Виробництво хлору, водню та їдкого натру

Для виробництва хлору, водню та їдкого натру використову­ють водні розчини хлориду натрію (NaCl).

Чистий хлорид натрію — безбарвна кришталева речовина гу­стиною 2160 кг/м , яка добре розчиняється у воді. У природі хло­рид натрію міститься в соляних озерах, у вигляді підземних роз­солів, а також у твердому стані.

Хлор, водень та їдкий натр отримують електролізом водних розчинів хлориду натрію. Електроліз проводять в електролізе-рах. Основними складовими електролізерів є ванна, електроди, діафрагма чи мембрана.

Катоди виготовляють із заліза або ртуті; аноди — з графіту. За­лежно від вибору електролізера є три способи виробництва хлору, водню та їдкого натру: діафрагмовий, ртутний і мембранний.

При діафрагмовому способі в анодний простір ванни пода­ють розчин хлориду натрію. У водному розчині хлориду натрію між іонами натрію, хлору, водню та гідроксилу з одного боку, і молекулами хлориду натрію з іншого, існує рівновага:

; .

Під час проходження стального електричного стуму через вод­ний розчин NaCl послідовність розрідження цих іонів визначається насамперед значенням та співвідношенням їх електронних по­тенціалів. Відновлення іонів натрію на твердому залізному катоді неможливе, оскільки потенціал цього процесу має від'ємне значен­ня і дорівнює — 2,71 В, тому на катоді утвориться водень, потенці­ал розрядження якого за таких самих умов становить — 0,415 В:

#.

Іони Na і ОН , які залишились у розчині, у катодному про­сторі утворюють їдкий натр (NaOH):

Na + ОН > NaOH.

На аноді розряджаються іони хлору і виділяється хлор:

#.

Таким чином, у процесі електролізу водних розчинів хлориду натрію отримують хлор і водень у вигляді розчину.

Під час електролізу водного розчину хлориду натрію відбу­вається ряд побічних процесів, які спричинюють зниження якості

продукції, зайві витрати енергії. Для запобігання виникненню побічних процесів І змішуванню продукції електролізу катодний і анодний простори розділяють діафрагмою, виготовленою з пре­сованого азбесту. В електролізерній ванні діафрагми розміщують горизонтально та вертикально. Діафрагму щільно припасовують до катода. Отриманий їдкий натр забруднений хлоридом натрію (2-4%) та іншими домішками.

Для отримання дуже чистого їдкого натру використовують ртутний спосіб. У ході ртутного способу виробництва хлору, водню та їдкого натру катод виготовляють із ртуті (Hg).

Агрегат, в якому проводять електроліз, складається з елект­ролізера у ванні якого міститься водний розчин хлориду натрію та розкладача — ванни з водою. В електролізері на ртутному катоді розряджаються іона натрію, а не водню, оскільки потенціал розря­дження іона натрію дорівнює -1,2 В, а іона водню -1,7...-1,85 В.

На аноді розряджаються іони хлору:

#.

Йони натрію розряджаються на ртутному катоді з утворен­ням амальгами

Na-nHg:

.

Амальгама з електролізерної ванни надходить до ванни, де взаємодіє з водою. Внаслідок взаємодії з водою утворюються їдкий, натр, водень І ртуть:

.

Водень І їдкий натр випускають із ванни І подають на пере­роблення, а потім до споживача. Ртуть повертається знову в еле-ктролізер.

їдкий натр, отриманий ртутним способом, якісніший і кон-центрованіший, ніж діафрагмовим. Саме тому незважаючи на ве­ликі капітальні затрати, а вони на (50...70)% перевищують затра­ти на створення такої самої потужності діафрагмовим способом, ртутний спосіб зараз застосовується частіше. Головним спожива­чем якіснішого їдкого натру є виробництво штучних волокон.

При мембранному способі виробництва хлору, водню та їдкого натру використовують електролізер, в якому анод і катод відділені один від одного "глухою стіною" — іонообмінною мем­браною. Жодна молекула газу або рідини не може проникнути крізь неї — мембрана налаштована тільки на іони. Варто лише створити навколо мембрани електричне поле, як вона зразу по­чинає працювати: відкриє прохід іонам натрію, а іони хлору за-

тримає. Внаслідок цього хлор виділяється на аноді, водень — на катоді, у розчині залишається їдкий натр, який концентрують і відправляють до споживача. Отримана продукція є дуже чистою. Спрощену схему технологічна система виробництва хлору, водню та їдкого натру можна уявити так: вона складається з п'яти елементів. Хлорид натрію розчиняють у воді у ванні. Отри­маний розчин в очиснику очищають від іонів кальцію та магнію. Для цього до водного розчину NaCl додають соду та вапно. Внаслідок взаємодії домішки осідають на дно, а розчин NaCl че­рез фільтр надходить до ванни для нейтралізації лугу. Очищений розчин переходить до теплообмінників, де нагрівається до темпе­ратури 90 °С і подається до подається до електроліз єрів для про­ходження електролізерах, їдкий натр збирається у збирачах, звідки надходить на концентрування. Хлор збирають у збирачі, звідки подають на охолодження та висушування. Водень без очи­щення направляють споживачам.

Виробництво пеніциліну

Пеніцилін: азотомісткий гетероцикл. Продуцент: Penicillium chryzodenum.Пеніцилін отримують шляхом глибинного культи­вування. Інтенсивний синтез пеніциліну розпочинається після на­громадження великої кількості біомаси — міцелію. При викори­станні молочної кислоти в середовищі (рН нейтральний). Перше середовище для глибинного утворення пеніциліну було розроб­лене Моєром і Коххілом в 1946 році в склад якої входив кукуруд­зяний екстракт, лактоза, NaNO , однозаміщенний фосфорнокис­лий калій та інші солі. Це середовище було основою, на його базі були розроблені інші середовища, які використовують для про­мислового виробництва пеніциліну.

Виробництво пеніциліну здійснюється в такій послідовності:

Спочатку розмножуються спори на пшениці в флаконах при (25...27) °С протягом (4...5) діб. Отриманим споровим матеріалом засівають інокулятори, а потім засівні апарати (12... 18) годин. Ферментація відбувається в поживному середовищі: кукурузний ектстракт (2...3)%, глюкоза (2%), лактоза (1%), сульфат амонію + фосфати (0,5... 1)%, похідна ФУК — (0,3...0,6)%.

Для стабілізації рН — крейда. В процесі розвитку гриба при за­водському отриманні пеніциліну для боротьби з вспінюванням се­редовища використовують, як правило, рослинну олію. Додавання

соняшникової олії в середовище з концентрацією, яка не перевищує 1%, не впливає на утворення антибіотика. Підвищення концент­рації олії приводить до різкого зниження концентрації пеніциліну.

Лактоза забезпечує повноцінний синтез антибіотика, оскільки вона споживається грибом повільніше, ніж, наприклад, глюкоза, в результаті чого в період максимального утворення антибіотика лактоза ще міститься в середовищі. Це створює сприятливі умови для утворення пеніциліну. В середовищі з глюкозою відбувається прискорення всіх обмінних процесів. Максимум утворення пеніциліна відбувається приблизно через 50 годин, тобто через дві доби після початку розвитку гриба, а глюкоза використовується організмом протягом перших (30...40) годин росту. За присутності лактози максимальне утворення пеніциліну відбувається через (6...7) діб, а лактоза споживається грибом приблизно за 6 діб.

Велике значення для утворення пеніциліну має аерація куль­тури. При інтенсивності аерації, близькій 1 відбувається макси­мальне нагромадження пеніциліна. Зменшення інтенсивності ае­рації, або її надмірне збільшення призводить до зниження біосин­тезу антибіотика. Велику роль при цьому відіграє перемішування культури. Так із збільшенням потужності мішалки швидкість споживання лактози зростає і зростає біосинтез антибіотика. Від способу перемішування культуральної рідини залежить форма і величина глибинних колоній, стан яких визначає ступінь можли­вості міцелія утворювати пеніцилін.

При ферментації необхідна прискіплива асептика (стороння мікрофлора продукує пеніцилазу, фермент, інактивуючий пеніцилін). Стерилізація середовища відбувається протягом (20...60) хв при температурі

(120... 130) °С.

Процес фільтрації відбувається під тиском.За допомогою фільтрів міцелій відділяють від культуральної рідини. Міцелій ви­користовується в тваринництві, а культуральна рідина, яка містить (30...40)% мінеральних речовин, (15...30)% пеніциліну і (З...6)% білкового матеріалу використовують для подальшого очищення.

Для вилучення білка із куртурального середовища його об­робляють солями амонію, заліза, цинку, коагулюють таніном, а також нагріванням до (65...70) °С.

Для очищення пеніциліну використовують екстракцію, оскільки він, як кислота добре розчинний в органічних розчин­никах, а як сіль — у воді. Пеніцилін екстрагують бутилацетатом, рН = 2. Температура 4 °С (перехід в органічну фазу).

Розчином карбонату натрію рН = (6,5...7) перехід у воду (30...50) тис.од/мл.

Стадія виділення кристалізованих солей:

1. Стадія зневодження охолодженням до -(16... 18) °С з по­дальшою фільтрацією льоду. Вилучення пігменту забруднень.

2. Отримання концентрату 0,6М КОН. рН = 6,5, активність (150...250) тис. ум.од./мл. під вакуумом з додаванням бутанола (для сумішей, що киплять при більш низькій температурі) Темпе­ратура (16...25) °С, вакуум (5... 10) мм.рт.ст.

Сіль калію пеніциліну кристалізується. її фільтрат промива­ють бутанолом.

Грануляцію пасти і висушування здійснюють у вакуум — су­шильній шафі при (75...80) °С і 10 мм.рт.ст. Контролюють на ан­тибіотичну активність і стерильність фасують.

Виготовлення лаку

Виготовлення переетирифіката лака ПФ-60 відбувається в ре­акторах які вміщують 6,3 м і 10 м (кожен реактор обладнаний мішалкою, внутрішнім змієвиком для первинного підігрівання або охолодження реакційної маси, зворотнім холодильником, нахиленим конденсатором і розподільною посудиною).

До реактора підводиться інертний газ (азот), який використо­вується на протязі всього процесу виготовлення основи лаку. Пе­ред початком роботи реактор повинен бути перевіреним на гер­метичність, чистоту, справність засобів контролю. Реактор перед завантаженням перевіряють на герметичність тиском азоту Р = 2 атм. Дозування масел відбувається із БХ, які встановлені на тензовагах, і знаходяться на етажерці.

Завантаження всіх компонентів в реактор відбувається через механізм приготування паст. Порціями завантажують в механізм значну кількість пентаеритриту та масла. Пасти, які приготували завантажують в реактор. В реактор подають азот. Шляхом подачі в змієвик пари, розпочинають розігрівання реакційної маси. Коли буде досягнута в реакторі t = 120 °С подача пару закінчується, а розігрів продовжується за допомогою індукційного нагрівання. Температурний режим контролюється за допомогою термопари, з'єднаної з лічильним приладом, встановленим на місці і термопа­ри з'єднаної з самописним пристроєм, встановленим в кімнаті майстрів. Температурний режим регулюють за допомогою регу­лювального пристрою, що встановлений в кімнаті майстрів.

Переетирифікацію проводять при t - (245±5) °С до розчинен­ня реакційної маси в 96% етиловому спирті в співвідношенні 1:10 при t = 26 °С.

Перевірку розчинності починають при досягненні t = (245±5) °С і повторюють через кожні 15 хвилин.

У випадку, якщо після 2-х годин витримки реакційної маси при t = (245±5) °С не буде досягнута розчинність при співвідно­шенні 1:10, але при цьому вона буде не менше 1:2, то переети­рифікацію закінчують.

Після закінчення переетирифікації реакційну масу охолоджують до 120 °С і відкачують в спеціальну ємкість, для переетирифікату.

Виготовлення алкідної смоли. Виготовлення основи лака ПФ-060 відбувається в реакторах ємністю 6,3 м .

Порціями завантажують в механізм дану кількість переети­рифікату із спеціально відведеної для цього ємкості і фталевого ангідриду. Пасту, що приготували завантажують в реактор. Після продування системи інертним газом при температурі не вище 160 °С, завантажують ксилол і вмикають обігрів. При цьому азот подається постійно. Вмикають подачу води в трубчастий конден­сатор. Конденсат азеотропної суміші, що утворилась стікає в роз­подільну посудину. Процес поліетирифікацїї супроводжується виділенням реакційної води, тому після завантаження фталевого ангідриду і ксилола при підвищенні температури можливе вспішовання реакційної маси. На цій стадії потрібно добре слідку­вати за швидкістю нагрівання та ходом технологічного процесу.

Температура в розподільній посудині не повинна перевищу­вати 90 °С. Під час процесу постійно слідкують за зливом азеот­ропної суміші з нахиленого конденсатора в розподільну посуди­ну, поверненням ксилола з розподільної посудини в реактор і за стіканням реакційної води в збірник реакційної води.

При зменшенні надходження конденсату в розподільну посу­дину невеликими порціями вводять додаткову кількість ксилола в такій кількості, щоб загальна його кількість не перевищувала 3% від загального завантаження. Реакція полі етерифікації прохо­дить при t = (250 + 10) °С.

Перевірку в'язкості починають при досягненні температури 230 °С і проводять по віскозиметром ВЗ-4. Контроль на початку процесу проводять кожної години. У випадку швидкого зростан­ня в'язкості перевірку проводять кожні 15 хвилин. При визна­ченні в'язкості враховують розчинник, що містить смола.

При досягненні заданої умовної в'язкості розчину смоли в ксилолі і кислотного числа не більше 20 мг КОН на основу, ре­акційну масу охолоджують до t = (160... 180) °С шляхом подачі во­ди в змійовик і розвантажують в змішувач під шар розчинника самопливом (під током інертного газу).

Розчин смоли і встановлення лака на тип

Розчинення смоли відбувається в змішувачах місткістю 14 м3 (під шаром інертного газу).

Змішувач — горизонтальний циліндричний апарат, встанов­лений на тензовагах, оснащений двома заступами, з частотою обертання 50-60 об/хв. Змішувач оснащений водяною сорочкою для охолодження і кожухотрубчатим теплообмінником для кон­денсації пари розчинників.

Контроль температури в змішувачах відбувається за допомо­гою термопари з'єднаної з лічильним приладом, встановленим на місці і термопари з'єднаної з самописним пристроєм, встанов­леним в кімнаті майстрів. Завантажують рецептурну кількість розчинника, контроль кількості завантаженого розчинника відбувається на тензовагах.

Відкривають воду на охолодження в сорочку і зворотній хо­лодильник і розпочинають злив смоли в змішувач. Подачу інерт­ного газу припиняють через 10 хвилин після зливу смоли в змішу­вач. Після зливу смоли із реактора вміст змішувача перемішують до однорідності, але не менше однієї години.

При досягненні однорідності розчину смоли відбувається встановлення лаку на тип.

У випадку невідповідності в'язкості і складових летких речо­вин вимогам НДТ в змішувач добавляють розчинник.

Після кожної добавки вміст перемішується протягом ЗО хви­лин. Після цього лак подається або у відстійні баки ЛВО, або на очищування у центрифугувальне відділення. За мірою забруднен­ня реакторів і змішувачів, але не рідше одного разу в місяць, відбувається їх промивання розчином каустичної соди.

Контрольні запитання до 10 розділу

1. Характеристика хімічної промисловості України.

2. Будова та характеристика пластичних мас.

3. Хіиічні основи полімеризації.

4. Способи переробки пластмас у вироби.

5. Гума та гумові технічні вироби.

6. Виробництво добрив.

7. Виробництво миючих засобів.

8. Основи переробки нафти.

9. Продукти переробки нафти і їх характеристика.

10. Виробництво кислот та лугів.

11. Виробництво пеніциліну.

12. Виробництво лаків.

13. Виробництво хлору, водню та їдкого натру.

14. Технологія сірчаної кислоти.