Контрольная работа по "Производственные технологии"

Немало ортофосфорной  кислоты потребляет пищевая  промышленность.  Дело  в том,  что  на  вкус  разбавленная  ортофосфорная  кислота  очень  приятна  и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады  и  сиропы  заметно  улучшают  их вкусовые качества. Этим же свойством обладают  и  некоторые  соли  фосфорной кислоты.  Гидрофосфаты  кальция,   например,   с   давних   пор   входят   в хлебопекарные порошки, улучшая вкус булочек и хлеба.

Интересны и  другие применения  ортофосфорной  кислоты  в  промышленности.

Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и  ее  солями делают дерево негорючим.  На  этой  основе  сейчас  производят  огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные  плиты,  негорючий  фосфатный  пенопласт  и другие строительные материалы.

  Различные  соли фосфорной кислоты  широко  применяют  во  многих  отраслях промышленности, в строительстве, разных  областях  техники,  в  коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от  радиации,  для  умягчения  воды,  борьбы  с котельной накипью и изготовления различных моющих средств.

Фосфорная кислота, конденсированные кислоты и  дегидротированные  фосфаты служат  катализаторами  в  процессах   дегидратирования,   алкилирования   и полимеризации углеводородов.

  Особое место   занимают  фосфорорганические  соединения  как  экстрагенты, пластификаторы,  смазочные  вещества,  присадки  к  пороху  и  абсорбенты  в холодильных   установках.   Соли   кислых   алкилфосфатов   используют   как поверхностно-активные   вещества,    антифризы,    специальные    удобрения, антикоагулянты   латекса   и   др.   Кислые   алкилфосфаты   применяют   для экстракционной переработки урановорудных щелоков. 

Соляная кислота (хлористоводородная кислота) (Hydrochloric acid) - раствор хлористого водорода в  воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная, "дымящая" на воздухе, сильно едкая жидкость (техническая соляная кислота желтоватая из-за примесей Fe, Cl2 и др.).

Максимальная  концентрация при 20°C равна 38 % по массе, плотность такого раствора 1,19 г/см3. Соли соляной кислоты называются хлоридами.

Производство

Соляную кислоту  получают растворением газообразного  хлороводорода в воде.

В индустрии  соляную кислоту получают следующими методами:

    * сульфатным - получение хлорводорода действием  концентрированной серной кислоты на хлорид натрия;

    * синтетическим - получение хлорводорода сжиганием водорода в хлоре;

    * из  абгазов (побочных газов) ряда  действий.

но первые два  способа теряют свое промышленное значение.

Более 90% соляной  кислоты в СНГ в настоящее  время получают их абгазного хлороводорода HCI, образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, пиролизе хлорорганических отходов, хлоридов металлов, получении калийных нехлорированных удобрений и др.

Применение

    * в  гидрометаллургии и гальванопластике (травление, декапирование), для очистки поверхности металлов при паянии и лужении, для получения хлоридов цинка, марганца, железа и др. металлов;

    * в  смеси с ПАВ используется для  очистки керамических и металлических изделий (тут необходима ингибированная кислота) от загрязнений и дезинфекции;

    * в  пищевой промышленности зарегистрирована  в качестве регулятора кислотности, пищевой добавки E507. 

Серная кислота  является важнейшим продуктом основной химической промышленности, занимающейся производством неорганических кислот, щелочей, солей минеральных удобрений и хлора.

По разнообразию применения серная кислота занимает первое место среди кислот. Наибольшее количество ее расходуется для получения фосфорных и азотных удобрений. Будучи нелетучей кислотой, серная кислота используется для получения других кислот — соляной, плавиковой, фосфорной, уксусной и т. д. Много ее идет для очистки нефтепродуктов — бензина, керосина и смазочных масел — от вредных примесей. В машиностроении серной кислотой очищают поверхность металла от оксидов перед покрытием (никелированием, хромированием и др.). Серная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, искусственного волокна, красителей, пластмасс и многих других. Ее употребляют для заливки аккумуляторов. В сельском хозяйстве она используется для борьбы с сорняками (гербицид). 
 
 
 
 

35. Характеристика важнейших  видов технических  стёкол (кварцевое, оптическое, электровакуумное, закаленное стекло, стекловолокно, триплекс), области их применения. 

Кварцевое стекло

(рис 5) представляет собой силикатное стекло, состоящее практически только из одного кремнезема. Оксид кремния в кварцевом стекле находится в аморфной форме и поэтому он не растрескивается при резком перепаде температур, как например кристаллический кварц.                           Рисунок 5

Кварцевое стекло обладает уникальным комплексом ценных физико- химических свойств: высокой оптической гомогенностью, малым поглощением света (обычное оконное стекло поглощает столько же света, сколько и кварцевое стекло толщиной 100 м), стойкостью к ионизирующим излучениям и лазерному излучению высокой интенсивности, низким коэффициентом температурного расширения, все изделия из кварцевого стекла термически и химически устойчивы, не подвергаются действию органических и неорганических кислот, кроме фтористоводородной и ортофосфорной (нагретой до температуры свыше 300 С).

Почти все аналитические  растворы и осадки не вступают в химическое взаимодействие с кварцевым стеклом, поэтому кварцевая химическая посуда с успехом может заменять в лабораториях платиновую.

Изделия из кварцевого стекла эксплуатируются в условиях высоких температур и давлений (рабочая температура до 1250 С), динамических и вибрационных нагрузок, кинетического нагрева и резкого охлаждения, ядерных и космических излучений.

Свойства кварцевого стекла имеют важное значение для  таких отраслей, как атомная энергетика, химическое машиностроение, радиоэлектроника , авиационная и космическая техника, металлургия, светотехника, прецизионное приборостроение и многих других.  
 

Изобретение относится  к области изготовления оптических материалов, а именно стекла, прозрачного  в ИК-области спектра, и может  быть использовано в технике и технологиях волоконно-оптических систем передачи (ВОСП).

Развитие телекоммуникаций с использованием волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) поставило задачу всемерного повышения качественных характеристик стекла и, в первую очередь, снижения потерь при пропускании светового сигнала по стеклянному волокну. Потери исчисляются в Дб/км, показывающие снижение интенсивности света при его прохождении 1 км оптического волокна. Наличие потерь приводит к необходимости установки на опто-волоконном кабеле промежуточных усилителей, что усложняет, удорожает систему, снижает ее надежность. Сейчас действуют ВОСП с шагом установки промежуточных усилителей 50 - 80 км, что обусловлено имеющимся уровнем потерь 0,5 - 0,2 Дб/км. Важными параметрами являются температурная стабильность, пропускная способность волоконного кабеля. Повышение характеристик ВОСП по-прежнему задается качеством используемого стекла.

Наиболее близким  техническим решением к заявляемому  и выбранному в качестве прототипа является оптическое стекло с наибольшей химической чистотой используемых стеклообразующих компонентов, с наименьшими загрязнениями кварцевого стекла оптически-активными ионами, атомами и комплексами (Cheo P. K. "Fiber optics. Devices and systems:, Prentice-Hall, 1985). Стекло, обладающее наибольшей химической однородностью, имеет и лучшие оптические характеристики.

Недостатком повышения  однородности стекла за счет уменьшения числа химических компонент, входящих в его состав (а нежелательные примеси и загрязнения также входят в образующуюся структуру стекла), является ограниченность такого пути. Для стекол существует нижний теоретический предел потерь, определяемый рассеянием и абсорбцией светового излучения, обусловленной структурой молекул, входящих в стекло. Для идеального оптического стекла из окиси кремния (примесей абсолютно нет) этот предел равен 0,1 Дб/км при длине волны пропускаемого ИК-излучения 1,3 мкм. Данное значение почти уже достигнуто практически. Таким образом, достигается и верхний предел расстояния между ретрансляторами на кварцевом оптическом кабеле - 100 км.

Задачей, на решение  которой направлено данное изобретение, является повышение атомарной однородности структуры стекол.

Для решения  поставленной задачи в оптическом стекле, включающем два или более химических элемента, по крайней мере один химический элемент содержится в изотопно-обогащенной форме.

Как известно, изотопами  называются разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие различную массу (при неизменном заряде ядра). Изотопы подразделяются на стабильные и радиоактивные. Только стабильные изотопы и рассматриваются в настоящем техническом решении. Часть химических элементов (таких в природе 22 элемента) состоит только из одного стабильного изотопа, в их числе - алюминий, натрий, фосфор, фтор. Остальные элементы содержат от 2-х до 10-и стабильных изотопов (И.П. Селинов "Изотопы", Справочник, Наука, М., 1970). Изотопия элемента характеризуется массой имеющихся изотопов и их содержанием в природной смеси. Нижеприведенные таблицы в качестве примера показывают естественную изотопию кремния и германия.

Видно, что для  кремния и германия количество стабильных изотопов различно (3 и 5), ширина изотопного интервала не совпадает (2 и 6 атомных единицы массы), содержание изотопов также собственные. В природе нет элементов с одинаковыми изотопными характеристиками.

В повседневной практике отличия в свойствах  различных изотопов одного и того же элемента незаметны, и все они  интегрально определяют свойства самого химического элемента. Тем не менее установлены и изучены многие изотопные эффекты, влияющие на скорость химических реакций, коэффициенты переноса и др. Именно эти малые отличия позволяют использовать их в технологиях разделения изотопов (М. Шемля, Ж. Перье. Разделение изотопов.- М.: Атомиздат, 1980).

Исследованы оптические изотопные эффекты, состоящие в  тонкой структуре спектров изотопосодержащих элементов. Эти отличия послужили основой для лазерного метода разделения изотопов (Летохов В.С., Мур С.Б. Лазерное разделение изотопов, Квантовая электроника, т. 3, N 2, 1976, стр. 248).

Таким образом, оптическая среда, содержащая различные  изотопы одного и того же элемента, не может рассматриваться как  однородная. Изотопы, имея собственные  спектры поглощения, возбуждения  и др., уширяют полосу спектра поглощения элемента, приводят к дополнительной дисперсии, нелинейностям при передаче оптического сигнала. Указанные факторы особенно нежелательны в оптических волокнах.

Нахождение в  оптическом стекле химического элементы в изотопно-обогащенной форме: с  меньшим числом изотопов, подавляющим содержанием одного изотопа, повышает атомарную однородность стекла, и вышеназванные негативные факторы минимизируются. Наивысшая атомарная однородность достигается при предельном обогащении, когда один из изотопов элемента берется в моноизотопном виде.

Ингредиенты, предназначенные  для введения в стекло в изотопной  форме, берутся с теми же самыми качественными  характеристиками: агрегатном состоянии и не худшей химической чистоты, как и при приготовлении обычного стекла данной марки. Количественный состав ингредиентов также сохраняется.

Выбор изотопной  формы, в какой необходимо использовать тот или иной химический элемент, обогащаемые изотопы, степень изотопной  чистоты зависят от характеристик излучения, состава стекла. Универсальным и максимально эффективным решением является содержание в стекле элементов с предельным обогащением, т.е. в моноизотопной форме.

Осуществимость  технического решения вытекает из разработанности  и практического действия различных методов разделения изотопов как урана, так и всех стабильных изотопов (см., например, сборник "Изотопы в СССР", Москва, Атомиздат, 1980; "Атомная энергия", том 67, N 4, окт. 1989). Воспроизводимость результата определяется высоким достигнутым уровнем анализа изотопного состава элементов методами масс-спектрометрии.

Изотопно-обогащенная  форма может оказаться предпочтительной и не для основного стеклообразующего  элемента, а для легирующего, что  должно устанавливаться из спектральных характеристик как стекла, так и излучения, пропускаемого сквозь него.

Только новая  форма - изотопная, по крайней мере одного из ингредиентов, позволяет перейти  на более глубокий уровень однородности стекла, принципиально недостижимый известными техническими решениями. Оптическое стекло по данному техническому решению позволяет выйти за рамки существующих теоретических ограничений, накладываемых на его характеристики, в том числе на уровень потерь.