34. Конструкционные материалы в химич технологии. Металлы, сплавы, ситаллы, керамика, полимеры, композиты.

Разрабатываются материалы для повышения прочностных св-в, коррозионной стойкости, тепло- и хладостойкости сплавов; расширяется производство новых полимерных и композиционных материалов с заданным комплексом св-в; используются эффективные методы обработки материалов и изделий с целью существенного улучшения их св-в. Конструкционные материалы предназначены для изготовления деталей машин приборов, инженерных сооружений изделий, которые в основном несут механические нагрузки, а в некоторых случаях находятся под воздействием агрессивной окружающей среды и тем-ры. 1. МЕТАЛЛЫ - простые в-ва, обладающие высокими значениями электро- и теплопроводности, отрицат. темп-рным коэф. электропроводности, пластичностью.

2. СПЛАВЫ, макроскопические однородные сис-мы, состоящие из 2-х или более металлов (с характерными металлич. св-вами. Техн. значение металлических С. объясняется тем, что мн. их св-ва (прочность, твердость, электрнч. сопротивление) горазда выше, чем у составляющих их чистых металлов. Элементы, вводимые в С. для улучшения их св-в, наз. легирующими, а сам процесс — легированием.Основную (по объему) часть выпускаемых во всем мире конструкционных С. составляют разл. марки сталей и чугунов. 3. СИТАЛЛЫ - материалы, получаемые в результате объемной кристаллизации cтекла. Св-ва С. определяются природой оксидов, образующих кристаллич. и стеклообразную фазы, и количеств, соотношением этих фаз. Большинство С. обладает высокой мех. прочностью, термостойкостью, низким термин, коэф. расширения, высокой диэлектрик, проницаемостью и низкими диэлектрич. потерями, водоустойчивостью и газонепроницаемостью. 4. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, материалы на основе высокомол. соед.; обычно многокомпонентные и многофазные. Осн. достоинства П.м.; низкая стоимость, сравнит, простота, высокая производительность, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атм. и радиац. воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптнч., радио- и электротехн. св-ва, хорошие адгезионные св-в а. Недостатки П.м.: низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений; для многих П.м. горючесть. 5. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлич., углеродной, керамич. или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсных частиц и др. Путем подбора состава и св-в наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатац. и технол. св-в. Армирующие наполнители воспринимают осн. долю нагрузки К. м. Матрица в К.м. обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне- и хим. стойкость. По природе матричного материала различают полимерные, металлич., углеродные, керамич. и др. композиты. 6. КОНСТРУКЦИОННАЯ КЕРАМИКА, керамич. материалы, обладающие повышенной мех., термнч. и хим. стойкостью. По хим. составу разделяют на нитридную, карбидную и оксидную. Наиб, применение находит К. на основе Si3N4, SiC и ZrO2. К. к. обладает высокой прочностью и жаропрочностью, сопротивляется коррозии в агрессивной среде.

35. Проблема связанного азота в природе. Дуговой и цианамидный способы связывания азота. В биохимических реакциях и промышленных синтезах участвует не элементарный азот, а его химич соед-я, прежде всего NH3. Источников связанного азота в природе, имеющих промышленное значение, крайне мало. Исключительно в форме NaNO3 и (NH4)2SO4). Главным источником является атмосферный N2 содержание которого 78%. Существует три метода синтез соединений азота из свободного атмосферного азота. 1.Дуговой:при высокой тем-ре азот соединяется с O2 воздуха N2 + О2 = 2NO — Q. NO ок-ся до NO2, который поглощается водой с образованием HNO3. Способ был оставлен ввиду малого выхода NO и громадной затраты электроэнергии на образование электрической дуги. В настоящее время метод возрождается на основе применения плазменных процессов. 2.Цианамидный метод: тонко-измельченный карбид кальция при тем-ре около 1000°С взаимодействует с азотом по ур-ю: СаС2 + N2 = CaCN2 + C + Q В настоящее время роль этого метода в промышленности связанного азота незначительна. 3.Аммиачный: экономические преимущества, расход энергии меньше, чем в других методах. Синтез аммиака: N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

36. Современное производство NH3. Приготовление и очистка азотоводородной смеси. Особенности циркуляционной схемы синтеза NH3. N2 + 3H2 = 2NH3 + Q Нет побочных продуктов. Необходимы высокие давления и низкие тем-ры, катализатор. В промышл при тем-рах не ниже 400—500°С, тв катализаторов.: Fe(промоторы: А12О3, К2О, СаО),Pt,Os,Mn,W, U, и другие металлы, имеющие в атоме второй снаружи незаполненный электронный слой). Стадии: 1.Диффузия азота и водорода из газового объема к поверх-ти зерен катализатора и внутри пор зерна. 2.Активированная (химическая) адсорбция газов на катализаторе. 3.Взаимодействие азота с водородом на поверх-ти катализатора. При этом азот принимает электроны от катализатора, а водород отдает электроны катализатору, пополняя их убыль. В результате последовательно образуются поверхностные химич соед-я: имид NH,амид NH2 и аммиак NH3. 4.Десорбция NH3 и диффузия его в объем газовой фазы. Определяющей стадией процесса является активированная адсорбция азота. Каталитические процессы производства NH3 предъявляют строгие требования к чистоте поступающего на катализаторы газа. N2 содержит Ar. Методы очистки технологического газа от примесей: а)адсорбция примесей тв сорбентами (небольшие примеси серосод соединений), б)абсорбция жид сорбентами (удаления СО2 и СО) в)конденсация примесей глубоким охлаждением (нбх много энергии), г)каталитическое гидрирование (при низком содержании СО2, СО и О2 в конвертированном газе). Азотоводородная смесь при прохождении через слой катализатора неполностью превращается в NH3 (т.к.реакция обратима). В газе на выходе из контактного аппарата содержание NH3 составляех 14—20%. Газовая смесь, выходящая из контактного аппарата, охлаждается, NH3 конденсируется и отделяется от газа, а непрореагировавшая азотоводородная смесь при помощи циркуляционного компрессора возвращается вновь в контактный аппарат. При циркуляционной схеме процесса даже при min содержании инертных примесей (СН4, Аr) происходит постепенное накопление примесей в цикле, что снижает производительность колонны синтеза. Частично примеси растворяются в конденсирующемся жидком NH3 и выводятся из цикла, но этого недостаточно. Приходится прибегать к выбросу части циркулирующей газовой смеси (продувочные газы), чтобы снизить содержание примесей в цикле.