральных удобрений. Под. ред. С.Д. Эвенчика. – М.: Наука, 1988.
    
13. Родионова И.А. Экологическая география России. – М.: Изд. Московский лицей, 1997.
    
14. Якименко Л.Н. Электрохимические процессы в химической промышленности. – М.: Химия, 1981.
    
15. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического синтеза. – М.: Химия, 1992.
    
16. Брацихин Е.А., Шульгина Э.Б. – Технология пластических масс. – Л.: Наука, 1982.
    
17. Роговин З.Я. Основы химии и технологии химических волокон. – М.: Т.Т. 1,2 Химия, 1974.
    
18. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2т. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003.
    
19. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. – М.: Высшая школа, 2002.
    

Содержание


Введение в курс химической технологии 1

Химическая технология и научные основы организации

современного производства 8

Сырье химической промышленности 10

Технико-экономические показатели химического производства 12

Вода в химической промышленности 17

Использование воды в химическом производстве 17

Источники водоснабжения химических производств 18

Промышленная водоподготовка 19

Производство неорганических веществ 23

Технологические свойства серной кислоты 23

Применение серной кислоты и олеума 24

Методы получения серной кислоты 25

Сырье для производства серной кислоты 26

Общая схема сернокислотного производства 28

Производство серной кислоты из флотационного колчедана 28

Технологическая схема производства серной кислоты контактным методом 33

Товарные сорта серной кислоты 34

Совершенствование сернокислотного производства 34

Производство аммиака 36

Проблема «связанного» азота. Потребности народного хозяйства в

соединениях азота 36

Методы связывания атмосферного азота 37

Получение аммиака. Общие сведения 37

Области использования аммиака 38

Краткий исторический очерк производства 38

Сырье для производства аммиака 40

Технологическая схема производства аммиака 41

Производство азотной кислоты 44

Применение азотной кислоты 45

Краткий исторический очерк производства 45

Физико-химические основы синтеза азотной кислоты из аммиака.

Окисление аммиака до оксида азота (II) 47

Окисления оксида азота (II) и димеризация оксида азота (IV) 49

Абсорбция оксида азота (IV) 50

Производство разбавленной азотной кислоты. Принципиальная

схема производства 51

Технологическая схема производства разбавленной азотной

кислоты под высоким давлением 53

Технологическая схема производства азотной кислоты АК-72 55

Концентрирование разбавленной азотной кислоты 57

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты 58

Производство минеральных удобрений (ТУКОВ) 60

Агротехническое значение минеральных удобрений 60

Классификация минеральных удобрений 61

Ассортимент и масштабы производства минеральных удобрений 62

Производство калийных удобрений 63

Флотационный способ производства 64

Галургический способ производства 66

Производство азотных удобрений 67

Производство нитрата аммония. Свойства нитрата аммония 68

Технологические схемы производства 69

Производство карбамида. Свойства карбамида. Технологическая

схема производства 71

Производство фосфорных и комплексных удобрений и фосфорной кислоты 75

Производство фосфорных удобрений 75

Производство фосфорной кислоты экстракционным методом 77

Производство фосфорной кислоты электротермическим методом 79

Производство двойного суперфосфата 80

Производство комплексных минеральных удобрений 82

Производство аммофоса 82

Производство нитроаммофоски 83

Производство едких щелочей 85

Технологические процессы с использованием электрической энергии 85

Электролиз водного раствора хлорида натрия 86

Производство соляной кислоты 89

ТИТАН – металл космического века 94

КЕРАМИКА – материал будущего 96

Промышленность органического синтеза 98

Продукты основного органического синтеза 98

Значение и перспективы развития ООС 99

Свойства и применение полимерных материалов 100

Пластмассы 104

Химические волокна 105

Общие принципы получения химических волокон 108

ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 111

Строение и состав древесины 112

Основные древесные породы, применяемые в строительстве 113

Лесоматериалы и изделия из древесины 114

Целлюлозно-бумажное производство 118