Chimia în tehnologiile moderne

Elpatova Olga Ivanovna,

Profesor de chimie

Scopul lucrării este de a analiza istoria creației computerelor și de a arăta ce elemente chimice sunt utilizate în dezvoltarea tehnologiilor informatice.

În ultimele câteva decenii, tehnologia computerelor s-a dezvoltat pe calea unei miniaturizări tot mai mari a pieselor și a unei creșteri tot mai mari a costurilor de producție a acestora. Microprocesoarele de ultimă generație conțin un număr mare de tranzistori (10 milioane sau mai mult) cu dimensiuni de o zecime de micron (10-7 metri). Următorul pas către microcosmos va duce la nanometri (10-9 metri) și miliarde de tranzistori într-un singur cip. Încă puțin - și vom intra în gama de dimensiuni atomice, unde încep să opereze legile mecanicii cuantice.

Richard Feynman a observat în urmă cu douăzeci de ani că legile fizicii nu vor împiedica reducerea dimensiunii dispozitivelor de calcul până când „până când biții ajung la dimensiunea atomilor, iar comportamentul cuantic devine dominant”. O altă problemă care indică faptul că tehnologia informatică modernă devine învechită este problema abordării limitei de viteză. Deci, mediile de calcul moderne sunt capabile să conțină milioane de înregistrări cărora algoritmii de căutare existenți nu le mai pot face față.

Acest lucru a dus la o creștere a performanței computerului în ansamblu. Punctul de plecare al tuturor „descoperirilor tehnologice” în tehnologia computerelor sunt descoperirile din științele fundamentale, cum ar fi fizica și chimia.

În tehnologia calculatoarelor, există o periodizare a dezvoltării calculatoarelor electronice. Calculatoarele se referă la una sau la alta generație în funcție de tipul elementelor principale utilizate în ea sau de tehnologia de fabricare a acestora.

O analiză a istoriei creării computerelor a arătat că în dezvoltarea tehnologiilor informatice a existat o tendință de a reduce dimensiunea elementelor cheie și de a crește viteza de comutare a acestora. Ca bază, am luat teoria a cinci generații de computere în loc de șase, pentru că credem că ne aflăm la trecerea dintre a patra și a cincea generație.

Unul dintre primele elemente chimice întâlnite în istoria computerelor este germaniul. germaniu unul dintre cele mai importante elemente pentru progresul tehnologic, deoarece, alături de siliciu, germaniul a devenit cel mai important material semiconductor.

În aparență, germaniul este ușor confundat cu siliciul. Aceste elemente nu sunt doar concurenți care pretind a fi principalul material semiconductor, ci și analogi. Cu toate acestea, în ciuda asemănării multor proprietăți tehnice, distincția unui lingou de germaniu de un lingo de siliciu este destul de simplă: germaniul este de două ori mai greu decât siliciul.

Formal, un semiconductor este o substanță cu rezistivitate de la miimi la milioane de ohmi pe 1 cm.

Remarcabilă este sensibilitatea germaniului nu numai la influențele externe. Proprietățile germaniului sunt puternic influențate chiar și de cantități neglijabile de impurități. Natura chimică a impurităților nu este mai puțin importantă.

Adăugarea unui element din grupa V face posibilă obținerea unui semiconductor cu un tip electronic de conductivitate. Așa se pregătesc centralele hidroelectrice (germaniu electronic dopat cu antimoniu). Prin adăugarea unui element din grupa III, vom crea în el un tip de găuri de conductivitate (cel mai adesea este GDH - găuri de germaniu dopat cu galiu).

Amintiți-vă că „găurile” sunt locuri eliberate de electroni care s-au mutat la un alt nivel de energie. „Apartamentul” eliberat de migrant poate fi imediat ocupat de vecinul său, dar acesta avea și apartamentul său. Relocarile se fac una dupa alta, iar gaura se misca.

Combinația de zone cu conducție electronică și orificiu a stat la baza celor mai importante dispozitive semiconductoare - diode și tranzistoare.

Crearea diodelor a stat la bazacalculatoare de prima generatiebazat pe tuburi cu vid în anii 40. Acestea sunt diode și triode electrovacuum, care sunt un bec de sticlă, în centrul căruia a fost plasat un filament de wolfram.

Tungsten sunt de obicei clasificate ca metale rare. Se deosebește de toate celelalte metale prin severitatea, duritatea și refractaritatea sa deosebită.

La începutul secolului XX. Filamentul de wolfram a început să fie folosit în becurile electrice: vă permite să aduceți căldura până la 2200 ° C și are o putere de lumină ridicată. Și în această calitate, tungstenul este absolut indispensabil astăzi. Indispensabilitatea wolframului în această zonă se explică nu numai prin refractaritatea sa, ci și prin ductilitate. Dintr-un kilogram de wolfram se trage un fir de 3,5 km lungime,acestea. acest kilogram este suficient pentru a face filamente pentru 23.000 de becuri de 60 de wați. Datorită acestei proprietăți, industria electrică globală consumă doar aproximativ 100 de tone de wolfram pe an.

Umplutura electronica UNIVAC s-au ridicat la peste 5000 de tuburi vid. Memoria de pe baloane cu mercur a făcut posibilă stocarea informațiilor de până la un kilooctet și jumătate. Cel mai notabil element în proiectarea UNIVAC a fost o unitate specială care a permis ca informațiile să fie scrise și citite de pe bandă magnetică. Utilizarea unui tub electronic ca element principal al unui computer a creat multe probleme. Datorită faptului că înălțimea lămpii de sticlă este de 7cm, mașinile erau uriașe. La fiecare 7-8 min. una dintre lămpi s-a defectat și, deoarece erau 15-20 de mii de ele în computer, a durat foarte mult timp pentru a găsi și înlocui o lampă deteriorată. În plus, au generat o cantitate uriașă de căldură și erau necesare sisteme speciale de răcire pentru a opera computerul „modern” din acea vreme.

Apariția primei generații de calculatoare a devenit posibilă datorită a trei inovații tehnice: tuburi electronice cu vid, codarea digitală a informațiilor și crearea de dispozitive de memorie artificială pe tuburi electrostatice.

În calculatoare de a doua generațiefolosit în locul tuburilor cu vid tranzistoare, inventat în 1948. Era un dispozitiv punct-contact în care trei „antene” metalice erau în contact cu o bară de germaniu policristalin. S-a obţinut germaniu policristalintopind indiul pe ambele părți ale plăcii HES. Toate zonele necesită germaniu de o puritate foarte mare - fizică și chimică. Pentru a obține acest lucru, se cultivă germaniu monocristal: întregul lingou este un singur cristal.

Tranzistoarele erau mai fiabile, durabile, aveau o memorie RAM mare.

Odată cu inventarea tranzistorului și utilizarea noilor tehnologii pentru stocarea datelor în memorie, a devenit posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii computerelor, a le face mai rapide și mai fiabile și, de asemenea, a crește semnificativ capacitatea de memorie a computerelor.

Așa cum apariția tranzistorilor a dus la crearea celei de-a doua generații de calculatoare, aparițiacircuite integratea marcat o nouă etapă în dezvoltarea tehnologiei informatice – naștereamașini de a treia generație.

Un circuit integrat, numit și cip, este un circuit electronic în miniatură gravat pe suprafața unui cip de siliciu cu o suprafață de aproximativ 10 mm. 2 . Până în 1965, majoritatea dispozitivelor semiconductoare au fost fabricate pe bază de germaniu. Dar în anii următori, procesul de înlocuire treptată a germaniului a început să se dezvolte. siliciu . Acest element este al doilea cel mai abundent pe Pământ, după oxigen. Nu perfect, dar pur și simplu siliciul de înaltă puritate și ultra-pur a devenit cel mai important material semiconductor. La o altă temperatură decât zero absolut, în ea apare propria conductivitate, iar purtătorii de curent electric nu sunt doar electroni liberi, ci și așa-numitele găuri - locuri abandonate de electroni.

Prin introducerea anumitor aditivi de aliere în siliciul ultrapur, se creează în acesta unul sau altul tip de conductivitate. Adăugările de elemente din grupa a treia a tabelului periodic duc la crearea conductibilității găurii, iar a cincea - electronică.

Dispozitive semiconductoare din siliciudiferă favorabil de cele cu germaniu, în primul rând, prin performanțe mai bune la temperaturi ridicate și curenți inversi mai mici. Marele avantaj al siliciului a fost și rezistența dioxidului său la influențele externe. Ea a făcut posibilă crearea celei mai avansate tehnologii plane pentru producția de dispozitive semiconductoare, constând în faptul că o placă de siliciu este încălzită în oxigen sau un amestec de oxigen cu vapori de apă și este acoperită cu un strat protector. de SiO 2 .

După gravarea „ferestrelor” în locurile potrivite, prin ele se introduc dopanți, aici sunt conectate contacte, iar dispozitivul în ansamblu este, între timp, protejat de influențele externe. Pentru germaniu, o astfel de tehnologie nu este încă posibilă: stabilitatea dioxidului său este insuficientă.

Sub atacul siliciului, arseniurii de galiu și a altor semiconductori, germaniul și-a pierdut poziția de principal material semiconductor. În 1968, Statele Unite produceau mult mai multe tranzistoare cu siliciu decât cele cu germaniu.

O placă mică de material cristalin, cu dimensiunea de aproximativ 1 mm 2 se transformă în cel mai complex dispozitiv electronic, echivalent cu o unitate de inginerie radio de 50-100 sau mai multe piese obișnuite. Este capabil să amplifice sau să genereze semnale și să îndeplinească multe alte funcții radio.

Primele circuite integrate (CI) au apărut în 1964. Apariția IC a însemnat o adevărată revoluție în calcul. La urma urmei, singur este capabil să înlocuiască mii de tranzistori, fiecare dintre care, la rândul său, a înlocuit deja 40 de tuburi vidate. Viteza calculatoarelor din generația a treia a crescut de 100 de ori, iar dimensiunile au scăzut semnificativ. În același timp, a apărut memoria semiconductoare, care este încă folosită în calculatoarele personale ca memorie operațională.

A apărut ideea unui microcircuit integrat - un cristal de siliciu pe care sunt montate tranzistoare miniaturale și alte elemente. În același an, a apărut prima probă de circuit integrat, care conține cinci elemente tranzistoare pe un cristal de germaniu. Oamenii de știință au învățat rapid cum să plaseze zeci și apoi sute și mai multe elemente de tranzistor pe un circuit integrat. Calculatoarele din a treia generație au funcționat cu viteze de până la un milion de operații pe secundă.

De la mijlocul anilor 1970, au existat mai puține inovații fundamentale în informatică. Progresul este în mare parte pe drumdezvoltarea a ceea ce a fost deja inventat și gândit, - în primul rând, prin creșterea puterii și miniaturizării bazei elementului și a computerelor în sine.

La începutul anilor 70. s-a încercat să se afle dacă este posibil să se plaseze mai mult de un circuit integrat pe un cip. Dezvoltarea microelectronicii a dus la creareaa patra generațiemaşini şi apariţiacircuite integrate mari. A devenit posibil să plasați mii de circuite integrate pe un singur cip.

Acest lucru a făcut posibilă combinarea majorității componentelor computerului într-o singură piesă în miniatură - ceea ce Intel a făcut în 1971, lansând primul microprocesor. A fost posibil să plasați unitatea centrală de procesare a unui computer mic pe un cip, o suprafață de doar un sfert de inch pătrat (1,61 cm 2 ). Era microcalculatoarelor a început.

Circuitele integrate conțineau deja mii de tranzistori. Care este viteza unui microcomputer modern? Este de 10 ori mai rapid decât calculatoarele din a treia generație bazate pe circuite integrate, de 1000 de ori mai rapid decât computerele din a doua generație bazate pe tranzistori și de 100.000 de ori mai rapid decât computerele din prima generație care folosesc tuburi vidate.

Prin urmare, sunt necesare computere cu caracteristici de viteză mai mare. Prin urmare, experții din întreaga lume au preluat soluția acestei probleme prin crearea sistemului de calcul al viitorului. Calculatoarele cuantice sunt în prezent dezvoltate experimental.biocalculator, neurocalculator, computer optic, calculator probabilistic de nanoelectronica, nanocomputer, nanoroboți, automate molecular-mecanice, materiale semiconductoare la temperatură înaltă.

Multă vreme, bunurile de zi cu zi necesare unei persoane (alimente, îmbrăcăminte, vopsele) au fost produse prin prelucrarea în principal a materiilor prime naturale de origine vegetală. Tehnologiile chimice moderne fac posibilă sintetizarea din materii prime nu numai de origine naturală, ci și artificială, a numeroase și diverse produse în proprietățile lor, care nu sunt inferioare analogilor naturali. Posibilitățile potențiale ale transformărilor chimice ale substanțelor naturale sunt cu adevărat nelimitate. Creșterea fluxurilor de materii prime naturale: petrol, gaze, cărbune, săruri minerale, silicați, minereuri etc. - sunt transformate în vopsele, lacuri, săpunuri, îngrășăminte minerale, combustibili pentru motoare, materiale plastice, fibre artificiale, produse de protecție a plantelor, substanțe biologic active, medicamente și diverse materii prime pentru producerea altor substanțe necesare și valoroase.

Ritmul dezvoltării științifice și tehnice a tehnologiilor chimice crește rapid. Dacă la mijlocul secolului al XIX-lea. a fost nevoie de 35 de ani pentru dezvoltarea industrială a procesului electrochimic de obținere a aluminiului, apoi în anii 50 ai secolului XX. producția pe scară largă de polietilenă la presiune scăzută a fost stabilită în mai puțin de 4 ani. La întreprinderile mari din țările dezvoltate, aproximativ 25% din capitalul de lucru este cheltuit pentru cercetare și dezvoltare, dezvoltarea de noi tehnologii și materiale, ceea ce face posibilă actualizarea semnificativă a gamei de produse în aproximativ 10 ani. În multe țări, întreprinderile industriale produc aproximativ 50% din produse care nu au fost produse deloc în urmă cu 20 de ani. La unele întreprinderi avansate, ponderea sa ajunge la 75-80%.

Dezvoltarea de noi substanțe chimice este un proces laborios și costisitor. De exemplu, pentru a găsi și a sintetiza doar câteva medicamente adecvate producției industriale, este necesar să se fabrice cel puțin 4000 de soiuri de substanțe. Pentru produsele de protecție a plantelor, această cifră poate ajunge la 10 000. În trecutul recent, în Statele Unite, pentru fiecare produs chimic introdus în producția de masă, au existat aproximativ 450 de dezvoltări de cercetare, dintre care doar 98 au fost selectate pentru producția pilot. După testele-pilot, doar nu mai mult de 50% dintre produsele selectate au găsit o aplicație practică largă. Cu toate acestea, semnificația practică a produselor obținute într-un mod atât de complex este atât de mare încât costurile de cercetare și dezvoltare se plătesc foarte repede.

Datorită interacțiunii de succes dintre chimiști, fizicieni, matematicieni, biologi, ingineri și alți specialiști, apar noi dezvoltări care asigură o creștere impresionantă a producției de produse chimice în ultimul deceniu, după cum o demonstrează următoarele cifre. Dacă producția totală de produse din lume timp de 10 ani (1950-1960) a crescut de aproximativ 3 ori, atunci volumul producției chimice pentru aceeași perioadă a crescut de 20 de ori. Pe o perioadă de zece ani (1961-1970), creșterea medie anuală a producției industriale în lume a fost de 6,7%, iar cea chimică - 9,7%. În anii 1970, creșterea producției chimice, în valoare de aproximativ 7%, a asigurat aproximativ dublarea acesteia. Se presupune că la astfel de ritmuri de creștere, până la sfârșitul acestui secol, industria chimică va ocupa primul loc în ceea ce privește producția.

Tehnologiile chimice și producția industrială aferentă acoperă toate cele mai importante domenii ale economiei naționale, inclusiv diverse sectoare ale economiei. Interacțiunea tehnologiilor chimice și a diferitelor domenii ale activității umane este prezentată în mod convențional în Fig. 6.1, unde sunt introduse denumirile: DAR- industria chimica si textila, celuloza si hartia si industria usoara, productia de sticla si ceramica, productia de diverse materiale, constructii, minerit, metalurgie; B– ingineria mașinilor și instrumentelor, inginerie electronică și electrică, comunicații, afaceri militare, agricultură și silvicultură, industria alimentară, protecția mediului, îngrijirea sănătății, gospodărie, mass-media; LA– creșterea productivității muncii, economii de materiale, progrese în domeniul sănătății; G– îmbunătățirea condițiilor de muncă și de viață, raționalizarea muncii psihice; D– sănătate, alimentație, îmbrăcăminte, recreere; E- locuințe, cultură, creștere, educație, protecția mediului, apărare.

Să dăm câteva exemple de aplicare a tehnologiilor chimice. Pentru producția de calculatoare moderne sunt necesare circuite integrate, a căror tehnologie de fabricație se bazează pe utilizarea siliciului. Cu toate acestea, nu există siliciu pur chimic în natură. Dar în cantități mari există dioxid de siliciu sub formă de nisip. Tehnologia chimică permite ca nisipul obișnuit să fie transformat în siliciu elementar. Un alt exemplu tipic. Transportul rutier arde o cantitate imensă de combustibil. Ce trebuie făcut pentru a obține o poluare atmosferică minimă cu gazele de eșapament? Parțial, această problemă este rezolvată cu ajutorul unui convertor catalitic al gazelor de eșapament auto. Soluția sa radicală este oferită de utilizarea tehnologiilor chimice, și anume, manipulările chimice ale materiei prime - țiței, prelucrate în produse rafinate care sunt arse eficient în motoarele auto.

O parte semnificativă a populației lumii este direct sau indirect asociată cu tehnologiile chimice. Astfel, până la sfârșitul anilor 1980 într-o singură țară - Statele Unite - peste 1 milion de oameni erau angajați în industria chimică și în industriile conexe, inclusiv peste 150.000 de oameni de știință și ingineri de proces. În acei ani, produsele chimice erau vândute în Statele Unite pentru aproximativ 175-180 de miliarde de dolari pe an.

Tehnologia chimică și industriile conexe sunt forțate să răspundă dorinței societății de a conserva mediul. În funcție de atmosfera politică, o astfel de dorință poate varia de la prudență rezonabilă până la panică. În orice caz, consecința economică este o creștere a prețurilor produselor din cauza costurilor de realizare a obiectivului dorit de conservare a mediului, asigurarea siguranței lucrătorilor, dovedirea siguranței și eficacității produselor noi etc. Desigur, toate aceste costuri sunt plătite de consumator și se reflectă semnificativ asupra competitivității produselor fabricate.

Interesante sunt câteva cifre referitoare la produsele fabricate și consumate. La începutul anilor 70 ai secolului XX. Orașanul mediu a folosit 300–500 de produse chimice diverse în viața de zi cu zi, dintre care aproximativ 60 erau sub formă de textile, aproximativ 200 în viața de zi cu zi, la locul de muncă și în timpul liber, aproximativ 50 de medicamente și același număr de produse alimentare și unelte de gătit. Tehnologia de fabricație a unor produse alimentare include până la 200 de procese chimice diferite.

În urmă cu aproximativ zece ani, existau peste 1 milion de soiuri de produse fabricate de industria chimică. Până în acel moment, numărul total de compuși chimici cunoscuți era de peste 8 milioane, inclusiv aproximativ 60 de mii de compuși anorganici. Astăzi, sunt cunoscuți peste 18 milioane de compuși chimici. În toate laboratoarele planetei noastre, zilnic sunt sintetizați 200–250 de noi compuși chimici. Sinteza de noi substanţe depinde de perfecţiunea tehnologiilor chimice şi, în mare măsură, de eficienţa controlării transformărilor chimice.

1. 1. Introducere3
2. 2. Industria chimică3
3. 3. Tehnologia chimică7
4. 4. Concluzie8

Referințe 9

Introducere

Industria chimică este a doua ramură de frunte a industriei după electronică, care asigură cel mai rapid introducerea realizărilor progresului științific și tehnologic în toate sferele economiei și contribuie la accelerarea dezvoltării forțelor productive în fiecare țară. O caracteristică a industriei chimice moderne este orientarea principalelor industrii intensive în știință (farmaceutică, materiale polimerice, reactivi și substanțe foarte pure), precum și produse de parfumerie și cosmetică, produse chimice de uz casnic etc. pentru a asigura nevoile zilnice ale unei persoane și sănătatea acestuia.

Dezvoltarea industriei chimice a dus la procesul de chimizare a economiei nationale. Presupune utilizarea pe scară largă a produselor industriale, introducerea completă a proceselor chimice în diverse sectoare ale economiei. Industrii precum rafinarea petrolului, ingineria termoenergetică (cu excepția centralelor nucleare), celuloza și hârtie, metalurgia feroasă și neferoasă, producția de materiale de construcție (ciment, cărămidă etc.), precum și multe industrii alimentare se bazează pe utilizarea -vania proceselor chimice de modificare a structurilor substantei originare. În același timp, ei au adesea nevoie de produsele industriei chimice în sine, adică. stimulându-i astfel dezvoltarea accelerată.

Industria chimica

Industria chimică este o industrie care include producția de produse din hidrocarburi, minerale și alte materii prime prin prelucrarea sa chimică. Producția brută a industriei chimice în lume este de aproximativ 2 trilioane. Volumul producției industriale a industriei chimice și petrochimice din Rusia în 2004 a fost de 528 156 milioane de ruble.

Industria chimică a devenit o industrie separată odată cu debutul revoluției industriale. Primele uzine pentru producerea acidului sulfuric, cel mai important dintre acizii minerali folosiți de om, au fost construite în 1740 (Marea Britanie, Richmond), în 1766 (Franța, Rouen), în 1805 (Rusia, regiunea Moscova), în 1810 (Germania, Leipzig). Pentru a satisface nevoile industriilor textile și sticlei în curs de dezvoltare, a apărut producția de sodă. Primele plante de sifon au aparut in 1793 (Franta, Paris), in 1823 (Marea Britanie, Liverpool), in 1843 (Germania, Schönebeck-on-Elbe), in 1864 (Rusia, Barnaul). Odată cu dezvoltarea la mijlocul secolului al XIX-lea. plantele de îngrășăminte artificiale au apărut în agricultură: în 1842 în Marea Britanie, în 1867 în Germania, în 1892 în Rusia.

Conexiunile cu materie primă, apariția timpurie a industriei a contribuit la apariția Marii Britanii ca lider mondial în producția chimică în trei sferturi ale secolului al XIX-lea. De la sfârşitul secolului al XIX-lea Germania devine lider în industria chimică odată cu cererea în creștere a economiilor pentru substanțe organice. Datorită procesului rapid de concentrare a producției, unui nivel ridicat de dezvoltare științifică și tehnologică, unei politici comerciale active, Germania până la începutul secolului XX. cucerește piața mondială a produselor chimice. În Statele Unite, industria chimică a început să se dezvolte mai târziu decât în ​​Europa, dar până în 1913, în ceea ce privește producția de produse chimice, Statele Unite au ocupat și de atunci dețin primul loc în lume între state. Acest lucru este facilitat de cele mai bogate resurse minerale, o rețea de transport dezvoltată și o piață internă puternică. Abia până la sfârșitul anilor 1980 industria chimică a țărilor UE a depășit în general volumul producției din SUA.

tabelul 1

Subsectoare ale industriei chimice

Toate caracteristicile specifice industriei chimice care au fost remarcate au în prezent o mare influență asupra structurii industriei. În industria chimică, ponderea produselor de mare valoare, intensive în știință, este în creștere. Se stabilizează sau chiar se reduce producția de multe tipuri de produse de masă care necesită cheltuieli mari de materii prime, energie, apă și care sunt nesigure pentru mediu. Cu toate acestea, procesele de ajustare structurală decurg diferit în anumite grupuri de state și regiuni. Acest lucru are un impact vizibil asupra geografiei anumitor grupuri de industrii din lume.

Cel mai mare impact asupra dezvoltării economiei lumii și a condițiilor de viață de zi cu zi a societății umane l-a avut în a doua jumătate a secolului XX. materiale polimerice, produse ale prelucrării lor.

Industria materialelor polimerice. De la 30 la 45% din costul produselor industriei chimice din țările dezvoltate ale lumii cade pe ea și producția de tipuri inițiale de hidrocarburi pentru sinteza, semiproduse din acestea. Aceasta este baza întregii industrii, nucleul ei, strâns legată de aproape toate industriile chimice. Materiile prime pentru obținerea inițiale de hidrocarburi, semiproduse și polimeri în sine sunt în principal petrol, gaze asociate și gaze naturale. Consumul lor pentru producerea acestei game largi de produse este relativ mic: doar 5-6% din petrolul produs în lume și 5-6% din gazele naturale.

Industria materialelor plastice și a rășinilor sintetice. Rășinile sintetice sunt folosite în principal pentru a produce fibre chimice, iar materialele plastice sunt cel mai adesea materialele de plecare pentru construcții. Acest lucru determină utilizarea lor în multe domenii ale industriei, construcțiilor, precum și în produsele fabricate din acestea în viața de zi cu zi. Multe tipuri de materiale plastice, chiar mai multe dintre mărcile lor au fost create în ultimele decenii. Există o întreagă clasă de materiale plastice industriale pentru cele mai critice produse din inginerie mecanică (fluoroplastice etc.).

Industria fibrelor chimice a revoluționat întreaga industrie ușoară. În anii 30. rolul fibrelor chimice în structura textilelor a fost neglijabil: 30% dintre ele erau lână, aproximativ 70% bumbac și alte fibre de origine vegetală. Fibrele chimice sunt din ce în ce mai folosite în scopuri tehnice. Domeniul de aplicare a acestora în economie și consumul casnic este în continuă creștere.

Industria cauciucului sintetic. Cererea de produse din cauciuc din lume (numai anvelopele de automobile sunt produse anual 1 miliard) este asigurată din ce în ce mai mult de utilizarea cauciucului sintetic. Reprezintă 2/3 din producția totală de cauciucuri naturale și sintetice. Producția acestuia din urmă are o serie de avantaje (costuri mai mici pentru construcția de fabrici decât pentru crearea de plantații; costuri mai mici cu forța de muncă pentru producția sa din fabrică; preț mai mic față de cauciucul natural etc.). Prin urmare, lansarea sa s-a dezvoltat în mai mult de 30 de state.

Industria îngrășămintelor minerale. Utilizarea îngrășămintelor cu azot, fosfor și potasiu determină în mare măsură nivelul de dezvoltare a agriculturii în țări și regiuni. Îngrășămintele minerale sunt cele mai produse în masă ale industriei chimice.

Industria farmaceutică devine din ce în ce mai importantă în protejarea sănătății populației în creștere a lumii. Cererea în creștere pentru produsele sale se datorează:

1) îmbătrânirea rapidă a populației, în primul rând în multe țări industriale ale lumii, care impune introducerea de noi medicamente complexe în practica medicală;

2) o creștere a bolilor cardiovasculare și oncologice, precum și apariția unor noi boli (SIDA), care necesită medicamente din ce în ce mai eficiente de combatere;

3) crearea de noi generații de medicamente datorită adaptării microorganismelor la formele lor vechi.

industria cauciucului. Produsele acestei industrii sunt din ce în ce mai concentrate pe satisfacerea nevoilor populației.

Pe lângă numeroasele produse din cauciuc de uz casnic (covoare, jucării, furtunuri, pantofi, mingi etc.) care au devenit bunuri de consum obișnuite, există o cerere tot mai mare de componente din cauciuc pentru multe tipuri de produse de inginerie. Aceasta include transportul terestră non-ferroviar: anvelope pentru mașini, biciclete, tractoare, șasiu de avioane etc. Produsele din cauciuc, cum ar fi conductele, garniturile, izolatoarele și altele sunt esențiale pentru multe tipuri de produse. Așa se explică gama vastă de produse din cauciuc (depășește 0,5 milioane de articole).

Dintre cele mai produse în serie ale industriei se remarcă producția de anvelope (anvelope) pentru diverse tipuri de transport. Producția acestor produse este determinată de numărul de vehicule fabricate în lume, estimat la multe zeci de milioane de unități din fiecare dintre ele. Producția de anvelope consumă 3/4 din cauciuc natural și sintetic, o parte semnificativă din fibrele sintetice utilizate pentru producerea țesăturii snur - carcasa anvelopei. În plus, pentru a obține cauciucul ca umplutură, sunt necesare diverse tipuri de funingine - tot un produs al uneia dintre ramurile industriei chimice - funingine. Toate acestea determină relația strânsă a industriei cauciucului cu alte ramuri ale industriei chimice.

Nivelul de dezvoltare al economiei țării poate fi judecat după nivelul de dezvoltare al industriei chimice. Aprovizionează economia cu materii prime și materiale, face posibilă aplicarea noilor procese tehnologice în toate sectoarele economiei. Compoziția intra-industrială a industriei chimice este foarte complexă:

1) chimie de bază,

2) chimia sintezei organice.

Farmaceutica, fotochimia, substanțele chimice de uz casnic, parfumeria aparțin chimiei fine și pot folosi atât materii prime organice, cât și anorganice. Legăturile intersectoriale ale industriei chimice sunt extinse - nu există un astfel de sector al economiei cu care să nu fie conectat. Complex științific, industria energiei electrice, metalurgie, industria combustibililor, industria ușoară - chimie - industria textilă, agricultură, industria alimentară, construcții, inginerie, complex militar-industrial. Industria chimică poate folosi o varietate de materii prime: petrol, gaze, cărbune, cherestea, minerale, chiar și aer. Prin urmare, întreprinderile chimice pot fi localizate peste tot. Geografia industriei chimice este extinsă: producția de îngrășăminte cu potasiu gravitează spre zonele de extracție a materiilor prime, producția de îngrășăminte cu azot - către consumator, producția de materiale plastice, polimeri, fibre, cauciuc - spre domeniile de prelucrare. de materii prime petroliere. Industria chimică este una dintre ramurile conducătoare ale revoluției științifice și tehnologice, alături de ingineria mecanică, aceasta fiind cea mai dinamică ramură a industriei moderne.

Principalele caracteristici ale plasării sunt similare cu caracteristicile plasării ingineriei mecanice; În industria chimică mondială s-au dezvoltat 4 regiuni principale. Cel mai mare dintre ele este Europa de Vest. Mai ales rapid în multe țări din regiune, industria chimică a început să se dezvolte după al Doilea Război Mondial, când petrochimia a început să conducă în structura industriei. Ca urmare, centrele petrochimice și de rafinare a petrolului sunt situate în porturile maritime și pe rutele principalelor conducte de petrol.

A doua regiune ca importanță este Statele Unite, unde industria chimică se caracterizează printr-o mare diversitate. Principalul factor de amplasare a întreprinderilor a fost factorul materie primă, care a contribuit în mare măsură la concentrarea teritorială a producției chimice. A treia regiune este Asia de Est și de Sud-Est, Japonia joacă un rol deosebit de important (cu o petrochimie puternică bazată pe petrol importat). De asemenea, este în creștere importanța Chinei și a țărilor nou industrializate, specializate în principal în producția de produse sintetice și semifabricate.

A patra regiune sunt țările CSI, care au o industrie chimică diversă, concentrată atât pe materii prime, cât și pe factorii energetici.

Tehnologia chimică

Tehnologia chimică este știința proceselor și metodelor de prelucrare chimică a materiilor prime și a produselor intermediare.

Se pare că toate procesele asociate procesării și producției de substanțe, în ciuda diversității lor externe, sunt împărțite în mai multe grupuri similare, înrudite, în fiecare dintre ele fiind utilizate aparate similare. Există 5 astfel de grupuri în total - acestea sunt procese chimice, hidromecanice, termice, de transfer de masă și mecanice.

În orice producție chimică, întâlnim simultan toate sau aproape toate procesele enumerate. Să considerăm, de exemplu, o schemă tehnologică în care produsul C se obține din două componente lichide inițiale A și B conform reacției: A + B-C.

Componentele inițiale trec prin filtru, în care sunt curățate de particule solide. Apoi sunt pompați în reactor, preîncălziți la temperatura de reacție în schimbătorul de căldură. Produșii de reacție, inclusiv componenta și impuritățile componentelor nereacționate, sunt trimise pentru separare într-o coloană de distilare. Pe înălțimea coloanei are loc un schimb multiplu de componente între lichidul care curge și vaporii care se ridică din cazan. În acest caz, vaporii sunt îmbogățiți cu componente cu un punct de fierbere mai mic decât produsul. Ieșind din partea superioară a coloanei, perechile de componente sunt condensate în deflegmator. O parte din condensat este returnată în reactor, iar cealaltă parte (flegma) este trimisă pentru a iriga coloana de distilare. Produsul pur se scoate din cazan, fiind racit la temperatura normala in schimbatorul de caldura.

Stabilirea tiparelor fiecăreia dintre grupurile de procese de inginerie chimică a deschis undă verde pentru industria chimică. La urma urmei, acum calculul oricărei, cea mai nouă producție chimică se efectuează conform metodelor binecunoscute și este aproape întotdeauna posibil să se utilizeze dispozitive produse în serie.

Dezvoltarea rapidă a tehnologiei chimice a devenit baza chimizării economiei naționale a țării noastre. Se creează noi ramuri ale producției chimice și, cel mai important, procesele și aparatele tehnologiei chimice sunt introduse pe scară largă în alte ramuri ale economiei naționale și în viața de zi cu zi. Ele stau la baza producției de îngrășăminte, materiale de construcție, benzină și fibre sintetice. Orice producție modernă, indiferent ce produce - mașini, avioane sau jucării pentru copii, nu este completă fără tehnologia chimică.

Una dintre cele mai interesante probleme care poate fi rezolvată cu ajutorul tehnologiei chimice în viitorul apropiat este utilizarea resurselor Oceanului Mondial. Apa oceanică conține aproape toate elementele necesare omului. Conține 5,5 milioane de tone de aur și 4 miliarde de tone de uraniu, cantități uriașe de fier, mangan, magneziu, staniu, plumb, argint și alte elemente ale căror rezerve sunt epuizate pe uscat. Dar pentru aceasta este necesar să se creeze procese și aparate complet noi de tehnologie chimică.

Concluzie

Industria chimică, ca și ingineria mecanică, este una dintre cele mai complexe industrii din punct de vedere al structurii sale. Se distinge clar industriile de semiproduse (chimie de bază, chimie organică), de bază (materiale polimerice - materiale plastice și rășini sintetice, fibre chimice, cauciuc sintetic, îngrășăminte minerale), prelucrare (coloranți sintetici de lacuri și vopsele, farmaceutice, fotochimice, reactivi, produse chimice de uz casnic, produse din cauciuc). Gama produselor sale este de aproximativ 1 milion de articole, tipuri, tipuri, mărci de produse.

Tehnologia chimică este știința celor mai economice și ecologice metode și mijloace de prelucrare a materiilor prime naturale în produse de consum și produse intermediare.

Se împarte în tehnologia substanțelor anorganice (producția de acizi, alcaline, sodă, materiale silicate, îngrășăminte minerale, săruri etc.) și tehnologia substanțelor organice (cauciuc sintetic, materiale plastice, coloranți, alcooli, acizi organici etc.);

Bibliografie

1. 1. Doronin A. A. Noua descoperire a chimiștilor americani. / Kommersant, Nr. 56, 2004
   1. 2. Kilimnik A. B. Chimie fizică: Manual. Tambov: Editura Tambov. stat tehnologie. un-ta, 2005. 80 p.
   2. 3. Kim A.M., Chimie organică, 2004
      1. 4. Perepelkin K. E. Compozite polimerice pe bază de fibre chimice, principalele lor tipuri, proprietăți și aplicații / Textil tehnic Nr. 13, 2006
   3. 5. Traven V.F. Chimie organică: un manual pentru universități în 2 volume. - M.: Akademkniga, 2004. - V.1. - 727 p., Vol. 2. - 582 p.

 creșterea capacității unitare a unităților și ansamblurilor

Necesitatea creșterii capacității unitare a unităților este asociată cu o creștere a cererii de produse și cu spațiul limitat pentru amplasarea echipamentelor. Odată cu creșterea capacității, costurile de capital și deducerile de amortizare pe unitate de produse finite sunt reduse. Numărul personalului de serviciu este redus, ceea ce duce la o reducere a fondului de salarii și la o creștere a productivității muncii. O creștere a capacității unitare a unităților este cea mai tipică pentru producția continuă cu tonaj mare. În cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, acesta nu este un factor determinant în majoritatea cazurilor.

 dezvoltarea de tehnologii prietenoase cu mediul care reduc sau elimină poluarea mediului prin deșeuri de producție (crearea de tehnologii non-deșeuri)

Aceasta este o problemă foarte importantă, în special pentru industriile asociate cu transformările chimice ale substanțelor, în special, în producția de substanțe biologic active și substanțe incluse în formele finale finale. În același timp, în cazul producției directe de medicamente și produse cosmetice, problema deșeurilor nu este atât de importantă. Acest lucru se datorează faptului că, în esență, aceste industrii ar trebui să fie fără deșeuri, iar formarea deșeurilor este posibilă numai dacă reglementările tehnologice sunt încălcate.

 Utilizarea schemelor tehnologice combinate

Această problemă este foarte importantă atunci când se organizează producția de produse cu tonaj mic. Pentru producția la scară mică, în special pentru industria sintezei organice fine, este tipică o gamă foarte mare de produse. În același timp, o serie de produse pot fi produse folosind metode tehnologice similare pe aceeași schemă tehnologică. La fel se întâmplă și în cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, când aceeași schemă tehnologică poate produce forme de eliberare similare (tablete, creme, soluții) de diferite denumiri.

 Creșterea eficienței energetice a producției

În cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, această problemă nu este de mare importanță, deoarece în marea majoritate a cazurilor procesele se desfășoară la temperatura camerei și nu au un efect termic ridicat.

Următoarea problemă importantă pe care trebuie să o luăm în considerare din punct de vedere al aspectelor generale ale organizării producției sunt condițiile care afectează alegerea instrumentarului pentru procesul chimico-tehnologic și modul de organizare a procesului.

1.2.3. Condiții care influențează alegerea instrumentației pentru un proces chimico-tehnologic

Calitatea produsului țintă este determinată de respectarea strictă a normelor reglementărilor tehnologice și de alegerea competentă a principalului echipament necesar implementării producției. Echipamentul principal este echipamentul în care se desfășoară principalele etape tehnologice: reacții chimice, pregătirea componentelor inițiale, producerea produselor finite țintă etc. Restul echipamentului, care este necesar pentru asigurarea procesului tehnologic, este auxiliar. Astfel, prima sarcină care trebuie rezolvată în organizarea producției este alegerea echipamentelor tehnologice. Această alegere este determinată de o serie de condiții, dintre care unele sunt prezentate mai jos.

 Temperatura procesului și efectul termic

Se determină alegerea lichidului de răcire și designul elementelor suprafeței de schimb de căldură.

 Presiune

Determină materialul aparatului și caracteristicile de proiectare ale echipamentului în ceea ce privește rezistența mecanică.

 Mediul de proces

Determină alegerea materialului aparatului în ceea ce privește rezistența la coroziune și metoda de protecție împotriva coroziunii. În cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, alegerea materialului aparatului este determinată de cerințele privind calitatea produsului final, în special în ceea ce privește conținutul de impurități ale metalelor și compușilor organici.

 Starea agregată a substanțelor care reacţionează

Determină modul de organizare a procesului (periodic sau continuu), modul de încărcare a componentelor inițiale și de descărcare a produselor finale, proiectarea dispozitivelor de amestecare.

 Cinetica procesului

Determină modul în care este organizat procesul și tipul de echipament.

 Modul de organizare a procesului

Specifică alegerea tipului de echipament.