Курсовая работа: Методика проведення факультативного курсу з хімії

Хімічна промисловість пов'язана з багатьма галузями. Вона комбінується з нафтопереробною, коксуванням вугілля, чорною та кольоровою металургією, лісовою промисловістю. Завдяки складній системі зв'язків утворюються певні поєднання виробництв, з яких формуються міжгалузеві комплекси. До таких комплексів належить і хіміко-лісовий. В одних випадках роль хімічної промисловості у цих комплексах провідна, в інших вона не має формуючого значення, лише доповнюючи усталену систему зв'язків. Проте загалом хімічну промисловість слід розглядати як головну галузь, що визначає склад і напрям розвитку комплексу. Здебільшого лісова промисловість розглядається у цьому комплексі як постачальник деревини для хімічної промисловості [18].

Технологія виробництва неорганічних речовин переважно виробляє напівфабрикати, що використовуються в інших галузях промисловості. Виняток становлять мінеральні добрива, які виробляє відповідна галузь.

Технологія виробництва органічних речовин включає виробництва вуглеводної сировини, органічних напівфабрикатів, синтетичних матеріалів. Основною сировиною для хімії органічного синтезу є вуглеводні нафти, природний та попутний газ. Використовуються також вуглеводневі сполуки, що одержуються з вугілля.

Гірничо-хімічна промисловість виробляє сировинну базу передусім для неорганічної хімії.

Хімічна промисловість значно поширена у розвинутих країнах. Лише у США виробляється понад чверть, а в шістьох найрозвинутіших країнах - понад 3/4 хімічної продукції світу.

Закономірність розвитку хімічної промисловості у США пояснюється наявністю на їх території значної кількості практично усіх видів хімічної сировини: нафти, газу, солей, фосфоритів тощо. Інші розвинуті країни значно залежать від імпорту хімічної сировини.

Розвинені країни мають потужну багатогалузеву хімічну промисловість. Навпаки, у невеликих країнах розвинута переважно одна галузь. Наприклад, у Швейцарії - фармацевтична, у Нідерландах - гумовотехнічна промисловість.

Основна хімія, як галузь, обіймає кислотну, содову промисловість та виробництво мінеральних добрив. Родовища природної сірки розташовані переважно в США, Канаді, Мексиці, Італії (пластмасові вироби), Запоріжжі (кремній-органічні сполуки, синтетичні смоли), Дніпродзержинську (полівініл, полістирол), а також Калуші, Одесі, Києві, Фастові, що виробляють хімічну продукцію і стали центрами переробки синтетичних смол на пластмасові, плівкові та інші вироби [18].

Промисловість хімічних волокон. Найбільші підприємства розміщені у Чернігові, Києві (Дарницький шовковий комбінат), Черкасах.

Хімічна промисловість використовує повітря і воду у величезних кількостях для різноманітніших цілей. Це пояснюється комплексом цінних властивостей повітря і води, їх доступністю і зручностями застосування. Повітря є всюди. Хімічні підприємства будуються біля водних джерел.

1.1.2 Використання води та повітря в якості допоміжної сировини в хімічній промисловості

1. Кисень (повітря) використовується під час горіння та інших окисних процесів.

Частка Оксигену на Землі ~ 50 %. Атмосферний кисень становить від загальної кількості Оксигену — 0,013 %, або 1 180 млн. т. До того ж його запаси постійно поновлюються: 1 га лісу виробляє 60 т кисню на рік).

Повітря. У хімічній промисловості повітря застосовують в основному як сировину або як реагент у технологічних процесах, а також для енергетичних цілей. Технологічне застосування повітря обумовлено хімічним складом атмосферного повітря; сухе, чисте повітря містить (об'ємна частка в %); N₂ - 78,10; О₂ - 20,93; Аг - 0,93; СО₂ - 0,03 і незначні кількості Не, Ne, Кг, Хе, Н₂ , СН₄ , О₃ , NO. Найчастіше використовують кисень повітря як окислювач: окисний випал сульфідних руд кольорових металів, сірковмісної сировини при одержанні діоксиду сульфуру в сульфур-кислотному, целюлозно-паперовому виробництвах; окислення амоніаку у виробництві нітратної кислоти; неповне окислювання вуглеводнів при одержанні спиртів, альдегідів, кислот і ін.

Кисень, виділений ректифікацією рідкого повітря, у великих кількостях витрачають для кисневої плавки металів, у доменному процесі і т.п.; при ректифікації одержують також азот і благородні гази, в основному аргон. Азот використовують як сировину у виробництві синтетичного амоніаку й інших азотовмісних речовин і як інертний газ [22].

Повітря, застосовуване як реагент, піддається в залежності від характеру виробництва очищенню від пилу, вологи і контактних отрут. Для цього повітря пропускають через промивні вежі з різними рідкими поглиначами (Н₂ О, луги, етаноламіни й ін.), мокрі і сухі електрофільтри, апарати з вологопоглинальними сорбентами й ін.

Енергетичне застосування повітря пов'язане насамперед з використанням кисню як окиснювача для одержання теплової енергії при спалюванні різних палив. Повітря використовується також як холодоагент при охолодженні газів і рідин через теплообмінні поверхні холодильників або в апаратах прямого контакту (наприклад, охолодження води в градирнях), при грануляції розплавів деяких сполук (наприклад, аміачної селітри).

В інших випадках нагріте повітря використовується як теплоносій для нагрівання газів або рідин. У пневматичних барботажних змішувачах використовують стиснене повітря для перемішування рідин і пульпи (флотація), у форсунках - для розпилення рідин у реакторах і топках.

2. Вода використовується як розчинник, реагент і теплоносій. (Якщо всі запаси води (75 % поверхні Землі), а це І 386 млн. м³ рівномірно розподілити по всій земній кулі, то вона залишилася б під водою шаром 2 713 м. Проте прісна вода становить усього 2,5 %. В наш час проблеми водопостачання полягають у проблемі транспортування і збереження чистоти природної води [13].

Завдяки універсальним властивостям вода знаходить у народному господарстві різноманітне застосування як сировина, як хімічний реагент, як розчинник, тепло- і холодоносій. Наприклад, з води одержують водень різними способами, водяна пара застосовується в тепловій і атомній енергетиці; вода служить реагентом у виробництві мінеральних кислот, лугів і основ, у виробництві органічних продуктів - спиртів, оцтового альдегіду, фенолу й інших численних реакцій гідратації і гідролізу. Воду широко застосовують у промисловості як дешевий, доступний, невогненебезпечний розчинник твердих, рідких і газоподібних речовин (очищення газів, одержання розчинів і т.п. ). Винятково велику роль грає вода в текстильному виробництві: при одержанні різних волокон - натуральних, штучних і синтетичних, у процесах обробки і фарбування пряжі, суворих тканин і ін. Витрата води на 1 т віскозного волокна складає 2500 м³ .

Як теплоносій вода використовується в різних системах теплообміну - в екзотермічних і ендотермічних процесах. Теплота фазового переходу Р - Г води значно вище, ніж для інших речовин, унаслідок чого водяна пара, що конденсується, є самим розповсюдженим теплоносієм. Водяна пара і гаряча вода мають значні переваги перед іншими теплоносіями - високу теплоємність, простоту регулювання температури в залежності від тиску, високу термічну стійкість і ін., унаслідок чого є унікальним теплоносієм при високих температурах. Воду використовують також як холодоагент для відводу теплоти в екзотермічних реакціях, для охолодження атомних реакторів. З метою економії витрати води застосовують так називану оборотну воду, тобто використану і повернуту у виробничий цикл.

Природні води містять різні домішки мінерального й органічного походження. До мінеральних домішок відносяться гази N₂ , O₂ , CO₂ H₂ S, CH₄ , NH₃ ; розчинені у воді солі, кислоти і основи знаходяться в основному в дисоційованому стані у вигляді катіонів і аніонів: Na⁺ , K⁺ , NH⁴⁺ , Ca²⁺ , Mg²⁺ , Fe²⁺ , Mn²⁺ , HCO₃ ^- , C1^- , SO₄ ^2- , HSіО₃ ^- , F^- , NO, СО₃ ^2- ін. До органічних домішок відносяться колоїдні частки білкових речовин і гумінових кислот. Склад і кількість домішок залежать головним чином від походження води. За походженням розрізняють атмосферну, поверхневі і підземні води.

Атмосферна вода - вода дощових і снігових опадів - характеризується невеликим вмістом домішок. У цій воді утримуються в основному розчинені гази і майже цілком відсутні розчинені солі [18].

Поверхневі води - води річкових, озерних і морських водойм - відрізняються різноманітним складом домішок - гази, солі, основи, кислоти. Найбільшим вмістом мінеральних домішок відрізняється морська вода (солевміст більш 10 г/кг).

Підземні води - води артезіанських шпар, колодязів, ключів, гейзерів - характеризуються різним складом розчинених солей, що залежить від складу і структури ґрунтів і гірських порід. У підземних водах звичайно відсутні домішки органічного походження.

Якість води визначається її фізичними і хімічними характеристиками, такими, як прозорість, колір, запах, температура, загальний солевміст, твердість, окислюваність і реакція води. Ці характеристики показують наявність або відсутність тих або інших домішок.

Загальний солевміст характеризує присутність у воді мінеральних і органічних домішок. Для більшості виробництв основним якісним показником служить твердість води, обумовлена присутністю у воді солей кальцію і магнію. Твердість виражається в мілімоль-еквівалентах іонів Са²⁺ або Mg²⁺ у 1 кг води, тобто за одиницю твердості приймають вміст 20,04 мг/кг іонів кальцію або 12,16 мг/кг іонів магнію. Розрізняють три види твердості: тимчасову, постійн і загальну.

Тимчасова (карбонатна, або переборна) твердість обумовлена присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію і магнію, що при кип'ятінні води переходять у нерозчинні середні або основні солі і випадають у вигляді щільного осаду (шумовиння):

Са(НСО₃ )₂ = СаСО₃ + Н₂ О + СО₂

2Mg(НСО₃ )₂ = MgCO₃ *Mg (ОН)₂ + 3СО₂ + Н₂ О