Wykłady do końca semestru

Grupy poniedziałkowe 2.1 - 2.6:
09.01 (pon)

II kolokwium

23.01 (pon.)

poprawa I kolokwium

Grupy piątkowe 2.7 - 2.12
13.01 (pt)
16.01 (pn)
20.01 (pt)

II kolokwium

27.01 (pt)

poprawa I kolokwium

30.01 godz. 15-18

poprawa II kolokwium

dla wszystkich grup

Dodatkowe poprawy

Istnieje możliwość poprawy
kolokwium I i II
dla niewielkiej liczby osób.
Terminy:
16.01, 20.01 i 27.01
Godz 8.00 i 9.00
Sala 3.3

Oraz konsultacje:
Środy, godz. 16
Gmach Techn. Chem.

Konieczne jest wcześniejsze
Zgłoszenie na adres:
[e-mail]
(najpóźniej poprzedniego dnia
Do godz 18 przed kolokwium)

Na kolokwia proszę przychodzić wyłącznie
w przewidzianym dla danej grupy terminie.
Osoby z innych grup będą wypraszane.

Estry

Hydroliza kwasowa i zasadowa

+ H

2

O

R

C

+ R'

H

R

C

R'

H

+

O

O

O

O

O

H

Reakcja tworzenia estru:

Kwasowa hydroliza estru:

+ H

2

O

R

C

+ R'

H

H

+

O

O

O

H

R

C

R'

O

O

Hydroliza kwasowa jest reakcją

odwracalną

, a więc mechanizm hydrolizy

i mechanizm estryfikacji są jednakowe.
W reakcji hydrolizy powstaje

kwas

i

alkohol

. W cząsteczce kwasu

jeden atom tlenu pochodzi od estru a drugi atom tlenu od cząsteczki wody.

Stała równowagi hydrolizy:

K

hydr

=

[kwas][alkohol]

[ester][H

2

O]

Aby przesunąć równowagę reakcji w stronę produktów hydrolizy,
czyli kwasu i alkoholu, należy dać

nadmiar wody

.

Zasadowa hydroliza estrów:

Estry ulegają reakcji hydrolizy również w środowisku zasadowym.
Produktami reakcji są

sól kwasu karboksylowego

oraz

alkohol

.

Zasadowa hydroliza estrów jest

nieodwracalna

.

O

M H

O

M H

R

C

+ R'

O

O

O

H

R

C

R'

O

O

+

M

= zasada

M = metal

Hydroliza zasadowa estrów jest ważną reakcją w przemyśle.
W reakcji zasadowej hydrolizy tłuszczów otrzymuje się mydła.

Tłuszcze

– estry kwasów tłuszczowych i gliceryny.

Kwasy tłuszczowe

– kwasy o długich łańcuchach.

Najbardziej popularne kwasy tłuszczowe:
palmitynowy - CH

3

(CH

2

)

14

COOH

stearynowy - CH

3

(CH

2

)

16

COOH

mydła

- sole sodowe kwasów tłuszczowych

Zmydlanie tłuszczy

+ 3 NaOH

3 CH

3

CH

2

)

16

C

O

ONa

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

3

(CH

2

)

16

C

O

O

CH

2

CH

2

CH

2

HO

HO

HO

CH

2

CH

2

CH

2

stearynian gliceryny (tluszcz)

sterynian sodu

gliceryna

+

mydlo

 

        

                      
                      
                      
                      

 

Mechanizm myjącego działania mydła

Brud składa się głównie z

tłuszczu

i smaru. Anion kwasu tłuszczowego CH

3

(CH

2

)

n

COO

-

tworzy otoczkę wokół kropelki tłuszczu (

zielona kulka

na rysunku). Do kropelki oleju wnika

część węglowodorowa łańcucha. Na zewnątrz kropelki pozostają polarne końce cząsteczki mydła.
Można powiedzieć, że polarne końce mydła rozpuszczają się w wodzie, a niepolarne długie
łańcuchy w oleju.
W ten sposób tworzy się

graniczna powierzchnia międzyfazowa

między wodą a olejem.

Na powierzchni kulek gromadzi się jednoimienny ładunek ujemny, co zapobiega ich zlewaniu się.
Powstaje emulsja, którą łatwo usunąć z czyszczonej powierzchni.

Mycie i pranie polega więc na tworzeniu

emulsji wody

z cząsteczkami brudu

zlepionymi

tłuszczem.

Mydła i detergenty

należą do środków

powierzchniowo czynnych,

tzn.zmniejszają napięcie powierzchniowe wody.

Detergenty

– syntetyczne środki piorące, których wspólną cechą jest obecność

w cząsteczkach fragmentów polarnych o dużym powinowactwie do wody
(

grup hydrofilowych

) i niepolarnych, o dużym powinowactwie do tłuszczów

(

grupy lipofilowe

).

Zaletą detergentów w porównaniu z mydłami jest ich niewrażliwość na obecność
w wodzie jonów

wapnia

i

magnezu

, czyli na twardość wody.

Twarda woda

zawiera rozpuszczone sole wapnia i magnezu.

W takiej wodzie jony wapnia i magnezu reagują ze stearynianem sodu
i tworzą się nie rozpuszczalne sole –

stearynian wapnia i stearynian magnezu

.

Sole te wytrącają się w postaci osadu.

rozpuszczalny
sterynian sodu

2 CH

3

CH

2

)

16

C

O

ONa

CH

3

CH

2

)

16

C

O

O

nierozpuszczalny
stearynian wapnia

+ Ca

2+

2

Ca + 2 Na

+

Mydła są solami mocnych zasad i słabych kwasów, dlatego w

wodzie

ulegają

hydrolizie

:

CH

3

CH

2

)

16

COONa + H

+

+ OH

_

CH

3

CH

2

)

16

COOH + Na

+

+ OH

_

odczyn zasadowy

Odczyn roztworu mydła

w wodzie jest zawsze

zasadowy

.

Tylko detergenty mają odczyn obojętny.

Aminy jako organiczne pochodne amoniaku

Aminy alifatyczne:

N

H

H

H

H

N

N

N

H

H

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

amoniak

metyloamina
amina I-rzedowa

dimetyloamina
amina II-rzedowa

trimetyloamina
amina III-rzedowa

Aminy aromatyczne:

NH

2

fenyloamina
(anilina)

NH

2

CH

3

2-metylofenyloamina
(o-toluidyna)

Aminy heterocykliczne:

N

N

C

5

H

5

N

pirydyna

H

C

4

H

5

N

pirol

Zasadowy charakter amin

przejawia się w ich reakcjach z kwasami.

Anilina reaguje z kwasem solnym dając sól –

chlorek aniliny

.

+ Cl

_

N:

H

H

+ HCl

N+

H

H

H

Metoda otrzymywania aniliny:

NH

2

NO

2

Fe, 30% HCl

ogrzew.

Anilinę otrzymuje się redukując nitrobenzen w obecności katalizatora.
Nitrobenzen można otrzymać w reakcji nitrowania benzenu.

Paliwa kopalne: gaz ziemny, ropa naftowa i węgiel kamienny
jako źródło paliw i związków chemicznych.

Teoria dotycząca pochodzenia ropy naftowej

: ropa naftowa powstała

ze szczątków roślinnych i zwierzęcych w trakcie długotrwałego procesu
w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem.

Chemiczny skład ropy naftowej

:

mieszanina węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych.
Gazowe i stałe węglowodory rozpuszczone są w ciekłych.
Oprócz tego jako domieszki występują związki siarki, azotu i tlenu.
Dotychczas odkryto w ropie naftowej ok. 600 związków ale jest ich
prawdopodobnie o wiele więcej.

Składniki ropy naftowej:

1.

Alkany alifatyczne

(niecykliczne olefiny i cykloalkany – inaczej parafiny)

Są to

alkany

o ogólnym wzorze

C

n

H

2n+2

mające prosty lub rozgałęziony

łańcuch węglowy,
Lekkie alkany

CH

4

– C

4

H

10

oddziela się od ropy w trakcie jej stabilizacji

po wydobyciu. Jest to

gaz ziemny

.

Wyższe alkany: ciekłe od C

5

H

10

do C

16

H

34

i stałe powyżej C

16

.

Cykloalkany

– węglowodory nasycone zawierające 5- i 6-członowe pierścienie

z łańcuchami bocznymi
oraz układy wielopierścieniowe składające się z kilku cyklicznych pierścieni
połączonych ze sobą.

2. Węglowodory

aromatyczne

– benzen, naftalen, antracen i ich pochodne

z bocznymi łańcuchami.

benzen

naftalen

antracen

W ropie naftowej

brak jest alkenów i alkinów

. Otrzymuje się je w dalszej

przeróbce ropy w procesie krakingu.

Związki występujące w ropie jako

domieszki

:

1. Tlenowe – głównie kwasy:

naftenowe

czyli pochodne karboksylowe

wielopierścieniowych związków cyklicznych oraz

Kwasy tłuszczowe

: stearynowy CH

3

(CH

2

)

16

COOH

i palmitynowy CH

3

(CH

2

)

14

COOH

COOH

COOH

Przykłady kwasów naftenowych

Domieszki c.d.

2. Siarkowe –

siarka

w postaci pierwiastka S oraz związków takich jak:

H

2

S – siarkowodór

Siarczki (sole)
Tioetery R-S-R
Merkaptany R-S-H i tiofenole (fenole, w których atom tlenu zastępuje
atom siarki)

3. Azotowe – głównie pirydyna i chinolina, a także inne związki azotowe

N

N

pirydyna

chinolina

Przerób ropy naftowej

I etap

: wstępne oczyszczanie czyli odgazowanie i odwodnienie

II etap

: destylacja frakcyjna – rozdzielenie ropy na frakcje z wykorzystaniem różnic

temperatur wrzenia składników – metodą

rurowo-wieżową

.

Ropę ogrzewa się w piecu rurowym i wprowadza do kolumny destylacyjnej
– stalowej rury o średnicy ok. 1m, z półkami destylacyjnymi.
Na niższych półkach jest wysoka temperatura, im wyżej tym temperatura niższa.
Na najwyższych półkach skraplają się najbardziej lotne substancje o niskiej
temperaturze wrzenia.

Frakcje

otrzymywane z destylacji frakcyjnej:

1. Frakcja benzynowa (40-180

o

C)

2. Nafta (180-280

o

C)

3. Olej napędowy (280-350

o

C)

4. Mazut jako pozostałość po destylacji

Zawartość domieszek, zwłaszcza związków

siarki

, utrudnia przerób ropy naftowej.

Związki siarki powodują

korozję aparatury

i obniżają jakość produktów.

Ponadto domieszki są źródłem emisji do środowiska takich gazów jak:

SO

2

, NO

x

, CO, CO

2

.

Dlatego ropę poddaje się dodatkowym procesom mającym na celu przede wszystkim

odsiarczanie

.

Schemat instalacji do destylacji ropy naftowej metodą rurowo-wieżową

Frakcje otrzymane z destylacji ropy naftowej nie są jeszcze wyrobami
użytkowymi i muszą być poddane dalszej przeróbce
(reformingowi i krakingowi).

Reforming

–proces, któremu poddaje się

frakcję benzynową

w celu

podniesienia liczby oktanowej benzyny.
Węglowodory o prostych łańcuchach w wysokiej temperaturze i w obecności
katalizatora

ulegają izomeryzacji

do węglowodorów o rozgałęzionych

łańcuchach
i

cyklizacji

do związków cyklicznych oraz

aromatyzacji

do aromatycznych.

Dodatkowo reforming dostarcza związków aromatycznych i wodoru
dla przemysłu chemicznego.

Warunki reformingu:
Wysoka temperatura i ciśnienie, katalizator

C

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

4

CH

3

2,2'-dimetylobutan

izomeryzacja

cyklizacja

aromatyzacja

cyklizacja

heksan

cykloheksan

benzen

metylocyklopentan

LO = 25

LO = 102

LO = 83

LO = 100

LO = 91

Przemiany jakim ulega heksan w procesie reformingu

Liczba oktanowa (LO)

– parametr określający jakość benzyny,

miara odporności benzyny na spalanie detonacyjne.
Liczbę oktanową określa się na podstawie wzorców.
Założono, że LO dla 2,2,4-trimetylopentanu (

izooktanu) wynosi

100

,

a dla

n-heptanu

LO = 0

.

CH

3

CH

3

(CH

2

)

5

CH

3

C

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

3

CH

izooktan
LO = 100

n-heptan
LO = 0

Liczba oktanowa 95

oznacza, że benzyna ma taką samą szybkość spalania

jak mieszanina 95% izooktanu i 5% n-heptanu.

n-Alkany

– mają najniższe liczby oktanowe.

Alkany rozgałęzione, alkeny, cykloalkany, węglowodory aromatyczne
mają wysokie LO.

LO można poprawić dodając

antydetonatorów

.

Do lat 80-tych ub. wieku dodawano

tetraetyloołów

Pb(CH

2

CH

3

)

4

.

Jest to związek toksyczny i powoduje zatrucie środowiska.
Dlatego zrezygnowano z niego.
Obecnie dodaję się do paliwa związki organiczne (

etanol, toluen

)

i montuje się w rurach wydechowych

katalizatory

w celu dopalenia tych dodatków.

Kraking termiczny i katalityczny

Proces otrzymywania benzyny z

frakcji wyżej wrzących

(nafty, olejów, mazutu).

Proces wykorzystuje zjawisko rozpadu długich łańcuchów węglowych
na mniejsze fragmenty pod działaniem wysokiej temperatury i ciśnienia
(

kraking termiczny

)

lub w obecności katalizatora w wyższej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem
(

kraking katalityczny

).

Po krakingu mieszaninę poddaje kolejnej destylacji frakcyjnej.

W krakingu wyższe węglowodory rozpadają się na te o krótszych łańcuchach
wchodzące w skład

benzyny

.

Jako produkty uboczne powstają

lekkie alkany i alkeny C

1

-C

4

,

które wykorzystuje się w przemyśle chemicznym do otrzymywania
innych związków oraz tworzyw sztucznych.
Zastosowanie lekkich alkanów i alkenów C

1

-C

4

:

Propan i butan

używane są jako gaz płynny do napełniania butli.

Metan i etan

dołącza się do gazu ziemnego.

Etylen, propen, buten

poddaje się polimeryzacji.

Przeróbka węgla kamiennego

Proces koksowania

– ogrzewanie węgla w bateriach koksowniczych

do temperatury ok. 1000

o

C bez dostępu powietrza.

W tych warunkach węgiel kamienny ulega rozkładowi do produktów:
1. koks
2. woda pogazowa
3.smoła węglowa
4.gaz koksowniczy

Przeróbka węgla kamiennego

1. Koks

– czysty węgiel z niewielką domieszką popiołu, o porowatej strukturze.

Zastosowanie – głównie do wytopu żelaza.

2. Woda pogazowa

– zawiera amoniak powstały z rozkładu związków azotowych.

Wykorzystuje się ją do produkcji siarczanu(VI) amonu (NH

4

)

2

SO

4

–ważnego nawozu azotowego.

3. Smoła węglowa

– mieszanina kilku tysięcy związków, głównie aromatycznych.

Smołę węglową poddaje się destylacji frakcyjnej, podobnie jak ropę naftową,
w celu rozdzielenia mieszaniny na frakcje.
Potem frakcje poddaje się jeszcze rozdziałowi chemicznemu.

Ze smoły pogazowej otrzymuje się 3 grupy związków:
Węglowodory aromatyczne – benzen, toluen i ich homologi
Składniki kwaśne - fenole
Składniki zasadowe – głównie azotowe związki heterocykliczne
– pirydyna i jej homologi.

4. Gaz koksowniczy

– mieszanina wodoru, metanu i tlenku węgla CO.

Stosowany jako opał a także do syntez chemicznych.

Polimery i tworzywa sztuczne

Polimery

– związki o budowie łańcuchowej, zbudowane z połączonych ze sobą,

powtarzających się elementów (

merów

).

A

A

A

A

A

A

polimer

mer

Łańcuchy polimerów mogą być zbudowane z identycznych lub różnych merów.

Polimery otrzymuje się w reakcjach łączenia się pojedynczych cząsteczek
prostych związków
–

monomerów

–w długie łańcuchy.

Polimery otrzymuje się w dwóch rodzajach reakcji:

polimeryzacja

polikondensacja

Polimeryzacja

– proces łączenia się cząsteczek monomeru w łańcuch,

któremu nie towarzyszy powstawanie żadnych produktów ubocznych.

Przykład: polimeryzacja etylenu

CH

2

CH

2

CH

2

n CH

2

n

etylen

polietylen

Polikondensacja

– oprócz cząsteczek polimeru powstają proste produkty,

najczęściej woda.

Przykład: tworzenie peptydów z aminokwasów

Proces sieciowania

Jeśli w polimerze są

reaktywne grupy funkcyjne

lub

wiązania wielokrotne

,

to taki polimer można poddać sieciowaniu. Ma on na celu poprawić właściwości
użytkowe polimeru.
Polimer ogrzewa się z odpowiednim związkiem, zwanym

utwardzaczem

, następuje

łączenie się łańcuchów ze sobą, prowadzące do powstania jednej gigantycznej cząsteczki.

polimer nie usieciowany

polimer usieciowany

Masy cząsteczkowe polimerów – od 10 000 do kilkudziesięciu milionów u.

Polimery dzielimy na

:

naturalne

– np. kauczuk, celuloza

naturalne i modyfikowane

– np. guma (kauczuk usieciowany siarką),

octan celulozy

syntetyczne

– polietylen, polipropylen, polichlorek winylu (PCV).

Aby polimer stał się wyrobem użytkowym musi być poddany odpowiedniej
obróbce.
Dodaje się różne

domieszki

poprawiające właściwości użytkowe:

• barwniki i pigmenty

• wypełniacze – kreda, gips, sadza, proszek drzewny –

• nadają tworzywu większą wytrzymałość mechaniczną

• plastyfikatory (zmiękczacze) – poprawiają elastyczność tworzywa

Kompozyty

- materiały o niejednorodnej strukturze składające się z kilku

komponentów. Jeden z komponentów stanowi

lepiszcze

, które zapewnia

spójność, a pozostałe to komponenty

konstrukcyjne

zapewniające dobre

własności mechaniczne.
Komponenty konstrukcyjne:
włókno szklane
kwarc
azbest
włókna węglowe
kevlar (polimer z grupy poliamidów, z którego produkuje się bardzo wytrzymałe
włókna m.inn. na kamizelki kuloodporne).

Laminaty

- należą do kompozytów.

otrzymuje się je nasycając półpłynnym

polimerem

materiały nadające

wytrzymałość mechaniczną – tkaniny, papier, włókna szklane (tzw.

zbrojenie

)-

i prowadzi się polimeryzację aż do utwardzenia.
Zbrojenie jest układane w postaci warstw i najczęściej jednokierunkowo.
Laminatów używa się jako tworzywa konstrukcyjne do kadłubów łodzi
i samolotów, karoserii samochodowych, elementów budynków.

Włókna

– polimer wytłacza się przez sita o bardzo drobnych otworkach

w celu wytworzenia nici.

Polimery naturalne - kauczuk

Kauczuk naturalny

– brunatne elastyczne ciało stałe.

Substancja otrzymywana z soku (lateksu) roślin kauczukodajnych.
Znany i stosowany od kilkuset lat.
Rozpuszcza się powoli w węglowodorach.

Roztwór kauczuku w toluenie –

klej

do gumy i skóry.

Chemicznie – kauczuk naturalny jest

poliizoprenem

.

Powstaje przez polimeryzację

izoprenu.

CH

2

C

CH

CH

3

CH

2

izopren

monomer

Polimery naturalne - kauczuk

CH

2

C

C

C

C

C

C

H

H

H

CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

n

mer

poliizopren

Wszystkie wiązania podwójne w łańcuchu kauczuku naturalnego mają

konfigurację cis

.

Można sztucznie uzyskać kauczuk identyczny z naturalnym polimeryzując

izopren

.

Istnieje również kauczuk naturalny o nazwie

gutaperka

, w którym wszystkie

wiązania mają konfigurację

trans

.

Gutaperka jest pozyskiwana z innych drzew niż kauczuk.

Polimery naturalne modyfikowane

Guma

– otrzymuje się z kauczuku w procesie wulkanizacji. Kauczuk ogrzewa się

z ok.

3% dodatkiem siarki

. Następuje proces

sieciowania

.

Łańcuchy poliizoprenowe łączą się ze sobą za pomocą mostków siarkowych.
Guma posiada znacznie lepsze właściwości fizyczne niż kauczuk.

Opony samochodowe

produkuje się z gumy zawierającej 50% masowych sadzy,

która poprawia wytrzymałość na ścieranie.
Współcześnie gumę łączy się z innymi materiałami np. siatką metalową
i otrzymuje się w ten sposób

kompozyty

.

Octan celulozy

– produkt reakcji kwasu octowego z celulozą a więc ester

z punktu widzenia chemii.
Celuloza zawiera grupy hydroksylowe OH i spełnia rolę alkoholu.
Octan celulozy jest bezbarwną przezroczystą substancją dającą formować się
w cienkie folie i włókna o dużej wytrzymałości.
Produkuje się z niego błony fotograficzne i jedwab octanowy.

Nylon

– jedno z najbardziej popularnych tworzyw sztucznych

Oficjalnie ogłoszono jego wynalezienie w 1938 roku.
Zastosowanie – spadochrony, pończochy, tkaniny, wyposażenie dla wojska.
Zastąpił drogi i mało wytrzymały jedwab naturalny produkowany w Japonii.
Dziś stosowany jako składnik tworzyw zawierających włókna szklane i węglowe.
Tworzywa te zastępują metal m. inn. w elementach silników.

Jest to pierwszy syntetyczny polimer, na sprzedaży którego zarobiono
ogromne pieniądze.

Z chemicznego punktu widzenia

nylon jest poliamidem

.

Powstaje w reakcji polikondensacji dikwasu z diaminą. W reakcji wydziela się woda.

Reakcja polikondensacji, w której tworzy się nylon

C

C

O

O

OH

OH

NH

2

H

2

N

+

n

n

O

O

N

N

C

C

H

H

n

+ 2 H

2

O

R

R

R'

R'

Właściwości nylonu zależą od długości łańcuchów

R

i

R’

.

Najczęściej

R

ma 4 atomy C a

R’

– 6 atomów C.

Inne polimery otrzymywane w reakcjach polimeryzacji:

Polietylen

– powstaje w reakcji polimeryzacji etylenu.

n CH

2

CH

2

kat.

CH

2

CH

2

[

]

n

Zastosowanie: opakowania, pojemniki na wodę i chemikalia, zabawki,
wyroby galanteryjne

Polipropylen

– powstaje w reakcji polimeryzacji propylenu.

Zastosowanie i właściwości podobne do etylenu.

n CH

2

CH

kat.

CH

2

CH

n

CH

3

CH

3

Polichlorek winylu (PVC, PCV)

– powstaje w reakcji polimeryzacji chloroetenu (chlorku winylu)

n CH

2

CH

kat.

CH

2

CH

n

Cl

Cl

Zastosowania:
płytki i wykładziny podłogowe, zabawki, opakowania, izolacja przewodów
elektrycznych.

Teflon

– powstaje w reakcji polimeryzacji tetrafluoroetylenu

n CF

2

CF

2

CF

2

CF

2

kat

[

]

n

Zastosowanie: teflon jest białym ciałem stałym o wysokiej odporności
chemicznej i cieplnej.
Niepalny. Używa się go do powłok reaktorów i naczyń kuchennych, uszczelek.

Polistyren

– powstaje w reakcji polimeryzacji styrenu

n CH

2

CH

CH

2

CH

n

kat

Zastosowanie: polistyren jest bezbarwnym przezroczystym ciałem stałym
o znacznej wytrzymałości mechanicznej ale kruchym. Palny.
Stosuje się go do wyrobu pojemników, opakowań, elementów gospodarstwa
domowego (odkurzacze, lodówki).

Styropian

– spieniony polistyren

Poliformaldehyd

– powstaje w reakcji polimeryzacji aldehydu mrówkowego

n

C

O

H

H

CH

2

O

[

]

n

Zastosowanie: dzięki dobrej wytrzymałości mechanicznej i cieplnej nadaje się
do wyrobu elementów precyzyjnych urządzeń (koła zębate, panewki łożysk).

Polimery otrzymywane w reakcjach polikondensacji:

Otrzymywanie

nylonu

omówiono wcześniej. Nylon jest przykładem

poliamidu

.

Jego budowa przypomina budowę białka. Dzięki takiej budowie włókna
poliamidowe mają właściwości naturalnych włókien białkowych np. jedwabiu.

Poliestry

: najczęściej spotykany

politereftalan glikolu etylenowego,

inaczej

politereftalan etylenu

lub

PET

.

Produkuje się z niego głównie butelki i opakowania i włókna

elanę

.

Z włókien powstaje m.inn. tkanina

polar

.

Powstaje w reakcji polikondensacji kwasu 1,4-benzenodikarboksylowego
(

kwasu tereftalowego

) z

glikolem etylenowym

.

C

C

O

O

OH

OH

OH

HO

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

n

+

C

C

O

O

H

O

O

OH

n

n

+ 2n H

2

O

Poliestry o zbliżonej budowie, będące poliestrami kwasu
1,2-benzenodikarboksylowego (

kwasu ftalowego

)

i różnych

alkoholi wielowodorotlenowych

stosowane są do wyrobu farb

i emalii (farby ftalowe).

(CH

2

)

2

COOH

COOH

HO

OH

Żywica fenolowo-formaldehydowa

– powstaje w reakcji fenolu

z aldehydem mrówkowym.

OH

C

O

H

H

+

OH

OH

CH

2

OH

OH

CH

2

+

I etap

II etap: utworzone produkty reagują ze sobą lub z fenolem dając polimer –

żywicę

.

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

2

Polimer ma konsystencję półpłynną. Przekształca się go w wyroby użytkowe, nasycając nim
odpowiednie wypełniacze np. papier, tkaniny, pył drzewny i poddając prasowaniu
w podwyższonej temperaturze. Łańcuchy polimeru łączą się między sobą w

procesie sieciowania

i następuje

utwardzenie

żywicy.

Technologia chemiczna – procesy w przemyśle

Technologia chemiczna

– wiedza o procesach produkcyjnych, których celem jest przemiana

chemiczna surowców w produkty.

Celem technologii

jest opracowanie metod jak najlepszego wykorzystania surowców

i przerabiania ich z jak najmniejszym nakładem energii i kosztów.

Proces technologiczny

jest to zorganizowany zbiór czynności, w których surowiec zostaje

przetworzony w produkt.

Etapy

projektowania procesu technologicznego:

Opracowanie koncepcji chemicznej procesu
Opracowanie koncepcji technologicznej procesu
Wykonanie projektu instalacji przemysłowej
Każdemu projektowi powinna towarzyszyć analiza ekonomiczna.

Tylko opłacalne projekty

mają szanse na realizację.

Cechy

dobrego procesu technologicznego:

Jest

zapotrzebowanie

rynku na produkt

Produkcja według zaproponowanej metody jest

opłacalna

Nie narusza się praw osób trzecich (

patenty

)

Produkcja jest

przyjazna

dla środowiska

Przykłady procesów technologicznych

Wytwarzanie biogazu

Biogaz – w warunkach naturalnych powstaje jako gaz wysypiskowy
na wysypiskach odpadów lub gaz błotny na torfowiskach.

Biogaz

jest produktem

fermentacji metanowej

bez dostępu powietrza

za pomocą

bakterii

związków pochodzenia organicznego:

Ścieki
Odpady komunalne
Odchody zwierzęce
Gnojowica
Odpady przemysłu rolno-spożywczego
Biomasa

Substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na substancje proste.
W procesie fermentacji do 60% substancji organicznej zamieniane jest w biogaz.

Przykłady procesów technologicznych

Wytwarzanie biogazu

Zgodnie z ustawą z roku 2005

definicja biogazu

brzmi:

„Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki
odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk
odpadów.”

Biogaz

powstaje z tzw.

odnawialnych źródeł energii

czyli biomasy otrzymywanej

z następujących źródeł:

Odpady organiczne na wysypiskach
Odpady zwierzęce w gospodarstwach rolnych
Osady ściekowe w oczyszczalniach ścieków

Skład biogazu

:

metan CH

4

55 – 75%, dwutlenek węgla CO

2

25 – 45%, poza tym azot N

2

,

wodór H

2

, siarkowodór H

2

S i tlen O

2

.

Biogaz powstaje w specjalnych

komorach fermentacyjnych i bioreaktorach

umieszczanych bezpośrednio na wysypiskach.
Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach fermentacyjnych

biogazowni

.

Na przebieg procesu fermentacji

korzystnie wpływa

utrzymanie stałej

wysokiej temperatury,
wysokiej wilgotności (powyżej 50%),
korzystnego pH (powyżej 6,8) oraz ograniczenie dostępu
powietrza.
Pozostałość po fermentacji wykorzystuje się jako

nawóz

.

Schemat produkcji biogazu w biogazowni wiejskiej

Zaletami biogazowni rolniczych są:

•Zmniejszenie zużycia kopalnych surowców energetycznych oraz emisji związków
powstających podczas ich spalania,

•Redukcja emisji gazów cieplarnianych, podtlenku azotu i metanu,

•Poprawa warunków nawożenia pól uprawnych,

•Zniszczenie nasion chwastów, a więc zmniejszenie zużycia chemicznych środków ochrony roślin,

•Zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych.

Zbiorniki biogazu

Produkcja kwasu siarkowego H

2

SO

4

Surowce

, z których można otrzymać kwas siarkowy:

Siarka rodzima

Siarczki metali, głównie piryty zawierające siarczek żelaza, siarczki cynku,
ołowiu i miedzi
Organiczne związki siarki występujące w ropie naftowej
Siarkowodór znajdujący się w niektórych złożach gazu ziemnego
W 20 wieku kwas siarkowy produkowano wykorzystując gips (CaSO

4

•2H

2

O).

Polski przemysł wykorzystuje

siarkę rodzimą

.

Wydobywanie siarki rodzimej

– metoda

otworowa

, czyli podziemny wytop

za pomocą gorącej wody, którą wtłacza się do złoża.
Stopiona siarka wypływa na powierzchnię po ciśnieniem wody
i jest magazynowana w ogrzewanych zbiornikach.

Produkcja kwasu siarkowego H

2

SO

4

Przetwarzanie siarki w kwas siarkowy:

I etap

–

utlenianie siarki

tlenem z powietrza. Reakcja jest silnie egzotermiczna

przebiega w fazie gazowej między parami siarki i tlenem.

S + O

2

SO

2

Siarkę wprowadza się do komory spalania w stanie ciekłym i

rozpyla

za pomocą

dysz na drobne krople. Zawiesina ciekłej siarki w strumieniu powietrza
przepływa przez

komorę spalania

, gdzie zachodzi reakcja utleniania do SO

2

.

Szybkość procesu zależy od wielkości kropel i prędkości ich ruchu wobec
otaczającego je gazu.
W celu przyśpieszenia spalania siarki, w piecu umieszcza się szereg przegród
(

szykan

), które wymuszają zmiany kierunku przepływu strumienia gazów

i wzmacniają burzliwy charakter przepływu.

W nowszych modelach reaktora stosuje się

piec cyklonowy

, w którym wytwarza

się wirowy ruch gazów.
W takim reaktorze występują silne turbulencje co zwiększa szybkość spalania siarki.

II etap:

utlenianie SO

2

do SO

3

Jest to silnie egzotermiczna reakcja odwracalna.

SO

2

+ 0,5 O

2

 SO

3

Stosuje się nadmiar tlenu i

katalizator wanadowy

. Katalizator osadza się na stałym

nośniku o dużej powierzchni właściwej.
Technicznym

problemem jest odbiór ciepła

od reagujących gazów.

Odbiór ciepła musi być intensywny, ponieważ reakcja jest silnie egzotermiczna.
Rozwiązaniem jest umieszczenie

wymienników

ciepła.

W reaktorze znajduje się kilka warstw katalizatora, przez które przechodzą
reagujące gazy.
Za każdą warstwą gazy są ochładzane wymiennikiem ciepła.
Innym sposobem obniżenia temperatury jest doprowadzanie

zimnego powietrza

,

które mieszając się z gorącymi gazami obniża ich temperaturę pomiędzy kolejnymi
warstwami katalizatora.

III etap:

reakcja SO

3

z wodą

SO

3

+ H

2

O  H

2

SO

4

Reakcja jest nieodwracalna, biegnie w umiarkowanej temperaturze i jest silnie
egzotermiczna.
Prowadzi się ją w

absorberze

. Gazy z II etapu składają się z SO

3

(ok. 10% mol.),

głównie z azotu pochodzącego z powietrza i tlenu.
Gazy te są absorbowane w roztworze kwasu siarkowego
tzn. reagują z wodą, która jest zawarta w rozcieńczonym kwasie.

Problemy techniczne

w III etapie:

1. Musi być odbierana duża ilość wydzielającego się

ciepła

2. Absorbowane gazy nie mogą zawierać wilgoci, ponieważ para wodna i SO

3

tworzą

mgłę

, której nie można skroplić do kwasu.

Ta kwaśna zawiesina trafia do atmosfery razem z gazami kominowymi
i jest przyczyną niszczenia środowiska.

Rozwiązaniem jest dokładne

osuszanie powietrza

używanego w I etapie

do utleniania siarki.
Ponadto kwas siarkowy, w którym przeprowadza się absorpcję, musi mieć

stężenie ok. 96-98%.

Po absorpcji SO

3

stężenie kwasu wzrasta o ok. 1%.