صنایع شیمیایی، مجموعه ای از فرآیندها، عملیات و سازمان هایی هستند که در زمینه تولید انواع مواد شیمیایی فعالیت می کنند
- نویسنده : به نقل از : britannica.com
پالایش آلومینیوم
صنعت فلوئور ارتباط تنگاتنگی با تولید آلومینیوم دارد. آلومینا (اکسید آلومینیوم، Al2O3) میتواند با الکترولیز به آلومینیوم فلزی تبدیل شود که با یک شار متشکل از فلوئوروآلومینات سدیم (Na3AlF6) که معمولاً کرایولیت نامیده میشود، ذوب شود. پس از شروع فرآیند، کرایولیت در مقادیر انبوه مصرف نمی شود، اما برای جبران تلفات اجتناب ناپذیر به مقدار کمی نیاز است. کرایولیت یک ماده معدنی کمیاب است، اما در مقادیر تجاری فقط در گرینلند یافت می شود. عرضه محدود است و کاربردهای دیگری در شیشه، لعاب و به عنوان پرکننده چرخهای سنگزنی متصل به رزین دارد.
مشکل تامین با توسعه کرایولیت مصنوعی حل شد. با این حال، برای این ماده مصنوعی، منبعی از فلوئور مورد نیاز بود. فلوئور در واقع تا حدودی بیشتر از کلر در پوسته زمین فراوان است، اما بیشتر آن در سنگ های مختلف در مقادیر بسیار کم توزیع می شود. در شکلی که در دسترس شیمیدان های صنعتی است، بسیار کمیاب تر از کلر است. تا دهه 1960 تقریباً تنها منبع فلوئورسپار (CaF2) بود، یک ماده معدنی که مدت هاست شناخته شده و به عنوان یک شار در عملیات متالورژی مختلف استفاده می شود. هنوز هم در مقادیر بزرگتر از قبل استفاده می شود، زیرا فرآیندهایی که بیشترین استفاده را برای ساخت فولاد دارند، فرآیند اکسیژن اولیه و کوره الکتریکی، دو تا سه برابر بیشتر از کوره های اجاق باز قبلی استفاده می کنند. . فلورسپار معدنی به طور گسترده توزیع می شود، اما ذخایر سنگ معدنی با کیفیت خوب زیاد نیست. استفاده از سنگ معدنی با عیار پایین ضروری تشخیص داده شده است که فرآیند را گران تر می کند. ذخیره بسیار بزرگی که می توان برای فلوئور استفاده کرد، حدود 3 درصد است که در برخی سنگ های فسفات وجود دارد. در گذشته این محتوای فلوئور به ندرت بازیابی می شد. آینده بدون شک شاهد یک تغییر اساسی خواهد بود.
مبردها (سرما آفرین)
این مصارف معدنی، به عنوان شار و در ساخت آلومینیوم، قبلاً تقریباً کل صنعت فلوئور را تشکیل می داد. صنعت فلوئور آلی، شاخه ای جداگانه، در اواخر دهه 1920 با کشف مبردهای حاوی فلوئور توسط توماس میگلی جونیور از ایالات متحده آغاز شد. یک مبرد جدید برای یخچال های خانگی که تازه شروع به تولید در مقیاس بزرگ کرده بودند مورد نیاز بود. آمونیاک نامناسب بود زیرا حتی یک دقیقه نشت بوی نامطبوع می داد و خرابی مقادیر سمی از گاز را آزاد می کرد. اگرچه بسیاری از ترکیبات فلوئور سمی شناخته شده بودند، میدگلی برخی از آنها را یافت که به طور قابل توجهی غیر سمی بودند. آنها همچنین دارای خواص فیزیکی مورد نیاز برای یک مبرد بودند و کاملاً بی بو بودند.
بیشترین استفاده از این فریون 12 (CCl2F2)، دی کلرودی فلورومتان است. همچنین فریون 22 (CHClF2)، کلرودی فلورومتان استفاده می شود. چندین ترکیب مشابه حاوی کربن، فلوئور، کلر و گاهی اوقات هیدروژن موجود است.
جداسازی ایزوتوپی
پیشرفت بعدی در صنعت فلوئور با توسعه بمب اتمی در طول جنگ جهانی دوم مرتبط بود. لازم بود بخش کوچکی از ایزوتوپ شکافت پذیر اورانیوم-235 از سایر ایزوتوپ های اورانیوم غیرقابل شکافت جدا شود. این جداسازی را می توان با انتشار، کار با هگزافلوورید اورانیوم، یک گاز، انجام داد. فلوئور در آن زمان فقط گاهی اوقات در مقیاس آزمایشگاهی کوچک ساخته می شد و به دلیل واکنش شیمیایی شدید و به سختی کار کردن با آن شهرت داشت. راه حل مشکل تهیه فلوئور عنصری در مقیاس بزرگ که مستلزم توسعه و معرفی مواد جدید و مقاوم در برابر فلوئور بود، این عنصر مهم را به طور کلی در دسترس قرار داد. تولید فلوئور در حال حاضر امری عادی است. کاربردهای دیگری نیز ایجاد شده است: به عنوان جزئی در برخی از پیشرانه های موشک، برای تهیه ترکیبات اینترهالوژن بسیار واکنش پذیر مانند کلر تری فلوراید (ClF3) که برای برش فولاد استفاده می شود، و برای تهیه هگزا فلوراید گوگرد، یک گاز بسیار پایدار که دارای به عنوان عایق در کاربردهای الکتریکی استفاده می شود.
استفاده های دیگر
ماهیتابه های نچسب با رزین فلوروکربن پوشانده شده اند که شناخته شده ترین آن پلی تترا فلوئورواتیلن است. چندین رزین فلوئوروکربن و هیدروکربن فلوئوردار دیگر وجود دارد. برخی کاربردهای بسیار تخصصی در صنعت هوافضا دارند.
ترکیبات فلوئوردار نیز در تصفیه نساجی استفاده می شود. برخی از آنها مواد رها کننده خاک هستند که شستشوی پارچه را آسان می کنند. نمک فلورواستات سدیم یک جونده کش بسیار قوی است. گزارش شده است که کنترل خوبی بر موش ها دارد، اما باید با احتیاط فراوان استفاده شود. بی فلوراید سدیم به عنوان ترش لباسشویی استفاده می شود. همچنین لکه های آهن را بدون تضعیف پارچه از بین می برد.
یکی از کاربردهای جزئی اما مهم فلوئور در برخی کشورها فلوراید کردن آب آشامیدنی به نفع سلامت دندان است.
برم Bromine
خواص برم به طور قابل توجهی با خواص فلوئور و کلر متفاوت است و به مراتب کمتر است. در اوایل قرن 19 کشف شد، به شکل نمک های آن (برمیدها) در تلخی های باقی مانده پس از تبخیر آب دریا و استخراج کلرید سدیم، بعداً از استاسفورت آلمان به عنوان یک محصول جانبی در تولید نمک های پتاسیم و پتاسیم به دست آمد. از سایر ذخایر نمک و دریاچه های نمک. کاربرد اصلی آن در اصل برای برومیدها در پزشکی بود که هنوز هم کاربرد جزئی دارد. برم ابتدا با توسعه فرآیند عکاسی مدرن، که در آن مواد حساس به نور امولسیونی از ذرات ریز برمید نقره (همراه با کلرید نقره، یا یدید، یا هر دو) در ژلاتین است، اهمیت صنعتی پیدا کرد.
Tetraethyllead یکی دیگر از اکتشافات توماس میگلی در دهه 1920 بود. سرب تترااتیل که مدتها تنها عامل مؤثر در جلوگیری از ضربه زدن در موتورهای بنزینی بود، اکنون با تترا متیل سرب، ترکیبی مشابه، تکمیل میشود. اگرچه مشکل ضربه حل شد، اما به روشی نیاز بود تا تمام آثار سرب از سیلندر موتور خارج شود. این حذف با افزودن مقادیر کمی از یک جاذب کننده، اتیلن دی بروماید، اغلب در مخلوط با اتیلن دی کلراید به دست آمد.
برای مدتی، صنعت خودروسازی جهان در حال گسترش، کمبود برم را تهدید میکرد که از آب نمکهای منطقه دریاچههای بزرگ و دریاچه سرلز در ایالات متحده و دریای مرده که حاوی حدود 0.5 درصد برم است، به دست میآمد. برای پاسخگویی به این تقاضا، باید به آب دریا روی آورد که حاوی حدود 70 قسمت در میلیون برم است.
برای تولید برم از آب دریا، حجم بسیار زیادی آب باید پردازش شود. یک مکان ارجح برای عملیات، گردنه ای از خشکی است که به سمت اقیانوس پیش می رود تا بتوان آب را از یک طرف برداشت و به طرف دیگر تخلیه کرد و از مشکل پردازش همان آب جلوگیری کرد. آب با کمی اسید سولفوریک اسیدی می شود و سپس با کلر تصفیه می شود که برم را از برمیدها آزاد می کند.
جریان هوا برم را به عنوان مخلوط بسیار رقیق برم با هوا حذف می کند. برم در کربنات سدیم جذب می شود و پس از آن تیمار با اسید سولفوریک دوباره برم را به شکل بسیار غلیظ تری آزاد می کند.
بخش اعظم برم تولید شده توسط تیمار با اتیلن به اتیلن دی بروماید تبدیل می شود. بیشتر اتیلن دی بروماید در بنزین به عنوان یک جاذب سرب استفاده می شود. اما همچنین به عنوان یک ماده بخور، به عنوان حلال برای صمغ های خاص، و برای سنتز بیشتر استفاده می شود. مهمترین ترکیب برم بعدی متیل بروماید است که به عنوان ماده بخور، گاهی اوقات به عنوان خاموش کننده آتش و برای سنتز بیشتر استفاده میشود.
ید
ید در مقیاس کوچکتر وارد صنایع شیمیایی می شود. بزرگترین تولید کننده ژاپن است که ید از جلبک دریایی به دست می آید. آب دریا فقط حدود 0.05 قسمت در میلیون ید دارد، اما برخی از گونه های جلبک دریایی قادر به تغلیظ این ید چندین برابر است، به طوری که استخراج تجاری ید امکان پذیر است.
مهمترین کاربرد صنعتی ترکیبات ید، مقدار کمی یدید نقره است که با نقره برومید در عکاسی استفاده می شود. ید همچنین در پزشکی مهم است (اگرچه این استفاده در مقیاس وسیع نیست) در درمان برخی از بیماری های تیروئید، و برای جلوگیری از چنین شرایطی به نمک خوراکی معمولی اضافه می شود. همچنین به طور مستقیم به عنوان یک ضد عفونی کننده استفاده می شود. ید جزء چند رنگ مفید است. شیمیدان آزمایشگاهی اغلب از ید یا ترکیبات ید در سنتز و همچنین در تجزیه و تحلیل استفاده می کند. یدید نقره کریستالی در باروری ابرها مفید است.
مواد شیمیایی آلی
صنایع شیمیایی سنگین، در شکل کلاسیک خود، مبتنی بر شیمی معدنی بود که به همه عناصر به جز کربن و ترکیبات آنها، اما، همانطور که مشاهده شد، کربنات ها نیز توجه داشت. به طور مشابه، صنایع شیمیایی سبک از شیمی آلی، مربوط به ترکیبات خاصی از کربن مانند هیدروکربن ها، ترکیبات هیدروژن و کربن استفاده می کند. در اواخر دهه 1960 عبارت مواد شیمیایی آلی سنگین برای ترکیباتی مانند بنزن، فنل، اتیلن و وینیل کلرید استفاده شد. بنزن و فنل از نظر شیمیایی با هم مرتبط هستند و همچنین با تولوئن و زایلن ها مرتبط هستند که می توان آنها را با هم به عنوان بخشی از گروه معطر مواد شیمیایی آلی در نظر گرفت، ترکیبات معطر به راحتی به عنوان ترکیباتی با خواص شیمیایی مانند ترکیبات بنزن تعریف می شوند.
هیدروکربن های معطر
بنزن
از نظر شیمیایی، بنزن هیدروکربن، که اساس آروماتیک ها را تشکیل می دهد، یک ساختار حلقه ای بسته و شش طرفه از اتم های کربن است که یک اتم هیدروژن در هر گوشه ساختار شش ضلعی دارد. بنابراین یک اتم بنزن از شش اتم کربن (C) و شش اتم هیدروژن (H) تشکیل شده است و دارای فرمول شیمیایی C6H6 است. بنزن از دیرباز یک ماده شیمیایی صنعتی بوده است. در ابتدا از کربن کردن (گرم کردن) زغال سنگ که کک، گاز قابل احتراق و تعدادی از محصولات جانبی از جمله بنزن تولید می کند، به دست می آمد. کربنسازی زغالسنگ برای تولید گاز روشنکننده در انگلستان به سالهای اولیه قرن نوزدهم برمیگردد. این فرآیند هنوز در برخی کشورها به کار می رود، اما بیشتر از گاز طبیعی استفاده می شود. فرآیند کربنسازی نیز (با تغییرات جزئی) برای تولید کک متالورژیکی که برای ساخت آهن و در نتیجه فولاد ضروری است، استفاده میشود. با این حال، عرضه بنزن از فرآیند کربن سازی برای پاسخگویی به تقاضا کافی نیست. به ازای هر تن زغال سنگ کربن شده تنها حدود دو تا سه پوند (0.9 تا 1.35 کیلوگرم) بنزن به دست می آید.
کمبود مواد آروماتیک ابتدا در طول جنگ جهانی اول آشکار شد، زمانی که تولوئن تقاضای زیادی برای ساخت تری نیتروتولوئن یا TNT، ماده منفجره اصلی مورد استفاده در آن زمان داشت. روش هایی برای به دست آوردن تولوئن از نفت کار شد. خیلی بعد، پس از جنگ جهانی دوم، بنزن و سایر مواد آروماتیک مشتق شده از آن به مقادیر بسیار بیشتری نسبت به کک متالورژیکی مورد نیاز بودند، و بخش بزرگی از این آروماتیک ها اکنون از نفت تامین می شود.
تولوئن
تفاوت تولوئن با بنزن در این است که یکی از اتم های هیدروژن با ترکیب خاصی از کربن و هیدروژن به نام گروه متیل (-CH3) جایگزین می شود. زایلن ها دارای دو گروه متیل در موقعیت های مختلف در حلقه بنزن هستند و بنابراین همه آروماتیک ها تا حدی قابل تعویض هستند. در واقع یکی از کاربردهای تولوئن تولید بنزن با حذف گروه متیل است.
همه این هیدروکربن ها به دلیل خواص ضد ضربه ای که دارند به عنوان افزودنی های بنزین مفید هستند.
تولوئن نیز به عنوان حلال استفاده می شود. عبارت "به عنوان یک حلال" که اغلب در توصیف استفاده از مواد شیمیایی به کار می رود، کاربردهای زیادی را پوشش می دهد. ماده حل شده معمولاً آلی است و از این فرآیند در پوششها، چسبها، منسوجات، داروها، جوهرها، فیلمهای عکاسی و چربیزدایی فلزات استفاده میشود. یک کاربرد که به دست مصرف کننده نهایی می رسد، تمیز کردن خشک است (اگرچه حلال مورد استفاده در اینجا تولوئن نیست، بلکه سایر هیدروکربن ها یا کلروهیدروکربن ها است). تولوئن کاربردهای دیگری نیز دارد، مانند پلاستیک های پلی اورتان و الاستومرهایی که در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
زایلن
سه زایلن ایزومر (ایزومر به این معنی است که آنها دقیقاً تعداد و نوع اتمهای یکسانی دارند اما به طور متفاوتی چیده شدهاند) با هم ظاهر میشوند، و همراه با آنها ایزومر دیگری به نام اتیل بنزن است که دارای یک گروه اتیل (-C2H5) است که جایگزین یکی از اتمهای هیدروژن میشود. از بنزن این ایزومرها را می توان تنها به سختی جدا کرد، اما روش های جداسازی متعددی به کار گرفته شده است. حروف کوچک o-، m- و p- (مخفف ارتو-، متا- و پارا-) قبل از نام زایلن برای شناسایی سه ایزومر مختلف استفاده می شود که در روشی که دو گروه متیل اتم های هیدروژن را جابجا می کنند، متفاوت هستند. از بنزن Ortho-xylene بیشتر برای تولید انیدرید فتالیک، یک واسطه مهم که عمدتا به پوششها و پلاستیکهای مختلف منتهی میشود، استفاده میشود. کم ارزش ترین ایزومرها متا زایلن است، اما در ساخت پوشش ها و پلاستیک ها کاربرد دارد. پارازایلن منجر به پلی استرها می شود که به عنوان الیاف پلی استر تحت نام های تجاری مختلف به دست مصرف کننده نهایی می رسد.
خود بنزن شاید یک ماده شیمیایی صنعتی است که بیشترین کاربرد را دارد. شکل 2 برخی را به صورت کلی نشان می دهد. برای مثال، چندین مسیر به فنل نشان داده شده است که خود یک ماده شیمیایی صنعتی مهم است. در تبدیل بنزن به محصولات به دست آمده از آن، مواد خام دیگری مورد نیاز است. برای مثال اتیلن برای تولید استایرن و اسید سولفوریک برای تولید بنزن سولفونیک اسید. تلاش برای نشان دادن همه اینها، شکل 2 را بیش از حد پیچیده خواهد کرد. با این حال، نشان داده شده است که کلر در چندین مکان وارد می شود. کلر در بسیاری از عملیات هایی که در زیر مورد بحث قرار می گیرد، مواجه می شود.
نمودار شکل 2 به شدت ساده شده است. بسیاری از کاربردهای بنزن نشان داده نشده است. در برخی موارد، نقطه شروع جایگزین برای محصول نهایی بنزن است. به عنوان مثال، برای به دست آوردن استایرن از بنزن، مسیر از اتیل بنزن می گذرد. اما اتیل بنزن در مخلوطی با ایزومرهای آن یعنی زایلن ها یافت می شود. اتیل بنزن جدا شده از مخلوط زایلن می تواند در ساخت استایرن استفاده شود.
شکل 2 الیاف مصنوعی (دو نوع نایلون) را نشان می دهد. پوشش ها، پلاستیک ها و الاستومرها (محصولات مصنوعی دارای خواص لاستیک مانند) نیز ذکر شده است. همه این گروه از مواد یک چیز مشترک دارند - همه آنها پلیمرها هستند (مواد تشکیل شده از مولکول های بزرگ که از مولکول های کوچکتر تشکیل شده اند) که توسط کاربردهای شاخه ای از شیمی که به سرعت در حال رشد است، شیمی پلیمرها، که در اوایل دهه 1930 تأسیس شد، تولید می شوند. فرآیندهای صنعتی و محصولات تجاری مبتنی بر پلیمرها در پلیمرهای صنعتی پوشش داده می شوند.
شبکه های اجتماعی شیمیایی پیام
برای ما پیام بفرستید
لطفا راه ارتباط ما با خودتان را در پیامتان مشخص کنید