Использование механохимии в создании сухих технологических процессов

Август 8, 2022

Главная
Разное
Использование механохимии в создании сухих технологических процессов

Содержание

2. Используя механическую обработку твердых тел, можно достичь существенных результатов в создании новых, экономически выгодных и экологически
4. Особенностью процесса активирования твердого вещества в результате механической обработки является то, что активирование происходит, когда размер
5. Пример1 Разработка способа получения высокоактивных фосфорных удобрений из природных фосфатных руд методом механической активации. Хорошо известно,
6. Положение резко осложняется, если почвы нейтральные или щелочные, а фосфорная руда обладает низкой собственной растворимостью в
7. Недостатки этого процесса - и экономические, и экологические (применение серной кислоты 68-70%-ной концентрации, выделение фтористого водорода
8. Предложенная сухая технология получения фосфорных удобрений имеет экологические преимущества перед традиционными: механически активированные фосфаты не повышают
9. Пример 2. Применение в органическом и неорганическом синтезе. Обычным недостатком твердофазного синтеза при традиционном проведении процесса
10. При механохимическом воздействии создаются лучшие условия для химического процесса между компонентами смеси, возбуждаемого после механической обработки,
11. Бензойнокислый натрий обычно получается в медицинской промышленности нейтрализацией кислоты углекислым натрием в водном растворе. Технологический процесс
13. Скачать презентацию

Слайд 2

Используя механическую обработку твердых тел, можно достичь существенных результатов в создании

новых, экономически выгодных и экологически более чистых технологических процессов.
Под механическое обработкой понимают трение, ультразвук, ударные волны.
Пластическая деформация твердого тела обычно приводит не только к изменению формы твердого тела, но и к накоплению в нем дефектов, изменяющих физико-химические свойства, в том числе реакционную способность.
Накопление дефектов может быть использовано в химии для ускорения реакций с участием твердых веществ, снижения температуры процессов и других путей интенсификации химических реакций в твердой фазе.

Слайд 3

Слайд 4

Особенностью процесса активирования твердого вещества в результате механической обработки является то,

что активирование происходит, когда размер частиц по мере измельчения достигнет некоторой критической величины.
В ходе механической активации не столько увеличивается поверхность, сколько накапливаются дефекты во всем объеме кристалла. Это резко изменяет многие физико-химические свойства твердых веществ, в том числе и реакционную способность.
Поскольку химические реакции с участием твердых веществ в зависимости от особенностей их механизма по-разному чувствительны к различным дефектам, задача механической активации состоит не только в том, чтобы произвести накопление дефектов вообще, но и получить именно тот вид дефектов, который необходим для данной реакции. Эта цель может быть достигнута как подбором условий механического воздействия так и учетом особенностей строения характера химической связи, его прочностных характеристик и т.д.

Слайд 5

Пример1
Разработка способа получения высокоактивных фосфорных удобрений из природных фосфатных руд методом

механической активации. Хорошо известно, что большинство природных фосфатных руд, представляющих различные формы трикальцийфосфата, характеризуются низкой скоростью растворения в гуминовых кислотах, содержащихся в почве. Поэтому, перед тем как использовать руду в качестве удобрения, ее подвергают предварительной обработке. При применении на кислых почвах вторичных фосфатов, которые по сравнению с кристаллическими фосфатными рудами характеризуются естественной повышенной реакционной способностью, достаточно простого измельчения руды до таких размеров частиц, чтобы время проникновения кислоты на расстояние, равное половине диаметра частицы, было бы того же порядка, что и время, в течение которого удобрение должно действовать по ходу развития растения. Этот вид удобрения получил название фосфоритной муки.

Слайд 6

Положение резко осложняется, если почвы нейтральные или щелочные, а фосфорная руда

обладает низкой собственной растворимостью в слабых органических кислотах. В этом случае, как хорошо известно, руду подвергают обработке серной кислотой.
На первой стадии в результате взаимодействия между кислотой и апатитом получается суперфосфатная пульпа, при этом образуются фосфорная кислота и сульфат кальция и выделяется в виде фтористого водорода фтор, содержащийся обычно в апатите. На второй стадии, наиболее длительной (от 5 до 20 дней), происходит взаимодействие фосфорной кислоты с непрореагировавшим апатитом с образованием монокальцийфосфата Ca(H2PO4)2. Смесь монокальцийфосфата и гипса представляет собой товарный продукт - суперфосфат.

Слайд 7

Недостатки этого процесса - и экономические, и экологические (применение серной кислоты

68-70%-ной концентрации, выделение фтористого водорода в атмосферу, образование в качестве балласта гипса, длительность процесса) - известны. Известны и способы, с помощью которых часть из них можно избежать. Так, применяя вместо серной фосфорную кислоту, можно избавиться от гипсового балласта, сократить время получения удобрения и получить ценный продукт - двойной суперфосфат, однако при этом существенно возрастет и цена.
Было показано, что, проводя механическую обработку фосфорной руды в специальном аппарате, называемом механическим активатором, можно сразу получить фосфорное удобрение без кислотной обработки. Судя по количеству подвижного фосфора, определяемого по лимонной (растворимость в лимонной кислоте) и цитратной (растворимость в цитрате аммония) пробе, это удобрение приближается по качеству к традиционным фосфорным удобрениям, например к суперфосфату.

Слайд 8

Предложенная сухая технология получения фосфорных удобрений имеет экологические преимущества перед традиционными:
механически

активированные фосфаты не повышают кислотности почв,
2) в отличие от суперфосфата механически активированные фосфаты не взаимодействуют с оксидами железа и алюминия, которые содержатся в почве, и могут фиксировать часть подвижного фосфора, переводя его в неусвояемую растениями форму;
3) длительность действия механически активированных фосфатов составляет от 5 до 7 лет, в то время как традиционные водорастворимые фосфаты вводятся через каждые 2 года. Это снижает негативные последствия уплотнения почвы колесами сельскохозяйственных машин, вносящих удобрения;
4) при производстве удобрения не происходит выделения фтористого водорода. Находящийся в исходной руде фтор переходит в почву в виде нерастворимой и малоактивной формы флюорита.

Слайд 9

Пример 2. Применение в органическом и неорганическом синтезе.
Обычным недостатком твердофазного синтеза

при традиционном проведении процесса является низкая скорость процесса, которая обусловлена малой начальной площадью контакта между твердыми реагентами и недостаточным их смешением. Кроме того, слой продукта, образующегося при твердофазной реакции по ходу процесса, разделяет исходные реагенты, переводя процесс из кинетического режима в диффузионный. Обычные методы, применяемые для интенсификации твердофазных процессов (увеличение температуры реакции и периодическое перетирание реакционной смеси по ходу процесса), не всегда удобны, поскольку могут привести к нежелательным превращениям продукта, вызываемым нагреванием (термическое разложение, дезактивация, переход в высокотемпературную полиморфную форму и т.д.).

Слайд 10

При механохимическом воздействии создаются лучшие условия для химического процесса между компонентами

смеси, возбуждаемого после механической обработки, или сама твердофазная реакция протекает в момент механохимического воздействия. В результате механического воздействия на смесь увеличиваются число контактов между реагентами и, что еще более существенно, площадь контактов.
Сдвиговые напряжения, возникающие между частицами, способствуют удалению продукта из приконтактной области и возобновлению непосредственного взаимодействия между реагентами, то есть переходу из диффузионной в кинетическую область.
Кроме того, выделение тепла вследствие трения в приконтактной области может приводить к контактному плавлению, что также может интенсифицировать процесс, особенно в случае металлических систем и систем из молекулярных кристаллов.

Слайд 11

Бензойнокислый натрий обычно получается в медицинской промышленности нейтрализацией кислоты углекислым натрием

в водном растворе. Технологический процесс включает следующие стадии:
1) растворение кислоты в воде;
2) нейтрализация углекислым натрием;
3) фильтрация;
4) сушка;
5) измельчение;
6) упаковка.
В блок-схеме механохимической технологии имеются только следующие операции:
1) смешивание твердых компонентов;
2) механическая обработка;
3) упаковка.