Курсова робота за темою:
«Розвиток понять про хімічний виробництві в процесі вивчення курсу органічної хімії в середній школі»

ВСТУП

Сучасний світ характеризується постійно зростаючим рівнем антропогенних та техногенних навантажень, інтенсивним перетворенням біосфери людиною, розширенням розмірів техносферних регіонів. Велика частина населення проживає у великих територіально-промислових регіонах з високим рівнем концентрації промислових виробництв і технічних об'єктів. Світ техносферних небезпек визначається, перш за все, небезпекою технічних об'єктів і промислових технологій, небезпекою навколишнього природного середовища, техніки, використовуваної людиною в повсякденному житті.
В даний час перед людським співтовариством стоїть завдання раціонального і продуманого формування техносфери, яка забезпечувала б прийнятні для людини і природних екосистем умови існування. Це завдання надзвичайно складна і передбачає здійснення комплексу різнопланових і взаємопов'язаних заходів, а саме:
• розумне обмеження потреб людини;
• створення нових технічних об'єктів і технологій, орієнтованих на маловідходні і ресурсозбереження;
• мінімізація впливу техніки і технологій на людину та природне середовище;
• раціональне розміщення виробництв і сельбищних зон;
• створення комплексної системи забезпечення безпеки життя в техносфери.

РОЗДІЛ 1. Ознайомлення учнів з хімічним виробництвом

Вивчення в середній школі наукових основ сучасного виробництва, в тому числі хімічного виробництва, - одне з найважливіших засобів для вирішення задачі політехнічної підготовки учнів. Процес вивчення хімічних виробництв пов'язує теорію з практикою, конкретизує, поглиблює і закріплює знання теоретичних основ хімії, допомагає нашій молоді після закінчення школи вільно вибрати професію і стати активними учасниками комуністичного будівництва.

1.1 Стан питання на практиці шкіл

Тема «Хімічне виробництво» в органічній хімії присутня у всіх розділах: Граничні вуглеводні, Ароматичні вуглеводні, Амінокислоти, Неграничні вуглеводні, Спирти, Альдегіди
При вивченні теми «Ненасичені вуглеводні» учні розглядають виробництво полімерів-поліетилену, полівінілхлориду.
поліетилен і поліпропілен. Вони відносяться до так званих лінійним полімером, хоча фактично мають зигзагообразное будову. Їх молекули сильно зігнуті в різних напрямках, іноді навіть згорнуті в клубки.
У процесі полімеризації, наприклад, пропілену, може утворитися полімер зі стереонерегулярной структурою:

Стереонерегулярной ця структура називається тому, що радикали-CH ₃ в ній розміщені хаотично - по одну і іншу сторони ланцюга. Зазвичай, у процесі полімеризації утворюються полімери з стереонерегулярной структурою [1].
Отримання. Ще недавно поліетилен (- CH ₂ - CH ₂ -) _n отримували під високим тиском при підвищеній температурі. Реалізація такого виробничого процесу була досить складною. Останнім часом полімеризацію проводять при атмосферному тиску і кімнатній температурі в присутності триетилалюмінію і хлориду титану.
Синтезований таким шляхом поліетилен плавиться при більш високій температурі і має більшу механічну міцність, тому що має велику молекулярну масу і менше відгалужень. Подібним чином отримують поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол, поліметилметакрилат і деякі інші полімери.
Фізичні властивості. Поліетилен значно легше води, його щільність приблизно 0,92 г / см ^3. Він еластичний, в тонкому шарі безбарвний, прозорий, на дотик кілька жирний, нагадує парафін. Якщо шматочок поліетилену нагріти, то вже при температурі 110 ° С він стає м'яким і легко змінює форму, але при дуже сильному нагріванні поліетилен розкладається. При охолодженні поліетилен твердне і зберігає надану йому форму.
Властивість тіл змінити форму в нагрітому стані і зберігати її після охолодження називають термопастічностью.
Поліпропілен відрізняється від поліетилену більш високою температурою плавлення (плавиться при температурі 160 - 180 ° С) і більшою механічною міцністю.
Хімічні властивості. Поліетилен і поліпропілен володіють властивостями граничних вуглеводнів. При звичайних умовах ці полімери не реагують ні з сірчаною кислотою, ні з лугами. (Концентрована азотна кислота руйнує поліетилен, особливо при нагріванні.) Вони не знебарвлюють бромну воду і розчин перманганату калію навіть при нагріванні.
Застосування. Поліетилен і поліпропілен хімічно стійкі, механічно міцні, тому їх широко застосовують при виготовленні обладнання в різних галузях промисловості (апарати, труби, судини і т. д.). Вони володіють високими електроізоляційними властивостями. Поліетилен і поліпропілен в тонкому шарі добре пропускають ультрафіолетові промені. Плівки з цих матеріалів використовуються замість скла в парниках і теплицях. Їх застосовують також для упаковки різних продуктів.

Вибір виробництв

Для здійснення політехнічного навчання знайомити учнів загальноосвітньої школи з великою кількістю хімічних виробництв немає ніякої необхідності, тому що політехнічний принцип «не вимагає навчання всьому, а вимагає навчання основам індустрії взагалі.
У загальноосвітній середній школі на уроках хімії мають вивчатися хімічні виробництва лише найбільш важливі в народногосподарському відношенні, цілком доступні для розуміння учнями і найтиповіші, найбільш яскраво відображають використання хімічних теорій і закономірностей у практичному житті.
Навчальною програмою середньої школи передбачено вивчення лише деяких виробництв.
У органічної хімії вивчається більш докладно:
Переробка нафти.
Переробка природного газу
Коксування вугілля.
Виробництво оцтової кислоти.
Розглядається також виробництво фенолу, але дуже побіжно.

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ВИКИДІВ ОКРЕМИХ ГАЛУЗЕЙ ХІМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ТА ЗАХОДИ ПРОФІЛАКТИКИ

2.1 Забруднення навколишнього середовища

Хімічна промисловість охоплює велику кількість галузей: виробництво основного органічного синтезу, нафтохімічні, коксохімічні й інші-виробництва. Частина з них вже стала самостійними галузями промисловості. Виробництво кислот, солей, лугів, деяких хімічних елементів, наприклад хлору, пов'язаного азоту, мінеральних добрив, неорганічних сполук окремих хімічних елементів відносить до основної хімічної промисловості, що використовує для їх отримання мінеральна сировина - повітря, сірку, сірчаний колчедан, кухонну сіль, фосфорні руди та ін
Виробництво основних класів органічних сполук засновано на органічному синтезі. Тому потрійне кількість галузей хімічної промисловості виникло на цій основі, а також на основі переробки горючих копалин - нафти і нафтопродуктів, кам'яного вугілля, нафтового і природного газів, сланців і деревини.
До таких галузей хімічної промисловості належать виробництва синтетичних каучуків і гумотехнічних виробів на їх основі, пластичних мас, синтетичних і штучних волокон, барвників, лаків, розчинників, вибухових речовин, синтетичних миючих засобів, лісохімічна, хіміко-фармацевтичних та багатьох інших речовин, важливих у народному господарстві.
Диференціація хімічних виробництв відбивається як на характері продукції, що випускається, так і на викидах в навколишнє середовище, що має певне відношення до стану здоров'я населення. Основними несприятливо діючими факторами, на здоров'я є хімічні речовини в різних фазових станах у поєднанні з фізичними, механічними, гігієнічними та іншими особливостями середовища. Навколишнє середовище може забруднюватися хімічними речовинами у твердому, рідкому, газо-і пароподібному станах. Повітря виробничих приміщень та навколишнє середовище можуть забруднюватися також аерозолями з твердою і рідкою дисперсними фазами, різними газами, парами, в меншій мірі пилом.

2.2 Екологічний вплив викидів хімічних виробництв

Забруднення навколишнього середовища відходами хімічної промисловості сягає нині великих розмірів. Досягнення людського розуму, що зумовили виникнення науково-технічної революції, стали одночасно причиною докорінної зміни екології людини. Природне місце її проживання, якої протягом багатьох століть була природа, сильно змінилася. Побудовано багато міст з асфальтованими вулицями і безліччю транспортних засобів, що забруднюють повітря.
Історія показує, що людина завжди прагнув створювати матеріальні блага і, не замислюючись над наслідком своїх відкриттів, намагався, в що б те не стало досягти здійснення своїх задумів. А зовнішнє середовище тим часом піддавалася і продовжує піддаватися перетворенням і забруднень.
Виснаження родовищ корисних копалин та інших, здавалося б на перший погляд, невичерпних ресурсів в кінцевому рахунку не може обійтися без важких наслідків. Створені людьми шахти зміщують речовина земної кори в десять разів більше, ніж землетрусу. Відходи сировини становлять 98%. Вони-то і засмічують, забруднюють навколишнє середовище.
Одна третина населення планети відчуває гострий брак чистої воді, через що 500 млн. чоловік постійно страждають кишково-шлунковими захворюваннями. Якщо в 70-х роках XX століття продовжувала недоїдати одна третина населення земної кулі, то 43 держави відчувають нестачу в звичайній питній воді.
Щорічно в атмосферу викидається 500 млн. т забруднень. Одні тільки електростанції викидають щороку 100-200 млн. т золи та 60 млн. т сірчистого ангідриду. Атмосфера пашів планети містить 2,3 '10 ¹² т вуглекислого газу. Джерелами виділення його є вулкани, гарячі джерела, живі організми, горючі копалини. При спалюванні палива щорічно в атмосферу надходить не менше 1 '10 ¹⁰ т вуглекислого газу, створюючи цим тепловий ефект та подальшому забрудненню атмосфери. Це в свою чергу веде до порушення хімічної рівноваги в повітряному середовищі, зміни клімату та іншим глобальних наслідків. Вуглекислий і сірчистий гази, що забруднюють атмосферу, можна використовувати для отримання різних полімерних матеріалів. В даний час здійснено промислове виробництво ароматичних полікарбонатів. У лабораторіях зараз отримують полісульфон, матеріалом для яких служить сірчистий газ. Реакція їх синтезу, як і у випадку з СО, ініціюється пероксидами або за допомогою жорсткої радіації. З полімерів, які мають до 50% SО _2, виготовляють, наприклад, плити і плівки. Мембрани з полімерів, що містять SО ₂ з деякими олефінами гнучкі, міцні, не токсичні, пропускають кисень так само добре, як і силоксанових, а вуглекислоту - у шість разів краще. Тому полісульфоновие мембрани перспективні для апаратів штучного кровообігу.
У світі щорічно викидається в атмосферу близько 150 млн. т SО _2. У повітряний простір скандинавських країн вітром заноситься з промислових регіонів велику кількість SO _2, в результаті чого тут випадають «кислі» дощі і рН поверхневих вод змінюється до 3,5 [4]. Отже, щоб поверхневі води були придатними для пиття, їх необхідно подщелачивать. Не дивно, що в окремих районах споживання питної води призводить до захворювань серця.
Забруднення атмосфери вуглекислим газом та іншими речовинами збільшує витрату кисню.
Людство змушене буде вдатися до створення нових технологій, при яких буде поглинатися вуглекислий газ і виділяє кисень.
з'єднання шестивалентного хрому, ніж тривалентного. Небезпечні отрути, що знаходяться в високодисперсному пародимообразном стані, оскільки такий стан полегшує проникнення їх в організм через дихальні шляхи. Часто токсичний ефект залежить від тривалості дії отрути на організм, від його розчинності у крові, лімфі і т. д.
Індивідуальну чутливість людей до різних речовин обумовлює стан центральної нервової системи або всього організму. Цим пояснюється те, що в промислових умовах нерідко спостерігаються пиляння сенсибілізації людей до деяких отрут, що ведуть до виникнення алергічних захворювань, бронхіальної астми та інших специфічних захворювань, що робить неможливим подальше їх професійну діяльність.
Більшість отрут надає негативну дію на організм в цілому, хоча нерідко спостерігається переважне ураження певних, органів. Бензол, наприклад, вражає кровотворні органи і центральну нервову систему, свинець викликає зміни нервової системи і вражає кров, а іноді - зміни в печінці, - судинах і т. д. Вибірковість ураження окремих органів обумовлена особливостями речовин, їх фізико-хімічними властивостями, в Зокрема, неоднаковою розчинністю до води, жирах, відмінностями в обміні речовин у тканинах організму, а також певним хімічною спорідненістю цих тканин до отрути, що призводить до виборчого накопиченню його в певних органах.
Ці дані свідчать про те, що комплексний облік фактором навколишнього середовища дозволить намічати заходи з оздоровлення її і тим самим виключати шкідливі для здоров'я людей умови. Складність полягає в тому, що комбінована дія цих факторів ще недостатньо вивчено. У той же час досвід проведення природоохоронних заходів у ряді промислових центрів у відповідності до сучасних гігієнічними вимогами показує, що в цих районах спостерігається зменшення загальної захворюваності, у тому числі хронічними хворобами.
Хімічна промисловість така багатогранна, що повна характеристика її надзвичайно скрутна, і тому ми зупинимося лише на деяких виробництвах, які заслуговують з точки зору забруднення навколишнього середовища особливої уваги. Огляд особливостей основного органічного синтезу обмежується розглядом основних аспектів переробки нафти, кам'яного вугілля, деревини, одержання і застосування каучуку, капролактаму, хімічних волокон і пластичних мас, виробництва пестицидів, поверхнево-активних речовин. У розділі коротко розглянуто особливості забруднення навколишнього середовища травильними і гальванічними виробництвами. Перелік виробництв охоплює основні речовини неорганічної та органічної природи, значення яких і об'єм виробленої продукції для потреб народного господарства очевидні. Ознайомлення з ними показує, що багато чого робиться сьогодні для того, щоб нові матеріали, нові речовини випускалися за допомогою технологій, що дають мінімальну кількість відходів та дозволяють зберегти в чистоті навколишнє нас природу.

РОЗДІЛ 3. Ознайомлення учнів з хімічного виробництва в ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
3.1 Переробка нафти
У процесі вивчення цього виробництва потрібно:
а) ознайомити учнів з перегонкою і крекінгу нафти;
б) розкрити основні наукові принципи промислової переробки нафти;
в) показати успіхи нафтової промисловості.
Учитель спочатку знайомить учнів з нафтою - пояснює:
а) народногосподарське значення нафти, б) найважливіші її родовища; в) способи добування; г) неухильне зростання нафтовидобутку в нашій країні; д) склад; е) фізичні властивості.
Велике значення при цьому має демонстрація нафти і нафтопродуктів, а також (за наявності відповідних умов) демонстрація дослідів, що характеризують порівняно розчинність і горючість нафтопродуктів, бензин і гас як розчинники і ін
Тільки після цього слід познайомити учнів з переробкою нафти - перегонкою і крекінгу.
I. Перегонка нафти. Про основному принципі перегонки нафти і промисловості учні отримують подання на лабораторному досвіді. Учитель демонструє перегонку нафти з перегрітим паром (рис. 1).

Рис. 1 - Перегонка нафти в лабораторних умовах
У колбі А нагрівають воду - отримує пар, а в колбі Б - одночасно нагріває нафту (за відсутності нафти нагріває заздалегідь приготовлену суміш мазуту або машинного масла, гасу і бензину). Зібрану в приймачі (разом з водою) суміш вуглеводнів розділяє з допомогою ділильної воронки.
Про перегонці нафти в промисловості вчитель в лекційній фірмі повідомляє учням наступне.
Перегонка нафти в промисловості відбувається в спеціальній установці (рис. 3). Цей процес заснований на різних температурах кипіння знаходяться в нафті вуглеводнів. Процес починається в трубчастої печі, названої так тому, що всередині її перебуває сталевий, дуже великої довжини, вигнутий трубопровід. Опалюється піч мазутом. Безперервно перекачується через трубопровід нафту нагрівається, приблизно до 400 ° С, і надходить в ректифікаційної колони. Ця колона має велику кількість горизонтальних перегородок, так званих тарілок з отворами. Нафтопродукти з низькою температурою кипіння через отвори тарілок піднімаються у верхню частину колони, поступово охолоджуються і в рідкому стані затримуються на тій чи іншій тарілці. Нафтопродукти ж з більш високою температурою кипіння затримуються на тарілках вже в нижній частині колони. Через отвори тарілок летючі нафтопродукти піднімаються вгору, а рідкі стікають вниз (рис. 2).

Рис. 2 - Перегонка нафти в промисловості: 1 - трубчаста піч для нагрівання нафти; 2 - ректифікаційна колона
Більш повного відділення летючих нафтопродуктів від рідини сприяє подається знизу перегрітий пар, який йде назустріч стікає рідини.
Так послідовно, в напрямку знизу вгору, при різній температурі з нафти виділяються: мазут, солярове масло, гас, нафта і бензин. Пари бензину в холодильнику охолоджуються і конденсуються. Деяка частина бензину повертається в колону для зрошення й охолодження піднімаються вгору летючих нафтопродуктів.
Отримані нафтопродукти з особливих трубах з ректифікаційної колони виводяться і знову піддаються перегонці. Шляхом подальшої перегонки з мазуту виділяють різні мастила (веретенне, машинне, циліндрове та ін), а також вазелін, парафін та інші цінні нафтопродукти. Після остаточної фракційної перегонки нафти залишається нелетких продукт - гудрон.
В основі фракційної перегонки нафти лежать загальні технологічні принципи: безперервність процесу, потік і протитечія і циркуляція продуктів переробки. Тут має місце і безперервна циркуляція тепла: тепло одержані продуктів перегонки використовується для попереднього підігріву нафти, а тепло димових газів - для деякого підігріву повітря, необхідного для спалювання в печі мазуту.
Для перевірки і закріплення викладеного матеріалу вчитель пропонує учням питання:
1. На якому властивості нафти заснована її фракційна перегонка?
2. З яких апаратів складається нафтоперегінних установка?
3. Як у ректифікаційної колоні виходять найважливіші нафтопродукти?
4. Які загальні технологічні принципи лежать в основі фракційної перегонки нафти?
2. Крекінг нафти. Хімічний спосіб переробки нафти - крекінг-процес, при наявності відповідних умов у спрощеній формі на уроці чи на поза-класних заняттях, можна показати учням. Учитель спочатку усвідомлює учням сутність крекінгу нафти. Повідомляє їм, що якщо нафта нагрівати сильніше, ніж при фракційній перегонці, то перебувають у пий вуглеводні починають змінювати свій хімічний склад; при цьому молекули їх розпадаються на більш дрібні за складом молекули - утворюється суміш рідких газоподібних граничних і неграничних вуглеводнів з меншим молекулярною вагою, а отже, з більш низькою температурою кипіння - збільшується вихід найбільш пінного продукту - бензину. Нагадує учням загальний склад і характерні хімічні властивості граничних і неграничних вуглеводнів. Звертає увагу учнів на те, що утворюються при крекінгу неграничні вуглеводні виявляють по знебарвлення ними бромної води або розчину марганцевокислого калію. Крекінг нафти демонструється на наступному приладі (рис. 3).
У цьому приладі три основні частини: піч для нагрівання крекіруемого сировини - залізна трубка-приймач для рідких продуктів і приймач для газу. Як крекіруемого сировини використовується гас, попередньо очищений від неграничних сполук або мазут, що залишився після фракційної перегонки нафти. Нагрівання здійснюється за допомогою газових пальників, паяльної лампи, вугільної жаровні. До получившимся рідким і газоподібним продуктам приливає бромна вода або розчин марганцевокислого калію - виявляються утворилися неграничні вуглеводні. [6 - 8]

Рис. 3 - Крекінг нафти в лабораторних умовах

3.2 Охорона навколишнього середовища в коксохімічному виробництві

В існуючих технологічних процесах підготовки і коксування вугілля, уловлювання та переробки хімічних продуктів утворюються відходи, кількість яких становить (у% від маси сухої вугільної шихти): викиди в атмосферу (пил, вуглеводні, оксиди вуглецю, сірки та азоту і т.п.) - 0,7-0,8; фенолсодержащіе стічні води - 30-40; відходи хімічних цехів (Фуси, кислі смолки, кубові залишки, полімери) - 0,25-0,28. Крім того, на углефабріках утворюються відходи вуглезбагачення в кількості до 35-50% від маси готової шихти.
Питання організації безстічного коксохімічного виробництва. На багатьох підприємствах поки зберігається стадія мокрого гасіння коксу. При цьому випаровується 0,5-0,6 м ³ води на 1 т коксу. Таким чином, при подачі очищеної води на гасіння коксу коксохімічне виробництво стає безстічним. При цьому можна утилізувати також продувні води системи виробничо-технічного водопостачання коксохімічного підприємства (рис. 4).
Висновок продувних вод з системи оборотного водопостачання пов'язаний з необхідністю скорочення кількості солей в оборотній воді, щоб уникнути утворення накипу на поверхнях теплообміну.
Як відомо, перехід на сухе гасіння коксу є одним з найбільш важливих заходів, що дозволяють раціонально використовувати енергетичні та водні ресурси, скоротити викиди в атмосферу і поліпшити якість коксу. При сухому гасінні коксу припиняється хімічне і теплове забруднення навколишнього середовища, досягається велика економія енергетичного палива (щоб отримати ту кількість пари, яка виробляється на установках сухого гасіння коксу - УСТК, обслуговуючої коксову батарею продуктивністю 1 млн. т / рік, треба витратити з урахуванням теплового к.к.д. парогенератора більше 100 тис. т умовного палива). Однак при повному переході на сухе гасіння коксу виникає нова проблема - утилізація стічних вод (в кількості 0,5 м ³ / т коксу). Найбільший інтерес представляє використання цих вод після біологічного очищення в циклі оборотного водопостачання.

Рис. 4 - Витрата стічної та технічної вод (в м ³ / т коксу) при мокрому гасінні коксу без використання стічних вод в оборотному водопостачанні

Розглянемо деякі шляхи скорочення кількості фенольних стічних вод.
1. Обсяг конденсату первинних газових холодильників залежить від вологості вихідного вугілля і кількості пірогенетічсской вологи, на частку якої припадає менше 20% загального обсягу конденсату. При термопідготовки основна частина вологи вугілля видаляється при температурах 100-200 ° С, тобто в умовах, що виключають розкладання органічної маси вугілля. Волога вугілля, що виводиться із системи, практично вільна від токсичних речовин, тобто на 0,06-0,07 м ³ / т шихти (або на 0,9-0,10 м ³ / т коксу) зменшується балансове кількість забруднених стічних вод.
2. Додатковим джерелом стічних вод є прийнята схема виділення аміаку з надсмольні води при десорбції його гострою парою. Витрата пари на десорбцію аміаку становить 20-25% обсягу перероблюваної води, або 40-45 т / т аміаку. Перехід на обігрів аміачних колон глухим паром дозволив би зменшити обсяг стічних вод на 0,03-0,07 м ³ / т коксу. Необхідно, щоб коксохімічне підприємство повертало на теплоелектростанцію якомога більше конденсату глухого пара; в даний час значна його частина надходить в стічні води. Скорочення витрати гострої пари і більше повне повернення конденсату зменшує не тільки обсяги стічних вод, а й витрати на хімічну водоочистку і водопідготовку в системі ТЕС.
3. Закриття циклу кінцевого холодильника без уловлювання в голові процесу дещо збільшує обсяг стічних вод. У той же час перехід до уловлювання ціаністого водню, сірководню та аміаку на початку газового тракту робить непотрібним вузол кінцевого охолодження і зменшує обсяг стічних вод на 0,05 м ³ / т коксу [4,5].

3.3 Шляхи скорочення та утилізації газових викидів

Однією з найбільш серйозних завдань є організація бездимної завантаження шихти в пічні камери. На ряді підприємств використовують інжекції парогазової суміші, що утворюється в момент завантаження в стояки і Газозбірник. Цей прийом створює сприятливу санітарну обстановку на коксових печах, але призводить до збільшення виносу пилу в смолу і підвищує вміст кисню в газі.
У РФ і за кордоном відпрацьовуються системи індивідуального відсмоктування газів завантаження і допалювання їх у спеціальній установці, змонтованій на углезагрузочном вагоні.
Великий джерело викидів в атмосферу - градирня кінцевого охолодження коксового газу.
На ряді виробництв небезпеку становлять викиди з воздушником. Окремі види викидів потрапляють в коксовий газ. Так, на всмоктувальну лінію нагнітачів подаються викиди з воздушником піридинових установок. У цих викидах містяться токсичні ціаністий водень і піридинові підстави. У коксовий газ повертають і легку фракцію сирого бензолу, яка не утилізується на ряді підприємств. У пекококсовий газ подається відпрацьований газ після обробки пеку повітрям.
Серйозну проблему представляли викиди бензольних вуглеводнів з воздушником технологічного устаткування і цехів ректифікації сирого бензолу. Втрати становили близько 2% від маси сирого бензолу. В даний час розроблена двоступенева схема охолодження парогазової суміші з конденсацією продуктів і подальшої абсорбцією бензольних вуглеводнів захоложеннимі сольвентом або ксилолу.
Існує кілька видів викидів, що містять пари ряду токсичних речовин, включаючи і поліциклічні ароматичні вуглеводні, які не вдається утилізувати. Можливим рішенням у цьому випадку є допалювання органічних речовин, краще - каталітичне. Для цієї мети використовують каталізатори - оксиди ванадію і міді, нанесені на оксид алюмінію. Температура каталітичного процесу 400-500 ° С, об'ємна швидкість 10-25 тис. год ^-1. Ступінь очищення складає 97-100% при вмісті вуглеводнів у вихідній суміші 6-18 м / м ³ (отбросние гази відділення пекоподготовкі).

Рис. 5 - Схема допалювання теплоносія у виробництві формованого коксу: 1 - теплообмінник; 2 - контактний апарат з киплячим шаром каталізатора; 3 - циклон
Метод каталітичного допалювання успішно використовується і для очищення надлишкового газу-теплоносія установок формованого коксу. Особливістю такого газу є низький вміст кисню - 0,3-0,7%. У газі крім вуглеводнів міститься 3-8 г / м ³ вугільного пилу, забрудненої смолистими речовинами, пари води і сірководень.
Для очищення (рис. 5) використовується апарат з киплячим шаром каталізатора 2. Надмірна теплоносій розбавляється повітрям до концентрації кисню 4 про. % І надходить в реактор. Тут окислюються всі органічні речовини, включаючи і смолу, адсорбовану на поверхні частинок пилу. Дрібнодисперсні частинки пилу проходять через шар каталізатора. Теплоносій охолоджується в теплообміннику 1, очищається від пилинок в циклоні 3. Або на металокерамічних фільтрах і викидається в атмосферу.

3.4 Утилізація твердих і смолистих відходів

Найбільша проблема-комплексне використання відходів вуглезбагачення та охорона навколишнього середовища при роботі вуглезбагачувальних фабрик. Масштабність цієї проблеми характеризується тим, що вже в 1980 р. вуглезбагачувальні фабрики країни щорічно переробляли 300 млн. т вугілля, отримуючи 50 млн. т твердих відходів. На ряді підприємств їх широко використовують при спорудженні дамб, для дорожніх покриттів, у виробництві будівельних матеріалів. У Підмосковному вугільному басейні на розрізі «Кимовський" діє безвідходна фабрика з комплексного збагачення високосірчистої бурого вугілля з отриманням збагаченого енергетичного вугілля, сірчаного колчедану - сировини для отримання сірчаної кислоти, глини для виготовлення цегли.
Подання про склад відходів дають характеристики промислових відходів вуглезбагачувальних фабрик Карагандинського вугільного басейну:

Зольність,%	68,5-70,5
Вміст сірки,%	2,0-2,2
Теплота згоряння, МДж / кг	7,5-8,2
Склад,% чисте вугілля	31,33
сульфіди заліза	1,3
глинисті матеріали	62-64
карбонати	1-3

Хімічний склад золи, мас.

SiO ₂	53-58	MgO	1,3-1,8
А1 ₂ О ₃	25-28	TiO ₂	0,7-1,2
Fе ₂ O ₃	5,5-6,5	SO ₃	1,4-2,2 -
СаО	1,8-2,8	CO ₂	0,2-0,4

Перевагою відходів вуглезбагачувальних фабрик є висока ступінь готовності до переробки (стабільний склад мінеральної частини, однорідний гранулометричний склад). У РФ розроблена прогресивна технологія отримання з, відходів вуглезбагачення штучного пористого заповнювача (аглопориту) для легких бетонів.
В даний час відходи вуглезбагачення можна використовувати в якості наступних матеріалів:
1) сировину для виробництва аглопориту, стінових керамічних виробів, в'яжучих матеріалів, дренажних труб, керамічної плитки та інших будівельних матеріалів;
2) матеріали для будівництва доріг і земляних споруд (будівельний щебінь, дорожні підстави дамб, баластування залізниць);
3) сировина для сірчанокислотного виробництва-сірчаний колчедан;
4) матеріали для закладки виробленого простору »шахт і планування поверхні, порушеною гірничими роботами;
5) сировина для виробництва добрив;
6) сировину для отримання кремнеалюмініевих сплавів, матеріалів на основі карбіду кремнію, глинозему, сульфату алюмінію та ін
Найбільше значення мають два перші напрямки.
Будівельні матеріали на основі відходів видобутку і збагачення вугілля дешевше в порівнянні з приготованими з традиційної сировини: аглопорит - на 28%, цегла - на 16%. При цьому не повністю врахована економія капітальних витрат на організацію видобутку традиційної сировини.
Існують, однак, організаційні труднощі, що визначаються необхідністю спорудження самостійних виробництв будівельних матеріалів, відповідних за потужністю вуглезбагачувальних фабрик. Важкою і не повністю вирішеною проблемою залишаються переробка та утилізація відходів флотації вугілля, тому що в цьому випадку необхідно не тільки ретельне механічне зневоднення цих відходів,, а й знищення органічних флотореагентів, що буря разом з вугіллям.
Своєрідним твердим відходом стає сульфат амонію - низькосортне добриво, на виготовлення якого використовують значні кількості дефіцитної сірчаної кислоти.
Великим досягненням коксохімічної промисловості стала утилізація смолистих відходів виробництва - Фусів, кислих смолок сульфатних цехів і цехів з переробки сирого бензолу і нафталіну. Кількість Фусів складає 0,15-0,18% від сухої шихти, кислої смолки цехів уловлювання - 0,05%; стільки ж кислої смолки отримують і при очищенні сирого бензолу.
Була розроблена схема утилізації Фусів, що повертаються у вугільну шихту, а також технологія спільної утилізації кислих смолок, масел з очисних споруд, кубових залишків від ректифікації бензолу, полімерів, сильно забруднених стічних вод, яка передбачає приготування водно-масляної емульсії із суміші відходів. Цю суміш потім дозують в шихту. При цьому емульгаторами служать полімерні продукти, що містяться у відходах. В даний час емульсійний спосіб утилізації практично всіх утворюються хімічних відходів (кислих і лужних, органічних і неорганічних) 'впроваджено на більшості коксохімічних підприємств сходу і центру РФ.

ГЛАВА 4. УРОКИ
Урок на тему: Переробка нафти і природного газу
I. Нафта - це складна суміш насичених (алканів), ароматичних вуглеводнів і циклоалканов з домішкою неорганічних речовин.
Розрізняють нафти:
· Парафінові,
· Нафтенові,
· Ароматичні.
Нафта - масляниста рідина від світло-бурого до чорного кольору, з характерним запахом, у воді не розчиняється, тому утворює на її поверхні плівку, що не пропускає повітря (одна з екологічних проблем).
II. Переробка нафти
Мета переробки нафти: одержання бензину та сировини для нафтохімії.
Види переробки нафти:
а) перегонка (фізичний процес) - первинна переробка нафти - вихід не більше 20%,
б) крекінг (хімічний процес) - вторинна переробка - вихід до 80%.
а) Перегонка нафти.
Фракція - суміш УВ, киплячих в певному температурному інтервалі.
Продукти первинної переробки:

	Фракції нафти	Вуглеводні	Температура кипіння фракції в ^○ З	Застосування
1	Бензин	З ₅ - З ₁₁	20-200	Автомобільний бензин, авіаційний бензин
2	Лігроїн	З ₈ - З ₁₄	150-250	Пальне для автотракторної техніки
3	Гас	З ₁₂ - З ₁₈	180-300	Паливо для літаків і ракет
4	Газойль	З ₁₈ - З ₂₄	275-400	Паливо для дизельних двигунів
5	Мазут	З ₁₉ - З ₅₃	Більше 400	Піддають вторинній переробці, частина мазуту використовують в якості палива

Пряма перегонка нафти
· Пристрій ректифікаційної колони (Н = 50 - 60 м, Д = 3 м);
· Сутність перегонки нафти;
· Продукти перегонки (фракції):
1. Бензинова - З ₅ - З _12, tє кипіння = 40 - 200 ^о С - склад бензину
2. Лігроїнова - З ₈ - С _14, tє кипіння = 150 - 250 ^о С - пальне для тракторів
3. Гасова - З ₁₂ - З _18, tє кипіння = 180 - 300 ^о С - пальне для тракторів, ракет
4. Дизельна - З ₁₂ - З _18, tє кипіння = 180 - 350 ^о С - дизельне паливо
5. Гудрон - асфальт
Головний недолік перегонки нафти - малий вихід бензину (20 - 30%).
Крекінг термічний - 470 - 550 ^о С, р = 2-6 МПа
З ₁₆ Н ₃₄ - С ₈ Н ₁₈ + З ₈ Н ₁₆
З ₈ Н ₁₈ - С ₄ Н ₁₀ + З ₄ М ₈
З ₄ Н ₁₀ - С ₂ Н ₆ - З ₂ Н ₄
Склад бензину - розгалужені вуглеводні, неграничні (але їх менше, ніж у бензині термічного крекінгу).
Піроліз - Високотемпературний крекінг - 650 - 700 ^о С. Отримують неграничні вуглеводні.
Риформінг - отримання ароматичних вуглеводнів (ароматизація нафти)
Хімічна переробка вуглеводнів нафти дозволяє отримувати не тільки паливно мастильні матеріали, але і цілий ряд органічних речовин (схема).
Види крекінгу:
а) каталітичний:
б) термічний.
Реформінг (ароматизація) - перетворення граничних вуглеводнів на ароматні, що покращує якість бензину. Сутність риформінгу - дегидрирование у присутності каталізатора - платини.
Природний газ
· Склад природного газу;
· Застосування метану та його сполук.
Таблиця 1 - Склад природного і попутного нафтових газів (в об'ємних відсотках)

Компоненти газів	Природний газ Уренгойського родовища	Попутний газ Сутормінского родовища	Попутний газ Прикордонного родовища
Метан	95,16	63,4	85,85
Етан	1,00	10,5	0,12
Пропан	0,33	11,1	4,75
Бутан і ізобутан	0,07	2,8 1,2	1,4 і вище
Пентан і ін	0,03	2,0	0,72
Азот і рідкісні гази	3,009	9,0	1,74
Вуглекислий газ	0,40	-	-

Властивості нафти:
Щільність. Вимірюється в кг / м ^3, за щільністю нафти можна судити про її склад, застосування нафти залежить від її складу. У нафти з невеликою щільністю менше важких вуглеводнів: асфальтенів, бітумів, її легше відокремити від води і механічних домішок.
В'язкість - властивість нафти надавати при пересуванні опір переміщенню частинок щодо один одного, чим менше в'язкість, тим легше нафту пересувається по трубах при транспортуванні, легше піддається переробці.
Газовий фактор - кількість газу на 1 тонну нафти, газ відокремлюється на родовищі, або подається споживачу, або подається на факел
Види нафти:
За складом вуглеводнів:
· Метанові,
· Нафтенові,
· Ароматичні,
· Змішані.
За щільністю:
^· Легкі - щільність 0,65 - 0,87%
^· Середні - щільність 0,871-0,910%
· Важкі - щільність 0,910-1,05 г / см ³
За змістом сірки:
· Малосірчисті до 0,5%
· Сірчисті 0,5-2%
· Високосірчисті понад 2%
За змістом твердих парафінів, розчинених у нафті (нафтовий парафін):
· Високопарафіновие - до 25%
· Парафінистих або парафінові - більше 1,5% -6%
· Малопарафіновие менше 1,5%
Нафта - це дуже цінна корисна копалина, але неправильне використання і порушення технології видобутку нафти призводять до серйозних наслідків.
Слід зазначити основні екологічні проблеми:
1. Забруднення повітря.
Основними забруднювачами є:
підприємства нафтогазового комплексу, теплоелектроцентралі;
транспорт.
2.Загрязненіе поверхневих вод.
Основними джерелами забруднень водойм є стоки від бурових свердловин, транспортних засобів. Хімічні реагенти, нафту, нафтопродукти, феноли, важкі метали є основними забруднювачами, що потрапляють у водойми. Важкі фракції нафти, осідаючи на дно річок, сприяють хронічному забруднення і викликають загибель даної фауни
3. Порушення грунтово-рослинного покриву.
Грунти піддаються хімічному забрудненню в районах родовищ нафти і газу. У районах пробурених свердловин відзначається підвищений вміст у грунті цинку, свинцю, нікелю, хрому, бору, стронцію. Вічна мерзлота сприяє накопиченню забруднюючих речовин у грунті і тривалого зберігання. В умовах низьких температур рослинний покрив розвивається надзвичайно повільно, тому природа більш вразлива. Ніж в інших районах планети.
Тривалість відновлення ландшафтів становить від 15 до 100 років, але основна їх частина взагалі не відновлюється. Через бездумного освоєння нафтогазових ресурсів Ямалу виведено з обігу 60 тис.. км ² оленячих пасовищ, в 1990 році згоріло 14 тис. км ² ягельніков. За наявної практики екосистеми зруйновано на 20-30%.
Питання: «Що таке парафін, який застосовується для виготовлення свічок, з хімічної точки зору?»
Відповідь:
Парафін - це воскоподобное речовина, суміш граничних вуглеводнів складу З ₁₈ Н ₃₈ - С ₃₅ Н _72, t плавлення = 40-60 ⁰ С, отримують з нафти. Застосовують для приготування парафінистих папери, просочення деревини в сірниковій і олівцеві виробництвах, як ізоляційний матеріал, хімічна сировина і т.д. У медицині використовують для парафінолікування.

Питання:

Що таке асфальт?

І чи правда, що асфальт зустрічається в природі

Відповідь:

Асфальти і бітуми - це природні мінерали, утворюються в результаті окислення нафти. Асфальт був відомий ще в давнину. Асфальт (від грецького asphaltеs - гірська смола).

Розрізняють асфальти:

· Природні (60-70% бітумів): утворюються при вивітрюванні нафти в природі

штучні - виробляють з нафти і використовують для дорожнього покриття доріг, це суміш бітумів -13-60% і піску, гравію, щебеню.

У природі зустрічаються асфальтові озера, наприклад, озеро на острові Трінідад - рідкісне природне утворення. По ньому можна ходити, навіть прокладена вузькоколійна залізниця для вивезення асфальту. Але асфальт в озері знаходиться в постійному русі і такі озера - справжній капкан для тварин. Птахи, які залучаються оманливим блиском поверхні, сідають на озеро і більше вже не злітають.

· Що таке етилований бензин?
· У нашому місті є компресорна станція КС-1. Поясніть, будь ласка, чим займаються компресорні станції?
· Чому в багатьох підручниках написано, що метан, етан - це гази без запаху; а газ, який застосовується в побуті, володіє сильним неприємним запахом?
· Що означають марки бензину, наприклад: А-76, АІ-92, АІ-96, АІ-96 і др?
· На якому паливі працюють літаки?
· Нафта це речовина, або суміш речовин?
· Які речовини входять до її складу?
· Чим відрізняються за складом попутний і природний нафтові гази?
· Який газ природний або попутний має більше можливостей для нафтохімії?
· Перегонка це фізичний або хімічний процес? На якому властивості речовин заснована перегонка?
· Крекінг це фізичний або хімічний процес?
· Який бензин якісніший:
бензин, отриманий прямою перегонкою, термічним або каталітичним крекінгом?
· Як ви розумієте слова Д. І. Менделєєва «Нафта - не паливо, топити можна й асигнаціями»?
Завдання з екологічним змістом
1. Розрахуйте обсяг З _2, повернутого в круговорот вуглецю в результаті діяльності метанокісляющіх бактерій, якщо ними було утилізовано з повітря 4,8 т СН _4. Процес біологічного окислення метану йде ступінчасто:
СН ₄  СН ₃ ОН  НСНО  НСООН  СО _2.
Маса СН ₄ в атмосфері дорівнює 4,3 • 10 ⁸ т, а загальна маса СО ₂ - 2,3 • 10 ¹² т.
2. Один із способів очищення коксового газу від оксидів азоту (II) - використання метану.
Який обсяг СН ₄ витрачається на годину на взаємодію з NO на установці з очищення коксового газу продуктивністю 130 тис. м ³ / год, якщо в 1 м ³ коксового газу міститься 6 см ³ NO?
3. На нафтопереробному заводі Негерметічность з'єднання комунікацій призводить до витоку бензину або іншого нафтопродукту. Наприклад, при витоку однієї краплі бензину в секунду втрати палива на місяць складають 130 л, а в рік - 1560 л. Скільки кілометрів міг би пройти автомобіль на місяць і на рік, якщо його витрата складає 15 л на 100 км? Якої шкоди можуть принести навколишньому середовищі втрати нафти і нафтопродуктів в нафтопереробній промисловості?
4. В даний час мурашину кислоту отримують з природного газу шляхом каталітичного окислення міститься в ньому метану. Обчисліть об'єм природного газу (н. у.), Необхідного для отримання мурашиної кислоти масою 69 т, якщо об'ємна частка метану в ньому дорівнює 0,95. Визначте переваги даної технології в порівнянні з методом отримання мурашиної кислоти шляхом розкладання Форміат натрію сірчаної кислотою при охолодженні розчину.

Література
1. Борисов І.М. Про вивчення хімічних виробництв, жури. «Хімія в школі», 1954, № 1.
2. Шаповаленко С.Г. Питання політехнічного навчання в процесі викладання хімії, журн. «Хімія в школі», 1953, № 2.
3. Цвєтков Л.А., ред. Збірник «Виробничі екскурсії з хімії в школі, 1953.
4. Павлов Б.А. та ін Технологія неорганічних речовин. Посібник для вчителів середньої школи, 1954.
5. Вольфкович С.І. та ін Загальна хімічна технологія, т. I, 1952.
6. Борисов М.І. Методика викладання хімії, т. 2, 1954.
7. Цвєтков Л.А, Хімічні досліди при вивченні каучуку і нафти, М.: «Хімія в школі», 1953, № 6.
8. Терпогосова К.А. Нафта і продукти її переробки, 1952.
9 .. Барковський Є.В., Врублевський А.І. Тести з хімії, Мінськ, 2002.