Хімія та виробництво
Серед хімічних реакцій, що здійснюються в лабораторії, є аналогічні, які здійснюють у промислових умовах для виробництва різної хімічної продукції (пластмаси, фармацевтичні препарати, барвники, добрива, пестициди та різні хімічні речовини – сірчана, соляна та азотна кислоти, аміак, етилен та ін.) .
Галузі хімічної промисловості
Галузь народного господарства, що відповідає за виробництво продукції на основі хімічної переробки сировини, називається хімічною промисловістю. Найважливіші галузі хімічної промисловості:
- неорганічна хімія (виробництво аміаку, сірчаної кислоти, соди)
- органічна хімія (виробництво фенолу, етилену, карбаміду тощо)
- силікатна промисловість (виробництво кераміки)
- нафтохімія (виробництво бензолу, стиролу)
- агрохімія (виробництво добрив, пестицидів)
- виробництво полімерів (поліетилен, поліестер та ін.) та еластомерів (гума, неопрен, поліуретани)
- виробництво вибухових речовин (нітрогліцерин, нітрат амонію)
- фармацевтика (виробництво лікарських препаратів), виробництво парфумерії та косметики (кумарин, ванілін, камфора)
Основа хімічної промисловості - хімічна технологія - наука про найбільш економічні методи та засоби масової хімічної переробки природних матеріалів (сировини) у продукти споживання та проміжні продукти, що застосовуються в різних галузях народного господарства.
Найбільш важливими з погляду хімічної технології вважають виробництво аміаку та метанолу. Ці речовини є першорядними ланками, що породжують низку нових виробництв. Так, з аміаку отримують азотну кислоту (йде на виробництво добрив, ліків, барвників, пластмас,штучних волокон, вибухових речовин) чи сечовину. Після отримання метанолу можливе його використання у виробництві формальдегіду, який, у свою чергу, йде на виробництво фенол-формальдегідних смол і поліметилметакрилату.
Виробництво аміаку
Розглянемо процес виробництва аміаку (рис. 1), основу якого лежить реакція:
N2+3H2 2NH3+92 кДж.
Оскільки реакція оборотна, а виробництво спрямоване отримання цільового продукту – аміаку, необхідно підібрати оптимальні умови проведення синтезу з характеристик хімічної реакції. Так, усунення рівноваги у бік утворення аміаку сприятиме підвищений тиск.
Мал. 1 Установка для отримання аміаку в промислових масштабах
Незважаючи на те, що згідно з принципом Ле-Шательє, для зміщення рівноваги у бік продуктів при екзотермічній реакції необхідно знизити температуру, реакцію проводять за оптимальної для цього процесу температури: 450–500 °С, оскільки при зниженні температури швидкість синтезу аміаку буде дуже мала.
Для прискорення синтезу використовують каталізатор, у ролі якого виступає відновлене залізо, активоване оксидом калію або алюмінію. Проте, за вищевказаних умов рівноважний вихід аміаку становить трохи більше 20%. Тому синтез здійснюється за способом багаторазової циркуляції, тобто непрореагував суміш газів багаторазово повертають у виробництво після відділення від неї отриманого продукту.
Виробництво аніліну
Як широкомасштабне виробництво органічних речовин розглянемо виробництво аніліну (рис. 2). Анілін (C6H5NH2) являє собою найпростіший ароматичний амін. Анілін використовується для виробництва поліуретанів (спочатку з анілінуотримують метилдіізоціанати, а потім самі поліуретани), штучних каучуків, гербіцидів барвників, вибухових речовин та лікарських засобів (сульфаніламідні препарати).
Мал. 2. Схема отримання аніліну шляхом безперервного відновлення нітробензолу чавунною стружкою: 1 - змішувач; 2 - насос; 3-редуктор; 4 - шнековий живильник; 5, 7 - конденсатори; 6 - апарат для відгону аніліну; 8 - відстійник шламу; 9 - холодильник; 10 - сепаратор; 11 - збірка сирого аніліну; 12 - збірка анілінової води
Отримання аніліну здійснюють дві стадії. Спочатку одержують нітробензол за реакцією нітрування бензолу сумішшю концентрованої азотної та сірчаної кислот при температурі 50-60 °C, а потім здійснюють гідрування нітробензолу при температурі 200-300 °C у присутності каталізаторів, наприклад заліза: