Вопрос №23:Естественные процессы и технология производства: химические процессы и их использование.

Химические процессы связаны с глубокими и, как правило, необратимыми изменениями химической структуры (формулы) исходных веществ и, следовательно, их свойств. В последние десятилетия химико-технологические процессы используются практически во всех отраслях промышленного производства.

Стадии химико-технологический процесс (ХТП):

1. Подвод реагирующих веществ в зону реакции, может осуществляться абсорбцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жидкости, испарением жидкостей или возгонкой твердых веществ.

2. Собственно химические реакции, обычно протекают в несколько последовательных или параллельных стадий, приводящих к получению основного продукта, а также ряда побочных продуктов (отходов), образующихся при взаимодействии примесей с основными исходными веществами.

3. Отвод полученных продуктов из зоны реакции может совершать аналогично подводу, в том числе посредством диффузий, конвекции и перехода вещества из одной фазы (газовой, твердой, жидкой) в другую.

Различают следующие разновидности ХТП:

- Гомогенные процессы – такие процессы, в которых все реагирующие вещества находятся в одной какой-нибудь фазе: газовой (г), твердой (т), жидкой (ж). В этих процессах реакция обычно протекает быстрее, чем в гетерогенных. В целом механизм всего технологического процесса в гомогенных системах проще, как и управление процессом.

- Гетерогенные процессы – участвуют вещества, находящиеся в разных состояниях (фазах), т.е. в двух или трех фазах. Примерами двухфазовых систем могут быть: г-ж, ж-ж (несмешивающиеся); г-т, ж-т, т-т (разновидные). В производственной практике чаще всего встречаются системы г-г, г-т, ж-т.

К гетерогенным процессам относятся горение (окисление) твердых веществ и жидкостей, растворение металлов в кислоте и щелочах и др. Все химические процессы протекают либо с выделением, либо с поглощением теплоты: первые называются экзотермическими, вторые – эндотермическими.

Во многих случаях равновесие в реакциях полностью смещается в сторону продукта реакции, а обратная реакция, как правило, не протекает. По этой причине технологические процессы делятся наобратимые и необратимые.

- Электрохимические процессы – относятся к такой науке, как электрохимия, которая рассматривает и изучает процессы превращения химической энергии в электрическую и наоборот.

Переход химической энергии в электрическую могут служить гальванические элементы (к примеру аккумуляторные батарейки), предназначенные для однократного электрического разряда: непрерывного или прерывистого.

Переход электрической энергии в химическую называется электролизом.Электролиз нашел широкое применение в следующих основных промышленных процессах: извлечение металлов (алюминия, цинка, частично меди); очистка (рафинирование) металлов (меди, цинка и др.); нанесение гальванических покрытий; анодирование (оксидирование) поверхностей.

- Каталитические процессы – осуществляются с целью изменения скорости химических реакций. Различают положительный и отрицательный катализ, в зависимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедляет ее. Как правило, термин «катализ» определяется как ускорение реакции, в то время как вещества, ее замедляющие, называются ингибиторами.

Важными компонентами промышленных катализаторов являются промоторы – вещества, добавление которых к катализатору в малых количествах увеличивает его активность, селективность или устойчивость.

Вещества, действие которых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению каталитического действия, называются каталитическими ядами. В качестве катализаторов в промышленности чаще всего применяют платину, железо, никель и др.

Вопрос №24: Естественные процессы и технология производства: биологические процессы и их использование.

Биотехнология – совокупность промышленных методов, в которых для производства различных продуктов используются живые организмы и биологические процессы.

Биопромышлешюсть, в основе которой лежит биотехнология, производит кормовые и пищевые белки, аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики, этанол, органические кислоты (например, лимонную, изолимонную, уксусную и др.), регуляторы роста растений, многие пестициды, лечебные и иммунные препараты для человека и животных.

Достоинством биологических процессов является то, что они используют возобновляемое сырье (биомассу) и протекают в мягких условиях (при комнатной температуре, нормальном давлении), с меньшим числом технологических этапов. Их отходы доступны последующей переработке. Особенно выгодно (экономически и технологически) применение биотехнологических процессов в случае производства относительно дорогих, но малотоннажных продуктов. Они же лежат в основе пищевой промышленности.

Основным процессом, используемым в традиционной биотехнологии, является брожение.

Брожение (ферментация)– процесс расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, на более простые соединения под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Этот процесс может осуществляться в организме животных, растений и многих микроорганизмов как с участием кислорода (аэробный), так и без участия молекулярного кислорода (анаэробный процесс).

Спиртовое брожение протекает в несколько стадий и используется для промышленного получения этила (в основном из зерна ржи) для алкогольных напитков, в виноделии, пивоварении и при подготовке теста в хлебопекарной промышленности. В присутствии кислорода спиртовое брожение замедляется или вовсе прекращается.

Молочнокислое брожение имеет большое значение при получении различных молочных продуктов (кефир, простокваша и др.), квашении овощей (например, капусты), силосовании кормов для животных (в сельском хозяйстве).

Пропионово-кислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления многих твердых сыров.

Масляно-кислое брожение приводит к порче пищевых продуктов, вспучиванию сыра и банок с консервами. Раньше оно использовалось для получения масляной кислоты, бутилового спирта и ацетона.

Метановое брожение встречается в природев заболоченных водоемах. Оно используется в промышленности и бытовых очистных сооружениях для обезвреживания органических веществ сточных вод. Образующийся при этом метан в смеси с углекислым газом используется в качестве топлива.