Плазмохимические процессы в химической технологии

Самую многочисленную группу составляют химические процессы, из которых наиболее важными в технологии являются следующие процессы горение (сжигание жидкого, твердого и газообразного топлива с целью получения энергии, серы — для получения серной кислоты) пирогенные (коксование углей, пиролиз и крекинг нефтепродуктов) окислительно-восстановительные процессы (газификация твердых и жидких топлив, конверсия углеводородов) электрохимические (электролиз воды, растворов и расплавов солей, электрометаллургия, химические источники тока) электротермические (электровозгонка фосфора, получение карбида и цианамида кальция) плазмохимические (реакции в низкотемпературной плазме, включая окисление азота и пиролиз метана, получение ультрадисперсных порошкообразных продуктов) термическая диссоциация (получение извести, кальцинированной соды, глинозема и пигментов) обжиг и спекание (высокотемпературный синтез силикатов, получение цементного клинкера и керамических кислородсодержащих и бескислородных материалов со специальными функциями) гидрирование (синтез аммиака, метанола, гидрокрекинг и гидрогенизация жиров) комплексообразова-ние (разделение и рафинирование платиновых и драгоценных металлов, химическое обогащение руд, например путем хлорирующего или сульфатизирующего обжига для перевода металлов в летучие или способные к выщелачиванию водой соединения) химическое разложение сложных органических веществ (варка древесных отходов с растворами щелочей или бисульфита кальция с целью делигнизацми древесины в производстве целлюлозы) гидролиз (разложение целлюлозы из отходов сельскохозяйственного производства или деревообрабатывающей промышленности с по- [c.211]

В низкотемпературной плазме реализуются процессы, которые практически не существуют и неизвестны в традиционной химии. Это — неравновесные процессы. Они играют все возрастающую роль в плазмохимической промышленной технологии и, в частности, позволяют получать твердые вещества (материалы) с необычной (неравновесной) структурой и уникальными свойствами (ультрадисперсные порошки и пленки). Существуют плазмохимические процессы модификации поверхностей металлов, полупроводников, диэлектриков (силицирование, азотирование, алюминирование и т. д., ионная имплантация, плазменно-электролитные процессы и др., процессы очистки поверхностей изделий и обрабатываемых материалов). Процессы травления в электронике, применение плазмохимии в медицине также обусловлены физико-химическими особенностями неравновесной реагирующей плазмы. В такой плазме могут иметь место неравновесные концентрации реагентов, промежуточных реакционноспособных соединений и продуктов реакции, приводящие в частности к исключительно высокой селективности реакций, а также неравновесные функции распределения по энергии различных компонентов реагирующей многокомпонентной плазмы и неравновесные заселенности [c.259]

Плазмохимия—область химии, в которой изучаются химические процессы в низкотемпературной плазме Ю — 2-10 К при давлении 10 — 10 Па, закономерности протекания реакций в плазме и основы плазмохимической технологии. Возникла в 60-х годах XX в. [c.101]

Таким образом, неравновесные плазмохимические процессы и их технологическое и аппаратурное оформление представляют собой принципиально новый шаг в развитии химической технологии, и в первую очередь в области получения материалов с уникальными свойствами. Использование квазиравновесной плазмы и плазменных струй позволяет- с высокими технико-экономическими показателями реализовать многие важнейшие химические процессы. [c.298]

Прикладная плазмохимия охватывает широкий круг процессов,, представляющих значительный интерес для различных областей народного хозяйства химической, металлургической, электронной, радиотехнической, электротехнической промышленности и-др. Кроме того, в последние годы сферы применения плазмохимических процессов постоянно расширяются, в частности, в технологии модифицирования поверхностей твердых тел, в химическом и физико-химическом анализах. Многие плазмохимические-процессы уже используют в промышленности, другие проходят опытные и опытно-промышленные испытания. Анализ результатов термодинамических и кинетических расчетов и экспериментальных исследований плазмохимических процессов свидетельствует о том, что процессы в низкотемпературной плазме особенно перспективны для промышленной реализации в тех. случаях, когда высокие выходы продуктов получаются в существенно неравновесных условиях в неравновесной плазме образуются уникальные соединения образуются чистые и высокочистые, например полупроводниковые, материалы равновесие смещено в сторону высоких температур скорости реакций резко возрастают с повышением температуры, что обусловливает резкую миниатюризацию техники используется широкодоступное, малоценное, неустойчивое по составу сырье сокращается число стадий в технологической линии. Практически невозмож- [c.327]

III. 2. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ [c.51]

Монография представляет собой четвертый том серийного издания, посвященного результатам исследований электрофизических, химических, газодинамических и других процессов в низкотемпературной плазме, их диагностике, моделированию и использованию в различных областях науки и техники. В книге впервые обобщаются теоретические и практические данные применения плазмохимической технологии для получения органических и неорганических продуктов и порошковых материалов, а также модификации обработки поверхностей. Изложены научные основы технологических процессов, протекающих в равновесной и неравновесной плазме. [c.4]

Изображение и последовательное описание процессов и соответствующих им аппаратов, т. е. химико-технологической системы, называются технологической схемой производства. Технологические схемы плазмохимических производств имеют много общего с традиционными химико-технологическими схемами, так как в общей технологической цепочке собственно плазмохимические стадии составляют одно или несколько звеньев. Поэтому плазмохимические производства целесообразно рассматривать с позиций классической химической технологии с учетом специфики, вносимой плазмохимическими процессами. [c.92]

На поверхности подложки образуется новое химическое соединение только из газообразных компонентов плазмы. Подложка непосредственно в реакции не участвует. Растущая на поверхности подложки пленка может представлять собой аморфное или мелкокристаллическое неорганическое соединение (пример — осаждение из плазмы оксидов или нитридов в технологии микроэлектроники) или полимер. В первом случае образующееся соединение можно считать устойчивым в условиях синтезирующей плазмы, во втором — продукт сам может подвергаться заметной деструкции. Следует подчеркнуть, что в общем случав гетерогенные плазмохимические процессы всегда включают и синтез, и деструкцию, а результат определяется их соотношением. [c.338]

Исследование химических процессов (особенно неизотермических реакций в потоке, что является наиболее распространенным случаем химической технологии) требует выяснения влияния изменения начальных условий (температура, соотнопгение концентраций и т. п.) на решение системы дифференциальных уравнений, представляющих собой математическую модель процесса. В данном разделе на примере реакции пиролиза метана в плазменной струе проведено такое исследование с помощью численного решения на электронной цифровой вычислительной машине. В работе 115] на математической модели плазмохимического процесса конверсии метана в ацетилен было изучено влияние начальной температуры Т (0), начально скорости V (0) плазменной струи и начальной концентрации метана (0) на максимум концентрации ацетилена Сз (г ), длину реактора Ь и другие величины. При этом было отмечено, что зависимость величин (г ), Ь и [c.52]

В главе первой рассмотрены свойства и процессы в обычной низкотемпературной плазме, в главе второй — некоторые вопросы, связанные с сравнительно новой областью исследования — плотной плазмой, в главе третьей — проблемы плазмохимической кинетики, в главе четвертой — основные теоретические положения спектральной диагностики, а глава пятая посвящена описанию применений низкотемпературной ахлазмы в химии и химической технологии. [c.4]

Преимущества плазмохимии как химической технологии нового типа определяются высоким уровнем энергии, вкладываемой в химическую систему. Это приводит к значительному увеличению скоростей химических превращений (типичные времена контакта 1 —10 с), уменьшению размеров реакторов, одностадийности многих процессов, снижению капитальных затрат на внедрение процессов и организацию производств, возможности переработки сырья, плохо поддающегося переработке традиционными методами, а также отходов различных производств с целью защиты окружающей среды. В ряде случаев материалы, получаемые плазмохимическим способом, обладают уникальными физическими и химическими свойствами. [c.3]

Колонные Р.х. могут быть пустотелыми либо заполненными катализатором или насадкой (см. Иасадочные аппараты). Для улучшения межфазного массообмена применяют диспергирование с помощью разбрызгивателей (см. Распыливание), барботеров, мех. воздействия (вибрация тарельчатой насадки, пульсация потоков фаз) или насадки, обеспечивающей высокоскоростное пленочное движение фаз. Р.х. данного типа используют в осн. для проведения непрерывных процессов в двух- или трехфазных системах. Трубчатые Р.х. применяют часто для каталитич. р-ций с теплообменом в реакц. зоне через стенки трубок и для осуществления высокотемпературных процессов газификации. При одновременном скоростном движении неск. фаз в таких реакторах достигается наиб, интенсивный межфазный массообмен. Специфич. особенностями отличаются Р. х. для электрохим (см. Электролиз), плазмохим. (см. Плазмохимическая технология) и радиационно-хим. (см. Радиационно-химическая технология) процессов. [c.205]

Комбинирование химических процессов с энергетическими вообще имеет большие перспективы. Это относится и к реакциям связывания азота воздуха. Возможно, что экономически выгодной окажется переработка оксида азота (около 1,5%) из газов, которые будут вьщеляться из генераторов будущих МГД-электро-станций (напомним, что в магнитогидродинамических системах тепловая энергия непосредственно превращается в электрическую). Благоприятные перспективы имеет и плазмохимический метод. При этом можно связывать до 3% азота. При действии гамма-лучей, например в атомных реакторах, образуется оксид азОта. Полученный подобным путем связанный азот всего на 10% дороже, чем тот, который получается по методу Хабера-Боша. К сожалению, есть тут одно но при облучении образуются радиоактивные изотопы, а их отделение пока еще весьма проблематично. Так что мы сделаем большую натяжку, если скажем, что эта технология в последующие 20 лет станет в один ряд с крупными химическими процессами. [c.291]

Исследование электрически проводящих газов началось почти сразу же после изобретения аккумуляторной батареи. На первых химических предприятиях в США были реализованы некоторые электрохимические процессы, но плазмохимических среди них не было. Высокая стоимость электроэнергии и сложность проблем, связанных с плазменной технологией, предопределили нерентабельность производства химических веществ этим методом. [c.7]

Детальное исследование процесса непосредственной фиксации азота плазмохимическими методами обусловлено целым рядом причин. Первая и самая важная причина заключается в большом промышленном значении химически связанного азота. В 1965 г. в США только в виде аммиака было произведено 7 млн. т связанного азота [1], причем темпы производства возрастают. Связанный азот в виде различных соединений от азотной до синильной кислот используется в химической промышленности и в целом ряде других отраслей промышленности. Ниже приводятся три важные химические реакции фиксации азота, которые могут быть реализованы методами высокотемпературной технологии. [c.116]

Если в дополнение к естественному процессу газообразования (за счет световой энергии и кислорода воздуха, возможных анаэробных процессов гниения под покрытием) на локальных участках организовать интенсивную обработку осадка (электрохимически, плазмохимически, погружным горением, электродуговым методом и т.д.), то в дополнение к общему обычному газоотводу понадобятся и автономные для подачи газов на утилизацию. Отсасываемые из-под покрытия газы, в зависимости от их состава, количества, физико-химических характеристик, а также от мест расположения хранилища могут утилизоваться сжиганием, абсорбцией, адсорбцией или любым другим способом. Целью обработки отходов является, применяя различные, уже известные технологии, максимально возможная их деструкция, то есть в данной технологии можно применить методы деструкции органосодержащих отходов различной интенсивности. Учитывая большую площадь иловых карт можно было бы иметь достаточно много превращенного сырья даже при малых скоростях деструкции. Причем деструкцию можно вести на любом участке хранилища, вплоть до всей его площади (зависит от наличия энергоресурсов , [c.29]

Современные плазмохимические процессы (и, в частности, ряд многотоннажных промышленных процессов) организуются, как правило, таким образом, что потоки плазмы и сырья вводятся в плазмохимический реактор раздельно [1—3]. Для того чтобы достигнуть желаемого результата — провести в реакторе химическую реакцию, необходимо прежде всего перемешать сырье с плазмой. При этом по самой суш,ности химршеской реакции требуется, чтобы молекулы реагентов находились в непосредственном контакте. Это означает, что сырье должно быть перемешано с плазмой до молекулярных масштабов независимо от того, является ли плазма реагентом или только энергоносителем, поскольку перенос энергии от частиц плазмы к молекулам реагента происходит также на молекулярном уровне. Одной из характерных особенностей плазмохимической технологии является использование весьма высоких температур — от2-10 до (10—15)-10 °К. При таких температурах скорости химических реакций возрастают настолько, что характерные времена этих реакций становятся сравнимыми с характерными временами процессов переноса. Поэтому в процессе перемешивания реагента с плазмой, характерное время которого становится сравнимым по величине с характерным временем химических реакций, реагент может испытывать значительное превраш,ение. Для сокращения времени перемешивания последнее производят в условиях интенсивной турбулентности. Однако и в этих условиях время перемешивания остается еще достаточно большим для того, чтобы реагент в процессе перемешивания испытывал заметное превращение. При расчетах, моделировании и оптимизации плазмохимического реактора необходимо учитывать степень этого превращения, которая определяется геометрическими и гидродинамическими особенностями реактора-смесрхтеля. Следовательно, возникает необходимость рассчитывать степень превращения данного реагента в процессе его турбулентного перемешивания с плазмой в условиях, когда характерные времена химического превращения и физического процесса турбулентного перемешивания сравнимы по величине между собой. Эта задача неновая и возникает всякий раз, когда приходигся иметь дело с быстрыми и очень быстрыми химическими реакциями, нанример при расчете процессов горения в турбулентных потоках, определении параметров баллистических следов, остающихся за телами, перемещающимися с большими скоростями в газах и жидкостях, и определении констант скоростей биохимических реакций в растворах [4, 5]. [c.198]

Быстрое развитие плазмохи.мии и плазмохимической технологии за последнее десятилетне естественно вызвало потребность в сводке Я анализе результа-гов, полученных в процессе научных исследований. Предлагае.мая вниманию читателя книга имеет своей задачей в какой-ю степени удовлетвори1ь эту похребность. В ней подробно рассмотрен широкий круг вопросов, связанных с генерацией низкотемпературной плазмы и с применением ее для проведения плазмохимических реакций. Эти вопросы освещены в книге в основном по американским источникам. Из советской научной литературы по плазмохимии упоминается книга <Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме (изд-во Наука , М., 1965), в которой впервые были сформулированы и подвергнуты рассмотрению основные проблемы теоретической и прикладной плазмохимии. [c.5]

Приведенные выше материалы показывают, что путем теоретического описания равновесных плазмохимических технологий созданы математические модели, отражаюгцие сложные химические и физические процессы переработки газообразного и конденсированного сырья в низкотемпературной плазме. Эти модели характеризуются высокой степенью достоверности и могут быть использованы не только для теоретического анализа процессов и расчета реакторов, но и положены в основу компьютеризации производств плаз-мохимичеоких продуктов. [c.76]

Прогресс в развитии химической технологии связан с быстрым внедрением новых научных идей в промышленное производство. В конце 50 — начале 60-х гг. расширение знаний о химических реакциях в электрических разрядах и плазме привело к появлению нового научного направления — плазмохимии. Это, в свою очередь, дало толчок развитию прикладных исследований и возникнрвению нового направления технической химии — плазмохимической технологии, обобш аюш,ей способы и процессы производства веш,еств и материалов, а также их обработки, протекаюш ие при непосредственном взаимодействии вепцества и плазмы и сопровождающиеся химическими превраш,ениями. Плазма здесь является одним из реагентов и (или) энергоносителем. [c.5]

В ряду электрохимических процессов, реализованных на предприятиях СССР и за рубежом до последнего времени, плазмохимические процессы занимали незначительное место. Из-за высокой стоимости электроэнергии и трудностей, возникащих в связи с использованием плазменной технологии, производство химических веществ этим способом нерентабельно. Однако удешевление электроэнергии я совершенствование плазменной техники позволяют плазмохимии занять качественно новое место в химической технологии. [c.114]

Закалка продуктов плазмохимических процессов. Специальное теорети ческое и экспериментальное исследование проблемы закалки является одним из основных вопросов плазмохимической технологии. Существуют два типа плазмохимических реакций, при которых состав продуктов зависит от режима закалки. В случае, когда необходимо зафиксировать промежуточные продукты химических превращений (например, ацетилен при пиролизе углеводородов), существенны скорость закалки и момент начала ее. Опоздание с началом закалки приблизительно на 2 10 сек в плазмохимическом пиролизе метана приводит к падению концентрации СзН с 15,5 до 10об.% [11J Во втором случае, когда получаемое вещество — конечный продукт реакции, протекающей при высокой температуре,— достаточно устойчиво при комнатной температуре, необходимо охладить продукты так, чтобы они не успели разлоя иться в промежуточном интервале температур. К этому типу реакций относится, например, термическое образование окиси азота в воздухе. Здесь вая но обеспечить необходимый режим закалки (dTldt) (Т) и не начать ее слишком рано, когда равновесие еще не установилось. Естественно, что рея им закалки определяется кинетикой процесса. [c.226]

Некоторые технологические схемы получения химических продуктов, включающие плазмохимические процессы получения ацетилена, этилена и технического водорода. Как известно, ацетилен и этилен являются важней-шими исходными продуктами для синтеза целого ряда мономеров (винил-хлорида, хлорнрена, акрилонитрила и т. п.). Поэтому включение плазмохимических процессов получения ацетилена и этилена, а также технического водорода в технологические схемы производства указанных продуктов приводит к существенному и эффективному усовершенствованию их, а иногда к полному изменению технологии. [c.240]

Характерной, особенностью плазмохимической технологии является использование весьма высокиЗс температур от 2Л03 до (10- 15)-103К (при давлении от 10 до 10 Па и времени контакта от 10-6 до нескольких секунд в равновесных и неравновесных условиях). При этих температурах характерные времена химических реакций становятся сравнимыми с характерными временами процессов переноса и установления термодинамического равновесия. Поэтому уже в процессе перемешивания реагент испытывает значительные превращения, и описание процесса с учетом пространственных неоднородностей полей температуры и концентрации представляет значительные трудности [6]. [c.174]

Технологическая схема опытно-промышленной установки для производства катализаторов мощностью 80 т/год представлена на рис. 4.26. Преимуществом плазмохимической технологии катализаторов являются высокая интенсивность технологических процессов, их непрерывность и совмещенность, высокая удельная производительность, относительная экологическая чистота. Катализаторы отличаются стабильностью и однородностью химического состава. К недостаткам следует отнести высокие удельные энергозатраты (10—20 кВт-ч/кг катализатора). Однако они могут быть значительно снижены при увеличении масштаба производства, например за счет утилизации тепловой энергии. [c.246]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология