Жалпы химиялық технологиядан емтихан сұрақтары мен жауаптары
2-сұрақ.
Материалдық және энергетикалық баланс
Материалдық және энергетикалық баланс жаңа өндіріске жоба жасағанда және істеп тұрған өндірістің жұмыстарына талдау жасау үшін жасалынады.
Материалдық баланс масса сақталу заңына негізделген. Барлық тұйықталған жүйеде реакцияға түсетін заттың массасы реакция нәтижесінде алынған заттың массасына тең болады. Егер осыны кез келген технологиялық үдерістің материалдық баланысына сәйкестесек: технологиялық операцияға түсетін заттың массасы – кіріс, операция нәтижесінде алынған барлық заттың массасына – шығыс тең немесе заттардың кірісі суммаВ оның шығысына суммаВ тең. Сонымен материалдық баланстың теңдеуі: суммаВ кіріс = суммаВ шығыс.
Материалдық баланс – технологиялық үдерістің айнасы. Периодтық үдерістер үшін материалдық баланс бір операцияға есептеліп, ал үздіксіз үдерістер үшін бірлік уақытқа арналып жасалады. Материалдық баланс барлық үдеріске немесе оның жеке бір сатыларына құрылады. Материалдық баланс қатты, сұйық жəне газдың массасына жеке-жеке түрде беріледі.
Энергетикалық баланс энергияның сақталу заңына негізделген. Соған сәйкес үдеріске енгізілген энергия мөлшері бөлінетін энергияның мөлшеріне, яғни энергияның кірісі оның шығысына тең. Берілген өндірістік операциядағы жылудың кірісі – суммаQ кіріс осы операциядағы жылудың шығысына – суммаQ шығыс тең болуы қажет, яғни: суммаQ кіріс=суммаQ шығыс
Нəтижесінде бірнеше өнімдер түзілетін химиялық үдерістердің материалдық балансын жасаумен танысу үшін байытылған колчеданды күйдіруге арналған КС-450 пешінің қайнаушы қабатының материалдық балансын жасауды мысалға алып қарастырайық.
Байытылған колчедан – минерал пириттен (FeS2 ) тұрады. Колчеданды күйдіргенде күкіртті ангидрид (SО2 ) түзіледі, ол күкірт қышқылын алу үшін шикізат болып табылады. Колчеданды күйдіру реакциясының жалпы теңдеуі:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3416 кДж
Күйдіру үдерісінде түзілген күкіртті ангидридтің біраз мөлшері күкірт ангидридіне дейін тотығады: SO2 + 0,5O2 = SO3 + 96 кДж
Есептеу шарттарына келетін болсақ,
Күкірт қышқылына (100% H2SO4 ) есептегенде КС-450 пешінің өнімділігі, кг•сағ^-1 - BH2SO4 =20833
Колчедандағы күкіртті пайдалану дəрежесі В= 0,885
Құрғақ колчедандағы күкірт Сs = 41
Колчедандағы ылғал Сылғ= 6
Огароктағы күкірт Сөрт= 1
Құрғақ күйдіру газындағы SO2 CSO2= 14,5
Құрғақ күйдіру газындағы SO3 CSO3=0,1
Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы фи = 50
Енді осы есептеу шарттарын қолдана отырып, материалдық балансты кесте ретінде тұрғызайық.
КС-450 пешінің материалдық балансы
Кіріс
Колчедан 18768 кг•сағ^-1
Колчедан ылғалдылығы 1198 кг•сағ^-1
Құрғақ ауа 49400 кг•сағ^-1; 38147 м^3*сағ^-1
Ауамен бірге ылғал 358 кг•сағ^-1; 445 м^3*сағ^-1
Барлығы: 69724 кг•сағ^-1; 38592 м^3*сағ^-1
Шығыс
Огарок, күйдіру газы 14038 кг•сағ^-1
SO2 15337 кг•сағ^-1; 5443 м^3*сағ^-1
SO3 129 кг•сағ^-1; 36 м^3*сағ^-1
О2 1063 кг•сағ^-1; 1044 м^3*сағ^-1
N2 37600 кг•сағ^-1; 30136 м^3*сағ^-1
H2O 1556 кг•сағ^-1; 1936 м^3*сағ^-1
Барлығы: 69724 кг•сағ^-1; 38592 м^3*сағ^-1
Үдеріске түсетін байытылған колчеданмен ауа арқылы берілетін оттек құрамында ылғал болғандықтан, баланс жасау кезінде «Кіріс» жағына колчедан мен ауадан басқа, колчеданның ылғалдылығын жəне ауа құрамындағы су буында ескеру қажет. «Шығыс» жағында Fe2O3 өртенді массасын жəне түзілетін газ қоспаларының массасын ескеру керек. Осы айтылғандарды назарға ала қарастырып отырған жағдайда материалдық баланстың жалпы теңдеуі:
В кол + В кол.ыл + В ауа + В ауа ыл. = В орт + В SO2 + B SO3 + B O2 + B N2 + B H2O
мұндағы, Вкол, Вкол.ылғ, Вауа, Вауа.ылғ – жанған колчеданның (құрғақ), колчедандағы су, ауа (құрғақ), ауадағы су массасы, кг/сағ.
Химиялық технологияның негізгі ұғымдары мен анықтамалары: химиялық технология, шикізат, реагент, мақсатты өнім, жанама өнімдер, қосымша материалдар, қалдықтар
Бұл сұраққа көшпес бұрын, технология ұғымына анықтама беріп алайық.
Технология – табиғи шикізатты тұтыну бұйымына жəне өндіріс құралына дейін өңдеудің əдістері мен құралдары туралы ғылым.
Технология екі түрге бөлінеді: механикалық және химиялық. Механикалық технологияда – материалдың пішіні немесе сыртқы түрі және физикалық қасиеттері өзгеретін процестер қарастырылады. Ал химиялық технология – зат құрамының, қасиеттерінің және ішкі құрылымының түбегейлі өзгеруімен өтетін процестерді қамтиды.
Химиялық технология – өнім өндіру жолдары мен процестері туралы табиғи қолданбалы ғылым. Өнім – қолданыс заттары мен өндіріс құралдары, химиялық айналыс қатысында техникалық, экономикалық және эксплуатациялық жағынан мақсатты жолмен алынады.
Химиялық технологияның ғылым ретінде:
Зерттеу пәні – химиялық өндіріс (бастапқы затты пайдалы өнімге дейін өңдеу әдістері мен үрдістері);
Зерттеу мақсаты – адамзат қоғамына қажетті өнімдерді өндірудің ұтымды әдістерін жасау;
Зерттеу әдістері – тәжірибелік, модельдеу және жүйелі талдау.
Химиялық өндіріс – шикізатты қажетті өнімдерге химиялық өзгерістер жолымен өңдеуге арналған машиналармен аппараттарда жүзеге асырылатын үдерістер мен операциялардың жиынтығы.
Химиялық өндірістің Қазақстандағы жағдайына келетін болсақ, қазіргі уақытта химия өнеркәсібі өндірісінің көлемі 2020 жылы 469 млрд. теңгені құрады. Қазақстанның химия өнеркәсібі 795 кәсіпорыннан тұрады, оның ішінде 12 кәсіпорын ірі кәсіпорынға жатады. Қазақстандағы химиялық өндірістің ең негізгі проблемалары ретінде Химиялық өндіріс жабдықтары тозуының жоғары деңгейі (43 - 80%), бұл химиялық өнім өндірісінің тиімділігі мен бәсекеге қабілеттілігін арттыруға кедергі келтіреді. Өңдеу өнеркәсібі салаларында терең бөліністердің дамымауы, ауыл шаруашылығы өндірушілерінің төлем қабілеттілігінің төмендігі, шағын және орта кәсіпкерлік тарапынан химиялық өнімге шектеулі сұраныс химиялық өнімнің импорты үшін жағдай жасайды.
Химиялық өндіріс компоненттері
Шикізат – өндірісте қолданылатын табиғи материалдар.
Мақсатты өнім (R) - осы химиялық технологияны жүзеге асыруда көзделіп отырған өнім.
Аралық өнім (жартылай өнім) - өндірістің бір немесе бірнеше сатыларынан кейін шикізатты қайта өңдеу процесінде қалыптасқан материалдар және келесі кезеңдерге арналған шикізат болып табылады.
Жанама өнім (S) – шикізатты өңдеу процесі барысында мақсатты өніммен қатар түзілетін, бірақ берілген өндірістің мақсаты болып табылмайтын материал.
Қалдықтар – табиғи шикізатты өңдеу нәтижесінде пайда болатын заттар мен
өндірістік жарамсыз шығарылымдар.
Су - барлық дерлік химиялық өндірістерде әртүрлі мақсаттарда қолданылады.
Энергия - Химиялық өндірісте энергия химиялық реакцияларды жүргізу, газдар мен сұйықтықтарды қысу, материалдарды қыздыру, жылу процестерін жүзеге асыру (ректификация, булану және т.б.), механикалық және гидродинамикалық процестерді жүргізу (идр ұнтақтау, сүзу) үшін қолданылады.), материалдарды тасымалдау.
Реагент— химиялық реакциялардағы бастапқы заттарды анықтайтын техникалық термин.
Химиялық-технологиялық үдерістердің көрсеткіштері
Технологиялық көрсеткіштер химиялық-технологиялық процестің сапасын анықтайды немесе ХТП-тің тиімділігін бағалау үшін қолданылады:
Өндірістің өнімділігі (қуаты) – бірлік уақытта алынған өнімнің немесе өңделген шикізаттың мөлшері;
Жұмсалу коэффициенті – бірлік өнім өндірісіне жұмсалған шикізаттың, энергияның, қосымша материалдар шығындарының мөлшерін көрсетеді;
Айналу дəрежесі – бұл химиялық реакцияға қатысқан бастапқы реагенттің үлесін көрсетеді;
Өнім шығымы – мақсатты өнім мөлшерінің оның стехиометриялық теңдеу бойынша алынуға тиісті мөлшеріне қатынасы немесе нақты өндірілген өнімнің теорияға сəйкес өндірілетін өнім мөлшеріне қатынасы;
Талғампаздық – бастапқы заттың қандай үлесі мақсатты өнімнің түзілуіне жұмсалғанын немесе мақсатты өнімнің жалпы шыққан өнімге қатынасын көрсетеді;
Үдерістің немесе аппараттың интенсивтілігі (J) деп оның өнімділігінің бірлік пайдалы көлемге (V) немесе аппараттың жұмысшы бетіне (F) қатынасын айтады.
Экономикалық көрсеткіштер өндірістің экономикалық тиімділігін анықтайды:
Өнім сапасы – өнімнің тұтыну қасиетін жəне тауарлық бағалылығын анықтайды. Ол нормативті құжаттармен
(ГОСТ, техникалық шарт, сапа сертификаты) анықталады;
Өзіндік құн. Кəсіпорынның өнімді дайындауға жəне тұтынуға кететін шығынның ақшамен өрнектелуін толық өзіндік құн деп атайды.
Меншікті капиталдық шығын – қондырғының бірлік өнімділігіне есептелген шығын.
Еңбек өнімділігі – жұмыскердің бірлік уақыт ішінде өндіретін өнімінің мөлшері немесе бірлік өнімді өндіруге жұмсалатын жұмысшы уақытының мөлшері.
Эксплуатациялық көрсеткіштер қондырғыны пайдалану барысында регламенттік жағдайлардан ауытқуы салдарынан ХТП-те және өндірісте пайда болатын өзгерістерді сипаттайды.
Беріктілік – өндірісте немесе қондырғыда белгілі уақыт аралығында авариясыз жұмыс істеудің не болмаса авариялық жағдайда тоқтап қалу санының орташа уақытымен сипатталады. Бұл көрсеткіш қондырғының дұрыс жəне сапалы жұмыс істеуіне тəуелді.
Жұмыс істеу қауіпсіздігі – қоршаған ортаға, қызметкерлерге жəне қондырғыларға əкелетін зиянды əрекеттерден жұмыс режимінің бұзылу ықтималдығы.
Сезімталдық – өндірісті, қондырғыны пайдалану барысында режимнің бұзылуына жəне пайдалану шартының өзгеруіне уақытында бақылау жасау. Бұл үдеріс көрсеткішінің болған жағдайға байланысты ауытқулар өзгерісінің қатынасымен анықталады.
Басқару жəне реттеу – берілген шекте үдеріс көрсеткіштерін мүмкіндігінше қалыпта ұстауды сипаттайды. Бұл басқару параметрлері жəне олардың өзара əсерінің (басқару күрделілігі) үдеріс шартына өзгерісінің шамасымен анықталады.
Химиялық – технологиялық үдеріс кинетикасы: реакция тәртібі мен молекулярлығы. Химиялық айналулар стехиометриясы.
Шикізаттан дайын өнім алу мақсатында белгілі бір кезектесіп жүретін жəне бір-бірімен өзара байланысқан үдерістердің жиынтығын – химиялық-технологиялық үдеріс (ХТҮ) деп атайды.
Кез келген химиялық-технологиялық үдеріс өзара байланысқан:
əрекеттесуші компоненттердің реакция зонасына келуі, реакция зонасында жүретін химиялық реакциялар, реакция зонасынан өнімніңшығарылуы сияқты сатылардан тұрады.
Үдерістің жүру жылдамдығыаппараттың реакциялық көлеміне, өнімділігіне жəне жұмыс істеу интенсивтілігіне тəуелді.
Үдеріс жылдамдығының əртүрлі факторларға тəуелділігін біліп, үдерісті басқаруға əртүрлі əдістерді қолдану арқылыминималды шығын жұмсай отырып, максималды өнім шығымына жетуге болады.
Сондықтан да біз химиялық кинетика заңдарын білуіміз қажет.
Химиялық кинетика химиялық реакциялардың жылдамдығы мен механизмін зерттейді.
Реакция тәртібі:
1.Реакцияның тәртібі реакцияның кинетикалық теңдеуімен анықталады және осы теңдеудегі концентрациялардағы көрсеткіштердің қосындысына тең.
2.Реакциялар 1-ші,2-ші,3-ші сонымен қатар бөлшек немесе нөлдік тәртіпте болуы мүмкін.
Кинетикалық теңдеудің түрі реакцияның реті бойынша
жіктеуге мүмкіндік береді. Реакцияның реті – кинетикалық теңдеудегі
реагенттердің концентрацияларының дəреже көрсеткіштерінің қосындысы. Осыған сəйкес бірінші, екінші, үшінші, бөлшекті ретті реакциялар болады.
Молекулярлығы:
Реакцияның элементарлы актісіне қатысатын молекуланың санына
байланысты химиялық реакцияның молекулалығы бойынша моно-, би жəне үш молекулярлы реакциялар болып бөлінеді.
Егер реакцияға бір молекула түсетін болса, ол бірмолекулярлы,ал екі молекула түсетін болса бимолекулярлы,үш молекула түсетін болса үшмолекулярлы реакция деп аталады.
Мономолекулалық реакциялар - бір молекуланың химиялық түрленуі жүретін реакциялар (изомеризация, диссоциация және т.):
H2S=H2+S
Бимолекулалық реакциялар-қарапайым әрекеті екі бөлшектің (бірдей немесе әртүрлі) соқтығысуы кезінде жүзеге асырылатын реакциялар):
CH3Br+KOH = CH3OH + KBr
Тримолекулалық реакциялар-Элементарлық актісі үш бөлшектің соқтығысуы кезінде жүзеге асырылатын реакциялар:
NO+NO+O2 = 2 NO2
Бірнеше сатыда жүретін күрделі реакциялар үшін тәртіптің ресми көрінісі реакцияның шынайы молекулалық деңгейімен байланысты емес. Сондықтан компоненттердің бірінде бөлшек, нөлдік және тіпті теріс ретті реакциялар бар. Реакция тәртібі тек тәжірибелік мәліметтерден анықталады. Мысалы, вольфрам бетіндегі аммиактың каталитикалық ыдырауы V = k теңдеуімен сипатталады, жылдамдық Реактивтердің концентрациясына тәуелді емес, яғни нөлдік ретті реакция.
Химиялық айналулар стехиометриясы
Өнеркəсіптік химиялық-технологиялық үдерістердің негізіне жататын химиялық реакцияларды өрнектеу үшін химияның негізгі заңдары – стехиометрия заңдары, химиялық тепе-теңдік жəне химиялық кинетика қолданылады.
Стехиометрия – əрекеттесуші заттардың массалары немесе көлемдерінің арақатынасы туралы ғылым. Стехиометрия негізіне – массалар сақталу, эквиваленттік, Авагадро, Гей-Люссак, құрамтұрақтылық, еселі қатынас заңдары жатады. Реакцияға қатысатын заттардың арақатынасы стехиометриялық деп аталады. aA + вВ = rR + sS
Реакцияның стехиометриялық теңдеуі массалар сақталу заңы негізінде жазылады.
Фармацевтика өнеркәсібінің шикізат базасы және бастапқы заттары
Шикізат – өнеркəсіптік өнімдер өндірісінде қолданылатын табиғи материалдар. Жартылай өнімдер – сол мекемеде шикізатты өнеркəсіптік өңдегенде алынған материалдар жəне қандай да бір өнім алу үшін бастапқы материалдар ретінде пайдалану. Практикада жартылай өнім оны дайындайтын мекеме үшін дайын өнім, ал осы жартылай өнімді тұтынатын мекеме үшін шикізат болуы мүмкін. Мысалы, полиэфир өндіру зауытында алынған 1,4-бутандиол сол мекеме үшін дайын өнім, ал малотонажды өндірісінде шикізат болып табылады. Шикізат кез келген химиялық-технологиялық үдерістің бөлінбейтін элементі жəне оның техникасымен экономикасын анықтаушы.
Шикізат химия өнімнің өзіндік құндағы 57,0 пайыз үлесін құрайды.
Жіктелуі:
Химиялық құрамы бойынша заттар мен материалдар Бейорганикалық және органикалық болып бөлінеді; шығу тегі бойынша — табиғи, жасанды және синтетикалық болып бөлінеді.
Бейорганикалық материалдардан металдар мен қорытпалар, Силикат материалдары мен минералдар кеңінен қолданылады. Барлық дерлік металдар мен олардан жасалған бұйымдардың кемшілігі-олар коррозияға ұшырайды және оларды өңдеу қиын.
Силикат материалдары-бұл басқа оксидтермен кремний қосылыстары. Олар табиғи және жасанды болып бөлінеді (шыны, фарфор, фаянс).
Бейорганикалық шикізатқа әр түрлі минералдар, соның ішінде қымбат минералдар (алмаз және т.б.) жатады.
Органикалық заттар мен жануарлардан алынатын материалдар-бұл әртүрлі ақуыз заттар: жүн, сүйек және т.б. өсімдік тектес материалдарға ағаш, мақта, зығыр, дәрілік өсімдік шикізаты жатады. Синтетикалық органикалық заттар мен материалдардың қатарына каучук пен оның негізіндегі резеңке, синтетикалық талшықтарды (капрон, лавсан) алуға арналған шайырлар, пластмассалар кіреді. Бұйымды алудың технологиялық процесі барысында Шикізат пен материал механикалық, термиялық, физика-химиялық және басқа да әсер ету түрлеріне ұшырайды, соның нәтижесінде (дайын өнімнің сапасы қалыптасады. Технологиялық процестердің режимдерін бұзған кезде өнімнің сапасын төмендететін әртүрлі ақаулар пайда болуы мүмкін.
Химиялық құрамы бойынша болаттар көміртекті және легірленген болып бөлінеді.
Құрамында 0,25% көміртегі бар көміртекті болаттар төмен көміртекті деп аталады; 0,25% — дан 0,6% — ға дейін-Орташа көміртекті; 0,6% - дан жоғары көміртекті.
Мақсаты бойынша болат бөлінеді:
а) конструкциялық (машина бөлшектері, аспаптар үшін);
б) аспаптық (құралдар үшін);
в) ерекше қасиеттері бар арнайы мақсаттағы (тот баспайтын, коррозияға төзімді, ыстыққа төзімді, ыстыққа төзімді, тозуға төзімді және т.б.).
Жоғары легірленген Болат құрамында 10% - дан астам легирленген элементтер бар. 13-18% хром қосылған кезде тот баспайтын болат алынады.
Шикізатқа қойылатын талаптар:
– соңғы өнімге дейін өңдеу сатыларының санын азайту;
– шикізатты химиялық өзгеріске дайындауға жəне үдерісті жүзеге асыруға энергетикалық, материалдық шығындарды аз жұмсау;
– бастапқы энергияның максималды шығынсыз жұмсалуы;
– əрекеттесуші заттардың агрегаттық күйінің өзгеруіне төмен температура, қысым жəне аз энергия жұмсау;
– реакциялық қоспада мақсатты өнімнің концентрациясын арттыру.
Медициналық бұйымдар үшін бастапқы шикізат ретінде материалдар келесі нақты талаптарға сай болуы керек.
- биологиялық инерттілік және олар жанасатын организмнің тіндері мен орталарына қатысты уыттылық емес;
- қасиеттері мен пішінін өзгертпей асептикалық өңдеу мүмкіндігі;
- коррозияға төзімділік.
Шикізатты байыту – концентраттағы негізгі компоненттің мөлшерін арттыру жəне бос жынысты бөлу үшін минералды шикізатты өңдеудің физикалық жəне физикалық-химиялық əдістердің жиынтығы.
Байыту нəтижесінде құрамында пайдалы заттардың мөлшері аз шикізаттың орнына концентрленген шикізат алынады. Байытылған шикізатты қолдану барысында шикізаттың химиялық өзгеру жылдамдығы жоғарылау нəтижесінде өнімнің өзіндік құны төмендейді, сапасы, техникалық үдерістердің интенсивтілігі артады, отын шығыны төмендейді.
Өнертабыс бұрғылау суларынан йод алу технологиясының саласына қатысты. Йод алдын ала қышқылданған гидроминералды шикізатты темір (II) тұзының қатысуымен озонды тотықтыру бастамашысы бар ауамен өңдеу арқылы алынады. Ауадағы озон концентрациясы 0,5-1,1 мг/л құрайды, әдіс жоғары технологиялық селективтілікте 70-95% йодидтің тотығу дәрежесімен сипатталады және йодидтің төмен концентрациясы бар йод бар бұрғылау суларынан йод алуға мүмкіндік береді.
Өнертабыс химиялық технология саласына, атап айтқанда бұрғылау суларынан йод алуға қатысты. Йод медицинада, ауыл шаруашылығында, органикалық синтезде аралық өнім ретінде кеңінен қолданылады.
ҚР гидроминералды шикізатындағы йодидтің мөлшері (жерасты бұрғылау сулары, мұнай өндірудің ілеспе сулары) 10-60 мг/дм3 құрайды. Көрсетілген шикізаттан йодидті алу кезінде соңғысы, әдетте, еркін күйге дейін тотығады.
Әдістің кемшілігі-бромидтің жанама тотығуы, әсіресе бұрғылау суларында, онда бромид мөлшері 2вг-+О3+Н2О-->Вг2+ОН - +О2/ йодиді бар концентраттардың элементарлы броммен ластануына және йодидті йодатқа қайта қышқылдануына әкеледі.
Су сапасының көрсеткіштері. Судың кермектігі,кермектік түрлері ,суды жұмсарту.Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су.
Химия өнеркәсібі - суды ең ірі тұтынушылардың бірі. Су барлық дерлік химиялық өндірістерде әртүрлі мақсаттарда қолданылады. Жекелеген химия кәсіпорындарында суды тұтыну тәулігіне 1 млн. м3-ге жетеді.
Судың химиялық өндірістің маңызды элементтерінің біріне айналуы түсіндіріледі:
1. құнды қасиеттер кешенінің болуы (жоғары жылу сыйымдылығы, төмен тұтқырлық, төмен қайнау температурасы және т. б.);
2. қол жетімділігі мен арзандығы (тек алу және тазарту шығындары);
3. уытты емес;
4. Өндірісте және тасымалдауда пайдалану ыңғайлылығы.
Химия өнеркәсібінде су келесі бағыттарда қолданылады:
1. Келесі технологиялық мақсаттар үшін:
қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың еріткіштері;
физикалық және механикалық процестерді жүзеге асыруға арналған орта (флотация, целлюлоза түрінде қатты материалдарды тасымалдау және т. б.).);
газдарға арналған жуу сұйықтығы;
әр түрлі заттардың экстрагенті мен абсорбенті.
2. Жабдықты жылытуға және салқындатуға арналған салқындатқыш (ыстық су және бу түрінде)ретінде
3. Түрлі химиялық өнімдерді (мысалы, сутегі, ацетилен, күкірт және азот қышқылдары және т. б.) өндіру үшін шикізат және реагент ретінде.)
Су құрамы судың тегіне тәуелді. Тегіне тәуелді су: атмосфералық, жер бетіндегі және жер астындағы суға жіктеледі.
Судың сапасы физикалық, химиялық, бактериологиялық анализдермен анықталады.
Су сапасының маңызды көрсеткіштеріне физикалық жəне химиялық сипаттамалары:
мөлдірлігі, түсі, иісі, температурасы, жалпы тұз мөлшері, су кермектілігі, тотығу шамасы, құрғақ қалдық, жалпы сілтілігі жəне су реакциясы (сутек көрсеткіші рН) жатады. Осы көрсеткіштер су құрамындағы қоспалардың бар жоғын анықтайды.
Құрғақ қалдық судың құрамында шын еріген, коллоидты күйде болатын минералды жəне органикалық қосындылардың жалпы мөлшерін сипаттайды.
Су мөлдірлігі – фотоэлемент кӛмегімен немесе цилиндр тҥбіне орналасқан белгіні көре алатын тереңдікті көздеу арқылы анықталынады (белгілі эталон – шкаламен салыстырылады).
Су тотығыштығы – судың бҧзылмай сақталу мезгілін кӛрсетеді.
Су реакциясы – судың қышқылдық немесе сілтілік сипаттамасы: егер рН = 6,5-7,5 болса су бейтарап, рН<6,5 болса, онда қышқылды су, рН>7,5 болса, онда сілтілік су болады.
Су кермектілігі – судың кальций, магний және темір (ІІ) катиондарының болуына байланысты туған қасиеттерінің жиынтығы.
Жалпы тұз мөлшері – су құрамындағы минералдық және органикалық қоспаларды сипаттайды.
Судың жалпы сілтілігі – су құрамындағы аниондардың және кейбір әлсіз органикалық қышқыл тұздарының (ммоль/л)-мен өрнектелген қосынды концентрациясы.
Судың ластануының бактериологиялық көрсеткіштеріне мыналар жатады: коли-титр, коли-индекс және микробтық сан (немесе колониялардың саны). Коли Титр-бұл бір E. coli табылған судың ең аз мөлшері. Ауыз судың микробтық саны 100-ден аспауы, коли-индексі 3-тен аспауы, коли-титрі 333-тен кем болмауы тиіс.
Судың кермектілігі – судың кальций, магний жəне темір (II) катиондарының болуына байланысты қасиеттерінің жиынтығы. Еріген түрінде Са жəне Mg тұздары көп су кермекті су деп аталады. Су кермектілігі уақытша, тұрақты жəне жалпы болып үшке бөлінеді.
Уақытша (карбонаттық) кермектік құрамында Са жəне Mg бикарбонаттары болуына байланысты.
Тұрақты (карбонаттық емес) су құрамында кальций, магниден басқа тұздар (хлоридтер, сульфаттар, нитраттар) болуынан туады.
Уақытша жəне тұрақты кермектіліктің қосындысы – жалпы кермектілік (Жк ) деп аталады. Жалпы кермектілік бойынша табиғи сулар жұмсақ (Жк 10) деп бөлінеді.
Суларды жұмсарту əдістері:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
Химиялық əдістер суды химиялық қосындыларымен өңдеуге негізделген. Өндірісте негізінен əк-сода жəне фосфат əдістері қолданылады.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → 2CaCO3 + Mg(OH)2 + 2H2O
Тұрақты кермектілік:
CaCI2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCI
MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SO4
3CaCI2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaCI
Физикалық-химиялық əдіске ион алмасу жолы жатады. Ион алмасу жолы иониттардың судағы еріп жүрген тұздардың ионымен ион ауыстыру қабілеттілігіне негізделген.
Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су.
Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су түрлері
Ауыз су (су құбыры)
Жұмсартылған су
Тазартылған су
Иньекцияға арналған су
"Өте тазартылған (жоғары тазартылған) су" (Highly Purified Water.)
Ауыз су құрамында < 500 КОЕ / мл; патогенді микроорганизмдердің болмауы
Жұмсартылған су
Жұмсартылған су ауыз судан шайыр арқылы сүзу арқылы алынады, оның барысында қаттылық иондары ауыстырылады.
Жұмсартылған су айналым жүйелерінде, жылу алмастырғыштарда, бу генераторларына беру үшін қолданылады. Жұмсартылған су құбырларының материалы ретінде пластикалық құбырлар да қолданылады.
Тазартылған су
Тазартылған судың кепілді сапасы үшін кері осмостың екі сатылы жүйелері қолданылады
Тазартылған су-талаптар
Көрнекі және органолептикалық сынақтар
Химиялық сынақтар (нитраттар, ауыр металдар, алюминий)
Электрөткізгіштігі (20°С кезінде< 4,3 мСм/см; 25°С кезінде USP - < 1,3 мСм/см)
Микроорганизмдер саны (<100 КОЕ / мл)
Инъекцияға арналған су дистилляция-инъекцияға су алудың ең көп таралған әдісі. Инъекцияға арналған су-талаптар
Химиялық сынақтар (PW сияқты)
Электрөткізгіштігі (20°С кезінде< 1,1 мСм/см; 25°С кезінде USP - < 1,3 мСм/см)
Микроорганизмдер саны
(<10 КОЕ/100мл)
"Өте тазартылған (жоғары тазартылған) су»
2002 жылдан бастап еуропалық фармакопеяда тазартылған және инъекциялық арасындағы аралық су түрі - "аса тазартылған (жоғары тазартылған) су" (Highly Purified Water) деп аталады.)
Бейорганикалық заттар өндірісі. Күкірт және күкірт қышқылын өндіру. Медицинадағы күкірт қышқылының маңызы және оның қолданылуы.
Бейорганикалық химиялық технология - минералдық шикі затты (металдық рудалардан басқаны) өндеу, қышқылдар, сілтілер, сода, силикатты материалдар, минералды тыңайтқыштар, тұздар, т.б. алу.
Бейорганикалық заттардың маңызды өндірістері – күкірт, азот қышқылдары, аммиак, минералды тыңайтқыштар жəне т.б.
Күкірт қышқылы – түссіз, ұшпайтын, май тәріздес сұйық зат. Қайнау температурасы 337°С, тығыздығы – 1,84 г/см3
Күкірт кышкылын өндіру
Х гасырда алғаш рет 940 л күкірт кышкылын табиги купорос сланцесымен темір купорос коснасын кыздыру аркылы өндірген, осы себеттен ондірісте техникальқ купорос майы деп аталады.
3 сатыдан тұрады:
1. Газдарды тазарту. Катализаторға зиян келтіретін заттардан газды тазартамыз.Күйдірген газдан тозаңдарды бөліп алғаннан кейін оны катализаторға зиян келтіретін мышьяк, селен , фтор т.б. заттардан тазартады. Осымен қатар өте қымбат қоспааһлар селен, теллур, т.б. бөлініп алынады.
2. SO2-ні SO3-ке катализатор қатысымен тотықтыру. Күкірт диоксидін катализатордың қатысымен тотықтыру күкір қышқылын өндіру үдерісінің негізгі сатысы:
2SO2 + O2 = 2 SO3 +189 кДж (500°C)
Катализатор ретінде Pt, темір оксиді , ванадий оксиді қолданылады.
Pt (платина) – ең активті катализатор, бірақ құны өте қымбат және тез уланады.
Темір оксидінің құны төмен, мышьякпен уланбайды, каталитикалық активтілігі тек қана 625 °С температурадан басталады, активтілігі басқалардан төмен.
Ванадий катализаторының активтілігі Pt-дан төмен болғанымен, құны төмен. Мышьякпен улануы Pt-дан мыңдаған есе аз.
Күкірт қышқылы зауыттарында промоторланған 7% V2O5-ті, промотор ретінде сілтілік металдар оксиді (K2O) қолданылады. Катализатор мөлшері – 5мм.
3. Күкіт ангидридін абсорбциялау
SO3 + H2O= H2SO4 + 92000 кДж
Сызбанұсқасы:
1. Күйдірілген SO2 газын жуғыш мұнараға 70% H2SO4 еріткіштермен жуып,тазалаймыз. Шаң-тозаң мен катализаторды улайтын заттардан тазалаймыз.
2. Электростатикалық сүзгіден өткізіп, сүзіп аламыз.
3. Сүзгілен соң, кептіру мұнарасында, 98%-дық H2SO4 –пен кептіреміз. Бұл H2SO4-тің суды тартып алатын қасиетіне байланысты.
4. Кептірге соң, жылуалмастырғышқа апарамыз, онда температурасын жоғарылатамыз.
5. Температурасын жоғарылатқан соң, байланыс контактілік аппаратына әкелеміз. Бұнда SO2 газы SO3 – ке айналады. Температура 400-500°С. Ванадий катализаторы қолданылады. Контактілік әдістің 2-сатысы жүреді. Мұнда жылу бөлінеді: бөлінген жылуды жылуалмастырғышқа апарамыз.
6. Одан соң, тоңазытқышта 30-40°С-қа дейін суытып аламыз.
7. Суытып алған соң, сіңіру мұнарасына әкелеміз. SO3 үстіне купорос майын 92,5% H2SO4 құйып абсорбциялаймыз.Сіңірілген соң, олеум (H2SO4 * SO3) түзіледі. Олеум құрамындағы SO3 сумен әрекеттесіп SO3 + H2O = H2SO4 түзіледі. Осы түзілген H2SO4 олеум құрамындағы H2SO4 –пен әрекеттесіп, концентрациялы H2SO4 алынады.
Артықшылығы: өте таза H2SO4 алынады.
Нитрозалық әдіс
Катализатор ретінде азот оксидтері (N2O3 нитроза ) қолданылады.
2NOHSO4 + H2O = 2 H2SO4 + N2O5
SO2+H2O = H2SO3
H2SO4 + N2O3 = H2SO4 + 2NO
2NO+O2= 2NO2
NO2+ NO= N2O3
Кемшілігі: өте лас H2SO4 алынады, 75-77% H2SO4
Тыңайтқыш алуда қолданылады.
Артықшылығы: экономикалық жағынан тиімді, схемасы қарапайым.
Қазақстандағы күкірт қышқылын өндіретін зауыттар.
ТОО `СОВМЕСТНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ СЕРНОКИСЛОТНЫЙ ЗАВОД КАЗАТОМПРОМ`, ТОО `СКЗ-ПИРИТ`, ТОО `КОРПОРАЦИЯ КАЗАХМЫС`, ТОО `СКЗ-U `, ТОО `КАЗЦИНК`, ТОО `КАЗФОСФАТ`
Гомогенді химиялық үрдістер. Сұйық фазада гомогенді реакцияларды жүргізуге арналған реакторлар.
Гомогендік процестер деп реакцияға қатысушы заттар бір агрегаттық жағдайда болғанда ғана жүретін процестерді айтады.
Өнеркәсіпте системаларды гомогенді түрге келтіру жолдары:
Гомогенді реакциялардың реакторлары қарапайым, бірақ мақсатты өнім алу қиын.
Сұйық фазада біртекті реакцияларды жүргізуге арналған реакторлар. Реакцияның дамуына қажетті жағдайларға байланысты біртекті сұйық фазадағы химиялық процестер периодтық, жартылай Периодтық және үздіксіз реакторларда жүргізілуі мүмкін.
Төмен тоннажды өндірістерде әдетте периодтық реакторлар қолданылады, өйткені реакциялар жүретін жағдайларды жұмыс қысымын, температураны, концентрацияны және басқа параметрлерді мерзімді немесе тұрақты бақылау арқылы оңай ұстауға болады.
Күшті экзотермиялық реакциялар жағдайында процесс көбінесе жартылай мерзімді түрде жүзеге асырылады (бір реагент үздіксіз, екіншісі мезгіл-мезгіл). Жартылай кезеңдік реакторлар конструкциялық жағынан үздіксіз жұмыс істейтін реакторларға ұқсас және олардан тек операция жүргізу әдістемесінде ғана ерекшеленеді.
Үздіксіз жұмыс істейтін реакторлар жоғары жылдамдықтағы және реакция жылуларындағы ірі тоннажды өнеркәсіптік процестерде қолданылады.
Жартылай үздіксіз әрекет ететін реакторлар үшін есептеу теңдеулері жалпы алғанда өте күрделі, өйткені мұнда реакция кезінде болатын реакция қоспасының құрамы мен көлемінің өзгеруіне қосымша пайда болады. Сондықтан жылдамдық тұрақты болмайды, нәтижесінде кинетикалық теңдеуді аналитикалық түрде біріктіруге болмайды.
Толық ығыстырумен үздіксіз әрекет ететін реакторлар сұйық-сұйық жүйесі үшін араластыру реакторларына қарағанда аз қолданылады, өйткені сұйық фазадағы молекулалық диффузия баяу жүреді және реагенттерді гомогендеу үшін араластыру қажет.
Араластыру реакторларындағы конверсия дәрежесі толық ығысумен салыстырғанда аз болғандықтан, процесс идеалды араластыру реакторларының батареясында жүзеге асырылады.
Біртекті сұйық фазада реакция жүргізуге арналған реакторларды ортаның тұтқырлығын критерий ретінде жіктеуге болады.
Төмен тұтқырлығы. Осы жағдайларға арналған реактордың мысалы винилацетаттың сірке қышқылымен әрекеттесуі кезінде винилстеоратты алуға арналған реактор бола алады
CH3COOC2H3+CH3(CH2)16COOH= CH3(CH2)16COOC2H3+CH3COOH.
Теңдеуді оңға жылжыту үшін сірке қышқылын үнемі алып тастау керек. Процесін жүргізеді дистилляциялық колоннада с колпачковыми тарелками.
Бағанның үстіне сұйық винилацетат, сірке қышқылы және катализатор қоспасы беріледі. (төменде винилацетат буы беріледі).
Сірке қышқылы сұйық фазадан термиялық түрде ыдырайды және колоннаның жоғарғы жағынан конденсацияланатын және колоннаға қайтарылатын артық винилацетатпен бірге шығарылады.
Орташа тұтқырлықпен. Винилацетатты полимерлеуге арналған реактор тән реактор болып табылады.
Реактор диаметрі 0,6 м және биіктігі 5 м болатын екі бөлімнен тұрады.Винилацетат, еріткіш және ерітілген катализатор 1-ші бөлімнің жоғарғы жағында алдын-ала араластырылған. Пышақтары бар аппараттың бүкіл ұзындығы бойынша араластырғыш. Реактордың екінші бөлімінде араластыру жүргізілмейді, өйткені конверсияның үлкен дәрежелері саласында жұмыс істеген кезде реакция жылдамдығы аз болады, сондықтан көйлектен аз жылу алу керек.
Үлкен тұтқырлығы. Бұл жағдайларға арналған әдеттегі реактор-стиролды полимерлеуге арналған реактор.
Алдын ала полимеризаторда алынған мономердегі полимердің 28% ерітіндісі жоғарғы бөлімге енгізіледі. Массасы реакторда 0,1 м/сағ жылдамдықпен қозғалады, полимердің балқуы үздіксіз түсіріледі. Аппарат корпусының биіктігі 8 м болған кезде полимерлеу процесі 30-40 сағатқа созылады, ал температура 1000-нан 2000-ға дейін артады. Температура режимі әр бөлімде реттеледі. Мұндай реакторлар капролактам өндірісінде де қолданылады.
Гетерогенді химиялық процестер. газ-сұйықтық жүйесіндегі процестер (Г-С), сұйық-қатты (С-Қ) жүйесіндегі процестер, газ-қатты (Г-Қ) жүйесіндегі процестер.
Гетерогенді процестер деп реагенттері әр түрлі фазаларда болатын химиялық-технологиялық үрдістерді айтады. Оған газ-сұйық , газ - қатты дене , сұйық - сұйық, сұйық - қатты дене, қатты - қатты фазалар арасындағы процесстер жатады. Гетерогенді үрдістер екі немесе одан да көп әрекеттесуші фазалар қатысуымен сипатталынатын болғандықтан, олар фазалар жанасу беті арқылы заттың тасымалдануымен өтеді. Гетерогендік тепе-теңдікке температура, қысым, әрекеттесуші құрамдастар концентрациясы және с.с. әсер етеді. Фазалар тепе-теңдігі фазалар ережесімен анықталады. Фазалар ережесі – гетерогенді тепе-теңдікті ең кең жалпы қорыту. Фазалар ережесі бойынша еркіндік дәрежесі П, сырттан тепе-теңдікке термодинамикалық жүйеге әсер ететін факторлар, компоненттер санына К екі қосып фазалардың санын Ф алғанға тең, яғни:
П = К + 2 – Ф,
мұндағы П – еркіндік дәрежесінің саны;
К – тәуелсіз компоненттер саны;
Ф – фазалар саны.
Өндірістік тәжірибеде гомогендіге қарағанда, гетерогенді үрдістер көбірек тараған.Ал гетерогенді жүйелер ішінен Г – С, Г – Қ, С – Қ жүйелері жиі кездеседі.
Газ сұйықтық жүйесіндегі гетерогенді процестерге адсорбция және десорбция, сұйықтықтардың булануы, дистилляция және ректификация, пиролиз өнімдерін буландыру арқылы сұйықтықтардың пиролизі жатады. Абсорбция сұйықтық пен газдың тікелей жанасуымен жүреді, газ молекулалары сұйықтыққа енеді. Адсорбцияны жеделдетудің әдістері:
1) фазалық байланыс бетінің максималды дамуы;
2) масса беру коэффициентін ұлғайту үшін газ бен сұйықтық ағындарын турбулизациялау және қарқынды араластыру;
3) ішінара қысымды азайту үшін температураны төмендету;
4) газдағы сіңірілетін компоненттің бастапқы концентрациясының жоғарылауы немесе жалпы қысымның жоғарылауы.
Газ қатты жүйесіндегі гетерогенді үрдістерге: абсорбциясы мен десорбциясы, қатты заттарды буландыру және буларын конденсациялау, қатты отынның пиролизі, қатты материалды әртүрлі күйдіру түрлері жатады. Күйдіру – қатты және газ тәрізді өнімдерін алу мақсатымен, сонымен бірге қатты материалдарға механикалық беріктілік беру үшін (силикаттар технологиясы) дәнді қатты материалдарды жоғары температуралық өңдеу. Адсорбция – қатты сорбенттер бетімен газдарды сіңіру процесі. Адсорбциялық үрдістер тепе-теңдігі газ және қатты бет арасындағы газды құрамдастың таралу заңымен сипатталады. Адсорбциялық тепе-теңдік изотермиялы адсорбция теңдеуімен өрнектеледі:
мұнда Са – сорбенттің массалық (немесе көлемдік) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері; р* - адсорбцияланатын газдың тепе-теңдік парциалды қысымы.
Қатты сұйық жүйесіндегі үрдістерге: ерітілген заттардың қатты сіңіргіштермен адсорбция мен десорбциясы, ерітінділерден ерітуі және кристалдануы, балқымалардан балқытуы және кристалдануы, сұйық мономерлердің қатты полимерлерге полимерленуі, сұйықта қатты денелерді диспергілеу жатады. Сұйықта қатты заттарды еріту – химия технологиясында ең кең тараған әдістердің бірі, оның физикалық және химиялық жолы болады. Бірінші жағдайда тек кристалдық тордың бұзылуы ғана жүреді, ал еріген құрамдас кристалдану жолымен қайтадан қатты түрде бөлініп шығарылады. Химиялық ерітуде еріткіш пен еріген зат әрекеттесуінде оның табиғаты өзгеріп, ал заттың алғашқы түрде кристалдануы мүмкін емес.
Қ-С жүйесіндегі үрдістер жылдамдығын еріту мысалында қарастырайық: U=K ∙F (C_қан-C)
мұнда С – сұйық фазадағы еріген заттың концентрациясы; Сқан – еріген заттың тепе-теңдік концентрациясы; К=D/ δ - еріту жылдамдығының коэффициенті; δ - шекаралық диффузиялық қабатының шартты қалыңдығы.
Газ-сұйық жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері
2) Тамшылар жасау
Сұйықты іші қуыс аппаратта механикалық немесе пневматикалық әдіспен диспергілеу немесе шаңдату, шашыратумен сұйық фазаның бетін көбейтеді. (өте күшті қысымды қажет етеді).
3) Көпіршік жасау
Сұйық көлемінде газды диспергілеу арқылы әрекеттесуші фазалардың жанасу бетін дамыту. Мұндай жанасу бетін көбейту тәсілін – барботаж деп атайды.
4) Жылжымалы көбіктің қалқымалы қабатын жасау
Сұйық қабаты арқылы астынан жоғары қарай газды жіберу арқылы көбіктің қозғалмалы (өрлеген) қабатын жасау.
Газ-қатты, сұйық-қатты жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері
Г-Қ және С-Қ жүйелерде беттік жанасу аудандарын ұлғайту үшін қатты заттарды майдалау немесе олардың көп қуысты бөлшектері мен түйіршіктерін пайдалану тәсілдері қолданылады.
Көп қуысты заттардың ішкі бет аудандары сол заттың кесекті бөліктерінің сыртқы бет аудандарынан жүздеген есе көп болады.
Барлық жүйелерде фазалардың жанасу бетін көбейту үшін Г-Қ, С-Қ жүйелерде қатты фаза бетін және Г-С жүйеде, сұйық фаза бетін ұлғайтуға ұмтылады.
Химиялық реакторлар. Химиялық реакторлардың жіктелуі. Фармацевтика өндірісіне арналған ректорлар, құрал-жабдық ерекшеліктері.
Кез-келген химиялық-технологиялық жүйенің (ХТЖ) негізгі элементтерінің бірі-химиялық реактор.
Химиялық реакторлар дегеніміз белгілі бір заттарды алу үшін химиялық реакциялар жүргізуге арналған құрылғылар.
Химиялық реакторлардың жіктелуі.
Атқаратын міндеттеріне сай және өтетін реакциялардың ерекшеліктеріне байланысты реакторлардың конструкциялары да алуан түрлі болады. Жұмыс атқару ерекшеліктеріне байланысты реакторлар әр түрлі жікке бөлінеді.
Ығыстыру реакторлары - бұл ұзартылған канал түрінде болатын құбырлы аппараттар.
Газдарды араластыру үшін біршама жай құрылғылар пайдаланылады: ұңғы-қуыстар, эжектор, лабиринтті ортадан тепкіш құрал, сатылы араластырғыштар (смеситель) т.б.
Сұйықтық гомогенді процестерде механикалық және пневматикалық әртүрлі араластырғыштар пайдаланылады. Процестің ПӘК өсіру үшін бір бағыттас ағысты ұзын аппараттар, бірнеше реакторлардан тұратын батареялар, және көп секциялы аппараттар қолданылады.
Барботажды реакторлар
Кеуек реакторлар
Көбікті реакторлар
Түтіктік реакторлар
Егер белгілі бір заңға сәйкес уақыт өте келе химиялық процестің параметрлерінде кездейсоқ таңдалған нүктеде өзгерістер болса, реактордың жұмыс режимі стационарлық емес деп аталады.
Жіктеудің осы принципіне сәйкес реакторлардың келесі түрлерін ажыратуға болады:
Фармацевтика өндірісіне арналған ректорлар
Фармацевтикалық реактор сұйық және тұтқыр дәрілік нысандарды (жақпа, эмульсия, тамшылар, микстуралар, инфузиялық ерітінділер, сарысулар, вакциналар) шығару үшін қолданылатын негізгі жабдықтардың қатарына жатады. Заттардың еруі, гомогенизациясы, дисперсиясы үшін қажетті температуралық-химиялық орта жасайды.
Биореактор
Биореактор (ферментер) — қарқынды араластыру жағдайында микроорганизмдерді культивациялау үшін қалыпты ауа алмасуы және тұрақты температурасы бар құнарлы стерильді орта жасайтын құрылғы. Ол көбінесе дәрі-дәрмектер мен вакциналар өндірісінде қолданылады.
Биореактор-микробиологиялық зерттеулермен айналысатын зертханаларды жабдықтаудың негізгі элементі-бұл жасушаларды немесе пайдалы метаболиттерді ашыту үшін қолайлы жағдайларды қолдайтын камера. Бұл құрылғының басты мақсаты-өсірілген микроорганизмдердің өмір сүруіне қолайлы жағдай жасау: тыныс алу, тамақтану және метаболизм өнімдерін шығару.
Пайдалану кезінде аппарат газ және сұйықтық ішіндегісін жылу және механикалық әсерсіз жасушаларға біркелкі араластыруды жүзеге асырады. Культураның ластануын болдырмау үшін бүкіл процесс стерильді жағдайда жүргізіледі. Жабдық, ауа және барлық материалдар қысыммен бумен өңделеді.
Шикізатты өңдеудің каталитикалық процестері. Каталитикалық крекинг және риформинг.
Шикізатты өңдеудің каталитикалық процестеріне каталитикалық крекинг, риформинг, гидрогенизациялық процестер жатады.
Крекинг-бұл мұнай құрамындағы көмірсутектердің бөліну процесі, нәтижесінде молекулада көміртегі атомдарының саны аз көмірсутектер пайда болады.
С16Н34 = С8Н18 + С8Н16
Крекингтің 2 негізгі түрі бар:
термиялық, жоғары температура мен қысымның әсерінен жүзеге асырылады; каталитикалық, жоғары температураға, қысымға және катализаторға бір уақытта әсер ету кезінде пайда болады.
Термиялық: 450-550 градус температурада жүреді; реакция баяу; түзілген өнім құрамында тармақталмаған тізбекті көмірсутектер, көптеген қанықпаған көмірсутектер алынады; детонацияға төзімділігі төмен; сақтауы қиынға соғады; 4-6 МПа қысымда жүреді
каталитикалық: 450-500 градус температурада жүреді; реакция тезірек; 0,4 МПа-ға дейін қысымда жүреді; катализаторлар - алюминосиликаттар болған кезде; Күкірт пен шайырлы заттардың көп мөлшері бар мұнайды өңдеу үшін 330-470 кезінде каталитикалық крекинг қолданылады, сутегі қысымы 5-30 МПа (гидрокрекинг деп аталады.
Термиялық крекинг пен каталитикалық айырмашылықтар.
Термиялық крекинг қатты қызған кезде пайда болады, ал каталитикалық катализатордың қатысуымен жүзеге асырылады, соның арқасында реакцияны төмен температурада жүргізуге болады.
Каталитикалық крекинг бензинінде қанықпаған көмірсутектер, тармақталған бүйір тізбектері бар изопарафиндер, хош иісті көмірсутектер бар, бұл оның октан санына оң әсер етеді. Каталитикалық крекинг бензинінің октандық саны зерттеу әдісі бойынша шамамен 90 пункт құрайды. Термиялық крекинг бензинінде - 70-75 пункт бар.
Термиялық крекинг бензиніндегі қанықпаған көмірсутектер оңай тотығады және полимерленеді, сондықтан бұл бензин сақтау кезінде аз төзімді.
Термиялық крекинг процесінде құнды өнімдердің төменгі шығысы.
Каталитикалық крекинг технологиясы термиялық технологиясымен салыстырғанда күрделі дизайнға ие.
Термиялық крекинг шикізаты ең ауыр мұнай фракциялары (мазуттар, гудрондар) болды, ал каталитикалық крекингтің классикалық шикізаты-мазутты вакуумдық айдау қондырғыларынан алынған вакуумдық газойль. Алайда, қазіргі уақытта гудрондардың каталитикалық крекинг технологиясы бойынша өңдеуге арналған технологиялар әзірленуде. Технология RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking) деп аталады.
Риформинг шикізаттың көмірсутектік құрамын өзгерту мақсатында жүргізіледі.
Риформинг крекингтің бір түрі, айырмашылығы шикізатта. Крекинг процесінде шикізат ретінде мұнайдан өнделген мазуттан басқа фракцияларын қолданады. Крекинг өнімдері- бензин, газдар, крекинг қалдығы. Риформинг процесінің шикізаты-октандық саны төмен бензиндер немесе лигроиндер, осылардан октандық саны жоғары бензиндер немесе химиялық синтезде қолданылатын шикізаттар өндіріледі.
Катализдік риформинг процесінде алты мүшелі циклоалкандардың платина және палладий катализаторының қатысуы арқылы 310 °С арендерге айналуын ашуымен қаланған. Процестің негізгі реакциясы алты мүшелі циклоалкандардың дегидрленуі, мұның нәтижесінде өндірістік жағдайда жеткілікті мөлшерде ароматикалық көмірсутегі түзіледі.
Қазақстанда үш мұнай өңдеу зауыты жұмыс істейді.
Атырау мұнай өңдеу зауыты – республикадағы ең көне кəсіпорын. Өндірістің соңғы модернизация-сы өткен ғасырдың 60 жылдарында жүргізілген. Жылдық өңдеу көлемі 4,5-5 млн т., өңдеу тереңдігі 54,9 %. Технологиялық құралдардың моралдық жəне физикалық тозуына байланысты атмосфераға көмірсутектердің шығарылуы жылына 13,7 мың т., оның ішінде күкіртті ангидридтің үлесі 2,5 мың.т. Жоспарланған реконструкциядан кейін мұнай өңдеу көлемі жылына 6 млн.т. болу керек, сонымен бірге терең өңдеу есебінен өнімдердің жаңа түрлерінің: майлар, парафин, кокс жəне т.б. өндірісі жолға қойылады.
Шымкентмұнайөңдеу зауыты– қазіргі технологияларға негізделген зауыт. Қазіргі уақытта жылдық қуаттылығы жобаланған 12 млн.т. орнына 8 млн.т. құрайды, ал өңдеу тереңдігі жобаланған 85% орнына 59%. Мұнда қосымша битум, алкилдеу, баяу кокстеу, риформинг, пропиленді концентрирлеу қондырғыларының құрылысын салу жоспарланған.
Павлодар мұнай өңдеу зауыты – өндіріс салаларының сапалық көрсеткіштері жоғары кəсіпорын. Мұнай өңдеу тереңдігі 82%. Өндірістің қуаттылығын жылына 13 млн.т. дейін арттыруға жəне жаңа өнімдер алуға мүмкіндік беретін зауыттың екінші кезегін іске қосу – негізгі проблема болып табылады.
Азот қышқылының өндірісі, фармацевтика саласында қолданылуы
Азот қышқылы – түссіз, мөлдір сұйықтық. Қайнау температурасы - 47°С. Ал қату температурасы - 86°С.
Өнеркәсіпте азот қышқылының екі түрі шығарылады:
1. 50-60% HNO3 – сұйылтылған азот қышқылы
2. 96-98% HNO3 - концентрлі азот қышқылы
Азот қышқылын алу әдістері:
1. Селитрадан алу әдісі (Глаубер əдісі) XVII ғасырдың ортасынан бастап,
ХХ ғасырдың басына дейін осы əдіс қолданылды.
NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3
Бұл əдіс селитраның қоры көп жерде қолданылған болатын.
2. Ауадан алу
Азот пен оттек 1200°С-та реакцияласа бастап (электр ұшқынында) 3000°С-та тепе-теңдік оңға қарай ығысады. Доға əдісі плазма үдерістерін қолдану нəтижесінде қайта жаңаруда. Алайда бұл әдіс электр энергиясы аз жерде қолданылмаса, өте қымбатқа түсетін әдіс:
N2 + O2 = 2NO – 181,4 кДж
Осылайша түзілген азот оксиді өздігінен оттекті оңай қосып алып, азоттың диоксидіне айналады:
2NO + O2 = 2NO2 + 112 кДж
Азот диоксиді сумен реакцияласып азот қышқылын түзеді:
3NO2 + H2O = HNO3 + NO + 136 кДж
3. Аммиактан өндіру
Азот қышқылын аммиактан өндірудің принципалды сызбанұсқасы:
1. Ауаны атмосферадан құбыр арқылы аламыз, сүзгіде (фильтрда) шаңнан тазартылады.
2. Компрессор: шаңан тазартқан соң, ауа компрессормен 0,42 МПа-ға дейін сығылады және екі ағынға бөлініп, байланыс аппараты мен аммиак жылытқышына беріледі.
3.Буландырғыш: сұйық аммиак (бу-сұйық қоспасы) қабылдағыш арқылы буландырғышқа түседі, онда ол 10-16 °C-та және 0,6 МПа қысымында буланады.
4. Буландырғыштан кейін газ тәріздес аммиак сүзгіде май мен механикалық қоспалардан тазартылады.
5. Тазартылған соң, аммиак жылытқышқа жіберіледі, онда ол ауамен 80-120 °C дейін қызады.
6. Тазартылған ауа мен аммиак байланыс аппаратының араластырғыш камерасына түседі. Пайда болған аммиак-ауа қоспасының құрамында 9,6–10,0% NH3 бар.
7. Байланыс аппаратына салынған сүзгіде мұқият тазалаудан өткеннен кейін аммиак-ауа қоспасы үш платиноидты тордан және платинасыз катализатор қабатынан тұратын екі сатылы катализаторға түседі. Нитрозды газдар 840-860 °С температурада байланыс аппаратының астында орналасқан қазандық-утилизаторға түседі, онда оларды салқындату есебінен температурасы 440 °с болатын, 40 МПа қысымдағы бу алынады. Қазандық ауасыздандырылған (деаэрированная) химиялық тазартылған сумен қоректендіреді.
8. Ауасыздандырылған су жылу алмастырғыштан өтеді, онда ол нитрозды газдармен 150 °C дейін қызады, одан соң экономайзерге келеді , содан кейін қазандық-утилизатордың барабанына келіп түседі.
9. Қазандық-утилизатордан кейін нитрозды газдар экономайзерде салқындатылады, өз жылуын жылытқышқа береді, содан кейін 55°С-қа дейін салқындату үшін су тоңазытқышына түседі.
Нитрозды газдарды салқындату кезінде су буларының конденсациясы жүреді, 40-45% азот қышқылы пайда болады, пайда болған азот қышқылы газды жуғышқа беріледі. Нитрозды газдар да осында келеді. Жуғышта салқындатумен қатар нитрит-нитрат тұздарынан нитрозды газдарды жуу және азот қышқылының одан әрі конденсациясы жүреді. Жуғыштың төменгі бөлігіндегі қышқыл абсорбциялық колоннаға беріледі,ал нитрозды газдар компрессорда 11-12, 6 МПа-ға дейін сығылып, 210-230 °C дейін қызады.
10. Сығылғаннан кейін нитрозды газдар тоңазытқышта 155-165 °C-қа дейін салқындатылады. Тоңазытқыштың екінші бөлігінде газдар 60-65°С-қа дейін салқындатылып, абсорбция колоннасына жіберіледі. Колоннаның тақтайшаларында қышқылды салқындатуға арналған земеевиктер орналасқан. Жоғарыдан колоннаға температурасы 40 °C-тан аспайтын бу конденсаты (H2O) түседі, 58-60% азот қышқылы бағанның астынан шығарылады; ол ерітілген азот оксидтерін кетіру үшін үрлеу бағанына түседі және содан кейін қоймаға жіберіледі.
Абсорбциялық колоннадан шығатын газ жылытқышта (жағу құрылғысында) қыздырылады, араластырғышта табиғи газбен араластырылады және 480°С-қа дейін қыздырылған газ реакторға азот оксидтерінен каталитикалық тазартуға жіберіледі. Тазарту катализаторы-АПК-2 алюминий-палладий катализаторы. Каталитикалық ыдырағаннан кейін 750 °С температуралы 0,008% дейін азот оксиді бар пайдаланылған газдар газ турбиналық агрегаттың құрамына кіретін рекуперациялық турбинаға түседі. Мұнда шығарылған газдардың жылу энергиясы механикалық энергияға айналады, ал газ қысымы 0,95–1,05 МПа-ға дейін төмендейді. Газ турбинасында өндірілген энергия (нитро және ауа) компрессорларды жүргізу үшін қолданылады.
Азот қышқылын магний нитратының көмегімен концентрлеу:
Бұл концентрлеу әдісі атмосфераға зиянды шығарындыларсыз таза концентрацияланған азот қышқылын алуды қамтамасыз етеді. Алайда, бұл әдісті барлық жерде қолдануға мүмкіндік бермейтін бірқатар маңызды кемшіліктер бар. Бірінші кезекте бұл алынатын өнімнің өзіндік құнының басқа тәсілдермен салыстырғанда артуымен және қиын өңделетін қатты қалдықтарды кәдеге жарату проблемасымен байланысты.
Шығарындыларды азайту және аммиак өндірісінің тиімділігін арттырудың бір әдісі-бу-газ циклы бар энергия-технологиялық схеманы қолдану, онда су буының жылуы ғана емес, сонымен қатар отынның жану өнімдері де жұмыс жылуы ретінде қолданылады.
Мұндай схема химиялық технологияның бірқатар салаларында жүзеге асырылады. Осы химиялық-технологиялық процестің артықшылықтарына мыналар жатады: 1) Шикізатты сығу үшін аралық реакциялардың жылуын пайдалану.
Қазақстандағы азот қышқылы өндірісі:
«КазАзот» ЖШС
Азот қышқылының фармацевтика саласында қолданылуы:
Концентрацияланған азот қышқылының едәуір мөлшері синтетикалық бояғыштар өндірісінде, сондай-ақ фармацевтика өнеркәсібінде жартылай өнімдер ретінде пайдаланылатын бензолдың, нафталиннің, антраценнің және басқа да хош иісті қосылыстардың нитро туындыларын алу үшін қолданылады. Азот қышқылы мен азот тотықтары нитрозалық әдіспен күкірт қышқылын өндіруде күкірт диоксидін тотықтыру үшін қолданылады.
32-33%-дық HNO3 сүйелді күйдіріп емдеу үшін; висмут тұздары түрінде, мысалы висмут гидроксонитраты антисептик ретінде қолданылады.
Бұлардан бөлек, азот қышқылымен әрекеттесіп, нитроглицерин түзеді. Ол стенокардия кезінде жедел көмек беру үшін, тіл астына салынады.
Аммиак өндірісі, оның медицинада қолданылуы
Аммиак – түссіз, иісі өткір газ. Суда өте жақсы ериді, тығыздығы ауадан шамамен 2 есе жеңіл.
Аммиакты синтездеу үшін азот-сутек қоспасын пайдаланамыз. N2: H2=1:3 қатынасында алынады.
N2 азотты ауадан, ал H2 сутекті метанды конверсиялау арқылы аламыз.
Аммиакты алудың сызбанұсқасы:
1. Турбокомпрессор – ең бірінші азот-сутек қоспасын турбокомпрессорға жібереміз, мұнда газ қоспасы сығылады.
2. Синтез колоннасы – сығылған газ қоспасын 25-60 МПа қысымда, 400-500°С-та, катализатор ретінде темір болатын синтез колоннасына келеді. Мұнда шығымы 20% аммиак және азот-сутек қоспасы түзіледі.
3. Тоңазытқыш - синтез колоннасынан соң, тоңазытқышқа жіберіледі. Мұнда температураны 30-40°С-қа дейін суық сумен суытып аламыз. Газ қоспасы конденсатқа айналады, яғни сұйыққа айналады.
4. Сепаратор – тоңазытқыштан соң, мақсатты өнім – 20% аммиакты бөліп алу үшін, сепараторға жіберіледі. Шығымы 20% аммиакты бөліп аламыз. Ал реакцияға түспеген азот-сутек қоспасын рециркуляция әдісімен қайта синтез колоннасына жібереміз. Ол циркуляциялық газ ретінде синтез колоннасының жоғары жағынан түседі.
Бөлінген аммиак шикізатының 35%-ы азот қышқылын өндірісіне; 65%-ы аммоний өндірісіне жұмсалады.
Қазақстандағы аммиак өндірісі:
«КазАзот» ЖШС
Аммиактың медицинада қолданылуы:
10 аммиак ерітіндісі мүсәтір спирті ретінде, адам есінен танғанда ояту үшін; жәндіктер шаққанда; сыртқа антисептик ретінде; этил спиртімен уланғанда, 100 мл суға 10 тамшы аммиак ерітіндісін қосып уланудың алдын алу үшін қолданылады.
Метанол синтезінің физика-химиялық негіздері
Метил спирті- көптеген өнімдерді алуға қолданылатын өте қажетті қосылыс. Метанол бояулар лактар, формальдегид, ангидрид, метиламин, диметильсульфат, метилацетат және т.б.алуда қолданылады. Метил спирті таза күйінде еріткіш ретінде және мотор отынына қоспа ретінде қолданылады. Молекулатық массасы -32.Қайнау температурасы-65,5 C , тығыздығы p=793 кг/m3.Метанол буының ауамен қоспасының жарылу шегі-5,5-36,5%.
1933 жылға дейін метил спиртін ағашты құрғақ айдау әдісімен өндірген. Сол себепті метанол ағаш спирті деп аталады. Метил спиртін синтездеудің физикалыық–химиялық негізі және технологиясы аммиакты синтездеу әдісіне ұқсас.
Метанол синтезінің әдістері
Метил спитін синтездеудің бірнеше әдістері бар
1.Ағашты құрғақ айдау әдісі .Бұл әдіс 1933 жылға дейін қолданылып келген әдіс,1м3 ағаштан 3-6 кг спирт өндірілген.
2.Синтез -газдан өндіру әдісі.Қазіргі кезде өндірілетін метанолдың 90% осы әдіспен алынады.Синтез -газ генератор газдарын немесе табиғи газдарды конверсиялау әдістерімен өндіріледі.
3.Төменгі қысымда мырыш мыс алюминий катализаторы қатысында синтез газдан өндіру.
Синтез газды алу әдістері:
1. Метанды су буында конверсиялау:
Никель катализаторы қатысында жүреді, бұл кезде синтез газ және 3 моль сутегі түзіледі.
2. Шелл газификация процессі: Ауыр мазутты парциалды тотықтыру:
Алкан+0,5оттегі --- синтез газ жане п+1 сутегі алынады.
Метил спиртін синтез газдан синтездеу
Метил спиртін өндіруге қажетті синтез -газ (CO+H2) қоспасы 1:4-тен 1:8 ге дейінгі қатынаста алынады. Метанол түзілу реакциясы қайтымды және экзотермиялық.
CO + 2H2 - CH3OH + 111 кДж
Процесс роцесс 300 және 350`c температурада 5,0-4,0 MПа қысымда жүреді.Егер қысым оптималды қысымнан төмен,ал температура жоғары болсабонда қосымша реакциялардың жүруі ықтимал.
CO + H2 CH2O + 8.4 кДж (1)
CO + 3H2 CH4 + H2O + 209 кДж (2)
2CO + 2H2 CH4 + CO2 + 252 кДж (3)
2CO CO2 + C (4)
2CH3-OH CH3- O- CH3 + H2O (5)
CH3-OH+ nCO+2nH2 CH3(CH2)n OH + nH2O (6)
249 CH3-OH+ H2 CH4 + H2O (7)
Метил спиртін синтез-газдан синтездеудің техналогиялық сызбанұсқасы.
1. Тазартылған бастапқы газ қоспасы компрессор арқылы сығамыз.
2. Сығып алған соң, циркуляциялық араластырғышта араластырамыз.
3. Майлы заттардан сүзгіштен өткізіп тазалаймыз.
4. Тазартып болғаннан кейін, жылу алмастырғыш құбырға жібереміз. Температураны 300-350 градус температураға дейін жоғарылатамыз.
5. Температурасы жоғарылаған соң, синтез колоннасына әкелеміз. Синтез колоннасында метанол синтезі жүреді. Катализатор ретінде мырыш+хром қоспасы 2/1 қатынасында болады. Реакцияда пайда болған жылуды +110 к дж жылуды, жылу алмастырғышқа апарамыз, кейін оны циклде қайта пайдаланыла аламыз.
6. Мұздатқышқа жіберіп, суытып аламыз, конденсатқа айналдырып аламыз. Конденсат- газдың немесе будың конденсациясы нәтижесінде түзілетін сұйықтық. Конденсация — заттың газ қалпынан сұйыққа айналуы немесе қатаюы. Конденсация белгілі бір шектеулі температурадан төмен жағдайда ғана болуы мүмкін.
7. Сеператорға апарып, спирт пен суды бөліп аламыз. Бұдан спиртті ректификациялық колоннаға жібереміз. Ректификациялық колоннада қайнау температурасына байланысты су мен спиртті бөліп аламыз.
Төменгі қысымда метанолды синтездеудің технологиялық сызбанұсқасы:
Метанолды конверсиялау арқылы алу үшін құрамында H2 -67%, CO22%, CO2 бар синтез-газ қолданылған. Күкірт қосылыстарынан тазартылған синтез газ (1) компрессорда 5-9 МПа дейін қысылып, (3) мұздатқышта салқындап, конденсирленген суды бөлу үшін (4) бөлгішке түседі. Синтез-газ бөлгіштен өтіп циркуляциялық газбен (қысымы 2 МПа) араласып, адсорберге барады. Бұл жерде газ темір пентакарбинолдан тазаланып, екіге бөлінеді. Газдың бір бөлігін (8) жылуалмастырғышта жылытып, (6) реактордың жоғары жағынан кіргізеді, ал екінші бөлігін температураны реттеу үшін катализаторлардың арасынан енгізеді. Реактордан өткен қоспа 3000С температурада тағы да екіге бөлінеді. Бір бөлігі (8) жылуалмастырғыштан өтіп синтез газды жылытады, ал екінші бөлігі жоғары қысымды бу өндіретін (9) утилизаторқазан арқылы өтеді. Бұдан соң екі бөлінген газ қосылып, (7) мұздатқышта салқындап жоғары қысымды (10) бөлгішке барады. Бұл жерде спирт конденсаты циркуляциялық газдан бөлінеді. Циркуляциялық газ (2) компрессорда 2 МПа-ға дейін қысылып қайтадан циклдің басына қайтарылып, синтезге түседі. (11) дрюсселде шикі-метанолдың қысымы атмосфералыққа дейін түсіп, (12) жинағыш арқылы ректификацияға барады. Конденсат негізінен шикі-метанол (13) ректификациялық колоннаға барып, оның жоғары жағынан (5) реакция бойынша диметилэфирі бөлінеді де, төменгі жағынан кубтық сұйық (14) колоннаға барады. Бұдан жоғары жағынан метанол, төменгі жағынан (І) реакция бойынша түзілетін жоғары спирт бөлінеді. Бұл сызба-нұсаның артықшылығы таза метанол алынып жəне жанама реакцияларда бөлінетін өнімдерді де бөліп алады. Метанолдың жалпы шығымы – 95%, тазалығы – 99,95%.
Қазақстандағы өндіріс: жоқ. сингапурлық westgasoil компаниясының метанол мен олефин өндіру жөніндегі жобасы болды. Жоба бойынша инвестиция көлемі 1 млрд 800 млн АҚШ долларын құрайды. Зауыттың қуаттылығы – жылына 300 мың тонна метанол және 600 мың тонна олефин.
Медицинада қолданылуы: Метанол (метил спирті) химиялық қасиеттеріне байланысты химиялық және фармацевтикалық өнеркәсіпте белсенді қолданылады: антифриздердің құрамдас бөлігі ретінде; бензинге қоспа ретінде; сұйық отын ретінде; еріткіш.
14. Этил спиртін алудың өнеркәсіптік әдістері. Этил спиртінің медицинада қолданылуы.
Этил спирті (этанол) -78,3 C-та қайнайды. Ауамен (30% С2Н5ОН бу күйінде) араласқанда қопарылғыш қоспаға айналады. Суда жақсы ериді жəне онымен 95,6 % этил спирті азеотропты қоспа түзеді. Азеотропты қоспа-бұл екі немесе одан да көп сұйықтықтың бөлінбейтін қоспасы. Азеотроп сұйықтықтарының әрқайсысы тұрақты атмосфералық қысым кезінде бу мен конденсатты өзі сияқты құрайды.
Этил спиртінің қолданылуы: Этанол тамақ, медицина жəне каучук өндірісінде кеңінен қолданылады, сонымен қатар ракетаның сұйық отынының, антифриздің т.б. компоненттерінің бірі. Этанол, əсіресе, органикалық синтезде өте көп мөлшерде еріткіш ретінде жəне жартылай шикізат ретінде, мысалы, күрделі эфирлерді, хлороформды, ацетальдегидті, сірке қышқылын бутадиенді жəне басқа өнімдерді өндіруде пайдаланылады. ҚР Фармакопеяда 95-90-70 проценттік спирт қолданылады. 70 проценттік түрі дезинфекция құралдарында пайдалыналады, өйткені теріге тез сінеді. 95 проценттік түрі экстрагент ретінде
Этил спиртін алу әдістері:
1. этил спиртін ағашты гидролиздеу арқылы жəне тамақтық шикізаттан алу. Оған мысал ретінде крахмалдың спиртті ашуы жатқызылады. Крахмал-мальтоза (дисахарид)-глюкоза(мономер)- анаэробты ашу- спирт. Бахус спирт зауытында осылайша алкоголь алынады.
2. Тікелей гидраттау арқылы. Жалпы алғанда қанықпаған көмірсутектерді гидраттағанда бір атомды спирттер түзіледі. CnH2n +H2O - CnH2n+1OH
В. В. Марковников ережесі бойныша: гидраттау үрдісінде сутек атомы ең көп гидрогендеген, ал гидроксил ең аз гидрогенденген көміртек атомына қосылады. Сондықтан этиленнен басқа олефиндер екінші ретті немесе үшінші ретті спирттер түзіледі,
Этилен гидратацияланғанда бір атомды этил спиртін алуға болады:
CH2 = CH2 + H2O - CH3-CH2OH + Q .
Тікелей гидраттау – катализатор қатысымен этиленмен судың тура қосылуына негізделген. Этиленді тікелей гидраттау үрдісі 280-300 С температурада, 7-8 МПа қысымда жүреді. Катализатор ретінде ортофосфор қышқылы сіңірілген кизельгур, силикогель, алюмосиликат қолданылады. Ле-Шателье принципі бойынша спирттің шығымы қысымның артуымен, температураның төмендеуімен артады.
Оптималды параметрлер: H2O:С2Н4 = 0,6:1; газ-бу қоспасының көлемдік жылдамдығы 1800-2500 сағ-1. Бір циклдегі этиленнің конверсиялану дəрежесі 4-5%-дан аспайды. Сондықтан үдерісіт циклді технологиялық сызбанұсқамен жүргізеді. Реакцияға түспеген этиленді циклге қайта жіберіледі.
Технологиялық сызбанұсқасы:
Этилен циркуляция газы (реакцияға түспеген этилен) жəне бумен араласып, (1) жылу алмастырғышқа келіп, одан соң құбыр пешінде (2) 280 С-ға дейін қыздырылып, контакт аппаратына (3) келеді. Контакт аппаратында катализатордан сүзіліп өтіп, бу күйіндегі этил спиртін түзеді. 0,6:1 5 проценттік этанол түзіледі.Катализатор ретінде ортофосфор қышқылы сіңірілген алюмосиликат болады. Жанама өнім ретінде- этилен, су болады. Контакт аппаратынан (3) шыққан бу-газ қоспасы (1) экзотермиялық реакция болғандықтан, жылу алмастырғышқа жіберіліп салқындайды. Коденсацияланған су жəне спирт (4) жинақтағышта газдан бөлінген шикі-спирт (5% CH3 -CH2 OH) тазартуға жіберіледі. Реакцияға түспеген этилен тоңазытқыштан (5) өтіп, этанолды этиленнен толық бөліп алу үшін (6) қондырмалы колоннада сумен жуылады, жуынды шикі-спиртке қосылып, тазартуға жіберіледі. Реакцияға түспеген этилен жаңа келген этиленмен қосылып, шайып аламыз. Шайғаннан кейін, ректификаторлы колоннаға жібереміз. Қайнау температурасы бойынша спирт пен суды бөліп аламыз. 96 процентке дейін спирт ала аламыз. 96 проценттен жоғары спирт азеотропты қоспаға айналып кетеді.
3. Этиленді жанама гидраттау арқылы (этиленді күкірт қышқылының қатысуымен гидраттау). А. М. Бутлеров ашқан күкірт қышқылының қатысуымен гидраттау əдісі төрт сатыдан тұрады:
1. Этилен күкірт қышқылына адсорбцияланып күкірт қышқылды эфирдің түзілуі:
Диэтилсульфат пен этилсульфат түзіледі.
CH2 = CH2 + HOSO2OH == CH3-CH2OSO2OH
C2H5OSO3H + C2H4 ====(C2H5O)2SO2
2. Эфир гидролизденіп, спирттің түзілуі. Орташа температурада реакция қайтымсыз, бірақ қыздырғанда тепе- теңдік солға ығысады. Үрдістің оптималды температурасы 70-80 С. Күкірт қышқылы бөлінеді. 1 және 2 моль этил спирті түзіледі. Гидролиз кезінде температура 100-110 С, қысым 1МПа шамасында болу керек. Гидролиз уақыты, шамамен, 30 минут. Бір тонна спирт алу үшін абсорбцияға 2 т күкірт қышқылын, содан соң, 4 тонна 50%-ды сұйытылған күкірт қышқылымен буландыру керек.
C2H5OSO3H + H2O == C2H5OH + H2SO4
(C2H5O)SO2 + 2H2O === 2C2H5OH + H2SО4
3. спиртті бөлу және ректификациялау. Ректификаттау, ректификация — көп компонентті сұйықтық қоспасын жекеленген компонеттерге бөлу процесі.
4. күкірт қышқылын концентрлеу.
Технологиялық сызбанұсқасы:
1. 20 тарелкасы бар, әр тарелка арасында су құбырлары орналасқан адсорбер колоннасынан астыңғы жағынан этан-этилен фракциясын(құрамында 65 проценттік этилен болады) енгіземіз, ал жоғары жағынан 98 проценттік концентрлі күкірт қышқылын енгіземіз.Реакция 80 градуста жүреді.
2. Эфирлер жылуалмастырғышқа барады. Реакция экзотермиялық болғандықтан, шыққан энергияны жылуалмастырғышта 110 градус температурада жылу ретінде пайдаланамыз. Реакция 1-2 мпа жүреді.
3. Гидролизер. Гидролизерде 2 саты жүреді. Эфирлер гидролизге ұшырап, 1 және 2 моль этил спирттері, күкірт қышқылы түзіледі.
4. Бу колоннасы. Жоғары жағынан 110 градуста бу күйінде этил спиртінің буы шығады. Ал төменгі жағынан Жұмсалған күкірт қыщқылы сұйық күйінде шығарылады. Себебі, күкірт қышқылының қайнау температурасы 337 градус.
5. Нейтралдау колоннасы. Мұнда қышқылдан құтылу үшін сумен жуып аламыз, сосын сілті қосып нейтралдаймыз. Тұз және су түзіледі. Асты жағынан тұзды бөліп аламыз, ал жоғары жағынан спирт буын сыртқа шығарып, суынан айырып, 95-96 проценттік спирт аламыз.
Спирт буын жоғары жағынан бөліп аламыз.
Ректификациялау колоннасына жіберіп, қайта циркуляцияға жібереміз. Ректификациялау колоннасында қайнау температурасына байланысты спирт пен суды бөліп аламыз.
Этиленді тікелей гидраттау əдісімен этанол алу жанама əдіске қарағанда едəуір үнемді келеді
Ацетилен өндірісі және оны қайта өңдеу. Оның химия өнеркәсібінді қолданылуы.
Ацетилен – түссіз, таза күйінде аздап эфирдің иісі болатын газ. 83,8°С-та сұйыққа айналады және ауамен 2-11% мөлшерде, ал оттегімен 2,8-78% мөлшерде қопарылғыш қоспа түзеді.
Ацетиленді өндірудің бірнеше әдістері бар :
1. Карбидтен өндіру :
а ) дымқыл тәсілмен өндіру ;
б ) құрғақ тәсілмен өндіру .
Ацетиленді кальций карбидінің ыдырауы арқылы өндіру дымқыл және құрғақ тәсілдермен ацетилен генераторларында келесі реакция бойынша жүзеге асырылады :
CaC2+ H2О = C2H2 + Ca (OH )2 + 130 кДж
Ацетиленді карбидтен дымқыл тәсілмен өндіру
Дымқыл әдіспен « суға карбидті » принципі бойынша жұмыс істейтін генераторларда ұсақталған кальций карбиді көп мөлшерде суы бар генераторға біркелкі беріледі . Су карбидтің салмағына қатысты он есе мөлшерде алынады .
Кемшілігі : су көп мөлшерде жұмсалады және 70 % дейін извест суті түзіледі. Түзілген әк сүтін тасымалдау, утилизациялау қымбатқа түседі, экологияға зиян келтіреді.
Ацетиленді карбидтен құрғақ тәсілмен өндіру
«Суға карбидті» принципі бойынша жұмыс жасайтын генераторларда су тек реакцияның жүруіне қажетті мөлшерде ғана беріледі.
Сызбанұсқасы:
1. Қабылдағыш бункер: кальций карбиді қабылдағыш бункерге салынады.
2. Буферлі бункер - кальций карбиді шлюзді бекітпесі бар бункерден шнегі бар бункерге түседі. Шнекте кальций карбиді майдаланып, ұсақталады. Шнек – бұрандалы стержені бар құбыр.
3. Шнектен соң, генератордың жоғарғы сөресіне беріледі ( диаметрі 3-5 м , биіктігі 7,5 м , 11 сөре ) , оның құрылғысы механикалық сөре пештеріне ұксас . Судың қажетті мөлшерін жоғары сөреге шашыратқыш құрылғы береді және суланған кальций карбиді спираль бойымен жоғарыдан төменге қарай , сөрелердің ортасында және шетінде орналастырылған тесіктер арқылы қозғалады . Сөреден сөреге қарай қозғала отырып, 100°С-та кальций карбиді толығымен (98 %) ацетиленге және Са(ОН)2-ге айналады. Жүретін реакция: CaC2+ H2О = C2H2 + Ca (OH )2
4. Са(ОН)2 құрғақ ұнтақ түрінде араластырғышы бар генератордың конустык бөлігі арқылы шнекпен сыртқа шығарылады. Реакция нәтижесінде пайда болған ацетилен және су буы әк шаңымен скрубберге астыңғы жағынан беріледі, мұнда әк шаңынан сумен шашыратып жуылады және суытылады . Мұнда ацетилен 20-30 ° С - ға дейін суытылады , шаңынан тазартылады және ары карай фосфорсутек , кукіртсутектен және аммиактан тазартуға жіберіледі ( гипохлорит немесе натрий бихроматымен тазалайды ) .
5. Пайда болған әк сүті скруббердің төменгі бөлігінен тұндырышка үздіксіз шығарылады . Тұндырғыштың төменгі жағындағы шлам кәрізге шығарылады , ал сорғымен тазартылған су тоңазыткын аркылы кайтадан скрубберге жіберіледі.
Артықшылығы : карапайым әдіс, суды рециркуляциялай аламыз, Ca(OH)2 құрғақ ұнтақ күйінде шығарылады, 98%-дық ацетилен алынады.
Кемшілігі : құралының өте үлкен болуы , электр энергиясының жоғары шығыны ( 1 кг ацетилен алуға 10- 11квт/сағ )
2. Метаннан және оның гомологтарынан алу
Соңғы жылдары ацетиленді өндірісте көмірсутектен алады . Ацетилен парафиндерден эндотермиялық қайтымды реакциялар нәтижесінде алынады :
2CH4—1500C=C2Н2 + 3H2 - 376 кДж ( 1 ) 1200 ° C
C2H6 -----1200 ° C= С2Н2+ 2H2- 311 кДж ( 2 )
C3H8---1200 ° C=C2H2+ СН4 + Н2 - 255 кДж ( 3 )
Жанама реакция : CH4 =C + 2H2 - 88 кДж
Ацетиленнің шығымын арттырып , жанама реакцияларды азайтудың оптималды жағдайы : температура 1300 ° С - та төменгі қысым , үлкен көлемдік жылдамдык , Реакция аясында көмірсутектердің болу уақыты : 0,01-0,001сек . Ацетилен ыдырамау үшін онімді тез суыту керек .
Артықшылығы: тек метаннан емес, оның гомологтарынан (мысалы пропан, бутан,пентан және т.б.) ацетилен алуға болады.
3. Табиғи газдан және көмірсутек газдардан алу :
Электрокрекинг
Электрокрекинг реакторда жүзеге асырылады , онда доға электродтар арасында тұрақты ток арқылы жасалады . Бастапқы газ қоспасы жоғары жылдамдықпен артык кысымда болат қуыс цилиндр түрінде жасалған реактордың жоғарғы кеңейтілген бөлігіне енеді , электр доғасының аймагынан өтеді және одан анод болып табылатын тар құбыр арқылы шығады , құбыр сумен салқындатылып тұрады , сондықтан құбырдың аяқ жағында газ 600°С болады , оны су шашырату арқылы 150°С жылдам суытады . Реакторды іске қосу кезінде доғаны тұтату үшін іске қосу электроды колданылады.
Реактор аркылы бір өту барысында метанның конверсиясы 40-50 % құрайды .
Артықшылығы : табиғи газ кұрамындағы метан және гомологтарынан алуға , сондай - ақ олардың буларынан да алуға болады .
Кемшілігі: электр энергиясын өте көп қажет етеді.
Термототықтандыру (пиролиз)
Бұл процесс оттегінің қатысумен жүреді, экзотермиялық реакция. Бұдан бөлінген температура крекинг үрдісінің оптималды температурасын ұстап тұруға пайдаланылады. Термокрекингке керекті жылуды метанның бір бөлігін жағу арқылы аламыз: CH4+2O2 = CO2+2H2O+802кДж
Термототықтандыру крекингінің негізгі реакциясы:
CH4 + 0.5O2= CO+2H2+35кДж
2CH4= C2H2+3H2-381кДж
Сызбанұсқасы:
Термотықтыру крекингіне арналған пеш араластыру камерасынан, реакция камерасынан және блок оттығынан тұрады.
1. Пиролиз пеші - температура 1400°С шамасында болады. Метан-оттек қатынасы: 2:1,6. Екі газды жеке-жеке 400-600°С температурада қыздырып, үлкен көлемдік жылдамдықпен реакция жүретін камерасына жіберіледі.
2. Реакция камерасы - бұл жерде шамамен 0,003-0,006 секунд ғана болады. Крекинг өнімдерінің құрамында ацетиленнен басқа H2, күйе, CO болады.
Артықшылығы: Массасы 1т ацетилен C2H2 өндіргенде бөлініп шығатын сутектен 3-4т аммиак синтездеуге болады.
Кемшілігі: реакция камерасынан шыққан ацетиленді өте тез жылдамдықпен суытып үлгеру қажет.
Қазақстандағы ацетилен өндірісі:
«Ацетиленовая станция» ЖШС
Ацетиленнің химия өнеркәсібінде қолданылуы:
Химия өнеркәсібінде ацетилен өте қажет. Оны қолдану органикалық синтез өнімдерін алу процесінде осы затты қолданудан тұрады. Бұл синтетикалық резеңке, пластмасса, еріткіштер, сірке қышқылы және т. б.
"Карбид шамы" атауы жарық көзі ретінде жанып жатқан ацетилен ағынының ашық отты қолдануына байланысты. Ол, тиісінше, кальций карбидінің сумен әрекеттесуі нәтижесінде алынады.
Мұндай шамдар бұрын кең таралған. Оларды вагондарда, автомобильдерде және тіпті велосипедтерде көруге болады. Қазіргі уақытта карбид шамдары қуатты автономды шамға өте қажет болған жағдайда ғана қолданылады. Сонымен, спелеологтар оларды жиі қолданады. Алыстағы маяктар осындай шамдармен жабдықталған, өйткені жарықтандырудың бұл түрі электр желілерін жеткізуден гөрі тиімдірек. Мұндай шамдарды алыс қашықтықтағы кемелерде қолдану өте кең таралған.
Медицинада қолданылуын айтатын болсақ, жалпы анестезия алкиндерді қолдануды қамтиды. Ацетилен-ингаляциялық анестезия кезінде қолданылатын газдардың бірі. Бірақ оның осы салада кеңінен қолданылуы бұрын болған жайт. Қазір анестезияның заманауи және қауіпсіз әдістері пайда болды.
ЖМҚ туралы жалпы мәліметтер.ЖМҚ класификациясы,қасиеттері ,алу әдістері.Медицинада қолданылуы
Жоғары молекулалық қосылыстар – полимерлер өзара байланысқан молекулалары жүздеген жəне мыңдаған атомдардан тұратын органикалық қосылыстардың ерекше класы. Мұндай молекулаларды макромолекула деп атайды. Полимердің макромолекулаларының ұзындығы бірдей емес, осыдан бұл қосылыстар молекулалық массалары əртүрлі макромолекулалардың қоспасы болып табылады. Мұндай қосылыстардың молекулалық массаларын орташа молекулалық массамен сипаттайды, ал олардың біркелкі еместігін молекулалық масса бойынша полидиспрестілік деп атайды. Жоғары молекулалы қосылыстардың маркомолекуласының өлшемі полимерлену дəрежесіне(n), яғни макромолекулада өзара химиялық байланыспен қосылған
маномерлердің элементарлы тізбектің санына тəуелді. Полимердің молекулалық массасы (М) полимерлену дəрежесіне байланысты
болғандықтан: M=nm арақатынасымен өрнектеледі: Мұндағы, m – элементарлы тізбектің молекулалық массасы.
ЖМҚ қасиеттері:өте қиын ериді,полимер молекулаларының мөлшері неғұрлым көп болса, балқу температурасы соғұрлым жоғары болады. Көп жағдайларда полимерлердің еруі өте баяу жүреді және көбінесе ісіну пайда болады, оның барысында еріткіш молекулалары еритін полимердің массасына енеді. Алынған ерітінділер, төмен төмен концентрацияда да, жоғары тұтқырлыққа ие.
Полимер ерітіндісінің тұтқырлығын анықтау үшін берілген тұрақты температурада вискозиметр капилляры арқылы еріткіш пен ерітіндінің t0 және t бірдей көлемінің ағу мерзімі өлшенеді.
Ерітіндінің концентрациясы әдетте г/100мл түрінде беріледі.
η=t0/t ηуд=τ0-τ /τ0 [η]=lim ηуд/C
Тұтқырлықтың молекулалық массаға тәуелділігін Марк-Хувин теңдеуімен өрнектейді: [η]=KMα
ЖМҚ классификациясы:
Пайда болу тегіне байланысты
Табиғи (целлюлоза, белок, табиғи каучук, нуклеин қышқылы және т.б. жатады)
Синтетикалық (синтектикалық каучуктар, шайырлар, талшықтар және т.б.)
Химиялық модифицирленген (целлюлоза эфирлері) деп бөлінеді.
Макромолекуланың басты тізбегінің химиялық құрамына байланысты:
Карботізбекті полимерлер – элементарлы тізбекте жəне макромолекуланың звеносындағы атомдарында бір көміртек-көміртек типті қосылыстардың болуы. Карботізбекті полимерлерге табиғи каучук, синтетикалық жоғары молекулалы қанықпаған, қаныққан жəне ароматты көмірсутектер жəне
т.б. жатады.
Гетеротізбекті полимерлер – көміртек-көміртек типті байланыстармен қатар көміртек-оттек, көміртек-азот жəне т.б. байланыстардың болуы. Бұл қосылыстарға табиғи каучуктен басқа барлық маңызды табиғи полимерлер (белоктар, полисахаридтер, лигнин жəне т.б.), көптеген синтетикалық жолмен алынған полмерлер (полиамидтер, полиэфирлер, полиуретандар жəне т.б.) жатады.
Элементорганикалық жоғары молекулалық қосылыстарға көміртек-элемент (титан, қалайы, алюминий, бор, кремний жəне т.б.) химиялық байланысы бар қосылыстар жатады. Бұл топтың ішінде кең тарағаны кремнийорганикалық полимерлер – негізгі тізбекті бейорганикалық атомдар, ал бүйір тізбекті органикалық радикалдар құрайды.
Жоғары молекулалық қосылыстар жылудың əсеріне қатысты:
Термопластикалық полимерлер- көп рет балқытқанда жəне салқындатқанда өзінің балқымалылығын жəне ерігіштігін жоғалтпайтын қосылыстар.
Термореактивті полимерлер- қыздырғанда кеңістіктік, торлы құрылымдар түзетін жəне осы кезде балқитын немесе еритін қабілетін жоғалтатын қосылыстар.
Жоғары молекулалық қосылыстар алыну тəсіліне байланысты:
Полимерленген қосылыстар, яғни полимерлену реакциясы бойынша
алынған қосылыстар (полиэтилен, полипропилен, солистирол жəне
т.б.)
Поликонденсацияланған қосылыстар – поликонденсация реакциясы бойынша алынған қосылыстар (полиамидтер, полисилоксандар,феноло- жəне карбомиформоальдегидті қосылыстар жəне т.б.) деп бөлінеді.
ЖМҚ алу әдістері:
n – полимерлену дəрежесі;
(A)n – n мономер молекуласының звеносынан тұратын полимердің
молекуласы.
Мысал ретінде этиленнен полиэтилен алынуын айтсақ болады:
n CH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n
Сополимерлену – химиялық құрамы бойынша ерекшеленетін екі немесе оданда көп мономерлердің бірге полимерлену үрдісі. Сополимерлену полимерленуге қарағанда күрделі үрдіс, өйткені бұл кезде əрбір мономердің басқа мономердің активтілігіне əсері байқалады. Сополимерлену үрдісінің ерекшеліктері:
- құрылысы жақын мономер молекулалырының арасында сополимерлену жеңіл жүреді;
- бірқатар мономерлер полимер түзуге қабілетті емес, бірақ құрамы басқа мономерлермен жеңіл сополимерленуі мүмкін.
Жоғары молекулалық қосылыстар ерітінділері фармацевтикалық тәжірибеде кеңінен қолданылады. Олар дәрі ретінде де (поливинилпирролидон ерітіндісі, крахмал пастасы, желатин ерітіндісі және гидролизаты), сонымен қатар қосымша заттар - Қоюландырғыштар, пленка түзгіштер, пролонгаторлар ретінде қолданылады.
Еріткішке жақындығына байланысты ЖМҚ (полимерлер):
* шынайы ерітінділер;
* коллоидты ерітінділер түзуге қабілетті.
Зақымдалған адамның тіндері мен мүшелерінінің орнына, буындар, жасанды тамырлар және басқа да өнімдер жоғары молекулалық қосылыстардан жасалады. Сонымен қатар, хирургиялық жіптер полиамидтерден, ал жасанды жүрек камералары полиуретандардан жасалады.
ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ ӨНДІРІС: Атырауда полимерлік өнім шығаратын алғашқы қазақстандық зауыт – Polymer Production салынды. Бұл әзірге арнайы экономикалық аймақ (АЭА) аумағындағы жалғыз жұмыс істеп тұрған кәсіпорын. Зауыт 14 айда салынып, іске қосылды және қазір өндірістік қуаттылықтың 50% - на дейін іске асыруда.
Полиэтилен өндірісі:
Полиэтилен этиленді тізбекті полимеризациялау əдісімен алынады: nCH2=CH2 → -(CH2-CH2)-n
Полимерлеуге қолданылатын этиленнің тазалығы өте жоғары болуы қажет - 99,99% . Құрамында қоспа болса, тізбек үзіліп молекулалық массасы төмендейді.
Өндірісте полиэтиленді үш түрлі əдіспен алады:
1. Комплексті төртхлорлы титан TiCl4, үшэтилалюминий Al(C2H5)3
катализаторы қатысында 0,5-0,8МПа төмен қысымда 70-800С температурада этиленді полимерлеп алады.
2. Хром, ванадий жəне т.б. катализатордың қатысуымен 130-1700С температурада 3,5-4,0МПа қысымда еріткіш қатысуымен полимерлеп алады.
3. Жоғары қысымда (130-250МПа) 200-2700С температурада аз мөлшерде оттектің (0,005-0,05) немесе сутектің асқын тотығының қатысуымен полимерленеді.
Төмен қысымда алынған полиэтилен сызықтық құрылымға ие, молекулалық салмағы 70 000-ға дейін және балқу температурасы тармақталған құрылымы бар жоғары қысымды полиэтиленге қарағанда 20оС жоғары.
Жоғары қысымда полиэтилен алынатын қондырғының сызбанұсқасы:
Тазартылған этилен компрессорда (1) 25МПа қысымға дейін сығылады да, майдан тазартылғанан кейін 15 МПа қысыммен сығылады. Қысым неғұрлым үлкейген сайын полимерлеу жылдамдығы жоғарылайды. Этилен майтазартқыштан өтіп реакторға (3) келеді. Реактордың жоғарғы жағында этилен реакция температурасына 2000С дейін қызады, ал төменгі жағында полимерлену жүреді (1000С). Құрылғы ішкі диаметрі 25 мм-ге дейін қалың қабырғалы көлбеу орналасқан құбырлар жүйесін білдіреді, ұзын (300-400 м) змеевик пішінді.
Сумен қыздырылып, сумен салқындатылады. Полиэтилен реакцияласпаған этиленмен бірге редукторлар жүйесі арқылы сеператордан (4) өтіп, қабылдағыш (5) келіп, қысым төмендеп,
полиэтилен мен этилен бөлінеді. Этилен ұстағышта (6) жуылып,
қайтадан полимерленуге кетеді. Қабылдағыштан (5) полимер балқыған күйінде тұрақтануға, боялуға жəне ұсатуға жіберіледі.
Этиленнің конверсиялану дəрежесі бір айналғанда 8-12%-ға бірнеше
рет газ циркуляцияланғанда 95-97 %-ға дейін жетеді.
Кемшілігі: Реактордың өте үлкен болуы.
Этиленді полимерлеу құбырлы және автоклавты реакторларда жүргізіледі. Өнеркәсіпте екі типтегі реакторлар кеңінен қолданылады: ЖҚПЭ шамамен 55% құбырлы реакторларда, шамамен 45% автоклавтарда болады. Құбырлы реактор құрылымдық түрде "құбырдағы құбыр" типті аппарат болып табылады.
Жоғары қысымда этиленді полимерлеуге арналған араластырғышы бар реактор -бұл қабырға қалыңдығы 125-150 мм, ұзындығы 5-6 м болатын қалың қабырғалы ыдыс. Мұндай құрылғыда этиленнің полиэтиленге конверсиясы толығырақ жүреді.
Кемшілігі: араластырғыштың тоқтап қалуы процестің толық бұзылуына әкеледі, тіпті жарылысқа дейін алып келуі мүмкін.
Химиялық талшықтар өндірісі:
Шығу тегіне байланысты талшық табиғи, химиялық болып екіге бөлінеді.
Табиғи талшық: органикалық жəне бейорганикалық болып бөлінеді. Органикалық талшыққа өсімдіктен алынатын (мақта, сығыр, кендір кенеп жəне т.б.) талшықтар, ал бейорганикалық табиғи талшыққа асбест жатады.
Химиялық талшықтар жасанды жəне синтетикалық болып
бөлінеді. Табиғи полимерлерді қайта өңдеп талшықтарды жасанды талшықтар, ал синтетикалық полимерлерден алынғандарын синтетикалық талшықтар деп атайды.
Жасанды талшықтар алу үшін табиғи полимер ретінде целлюлоза немесе мақтаны жинап алғаннан кейін қалатын мақта мамығы қолданылады.
Полимерді балқыту немесе еріту арқылы алуға болады. Бірақ
полимерді балқытуға болмайды, өйткені ол қыздырғанда ыдырайды. Демек, оны еріту мүмкіншіліктерін қарастыру керек. Еріту үшін целлюлозаны химиялық əдістермен өңдеу керек.
Химиялық талшықтарды өндірудің негізгі схемасы бастапқы шикізатқа қарамастан төрт сатыдан тұрады:
- Молекулалық салмағы 15000 нан 100000 ға дейін болуы;
- Полимердің таза болуы.
Қазақстанда атырау қаласындағы химиялық зауыт түйіршікті полиэтилен өндіреді.Қостанайда химиялық талшық(жанбайтын талшық) шығаратын зауыт орналасқан. " Химволокно" ЖШС
Антибиотиктер туралы жалпы мәліметтер. Антибиотиктердің жіктелуі. Алынуы.
Антибиотиктер- микроорганизмдердің өсуін, көбеюін тежейтін немесе тоқтататын микробтар, өсімдіктер мен жануарлар клеткасынан алынатын органикалық зат.
Антибиотиктер төменгі молекуларлы қосылыс оның құрамына көміртегі-оттегі және сутегінен басқа азот (1 немесе 2 амин тобы түрінде) және 1 немесе 2 карбоксильді топтар енеді. Антибиотиктер микробтар мен кейбір қатерлі ісікке әсер етіп, олардың дамуын тежейді немесе жойып жібереді.
Антибиотиктер туралы ғылымның негізін қалап, алғаш көгерткіш саңырауқұлақтан пенициллин алған (1929) ағылшын ғалымы А.Флеминг болды.
Антибиотиктердің бірнеше жүздеген түрі бар, бірақ олардың бәрі бірдей медицинада қолданыла бермейді. Антибиотиктер шығу тегі, хим. құрамы, микробтарға әсер ету механизмі т.б. қасиеттері бойынша жіктеледі.
Антибиотиктерді әсер ету механизміне байланысты 4 топқа бөледі.
Антибиотиктерді микроорганизмдерге әсерінің түріне байланысты екі топқа бөледі.
1.Бактерицидтік- микроорганизмдердің өлуіне әкеледі, әсерінің ерекшелігі болмайды, микробтардың барлық түрлеріне әсер етеді: бетта-лактамды антибиотиктер, аминогликозидтер.
2.Бактеристатикалық- микроорганизмдердің ұрпақтануын тежейді, бір белгілі микроорганизмнің түріне ғана әсері бағытталған: тетракциклиндер, левомициндер.
Антибиотиктердің алудың әдістері. Антибиотиктерді алудың бірнеше әдістері бар:
Антибиотиктердің өнеркәсіптік алудың негізгі кезеңдері
1.Антибиотиктердің биосинтез кезеңдері (түзілуі).Бұл антибиотикалық зат алудың күрделі процесінің негізгі биологиялық кезеңі.Осы кезеңдегі басты міндет өндірушінің дамуы мен антибиотиктің максималды мүмкін биосинтезі үшін оңтайлы жағдайлар жасау.
2.Қоректік сұйықтықты, микроорганизмнің жасушаларын алдын алуөңдеу кезеңдері және сүзу.Кезеңнің тиімділігі көбіне антибиотик өндірушінің өсіруге арналған ортаның құрамымен, оның өсу сипатымен, биологиялық белсенді заттың негізгі қор жиналу орнымен анықталады.
3.Антибиотиктерпді оқшаулау және тазарту кезеңі.Бұл кезеңде антибиотиктердің қасиеттеріне ,оның химиялық құрамына және антибиотик заттың негізгі жинақталатын орнына байланысты оқшаулау мен тазартудың әр түрлі әдістері қолданылады.Негізгі әдістер экстракция ,тұндыру,буландыру кептіру жатады.
4.Дайын өнімді алу кезеңдері,дәрілік формаларды,орауыштарды дайындау.Бұл кезеңнің ерекшелігі соңғы өнімге қалатын өте жоғары сапа талаптарымен анықталады.Инъекцияға арналған антибиотиктер шыққан жағдайда ,препараттар стирельді болуы керек.
Антибиотктер биосинтезінің принципиалды сызба нұсқасы
Микробиологиялық синтез дақылдандыру ортасын дайындаумен басталады.Субстарант микроорганизмдерді жақсы өсіру керек,арзан және тиімді болуы керек.Қоректік ортаны алдымен биорекаторларда ылғалды бумен қысым қолданып стерилизациялайды.Сол мезгілдеғ егілетін материал да дайындалады,продуцент штамның таза дақыл колбада және тәжірбие өндірістік ферменттерде біртіндеп көбейтіледі.
Келесі кезең 7-10 тәлік бойы аэробты.ферментерда жүреді.Ферментация кезінде температура,PH қадағаланып отырады,дақылдық орта тұрақты араластырып отырады,көбікті басу үшін химиялық және механикалық тәсілдер қолданылады.Антибиотиктерді бөліп алу тазалау барысында экстракция,иондық алмасу,тұнбалау т.б. әдістер қолданылады.
1.Биомассаның жеткілікті мөлшерін жинақтау микроорганизмдердің өсуіне арналған ортада өсірілген.Бұл кезең ол тез ағып кетуі керек.Ал орта қоректік және арзан болуы керек.
2.Антибиотиктің белсенді синтезі .Бұл кезеңде ашыту өнімді ортада жүзеге асырылады.Атибиотиктер қайталама метаболитткрі болғандықтан ,олардың биосинтезі өсу фазасында емес,сатционарлық фазада жүреді.Көбею мен белсенді өсуді тежейтін кез-келеген механизмдер антибиотиктердің пайда болу процесін белсендіреді.
Қазақстанда жоғары әлемдік стандарттарға сәйкес келетін антибиотиктердің өзіндік өндірісі бар: бірнеше жылдан бері Шымкентте Santo зауытында цефтриаксонның генерикалық препараты шығарылады. Мұндай дәрі – дәрмектерді ішкі нарықта өндірудің болуы-бұл сапа мен қауіпсіздік мәселесі.
Амин қышқылдарының өндірісі. Амин қышқылдарының жіктелуі және олардың негізгі қасиеттері. Олардың медицинада қолданылуы.
Аминқышқылдар (аминкарбондық қышқылдар, АМҚ) - молекуласында амин (~NH2) және карбоксил (-СООН) топтары бар органикалық қосылыстар
Амин қышқылдарының жіктелуі
Амин қышқылдары құрылысы бойынша үш топқа бөлінеді:
1. Ациклді; Ациклді амин қышқылдары карбоксил – СООН және амин −NH2 топтарының санына қарай бөлінеді:
-Моноаминкарбон қышқылдары: аланин СН3СН(NH2)СООН – барлық ақуыздар құрамына кіреді.
-Моноаминдикарбон қышқылдары: аспарагин қышқылы НООССН2СН(NH2)СООН – аминянтар қышқылы, ақуыз гидролизі нәтижесінде түзіледі. Табиғатта аспарагин қышқылының амиді кездеседі –
NH2СОСН2СН(NH2)СООН.
- Диаминмонокарбон қышқылдары: Н2N(СН2)4СН(NH2)СООН – лизин, кейбір балық уылдырығының құрамында кездеседі, күшті негіз, ауыстырылмайтын амин қышқылдарына жатады. Оны синтетикалық жолмен капролактамнан және биохимиялық әдіспен алады.
2. Карбоциклді;
3. Гетероциклді.
Амин қышқылдарының физикалық қасиеті: Аминқышқылдары түссіз кристалл заттар. Олардың көбі суда жақсы ериді және80%- этанол ерітіндісінде ериді.Олардың көбі тәтті дәмді болып келеді.
Амин қышқылдарының Химиялық қасиеті:Амин қышқылдарының құрамында негіздік амин және қышқылды карбоксил топтары болғандықтан, олар амфотерлік қасиет көрсетеді.
Амин қышқылдарының алу әдістері:
1) құрамында белок бар табиғи шикізаттың гидролизі;
2) химиялық синтез;
3) микробиологиялық синтез;
4) микроорганизмдер немесе олардан бөлінген ферменттер көмегімен аминқышқылдарының ізашарларын биотрансформациялаумен (химиялық-микробиологиялық әдіс) қамтамасыз етіледі.
Көбінесе ақуыздың терең гидролизін қамтамасыз ететін тұз қышқылының 20% ерітіндісі қолданылады.
Ақуыз гидролизінің реакциясын тездету үшін иммобилизацияланған протеолитикалық ферменттер мен ион алмастырғыш шайырлар қолданылады.
Гидролизге арналған шикізат көздері ретінде:
ет өңдеу өнеркәсібінің қалдықтары
(мал шикізатын өңдеу қалдықтары, қан және т. б.)),
жұмыртқа ақтығы,
казеин сүті,
бидай дәні,
соя тағамдары және т. б.
Гидролизаттан жеке аминқышқылдарын оқшаулау үшін күрделі көп сатылы тазарту жүргізіледі, оның ішінде:
бөлу ортасын бейтараптандыру,
ионалмасқан хроматография,
аффиндік хроматография,
Амин қышқылдарын концентрациялау,
кейіннен өлшеп-ораумен ақ лиофилизациясы.
Алайда, ақуыздардың қышқыл гидролизі кезінде олардың кейбір құраушы аминқышқылдарының рацемизациясы және жойылуы орын алады. Қышқыл гидролизімен триптофан толығымен жойылады және цистеин, метионин және тирозин 10 — 30%-тей айтарлықтай жоғалады.
Гидролиз кезінде аминқышқылдарының жоғалуын азайтудың ең жақсы тәсілі-оны вакуумда немесе инертті газ атмосферасында жүргізу, сонымен қатар гидролиз үшін алынған қышқыл мөлшері мен ақуыз массасының жоғары арақатынасын сақтау қажет (200:1).
Бұл әдістің негізгі кемшіліктері:
Бөлу және тазарту процесінің күрделілігі,
Сонымен қатар, шикізаттың өзі тапшы және қымбат деп саналады, сондықтан аминқышқылдарының өзіндік құны жоғары.
Аминқышқылдарының бір бөлігі ыдырауы мүмкін (мысалы, триптофан, цистеин, метионин, тирозин),
Рацемизация жүреді. Рацемизация- екі оптикалық активті заттың коспасы болуы.
Артықшылығы:
Көптеген басқа биотехнологиялық өндірістерге тән гидролиз кезінде шикізатты ұтымды пайдалану қалдықсыз технологиялардың құрылуын қамтамасыз етеді және қоршаған ортаны сауықтыруға ықпал етеді. Бұрын гидролиз әдісімен аминқышқылдары тек фармацевтикалық және ғылыми мақсаттар үшін алынған. Жақында ақуыз гидролизаттарын қолдану аясы едәуір кеңейді. Олар медицинада, мал шаруашылығында, тамақ және микробиологиялық өнеркәсіпте қолданылады.
Химиялық әдіс:
Амин қышқылдарының химиялық синтезі өндіріс көлемі бойынша екінші орында (шамамен 30%).
Химиялық синтездің негізгі кемшіліктері:
1. D - және L-изомерлерден тұратын аминқышқылдарының қоспасын алу (тек L-изомерлер адам мен жануарлар ағзасында биологиялық белсенділікке ие).
Кейбір d изомерлері адамдар мен жануарларға улы.
Осыған байланысты ерекшелік ретінде метионин болып табылады, онда D-және L-изомерлері биологиялық белсенді болып табылады, осыған байланысты бұл амин қышқылы негізінен химиялық синтез арқылы өндіріледі. Басқа аминқышқылдарының рацематтарын бөлу қымбат және өте көп уақытты қажет ететін процедура.
2. Аминқышқылдарының өндірісі шикізат ретінде қымбат жабдықтар мен агрессивті улы қосылыстарды қолданумен байланысты.
3. Процесс, әдетте, жоғары температурада жүреді,
4. Қымбат катализаторларды қажет етеді,
5. Улы жанама өнімдер түзіледі,
6. Қоршаған ортаны ластайды,
7. Қызметкерлер үшін қауіпті және зиянды.
Микробиологиялық синтез:
Барлық өндірілген таза амин қышқылы препараттарының 60% - дан астамы микробиологиялық синтез арқылы алынады.
Аминқышқылдарын өндірудің бұл әдісі аминқышқылдарының биосинтезін жоғары белсенді штамдармен-өндірушілермен және әртүрлі тауарлық формаларды алу бойынша технологиялық операциялармен қамтиды.
Микробиологиялық синтезде тек L-аминқышқылдары түзіледі.
Көбінесе ауксотрофты мутантты штамдар аминқышқылдарының синтезі үшін қолданылады.
Микроорганизмдерді культивациялау негізінде аминқышқылдарының таза препараттарын алу үшін аминқышқылдарының бір және екі сатылы синтезін қамтитын өнеркәсіптік технологиялар қолданылады.
Өнеркәсіптік культиваторларда бір сатылы синтезде аминқышқылдарының суперөнімдері болып табылатын ауксотрофты реттеуші мутанттар өсіріледі.
Оларды өсірудің жұмыс циклі аяқталғаннан кейін:
амин қышқылының прекурсорын алынады (көбінесе арзан химиялық синтез),
микроорганизмдер шығаратын ферменттердің көмегімен прекурсорды амин қышқылына айналдырады, тек L-изомерлері түзіледі.
Микроағзалар жасушаларының суспензиясы немесе осы жасушалар бұзылғаннан кейін алынған ферменттік ерітінді ферменттің көзі ретінде пайдаланылуы мүмкін.
Бұл әдіс барлық дерлік аминқышқылдарын шығара алады, бірақ прекурсорлы қышқылдардың қымбаттығы мен күрделілігіне байланысты бұл әдіс әрдайым үнемді бола бермейді және көп жағдайда тікелей микробиологиялық синтез әдісінен аминқышқылдары алу арзанырақ болады.
микроорганизмдер немесе олардан бөлінген ферменттер көмегімен аминқышқылдарының ізашарларын биотрансформациялаумен (химиялық-микробиологиялық әдіс) қамтамасыз етіледі.
Осы әдіс бойынша аминқышқылдарын алу процесі амин қышқылының прекурсорын синтездеуден және одан кейін бөлінген ферменттерді немесе микроорганизмдерді қолдана отырып, мақсатты амин қышқылына айналудан тұрады.
Аминқышқылдарын өндірудің микробиологиялық әдістері
Лизин өндірісі. Лизиннің мөлшері бойынша дәнді дақылдардың ақуыздары ең аз теңдестірілген, олардың жетіспеушілігі 20-дан 50% - ға дейін.
Микроорганизмдер жасушаларында лизин аспарт қышқылынан синтезделеді және үш аминқышқылына — лизинге, метионинге және треонинге ортақ биосинтездің тармақталған метаболикалық жолының соңғы өнімі ретінде қызмет етеді .
Лизиннің жоғары тазартылған препараттары катеонитте ион алмасу хроматографиясы әдісімен культуралық сұйықтық фильтратын фракциялағаннан кейін алынады. Осы мақсатта лизин катион пішініне ауыстырылады:
Бұл процесс үшін сүзінді рН 1,6—2,0 (рН < рК,) дейін тұз қышқылымен өңделеді. Екі оң зарядталған ионогенді топтамаға ие бола отырып, лизин барлық басқа катиондар шыққаннан кейін 0,5 — 5% аммоний гидроксиді ерітіндісімен жеке қосылыс түрінде шайырға қатты сіңіріледі және одан элюацияланады. Элюат вакуумда 60 °С температурада шоғырландырылады, монохлоргидрат пішініне ауыстырылады, содан кейін кептіріледі және қайта кристалдану арқылы қосымша тазартылады. Нәтижесінде 97 — 98% тазалықтағы кристалды лизин препараттары алынады, олар тамақ өнімдерінің тағамдық құндылығын арттыру үшін және медицина өнеркәсібінде қолданылады.
Метионин, маңызды қышқыл, құрамында басқа қосылыстарға берілуі мүмкін жылжымалы метил тобы бар. Осының арқасында ол холин, фосфолипидтер синтезіне, В12 витаминдері мен фолий қышқылының алмасуына қатысады. Ақуыз биосинтезінің реакцияларында метионин қоздырғыш амин қышқылы болып табылады. Ол бауырдағы токсиндерді залалсыздандыру процестеріне қатысады.
Метионин ("Ациметион") және оның белсенді туындылары ("гептрал "препаратының құрамындағы" адеметионин " заты ретінде) бауырдың әртүрлі ауруларының алдын алу және емдеу үшін бауырдың уытты зақымдануы кезінде, атеросклероз кезінде және нейротрансмиттердің синтезін жақсарту үшін антидепрессант ретінде майдың жиналуына кедергі келтіретін липотропты фактор ретінде қолданылады.
Глутамин қышқылы-бұл жүйке жүйесінің ингибиторлық медиаторы болып табылатын гамма-аминобутир қышқылының (GABA) прекурсоры. Глутамин қышқылының өзі сонымен қатар орталық жүйке жүйесінің синапстарында қозудың таралуын ынталандыратын нейротрансмиттер болып табылады. Сонымен қатар, глутамат аммиакты бейтараптандыруға, пурин мен пиримидин негіздерінің синтезіне қатысады, спорттық медицинада белсенді қолданылатын басқа аминқышқылдарының алмасуында жетекші рөл атқарады. Организмнің глутамин қышқылына деген қажеттілігі басқа аминқышқылдарының қажеттілігінен бірнеше есе жоғары.
Глицин болып табылады медиатор ОЖЖ-не тежегіш әрекеті. Ми тіндеріндегі метаболизмді жақсартады. Тыныштандыратын әсері бар. Ұйқыны қалыпқа келтіреді, тітіркенуді, депрессияны азайтады.
Цистеин көз линзасының метаболизміне қатысады. Көбінесе линзаның бұзылуы цистеиннің жетіспеушілігімен байланысты, сондықтан цистеин катарактаның бастапқы кезеңдерінде қолданылады.
Глутамин қышқылының, цистеиннің және глициннің кешенді препараты "Вицеин" көз тамшылары түрінде қолданылады.
Гистидин-шартты түрде маңызды амин қышқылы. Гепатит, асқазан және он екі елі ішек жараларын емдеуде қолданылады. Организмде гистидин гистамин медиаторына айналады.
Церебролизин-құрамында төмен молекулалы пептидтер (15%) және аминқышқылдары (85%) бар шошқа миының гидролизаты. Орталық жүйке жүйесінің бұзылуы, ми жарақаттары, қан кетулер, вегетативті дистониялар және т. б. үшін қолданылады.
Парентеральді қоректенуге арналған препараттар: полиамин (13 амин қышқылдарының жиынтығы), вамин (18 амин қышқылдарының жиынтығы), ваминолакт (емшек сүтінің құрамына сәйкес келетін 18 аминқышқылдарының жиынтығы), гидролизин (ірі қара малдың қан ақуыздарының гидролизаты), аминотроф (казеин гидролизаты), фибриносол (қан фибринінің гидролизаты).
Гендік инженерия. Инсулинді алудың әдістері. Оның әсер ету механизмі. Жіктелуі.
Гендік инженерия - геномды жасанды түрде кайта кұру - организмнің геномына баска түрдің гендерін енгізуге мүмкіндік береді . Осы әдіспен , мысалы , ішек таяқшасының генотипіне адам генін енгізе отырып инсулин гормонын алады .
2) әр түрлі орғанизмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинантгарын алу);
3) бөтен генді жаңа клеткага векторлық ДНҚ аркылы жеткізу және олардың қызмет жасауын қамтамасыз ету;
4) клеткаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен белокты синтездеу;
5) бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу.
Гендік инженерия әдістерін жетілдіру денсаулық сақтау мен ауылшаруашылығы үшін қажетті гормондар, ферменттер және антибиотиктерді т.б. қажетті заттарды синтездейтін микро-организмдердің жаңа штаммдарын алуға мүмкіндік туғызады.
Денсаулық саласында тұқым қуалайтын ауруларды емдеу үшін ген инженериясының үлкен маңызы бар. Қазіргі кезде ауру адамдардан зат алмасудың 1000 нан аса түрлі тұқым қуалайтын өзгерістері анықталған
Инсулин - адамда және жануарларда ұйқы безінен бөлінетін гормон. Инсулин - қандағы қант мөлшерін реттеп отырады, глюкозаның клеткаға енуі онда гликогенге айналуына септігін тигізеді. Егер адамда инсулин гормоны жетіспесе қант диабет ауруы пайда болады.
Адам инсулинінің құрылысы Инсулин бұл екі пептидтік тізбектен тұратын пептидті гормон : А тізбегі 21 амин қышқылынын қалдықтарынан тұрады. В тізбегі 30 амин қышқылының қалдықтарынан тұрады . Бұл екі тізбек инсулин ақуызының кеңістіктік құрылымын қамтамасыз ететін бисульфидті S - S байланыстарымен байланысады
Инсулиннің әсер ету механизмі: Қалай болғанда да, инсулин бүкіл организмдегі зат алмасудың барлық түрлеріне әсер етеді. Алайда, ең алдымен, инсулиннің әсері көмірсулар алмасуына қатысты. Инсулиннің көмірсулар алмасуына негізгі әсері глюкозаның жасуша мембраналары арқылы тасымалдануының жоғарылауымен байланысты. Инсулин рецепторының активтенуі жасушаға глюкозаны тасымалдайтын мембраналық ақуыздардың саны мен жұмысын реттеу арқылы жасушаға глюкозаның түсуіне тікелей әсер ететін жасушаішілік механизмді іске қосады.
Адам инсулинін генетикалық инженериялық жолмен синтездеу.
1923 - 1980 ж.ж. аралығында инсулин шошқа мен ірі қараның ұйқы безінен өндірілген. Себебі олардың гормондары адамдікіне ұқсас болған және де оларды көп мөлшерде алуға мүмкіншілік бар еді. Бірақ , зерттеулер нәтижесінде, мұндай инсулин енгізілген адамда шошқа және ірі қара инсулиніне қарсы организмде антиденелер пайда болатындығы анықталды. Өз кезегінде бұл антиденелер жоғарыда аталған инсулиндердің қызметін тежейді. Сол себептен де инсулиндерді синтездеудің басқа жолдарын іздестіру керек болды.
Генетикалық инженериялық жолмен синтездеудің 2 жолы бар:
Гендік инжененерияда инсулинді алу 1 килограмм инсулин алу үшін 35 мың бас шошқа кажет ( 2018 жылы инсулинге жылдық қажеттілік 1 тонна препарат екенін ескерсек ??? ) . Ал , осындай молшерде инсулинді 25 кубтык ферментерда рекомбинантты Escherichia coli микроорганизмін қолдана отырып биосинтез жолымен аркылы алуға болады.
Рекомбинантты әдіс арқылы инсулинді алудың ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ Схемасы. Адамның генінен аламыз, ішек таяқшаларына енгіземіз, қоректік ортаға орналастыру арқылы, оны тазартып, көбейтіп аламыз.
Инсулин синтезіне жауап беретін ДНҚ бөлігін (ген) таңдаймыз.
Плазмиданы бөліп аламыз (2 ТІЗБЕГІ БАР ДНҚ бөліктері).
Плазмиданы алып тастап, генді тігеміз
Бөлінген плазмида өз құрамында адам гені болады.
Біз оны Бактерияға енгіземіз.
Бактериялар көбейіп, инсулин шығарады.
Біз инсулинді бөліп, тазартамыз.
Рекомбинантты инсулиннің артықшылықтары мен кемшіліктері
«+»:
Адам инсулиніне ұқсас → аллергиялық реакциялар жоқ.
Жануарлардың инсулинімен салыстырғанда үнемді (1 кг инсулинді E. coli көмегімен 25 текше ферментерде алуға болады немесе 35 мың бас ауылшаруашылық жануарлары қажет.
«-»:
Микробтық липо - және глико-протеиндердің қоспасы пирогендік қасиеттерге ие болғандықтан, бөлу мен тазалауды мұқият бақылау қажет. "Пирогендік заттар" атауы олардың "жылу", "от", яғни лихорадкалық күйін тудыратын қасиетін көрсетеді.
Қазақстанда өз инсулині шығарылады. Инсулин гларгин қант диабетін емдеуге арналған және "Санофи"компаниясының заманауи препаратының биологиялық аналогы болып табылады. Технологияның доноры ресейлік "Герофарм" биотехнологиялық ұйымы болды, ол субстанция синтезінен бастап дайын өнімге дейінгі толық циклді өндіріс кәсіпорны болып табылады. Бұл ресейлік биотехнологиялық компания-инсулин өндіру саласындағы жетекші компания және осы технологияларды жаңадан жасап шығарған, қажетті молекуланы тапқан, препараттың тиімділігі мен қауіпсіздігін растайтын клиникалық зерттеулер жүргізген Қазақстандағы жалғыз компания. Зауыт Қарағанды қаласында орналасады.
Материалдық және энергетикалық баланс
Материалдық және энергетикалық баланс жаңа өндіріске жоба жасағанда және істеп тұрған өндірістің жұмыстарына талдау жасау үшін жасалынады.
Материалдық баланс масса сақталу заңына негізделген. Барлық тұйықталған жүйеде реакцияға түсетін заттың массасы реакция нәтижесінде алынған заттың массасына тең болады. Егер осыны кез келген технологиялық үдерістің материалдық баланысына сәйкестесек: технологиялық операцияға түсетін заттың массасы – кіріс, операция нәтижесінде алынған барлық заттың массасына – шығыс тең немесе заттардың кірісі суммаВ оның шығысына суммаВ тең. Сонымен материалдық баланстың теңдеуі: суммаВ кіріс = суммаВ шығыс.
Материалдық баланс – технологиялық үдерістің айнасы. Периодтық үдерістер үшін материалдық баланс бір операцияға есептеліп, ал үздіксіз үдерістер үшін бірлік уақытқа арналып жасалады. Материалдық баланс барлық үдеріске немесе оның жеке бір сатыларына құрылады. Материалдық баланс қатты, сұйық жəне газдың массасына жеке-жеке түрде беріледі.
Энергетикалық баланс энергияның сақталу заңына негізделген. Соған сәйкес үдеріске енгізілген энергия мөлшері бөлінетін энергияның мөлшеріне, яғни энергияның кірісі оның шығысына тең. Берілген өндірістік операциядағы жылудың кірісі – суммаQ кіріс осы операциядағы жылудың шығысына – суммаQ шығыс тең болуы қажет, яғни: суммаQ кіріс=суммаQ шығыс
Нəтижесінде бірнеше өнімдер түзілетін химиялық үдерістердің материалдық балансын жасаумен танысу үшін байытылған колчеданды күйдіруге арналған КС-450 пешінің қайнаушы қабатының материалдық балансын жасауды мысалға алып қарастырайық.
Байытылған колчедан – минерал пириттен (FeS2 ) тұрады. Колчеданды күйдіргенде күкіртті ангидрид (SО2 ) түзіледі, ол күкірт қышқылын алу үшін шикізат болып табылады. Колчеданды күйдіру реакциясының жалпы теңдеуі:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3416 кДж
Күйдіру үдерісінде түзілген күкіртті ангидридтің біраз мөлшері күкірт ангидридіне дейін тотығады: SO2 + 0,5O2 = SO3 + 96 кДж
Есептеу шарттарына келетін болсақ,
Күкірт қышқылына (100% H2SO4 ) есептегенде КС-450 пешінің өнімділігі, кг•сағ^-1 - BH2SO4 =20833
Колчедандағы күкіртті пайдалану дəрежесі В= 0,885
Құрғақ колчедандағы күкірт Сs = 41
Колчедандағы ылғал Сылғ= 6
Огароктағы күкірт Сөрт= 1
Құрғақ күйдіру газындағы SO2 CSO2= 14,5
Құрғақ күйдіру газындағы SO3 CSO3=0,1
Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы фи = 50
Енді осы есептеу шарттарын қолдана отырып, материалдық балансты кесте ретінде тұрғызайық.
КС-450 пешінің материалдық балансы
Кіріс
Колчедан 18768 кг•сағ^-1
Колчедан ылғалдылығы 1198 кг•сағ^-1
Құрғақ ауа 49400 кг•сағ^-1; 38147 м^3*сағ^-1
Ауамен бірге ылғал 358 кг•сағ^-1; 445 м^3*сағ^-1
Барлығы: 69724 кг•сағ^-1; 38592 м^3*сағ^-1
Шығыс
Огарок, күйдіру газы 14038 кг•сағ^-1
SO2 15337 кг•сағ^-1; 5443 м^3*сағ^-1
SO3 129 кг•сағ^-1; 36 м^3*сағ^-1
О2 1063 кг•сағ^-1; 1044 м^3*сағ^-1
N2 37600 кг•сағ^-1; 30136 м^3*сағ^-1
H2O 1556 кг•сағ^-1; 1936 м^3*сағ^-1
Барлығы: 69724 кг•сағ^-1; 38592 м^3*сағ^-1
Үдеріске түсетін байытылған колчеданмен ауа арқылы берілетін оттек құрамында ылғал болғандықтан, баланс жасау кезінде «Кіріс» жағына колчедан мен ауадан басқа, колчеданның ылғалдылығын жəне ауа құрамындағы су буында ескеру қажет. «Шығыс» жағында Fe2O3 өртенді массасын жəне түзілетін газ қоспаларының массасын ескеру керек. Осы айтылғандарды назарға ала қарастырып отырған жағдайда материалдық баланстың жалпы теңдеуі:
В кол + В кол.ыл + В ауа + В ауа ыл. = В орт + В SO2 + B SO3 + B O2 + B N2 + B H2O
мұндағы, Вкол, Вкол.ылғ, Вауа, Вауа.ылғ – жанған колчеданның (құрғақ), колчедандағы су, ауа (құрғақ), ауадағы су массасы, кг/сағ.
Химиялық технологияның негізгі ұғымдары мен анықтамалары: химиялық технология, шикізат, реагент, мақсатты өнім, жанама өнімдер, қосымша материалдар, қалдықтар
Бұл сұраққа көшпес бұрын, технология ұғымына анықтама беріп алайық.
Технология – табиғи шикізатты тұтыну бұйымына жəне өндіріс құралына дейін өңдеудің əдістері мен құралдары туралы ғылым.
Технология екі түрге бөлінеді: механикалық және химиялық. Механикалық технологияда – материалдың пішіні немесе сыртқы түрі және физикалық қасиеттері өзгеретін процестер қарастырылады. Ал химиялық технология – зат құрамының, қасиеттерінің және ішкі құрылымының түбегейлі өзгеруімен өтетін процестерді қамтиды.
Химиялық технология – өнім өндіру жолдары мен процестері туралы табиғи қолданбалы ғылым. Өнім – қолданыс заттары мен өндіріс құралдары, химиялық айналыс қатысында техникалық, экономикалық және эксплуатациялық жағынан мақсатты жолмен алынады.
Химиялық технологияның ғылым ретінде:
Зерттеу пәні – химиялық өндіріс (бастапқы затты пайдалы өнімге дейін өңдеу әдістері мен үрдістері);
Зерттеу мақсаты – адамзат қоғамына қажетті өнімдерді өндірудің ұтымды әдістерін жасау;
Зерттеу әдістері – тәжірибелік, модельдеу және жүйелі талдау.
Химиялық өндіріс – шикізатты қажетті өнімдерге химиялық өзгерістер жолымен өңдеуге арналған машиналармен аппараттарда жүзеге асырылатын үдерістер мен операциялардың жиынтығы.
Химиялық өндірістің Қазақстандағы жағдайына келетін болсақ, қазіргі уақытта химия өнеркәсібі өндірісінің көлемі 2020 жылы 469 млрд. теңгені құрады. Қазақстанның химия өнеркәсібі 795 кәсіпорыннан тұрады, оның ішінде 12 кәсіпорын ірі кәсіпорынға жатады. Қазақстандағы химиялық өндірістің ең негізгі проблемалары ретінде Химиялық өндіріс жабдықтары тозуының жоғары деңгейі (43 - 80%), бұл химиялық өнім өндірісінің тиімділігі мен бәсекеге қабілеттілігін арттыруға кедергі келтіреді. Өңдеу өнеркәсібі салаларында терең бөліністердің дамымауы, ауыл шаруашылығы өндірушілерінің төлем қабілеттілігінің төмендігі, шағын және орта кәсіпкерлік тарапынан химиялық өнімге шектеулі сұраныс химиялық өнімнің импорты үшін жағдай жасайды.
Химиялық өндіріс компоненттері
Шикізат – өндірісте қолданылатын табиғи материалдар.
Мақсатты өнім (R) - осы химиялық технологияны жүзеге асыруда көзделіп отырған өнім.
Аралық өнім (жартылай өнім) - өндірістің бір немесе бірнеше сатыларынан кейін шикізатты қайта өңдеу процесінде қалыптасқан материалдар және келесі кезеңдерге арналған шикізат болып табылады.
Жанама өнім (S) – шикізатты өңдеу процесі барысында мақсатты өніммен қатар түзілетін, бірақ берілген өндірістің мақсаты болып табылмайтын материал.
Қалдықтар – табиғи шикізатты өңдеу нәтижесінде пайда болатын заттар мен
өндірістік жарамсыз шығарылымдар.
Су - барлық дерлік химиялық өндірістерде әртүрлі мақсаттарда қолданылады.
Энергия - Химиялық өндірісте энергия химиялық реакцияларды жүргізу, газдар мен сұйықтықтарды қысу, материалдарды қыздыру, жылу процестерін жүзеге асыру (ректификация, булану және т.б.), механикалық және гидродинамикалық процестерді жүргізу (идр ұнтақтау, сүзу) үшін қолданылады.), материалдарды тасымалдау.
Реагент— химиялық реакциялардағы бастапқы заттарды анықтайтын техникалық термин.
Химиялық-технологиялық үдерістердің көрсеткіштері
Технологиялық көрсеткіштер химиялық-технологиялық процестің сапасын анықтайды немесе ХТП-тің тиімділігін бағалау үшін қолданылады:
Өндірістің өнімділігі (қуаты) – бірлік уақытта алынған өнімнің немесе өңделген шикізаттың мөлшері;
Жұмсалу коэффициенті – бірлік өнім өндірісіне жұмсалған шикізаттың, энергияның, қосымша материалдар шығындарының мөлшерін көрсетеді;
Айналу дəрежесі – бұл химиялық реакцияға қатысқан бастапқы реагенттің үлесін көрсетеді;
Өнім шығымы – мақсатты өнім мөлшерінің оның стехиометриялық теңдеу бойынша алынуға тиісті мөлшеріне қатынасы немесе нақты өндірілген өнімнің теорияға сəйкес өндірілетін өнім мөлшеріне қатынасы;
Талғампаздық – бастапқы заттың қандай үлесі мақсатты өнімнің түзілуіне жұмсалғанын немесе мақсатты өнімнің жалпы шыққан өнімге қатынасын көрсетеді;
Үдерістің немесе аппараттың интенсивтілігі (J) деп оның өнімділігінің бірлік пайдалы көлемге (V) немесе аппараттың жұмысшы бетіне (F) қатынасын айтады.
Экономикалық көрсеткіштер өндірістің экономикалық тиімділігін анықтайды:
Өнім сапасы – өнімнің тұтыну қасиетін жəне тауарлық бағалылығын анықтайды. Ол нормативті құжаттармен
(ГОСТ, техникалық шарт, сапа сертификаты) анықталады;
Өзіндік құн. Кəсіпорынның өнімді дайындауға жəне тұтынуға кететін шығынның ақшамен өрнектелуін толық өзіндік құн деп атайды.
Меншікті капиталдық шығын – қондырғының бірлік өнімділігіне есептелген шығын.
Еңбек өнімділігі – жұмыскердің бірлік уақыт ішінде өндіретін өнімінің мөлшері немесе бірлік өнімді өндіруге жұмсалатын жұмысшы уақытының мөлшері.
Эксплуатациялық көрсеткіштер қондырғыны пайдалану барысында регламенттік жағдайлардан ауытқуы салдарынан ХТП-те және өндірісте пайда болатын өзгерістерді сипаттайды.
Беріктілік – өндірісте немесе қондырғыда белгілі уақыт аралығында авариясыз жұмыс істеудің не болмаса авариялық жағдайда тоқтап қалу санының орташа уақытымен сипатталады. Бұл көрсеткіш қондырғының дұрыс жəне сапалы жұмыс істеуіне тəуелді.
Жұмыс істеу қауіпсіздігі – қоршаған ортаға, қызметкерлерге жəне қондырғыларға əкелетін зиянды əрекеттерден жұмыс режимінің бұзылу ықтималдығы.
Сезімталдық – өндірісті, қондырғыны пайдалану барысында режимнің бұзылуына жəне пайдалану шартының өзгеруіне уақытында бақылау жасау. Бұл үдеріс көрсеткішінің болған жағдайға байланысты ауытқулар өзгерісінің қатынасымен анықталады.
Басқару жəне реттеу – берілген шекте үдеріс көрсеткіштерін мүмкіндігінше қалыпта ұстауды сипаттайды. Бұл басқару параметрлері жəне олардың өзара əсерінің (басқару күрделілігі) үдеріс шартына өзгерісінің шамасымен анықталады.
Химиялық – технологиялық үдеріс кинетикасы: реакция тәртібі мен молекулярлығы. Химиялық айналулар стехиометриясы.
Шикізаттан дайын өнім алу мақсатында белгілі бір кезектесіп жүретін жəне бір-бірімен өзара байланысқан үдерістердің жиынтығын – химиялық-технологиялық үдеріс (ХТҮ) деп атайды.
Кез келген химиялық-технологиялық үдеріс өзара байланысқан:
əрекеттесуші компоненттердің реакция зонасына келуі, реакция зонасында жүретін химиялық реакциялар, реакция зонасынан өнімніңшығарылуы сияқты сатылардан тұрады.
Үдерістің жүру жылдамдығыаппараттың реакциялық көлеміне, өнімділігіне жəне жұмыс істеу интенсивтілігіне тəуелді.
Үдеріс жылдамдығының əртүрлі факторларға тəуелділігін біліп, үдерісті басқаруға əртүрлі əдістерді қолдану арқылыминималды шығын жұмсай отырып, максималды өнім шығымына жетуге болады.
Сондықтан да біз химиялық кинетика заңдарын білуіміз қажет.
Химиялық кинетика химиялық реакциялардың жылдамдығы мен механизмін зерттейді.
Реакция тәртібі:
1.Реакцияның тәртібі реакцияның кинетикалық теңдеуімен анықталады және осы теңдеудегі концентрациялардағы көрсеткіштердің қосындысына тең.
2.Реакциялар 1-ші,2-ші,3-ші сонымен қатар бөлшек немесе нөлдік тәртіпте болуы мүмкін.
Кинетикалық теңдеудің түрі реакцияның реті бойынша
жіктеуге мүмкіндік береді. Реакцияның реті – кинетикалық теңдеудегі
реагенттердің концентрацияларының дəреже көрсеткіштерінің қосындысы. Осыған сəйкес бірінші, екінші, үшінші, бөлшекті ретті реакциялар болады.
Молекулярлығы:
Реакцияның элементарлы актісіне қатысатын молекуланың санына
байланысты химиялық реакцияның молекулалығы бойынша моно-, би жəне үш молекулярлы реакциялар болып бөлінеді.
Егер реакцияға бір молекула түсетін болса, ол бірмолекулярлы,ал екі молекула түсетін болса бимолекулярлы,үш молекула түсетін болса үшмолекулярлы реакция деп аталады.
Мономолекулалық реакциялар - бір молекуланың химиялық түрленуі жүретін реакциялар (изомеризация, диссоциация және т.):
H2S=H2+S
Бимолекулалық реакциялар-қарапайым әрекеті екі бөлшектің (бірдей немесе әртүрлі) соқтығысуы кезінде жүзеге асырылатын реакциялар):
CH3Br+KOH = CH3OH + KBr
Тримолекулалық реакциялар-Элементарлық актісі үш бөлшектің соқтығысуы кезінде жүзеге асырылатын реакциялар:
NO+NO+O2 = 2 NO2
Бірнеше сатыда жүретін күрделі реакциялар үшін тәртіптің ресми көрінісі реакцияның шынайы молекулалық деңгейімен байланысты емес. Сондықтан компоненттердің бірінде бөлшек, нөлдік және тіпті теріс ретті реакциялар бар. Реакция тәртібі тек тәжірибелік мәліметтерден анықталады. Мысалы, вольфрам бетіндегі аммиактың каталитикалық ыдырауы V = k теңдеуімен сипатталады, жылдамдық Реактивтердің концентрациясына тәуелді емес, яғни нөлдік ретті реакция.
Химиялық айналулар стехиометриясы
Өнеркəсіптік химиялық-технологиялық үдерістердің негізіне жататын химиялық реакцияларды өрнектеу үшін химияның негізгі заңдары – стехиометрия заңдары, химиялық тепе-теңдік жəне химиялық кинетика қолданылады.
Стехиометрия – əрекеттесуші заттардың массалары немесе көлемдерінің арақатынасы туралы ғылым. Стехиометрия негізіне – массалар сақталу, эквиваленттік, Авагадро, Гей-Люссак, құрамтұрақтылық, еселі қатынас заңдары жатады. Реакцияға қатысатын заттардың арақатынасы стехиометриялық деп аталады. aA + вВ = rR + sS
Реакцияның стехиометриялық теңдеуі массалар сақталу заңы негізінде жазылады.
Фармацевтика өнеркәсібінің шикізат базасы және бастапқы заттары
Шикізат – өнеркəсіптік өнімдер өндірісінде қолданылатын табиғи материалдар. Жартылай өнімдер – сол мекемеде шикізатты өнеркəсіптік өңдегенде алынған материалдар жəне қандай да бір өнім алу үшін бастапқы материалдар ретінде пайдалану. Практикада жартылай өнім оны дайындайтын мекеме үшін дайын өнім, ал осы жартылай өнімді тұтынатын мекеме үшін шикізат болуы мүмкін. Мысалы, полиэфир өндіру зауытында алынған 1,4-бутандиол сол мекеме үшін дайын өнім, ал малотонажды өндірісінде шикізат болып табылады. Шикізат кез келген химиялық-технологиялық үдерістің бөлінбейтін элементі жəне оның техникасымен экономикасын анықтаушы.
Шикізат химия өнімнің өзіндік құндағы 57,0 пайыз үлесін құрайды.
Жіктелуі:
Химиялық құрамы бойынша заттар мен материалдар Бейорганикалық және органикалық болып бөлінеді; шығу тегі бойынша — табиғи, жасанды және синтетикалық болып бөлінеді.
Бейорганикалық материалдардан металдар мен қорытпалар, Силикат материалдары мен минералдар кеңінен қолданылады. Барлық дерлік металдар мен олардан жасалған бұйымдардың кемшілігі-олар коррозияға ұшырайды және оларды өңдеу қиын.
Силикат материалдары-бұл басқа оксидтермен кремний қосылыстары. Олар табиғи және жасанды болып бөлінеді (шыны, фарфор, фаянс).
Бейорганикалық шикізатқа әр түрлі минералдар, соның ішінде қымбат минералдар (алмаз және т.б.) жатады.
Органикалық заттар мен жануарлардан алынатын материалдар-бұл әртүрлі ақуыз заттар: жүн, сүйек және т.б. өсімдік тектес материалдарға ағаш, мақта, зығыр, дәрілік өсімдік шикізаты жатады. Синтетикалық органикалық заттар мен материалдардың қатарына каучук пен оның негізіндегі резеңке, синтетикалық талшықтарды (капрон, лавсан) алуға арналған шайырлар, пластмассалар кіреді. Бұйымды алудың технологиялық процесі барысында Шикізат пен материал механикалық, термиялық, физика-химиялық және басқа да әсер ету түрлеріне ұшырайды, соның нәтижесінде (дайын өнімнің сапасы қалыптасады. Технологиялық процестердің режимдерін бұзған кезде өнімнің сапасын төмендететін әртүрлі ақаулар пайда болуы мүмкін.
Химиялық құрамы бойынша болаттар көміртекті және легірленген болып бөлінеді.
Құрамында 0,25% көміртегі бар көміртекті болаттар төмен көміртекті деп аталады; 0,25% — дан 0,6% — ға дейін-Орташа көміртекті; 0,6% - дан жоғары көміртекті.
Мақсаты бойынша болат бөлінеді:
а) конструкциялық (машина бөлшектері, аспаптар үшін);
б) аспаптық (құралдар үшін);
в) ерекше қасиеттері бар арнайы мақсаттағы (тот баспайтын, коррозияға төзімді, ыстыққа төзімді, ыстыққа төзімді, тозуға төзімді және т.б.).
Жоғары легірленген Болат құрамында 10% - дан астам легирленген элементтер бар. 13-18% хром қосылған кезде тот баспайтын болат алынады.
Шикізатқа қойылатын талаптар:
– соңғы өнімге дейін өңдеу сатыларының санын азайту;
– шикізатты химиялық өзгеріске дайындауға жəне үдерісті жүзеге асыруға энергетикалық, материалдық шығындарды аз жұмсау;
– бастапқы энергияның максималды шығынсыз жұмсалуы;
– əрекеттесуші заттардың агрегаттық күйінің өзгеруіне төмен температура, қысым жəне аз энергия жұмсау;
– реакциялық қоспада мақсатты өнімнің концентрациясын арттыру.
Медициналық бұйымдар үшін бастапқы шикізат ретінде материалдар келесі нақты талаптарға сай болуы керек.
- биологиялық инерттілік және олар жанасатын организмнің тіндері мен орталарына қатысты уыттылық емес;
- қасиеттері мен пішінін өзгертпей асептикалық өңдеу мүмкіндігі;
- коррозияға төзімділік.
Шикізатты байыту – концентраттағы негізгі компоненттің мөлшерін арттыру жəне бос жынысты бөлу үшін минералды шикізатты өңдеудің физикалық жəне физикалық-химиялық əдістердің жиынтығы.
Байыту нəтижесінде құрамында пайдалы заттардың мөлшері аз шикізаттың орнына концентрленген шикізат алынады. Байытылған шикізатты қолдану барысында шикізаттың химиялық өзгеру жылдамдығы жоғарылау нəтижесінде өнімнің өзіндік құны төмендейді, сапасы, техникалық үдерістердің интенсивтілігі артады, отын шығыны төмендейді.
- Гравитациялық байыту (ылғалды жəне құрғақ) ауа немесе сұйық ортада ұсатылған заттардың бөлшектерінің төмен түсу жылдамдығының бөлшек тығыздығына немесе бөлшек мөлшеріне тəуелділігіне негізделген;
- Электрмагниттік байыту ұсатылған заттардың магнитке тартылу қасиетіне негізделген. Ұсатылған шикізат магнит сепараторынан өткенде магнитке тартылатыны жəне тартылмайтыны екі фракцияға бөлінеді;
- Электрстатистикалық байыту – ұсақталған шикізат құрамындағы əртүрлі бөлшектердің электр өткізгіштігінің өзгешіліктеріне негізделген;
- Флотация – физикалық-химиялықбайытуəдісі, əрі көп қолданылатын əдіс. Флотация ағылшынша “Flotatіon” – қалқып шығу деген сөз. Флотация технологиясының негізі – кендер мен бос жыныстың бөлшектеріне судың жұғу-жұқпау қасиеттерінің əртүрлі болуына негізделген.
- Термиялық байыту ұсатылған шикізат құрамындағы компоненттердің балқу температураларының айырмашылығына негізделген. Мысалы: гипс құрамындағы сап күкірт шикізаты 150-200оС қыздырғанда элементарлы күйінде бөлінеді.
- Химиялық байыту шикізат құрамындағы компоненттердің химиялық реагенттермен əрекеттесулерінің айырмашылығына негізделген. Химиялық реакциялар нəтижесінде қоспа құрамындағы компоненттер тұнбаға тұнуы, газға айналуы, балқыған күйінде, т.б. құбылыстарға ұшырауы мүмкін. Мысалы: мыс кочеданын SіO2 қатысумен күйдіргенде мыс штейні бөлінеді: CuFeS2 =FeSіO3 + CuS.
- Сұйық материалдарды байыту: еріткішті буландыру, ерітіндіге пайдалы компонентті үстемелеп қосу, ерітіндіден бөгде заттарды тұнбаға түсіру немесе оларды газ күйіне ауыстыру (бөгде заттарды буландыру – десорбция) сияқты əдістерге негізделген.
- Газдарды байыту белгілі бір газды бөліп алу олардың қоспа құрамындағы газдардың қайнау, сұйыққа айналу температураларының, ерігіштігінің айырмашылығына негізделген.
Өнертабыс бұрғылау суларынан йод алу технологиясының саласына қатысты. Йод алдын ала қышқылданған гидроминералды шикізатты темір (II) тұзының қатысуымен озонды тотықтыру бастамашысы бар ауамен өңдеу арқылы алынады. Ауадағы озон концентрациясы 0,5-1,1 мг/л құрайды, әдіс жоғары технологиялық селективтілікте 70-95% йодидтің тотығу дәрежесімен сипатталады және йодидтің төмен концентрациясы бар йод бар бұрғылау суларынан йод алуға мүмкіндік береді.
Өнертабыс химиялық технология саласына, атап айтқанда бұрғылау суларынан йод алуға қатысты. Йод медицинада, ауыл шаруашылығында, органикалық синтезде аралық өнім ретінде кеңінен қолданылады.
ҚР гидроминералды шикізатындағы йодидтің мөлшері (жерасты бұрғылау сулары, мұнай өндірудің ілеспе сулары) 10-60 мг/дм3 құрайды. Көрсетілген шикізаттан йодидті алу кезінде соңғысы, әдетте, еркін күйге дейін тотығады.
Әдістің кемшілігі-бромидтің жанама тотығуы, әсіресе бұрғылау суларында, онда бромид мөлшері 2вг-+О3+Н2О-->Вг2+ОН - +О2/ йодиді бар концентраттардың элементарлы броммен ластануына және йодидті йодатқа қайта қышқылдануына әкеледі.
Су сапасының көрсеткіштері. Судың кермектігі,кермектік түрлері ,суды жұмсарту.Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су.
Химия өнеркәсібі - суды ең ірі тұтынушылардың бірі. Су барлық дерлік химиялық өндірістерде әртүрлі мақсаттарда қолданылады. Жекелеген химия кәсіпорындарында суды тұтыну тәулігіне 1 млн. м3-ге жетеді.
Судың химиялық өндірістің маңызды элементтерінің біріне айналуы түсіндіріледі:
1. құнды қасиеттер кешенінің болуы (жоғары жылу сыйымдылығы, төмен тұтқырлық, төмен қайнау температурасы және т. б.);
2. қол жетімділігі мен арзандығы (тек алу және тазарту шығындары);
3. уытты емес;
4. Өндірісте және тасымалдауда пайдалану ыңғайлылығы.
Химия өнеркәсібінде су келесі бағыттарда қолданылады:
1. Келесі технологиялық мақсаттар үшін:
қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың еріткіштері;
физикалық және механикалық процестерді жүзеге асыруға арналған орта (флотация, целлюлоза түрінде қатты материалдарды тасымалдау және т. б.).);
газдарға арналған жуу сұйықтығы;
әр түрлі заттардың экстрагенті мен абсорбенті.
2. Жабдықты жылытуға және салқындатуға арналған салқындатқыш (ыстық су және бу түрінде)ретінде
3. Түрлі химиялық өнімдерді (мысалы, сутегі, ацетилен, күкірт және азот қышқылдары және т. б.) өндіру үшін шикізат және реагент ретінде.)
Су құрамы судың тегіне тәуелді. Тегіне тәуелді су: атмосфералық, жер бетіндегі және жер астындағы суға жіктеледі.
Судың сапасы физикалық, химиялық, бактериологиялық анализдермен анықталады.
Су сапасының маңызды көрсеткіштеріне физикалық жəне химиялық сипаттамалары:
мөлдірлігі, түсі, иісі, температурасы, жалпы тұз мөлшері, су кермектілігі, тотығу шамасы, құрғақ қалдық, жалпы сілтілігі жəне су реакциясы (сутек көрсеткіші рН) жатады. Осы көрсеткіштер су құрамындағы қоспалардың бар жоғын анықтайды.
Құрғақ қалдық судың құрамында шын еріген, коллоидты күйде болатын минералды жəне органикалық қосындылардың жалпы мөлшерін сипаттайды.
Су мөлдірлігі – фотоэлемент кӛмегімен немесе цилиндр тҥбіне орналасқан белгіні көре алатын тереңдікті көздеу арқылы анықталынады (белгілі эталон – шкаламен салыстырылады).
Су тотығыштығы – судың бҧзылмай сақталу мезгілін кӛрсетеді.
Су реакциясы – судың қышқылдық немесе сілтілік сипаттамасы: егер рН = 6,5-7,5 болса су бейтарап, рН<6,5 болса, онда қышқылды су, рН>7,5 болса, онда сілтілік су болады.
Су кермектілігі – судың кальций, магний және темір (ІІ) катиондарының болуына байланысты туған қасиеттерінің жиынтығы.
Жалпы тұз мөлшері – су құрамындағы минералдық және органикалық қоспаларды сипаттайды.
Судың жалпы сілтілігі – су құрамындағы аниондардың және кейбір әлсіз органикалық қышқыл тұздарының (ммоль/л)-мен өрнектелген қосынды концентрациясы.
Судың ластануының бактериологиялық көрсеткіштеріне мыналар жатады: коли-титр, коли-индекс және микробтық сан (немесе колониялардың саны). Коли Титр-бұл бір E. coli табылған судың ең аз мөлшері. Ауыз судың микробтық саны 100-ден аспауы, коли-индексі 3-тен аспауы, коли-титрі 333-тен кем болмауы тиіс.
Судың кермектілігі – судың кальций, магний жəне темір (II) катиондарының болуына байланысты қасиеттерінің жиынтығы. Еріген түрінде Са жəне Mg тұздары көп су кермекті су деп аталады. Су кермектілігі уақытша, тұрақты жəне жалпы болып үшке бөлінеді.
Уақытша (карбонаттық) кермектік құрамында Са жəне Mg бикарбонаттары болуына байланысты.
Тұрақты (карбонаттық емес) су құрамында кальций, магниден басқа тұздар (хлоридтер, сульфаттар, нитраттар) болуынан туады.
Уақытша жəне тұрақты кермектіліктің қосындысы – жалпы кермектілік (Жк ) деп аталады. Жалпы кермектілік бойынша табиғи сулар жұмсақ (Жк 10) деп бөлінеді.
Суларды жұмсарту əдістері:
- физикалық,
- химиялық
- физикалық-химиялық
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
Химиялық əдістер суды химиялық қосындыларымен өңдеуге негізделген. Өндірісте негізінен əк-сода жəне фосфат əдістері қолданылады.
- Əк-сода əдісі бойынша суды алғашқыда əкпен, содан соң сода ерітіндісімен өңдейді. Химиялық реакцияның нəтижесінде Са тұздары Са карбонатына, Mg тұздары Mg гидроксидіне жəне карбонатына айналады.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → 2CaCO3 + Mg(OH)2 + 2H2O
Тұрақты кермектілік:
CaCI2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCI
MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SO4
- Фосфат əдісі суды натрий фосфатымен өңдеуге негізделген:
3CaCI2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaCI
Физикалық-химиялық əдіске ион алмасу жолы жатады. Ион алмасу жолы иониттардың судағы еріп жүрген тұздардың ионымен ион ауыстыру қабілеттілігіне негізделген.
Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су.
Фармацевтикалық мақсаттарға арналған су түрлері
Ауыз су (су құбыры)
Жұмсартылған су
Тазартылған су
Иньекцияға арналған су
"Өте тазартылған (жоғары тазартылған) су" (Highly Purified Water.)
Ауыз су құрамында < 500 КОЕ / мл; патогенді микроорганизмдердің болмауы
Жұмсартылған су
Жұмсартылған су ауыз судан шайыр арқылы сүзу арқылы алынады, оның барысында қаттылық иондары ауыстырылады.
Жұмсартылған су айналым жүйелерінде, жылу алмастырғыштарда, бу генераторларына беру үшін қолданылады. Жұмсартылған су құбырларының материалы ретінде пластикалық құбырлар да қолданылады.
Тазартылған су
Тазартылған судың кепілді сапасы үшін кері осмостың екі сатылы жүйелері қолданылады
Тазартылған су-талаптар
Көрнекі және органолептикалық сынақтар
Химиялық сынақтар (нитраттар, ауыр металдар, алюминий)
Электрөткізгіштігі (20°С кезінде< 4,3 мСм/см; 25°С кезінде USP - < 1,3 мСм/см)
Микроорганизмдер саны (<100 КОЕ / мл)
Инъекцияға арналған су дистилляция-инъекцияға су алудың ең көп таралған әдісі. Инъекцияға арналған су-талаптар
Химиялық сынақтар (PW сияқты)
Электрөткізгіштігі (20°С кезінде< 1,1 мСм/см; 25°С кезінде USP - < 1,3 мСм/см)
Микроорганизмдер саны
(<10 КОЕ/100мл)
"Өте тазартылған (жоғары тазартылған) су»
2002 жылдан бастап еуропалық фармакопеяда тазартылған және инъекциялық арасындағы аралық су түрі - "аса тазартылған (жоғары тазартылған) су" (Highly Purified Water) деп аталады.)
Бейорганикалық заттар өндірісі. Күкірт және күкірт қышқылын өндіру. Медицинадағы күкірт қышқылының маңызы және оның қолданылуы.
Бейорганикалық химиялық технология - минералдық шикі затты (металдық рудалардан басқаны) өндеу, қышқылдар, сілтілер, сода, силикатты материалдар, минералды тыңайтқыштар, тұздар, т.б. алу.
Бейорганикалық заттардың маңызды өндірістері – күкірт, азот қышқылдары, аммиак, минералды тыңайтқыштар жəне т.б.
Күкірт қышқылы – түссіз, ұшпайтын, май тәріздес сұйық зат. Қайнау температурасы 337°С, тығыздығы – 1,84 г/см3
Күкірт кышкылын өндіру
- Таза Н2SO4 түссіз май тәрізді сұйык зат. Ол 10,40 С температурада кристалдык зат болып катады. Ал 296.20 С температурада кайнайды.
- 1 моль Н2S04 суда ерiгенде 36 кДж жылу беліп шыгарады, өйткені ол сумен гидрат түзеді.
- Кұрамындағы коспаларга және концентрациясына байланысты күкірт қышкылы үш түрге бөлінеді:
- Техникалык Н2SO4 (купорос майы) -92,5%.
- Олеум 18,50% SO3 моногидрат курамында бос калпында болады, мунара кышкылы 75% Н2SO4 (нитроза эдісімен өндірілген).
- Аккумулятор кукірт кышкылы 92-94% Н2 SO4. Өте таза.
Х гасырда алғаш рет 940 л күкірт кышкылын табиги купорос сланцесымен темір купорос коснасын кыздыру аркылы өндірген, осы себеттен ондірісте техникальқ купорос майы деп аталады.
- Қазіргі кезде күкірт кышкылын негізгі екі әдіспен өндіреді: Контактілік эдіс (Олеум 20% SO,. купорос майы 92,5% НSO, аккумляторлык кышкыл)
- Нитрозалык әдіс (мұнаралык) (75-77% H2SO4,)
3 сатыдан тұрады:
1. Газдарды тазарту. Катализаторға зиян келтіретін заттардан газды тазартамыз.Күйдірген газдан тозаңдарды бөліп алғаннан кейін оны катализаторға зиян келтіретін мышьяк, селен , фтор т.б. заттардан тазартады. Осымен қатар өте қымбат қоспааһлар селен, теллур, т.б. бөлініп алынады.
2. SO2-ні SO3-ке катализатор қатысымен тотықтыру. Күкірт диоксидін катализатордың қатысымен тотықтыру күкір қышқылын өндіру үдерісінің негізгі сатысы:
2SO2 + O2 = 2 SO3 +189 кДж (500°C)
Катализатор ретінде Pt, темір оксиді , ванадий оксиді қолданылады.
Pt (платина) – ең активті катализатор, бірақ құны өте қымбат және тез уланады.
Темір оксидінің құны төмен, мышьякпен уланбайды, каталитикалық активтілігі тек қана 625 °С температурадан басталады, активтілігі басқалардан төмен.
Ванадий катализаторының активтілігі Pt-дан төмен болғанымен, құны төмен. Мышьякпен улануы Pt-дан мыңдаған есе аз.
Күкірт қышқылы зауыттарында промоторланған 7% V2O5-ті, промотор ретінде сілтілік металдар оксиді (K2O) қолданылады. Катализатор мөлшері – 5мм.
3. Күкіт ангидридін абсорбциялау
SO3 + H2O= H2SO4 + 92000 кДж
Сызбанұсқасы:
1. Күйдірілген SO2 газын жуғыш мұнараға 70% H2SO4 еріткіштермен жуып,тазалаймыз. Шаң-тозаң мен катализаторды улайтын заттардан тазалаймыз.
2. Электростатикалық сүзгіден өткізіп, сүзіп аламыз.
3. Сүзгілен соң, кептіру мұнарасында, 98%-дық H2SO4 –пен кептіреміз. Бұл H2SO4-тің суды тартып алатын қасиетіне байланысты.
4. Кептірге соң, жылуалмастырғышқа апарамыз, онда температурасын жоғарылатамыз.
5. Температурасын жоғарылатқан соң, байланыс контактілік аппаратына әкелеміз. Бұнда SO2 газы SO3 – ке айналады. Температура 400-500°С. Ванадий катализаторы қолданылады. Контактілік әдістің 2-сатысы жүреді. Мұнда жылу бөлінеді: бөлінген жылуды жылуалмастырғышқа апарамыз.
6. Одан соң, тоңазытқышта 30-40°С-қа дейін суытып аламыз.
7. Суытып алған соң, сіңіру мұнарасына әкелеміз. SO3 үстіне купорос майын 92,5% H2SO4 құйып абсорбциялаймыз.Сіңірілген соң, олеум (H2SO4 * SO3) түзіледі. Олеум құрамындағы SO3 сумен әрекеттесіп SO3 + H2O = H2SO4 түзіледі. Осы түзілген H2SO4 олеум құрамындағы H2SO4 –пен әрекеттесіп, концентрациялы H2SO4 алынады.
Артықшылығы: өте таза H2SO4 алынады.
Нитрозалық әдіс
Катализатор ретінде азот оксидтері (N2O3 нитроза ) қолданылады.
- ü SO2 – ні алу
- ü SO2 – ні сіңіру
- ü SO2 – нің нитрозамен тотығуы
- ü Нитрозаны азот оксидтерінен босату (денитрация)
- ü Газ фазасында нитрозадан бөлінген азот оксидінің оттегімен тотығуы
- ü Азот оксидтерін H2SO4 –пен сіңіру
2NOHSO4 + H2O = 2 H2SO4 + N2O5
SO2+H2O = H2SO3
H2SO4 + N2O3 = H2SO4 + 2NO
2NO+O2= 2NO2
NO2+ NO= N2O3
Кемшілігі: өте лас H2SO4 алынады, 75-77% H2SO4
Тыңайтқыш алуда қолданылады.
Артықшылығы: экономикалық жағынан тиімді, схемасы қарапайым.
- H2SO4 медицинада қолданылуы:
Қазақстандағы күкірт қышқылын өндіретін зауыттар.
ТОО `СОВМЕСТНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ СЕРНОКИСЛОТНЫЙ ЗАВОД КАЗАТОМПРОМ`, ТОО `СКЗ-ПИРИТ`, ТОО `КОРПОРАЦИЯ КАЗАХМЫС`, ТОО `СКЗ-U `, ТОО `КАЗЦИНК`, ТОО `КАЗФОСФАТ`
Гомогенді химиялық үрдістер. Сұйық фазада гомогенді реакцияларды жүргізуге арналған реакторлар.
Гомогендік процестер деп реакцияға қатысушы заттар бір агрегаттық жағдайда болғанда ғана жүретін процестерді айтады.
Өнеркәсіпте системаларды гомогенді түрге келтіру жолдары:
- Газдарды сұйыққа жұтқызу (абсорбциялау);
- Буларды конденсациялау (сұйыққа айналдыру);
- Қатты заттарды балқыту.
Гомогенді реакциялардың реакторлары қарапайым, бірақ мақсатты өнім алу қиын.
Сұйық фазада біртекті реакцияларды жүргізуге арналған реакторлар. Реакцияның дамуына қажетті жағдайларға байланысты біртекті сұйық фазадағы химиялық процестер периодтық, жартылай Периодтық және үздіксіз реакторларда жүргізілуі мүмкін.
Төмен тоннажды өндірістерде әдетте периодтық реакторлар қолданылады, өйткені реакциялар жүретін жағдайларды жұмыс қысымын, температураны, концентрацияны және басқа параметрлерді мерзімді немесе тұрақты бақылау арқылы оңай ұстауға болады.
Күшті экзотермиялық реакциялар жағдайында процесс көбінесе жартылай мерзімді түрде жүзеге асырылады (бір реагент үздіксіз, екіншісі мезгіл-мезгіл). Жартылай кезеңдік реакторлар конструкциялық жағынан үздіксіз жұмыс істейтін реакторларға ұқсас және олардан тек операция жүргізу әдістемесінде ғана ерекшеленеді.
Үздіксіз жұмыс істейтін реакторлар жоғары жылдамдықтағы және реакция жылуларындағы ірі тоннажды өнеркәсіптік процестерде қолданылады.
Жартылай үздіксіз әрекет ететін реакторлар үшін есептеу теңдеулері жалпы алғанда өте күрделі, өйткені мұнда реакция кезінде болатын реакция қоспасының құрамы мен көлемінің өзгеруіне қосымша пайда болады. Сондықтан жылдамдық тұрақты болмайды, нәтижесінде кинетикалық теңдеуді аналитикалық түрде біріктіруге болмайды.
Толық ығыстырумен үздіксіз әрекет ететін реакторлар сұйық-сұйық жүйесі үшін араластыру реакторларына қарағанда аз қолданылады, өйткені сұйық фазадағы молекулалық диффузия баяу жүреді және реагенттерді гомогендеу үшін араластыру қажет.
Араластыру реакторларындағы конверсия дәрежесі толық ығысумен салыстырғанда аз болғандықтан, процесс идеалды араластыру реакторларының батареясында жүзеге асырылады.
Біртекті сұйық фазада реакция жүргізуге арналған реакторларды ортаның тұтқырлығын критерий ретінде жіктеуге болады.
Төмен тұтқырлығы. Осы жағдайларға арналған реактордың мысалы винилацетаттың сірке қышқылымен әрекеттесуі кезінде винилстеоратты алуға арналған реактор бола алады
CH3COOC2H3+CH3(CH2)16COOH= CH3(CH2)16COOC2H3+CH3COOH.
Теңдеуді оңға жылжыту үшін сірке қышқылын үнемі алып тастау керек. Процесін жүргізеді дистилляциялық колоннада с колпачковыми тарелками.
Бағанның үстіне сұйық винилацетат, сірке қышқылы және катализатор қоспасы беріледі. (төменде винилацетат буы беріледі).
Сірке қышқылы сұйық фазадан термиялық түрде ыдырайды және колоннаның жоғарғы жағынан конденсацияланатын және колоннаға қайтарылатын артық винилацетатпен бірге шығарылады.
Орташа тұтқырлықпен. Винилацетатты полимерлеуге арналған реактор тән реактор болып табылады.
Реактор диаметрі 0,6 м және биіктігі 5 м болатын екі бөлімнен тұрады.Винилацетат, еріткіш және ерітілген катализатор 1-ші бөлімнің жоғарғы жағында алдын-ала араластырылған. Пышақтары бар аппараттың бүкіл ұзындығы бойынша араластырғыш. Реактордың екінші бөлімінде араластыру жүргізілмейді, өйткені конверсияның үлкен дәрежелері саласында жұмыс істеген кезде реакция жылдамдығы аз болады, сондықтан көйлектен аз жылу алу керек.
Үлкен тұтқырлығы. Бұл жағдайларға арналған әдеттегі реактор-стиролды полимерлеуге арналған реактор.
Алдын ала полимеризаторда алынған мономердегі полимердің 28% ерітіндісі жоғарғы бөлімге енгізіледі. Массасы реакторда 0,1 м/сағ жылдамдықпен қозғалады, полимердің балқуы үздіксіз түсіріледі. Аппарат корпусының биіктігі 8 м болған кезде полимерлеу процесі 30-40 сағатқа созылады, ал температура 1000-нан 2000-ға дейін артады. Температура режимі әр бөлімде реттеледі. Мұндай реакторлар капролактам өндірісінде де қолданылады.
Гетерогенді химиялық процестер. газ-сұйықтық жүйесіндегі процестер (Г-С), сұйық-қатты (С-Қ) жүйесіндегі процестер, газ-қатты (Г-Қ) жүйесіндегі процестер.
Гетерогенді процестер деп реагенттері әр түрлі фазаларда болатын химиялық-технологиялық үрдістерді айтады. Оған газ-сұйық , газ - қатты дене , сұйық - сұйық, сұйық - қатты дене, қатты - қатты фазалар арасындағы процесстер жатады. Гетерогенді үрдістер екі немесе одан да көп әрекеттесуші фазалар қатысуымен сипатталынатын болғандықтан, олар фазалар жанасу беті арқылы заттың тасымалдануымен өтеді. Гетерогендік тепе-теңдікке температура, қысым, әрекеттесуші құрамдастар концентрациясы және с.с. әсер етеді. Фазалар тепе-теңдігі фазалар ережесімен анықталады. Фазалар ережесі – гетерогенді тепе-теңдікті ең кең жалпы қорыту. Фазалар ережесі бойынша еркіндік дәрежесі П, сырттан тепе-теңдікке термодинамикалық жүйеге әсер ететін факторлар, компоненттер санына К екі қосып фазалардың санын Ф алғанға тең, яғни:
П = К + 2 – Ф,
мұндағы П – еркіндік дәрежесінің саны;
К – тәуелсіз компоненттер саны;
Ф – фазалар саны.
Өндірістік тәжірибеде гомогендіге қарағанда, гетерогенді үрдістер көбірек тараған.Ал гетерогенді жүйелер ішінен Г – С, Г – Қ, С – Қ жүйелері жиі кездеседі.
Газ сұйықтық жүйесіндегі гетерогенді процестерге адсорбция және десорбция, сұйықтықтардың булануы, дистилляция және ректификация, пиролиз өнімдерін буландыру арқылы сұйықтықтардың пиролизі жатады. Абсорбция сұйықтық пен газдың тікелей жанасуымен жүреді, газ молекулалары сұйықтыққа енеді. Адсорбцияны жеделдетудің әдістері:
1) фазалық байланыс бетінің максималды дамуы;
2) масса беру коэффициентін ұлғайту үшін газ бен сұйықтық ағындарын турбулизациялау және қарқынды араластыру;
3) ішінара қысымды азайту үшін температураны төмендету;
4) газдағы сіңірілетін компоненттің бастапқы концентрациясының жоғарылауы немесе жалпы қысымның жоғарылауы.
Газ қатты жүйесіндегі гетерогенді үрдістерге: абсорбциясы мен десорбциясы, қатты заттарды буландыру және буларын конденсациялау, қатты отынның пиролизі, қатты материалды әртүрлі күйдіру түрлері жатады. Күйдіру – қатты және газ тәрізді өнімдерін алу мақсатымен, сонымен бірге қатты материалдарға механикалық беріктілік беру үшін (силикаттар технологиясы) дәнді қатты материалдарды жоғары температуралық өңдеу. Адсорбция – қатты сорбенттер бетімен газдарды сіңіру процесі. Адсорбциялық үрдістер тепе-теңдігі газ және қатты бет арасындағы газды құрамдастың таралу заңымен сипатталады. Адсорбциялық тепе-теңдік изотермиялы адсорбция теңдеуімен өрнектеледі:
мұнда Са – сорбенттің массалық (немесе көлемдік) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері; р* - адсорбцияланатын газдың тепе-теңдік парциалды қысымы.
Қатты сұйық жүйесіндегі үрдістерге: ерітілген заттардың қатты сіңіргіштермен адсорбция мен десорбциясы, ерітінділерден ерітуі және кристалдануы, балқымалардан балқытуы және кристалдануы, сұйық мономерлердің қатты полимерлерге полимерленуі, сұйықта қатты денелерді диспергілеу жатады. Сұйықта қатты заттарды еріту – химия технологиясында ең кең тараған әдістердің бірі, оның физикалық және химиялық жолы болады. Бірінші жағдайда тек кристалдық тордың бұзылуы ғана жүреді, ал еріген құрамдас кристалдану жолымен қайтадан қатты түрде бөлініп шығарылады. Химиялық ерітуде еріткіш пен еріген зат әрекеттесуінде оның табиғаты өзгеріп, ал заттың алғашқы түрде кристалдануы мүмкін емес.
Қ-С жүйесіндегі үрдістер жылдамдығын еріту мысалында қарастырайық: U=K ∙F (C_қан-C)
мұнда С – сұйық фазадағы еріген заттың концентрациясы; Сқан – еріген заттың тепе-теңдік концентрациясы; К=D/ δ - еріту жылдамдығының коэффициенті; δ - шекаралық диффузиялық қабатының шартты қалыңдығы.
Газ-сұйық жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері
- Жұқа қабат жасау
2) Тамшылар жасау
Сұйықты іші қуыс аппаратта механикалық немесе пневматикалық әдіспен диспергілеу немесе шаңдату, шашыратумен сұйық фазаның бетін көбейтеді. (өте күшті қысымды қажет етеді).
3) Көпіршік жасау
Сұйық көлемінде газды диспергілеу арқылы әрекеттесуші фазалардың жанасу бетін дамыту. Мұндай жанасу бетін көбейту тәсілін – барботаж деп атайды.
4) Жылжымалы көбіктің қалқымалы қабатын жасау
Сұйық қабаты арқылы астынан жоғары қарай газды жіберу арқылы көбіктің қозғалмалы (өрлеген) қабатын жасау.
Газ-қатты, сұйық-қатты жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері
Г-Қ және С-Қ жүйелерде беттік жанасу аудандарын ұлғайту үшін қатты заттарды майдалау немесе олардың көп қуысты бөлшектері мен түйіршіктерін пайдалану тәсілдері қолданылады.
Көп қуысты заттардың ішкі бет аудандары сол заттың кесекті бөліктерінің сыртқы бет аудандарынан жүздеген есе көп болады.
Барлық жүйелерде фазалардың жанасу бетін көбейту үшін Г-Қ, С-Қ жүйелерде қатты фаза бетін және Г-С жүйеде, сұйық фаза бетін ұлғайтуға ұмтылады.
Химиялық реакторлар. Химиялық реакторлардың жіктелуі. Фармацевтика өндірісіне арналған ректорлар, құрал-жабдық ерекшеліктері.
Кез-келген химиялық-технологиялық жүйенің (ХТЖ) негізгі элементтерінің бірі-химиялық реактор.
Химиялық реакторлар дегеніміз белгілі бір заттарды алу үшін химиялық реакциялар жүргізуге арналған құрылғылар.
Химиялық реакторлардың жіктелуі.
Атқаратын міндеттеріне сай және өтетін реакциялардың ерекшеліктеріне байланысты реакторлардың конструкциялары да алуан түрлі болады. Жұмыс атқару ерекшеліктеріне байланысты реакторлар әр түрлі жікке бөлінеді.
- Реакторларды гидродинамикалық жағдай бойынша жіктеу (реакциялық қоспаның қозғалыс режимі);
- Идеалды ығыстыру
- Идеалды араластыру реакторларына бөлуге болады.
Ығыстыру реакторлары - бұл ұзартылған канал түрінде болатын құбырлы аппараттар.
- Жылу алмасу шарттары бойынша жіктеу;
- Адибаттық
- Изотермалық
- Политроптық (аралық)
- Автотермиялық
- Реакциялық қоспаның фазалық құрамы бойынша жіктеу;
- Гомогенді процестердің реакторлары
Газдарды араластыру үшін біршама жай құрылғылар пайдаланылады: ұңғы-қуыстар, эжектор, лабиринтті ортадан тепкіш құрал, сатылы араластырғыштар (смеситель) т.б.
Сұйықтық гомогенді процестерде механикалық және пневматикалық әртүрлі араластырғыштар пайдаланылады. Процестің ПӘК өсіру үшін бір бағыттас ағысты ұзын аппараттар, бірнеше реакторлардан тұратын батареялар, және көп секциялы аппараттар қолданылады.
- Гетерогенді процестердің реакторлары
Барботажды реакторлар
Кеуек реакторлар
Көбікті реакторлар
Түтіктік реакторлар
- Процесті ұйымастыру әдісі бойынша жіктеу;
- Мерзімді (периодты)
- Үздіксіз
- Жартылай үздіксіз
- Процесс параметрлерінің өзгеру сипаты бойынша жіктеу;
- стационарлық және
- стационарлық емес режимдерде жұмыс істей алады.
Егер белгілі бір заңға сәйкес уақыт өте келе химиялық процестің параметрлерінде кездейсоқ таңдалған нүктеде өзгерістер болса, реактордың жұмыс режимі стационарлық емес деп аталады.
- Құрылымдық сипаттамалары бойынша жіктеу.
Жіктеудің осы принципіне сәйкес реакторлардың келесі түрлерін ажыратуға болады:
- сыйымдылық реакторлары (автоклавтар; реакторлар-камералар; тік және көлденең цилиндрлік түрлендіргіштер және т. б.); бағаналы реакторлар (саптама және тақтайша түріндегі реакторлар);
- каталитикалық реакторлар (катализатордың қозғалмайтын, қозғалатын және псевдо-сұйытылған қабаты бар; сөре реакторлары);
- жылу алмастырғыш типтегі реакторлар;
- реакция пеші типіндегі реакторлар (шахта, сөре, камера, айналмалы пештер және т.б.).
Фармацевтика өндірісіне арналған ректорлар
Фармацевтикалық реактор сұйық және тұтқыр дәрілік нысандарды (жақпа, эмульсия, тамшылар, микстуралар, инфузиялық ерітінділер, сарысулар, вакциналар) шығару үшін қолданылатын негізгі жабдықтардың қатарына жатады. Заттардың еруі, гомогенизациясы, дисперсиясы үшін қажетті температуралық-химиялық орта жасайды.
Биореактор
Биореактор (ферментер) — қарқынды араластыру жағдайында микроорганизмдерді культивациялау үшін қалыпты ауа алмасуы және тұрақты температурасы бар құнарлы стерильді орта жасайтын құрылғы. Ол көбінесе дәрі-дәрмектер мен вакциналар өндірісінде қолданылады.
Биореактор-микробиологиялық зерттеулермен айналысатын зертханаларды жабдықтаудың негізгі элементі-бұл жасушаларды немесе пайдалы метаболиттерді ашыту үшін қолайлы жағдайларды қолдайтын камера. Бұл құрылғының басты мақсаты-өсірілген микроорганизмдердің өмір сүруіне қолайлы жағдай жасау: тыныс алу, тамақтану және метаболизм өнімдерін шығару.
Пайдалану кезінде аппарат газ және сұйықтық ішіндегісін жылу және механикалық әсерсіз жасушаларға біркелкі араластыруды жүзеге асырады. Культураның ластануын болдырмау үшін бүкіл процесс стерильді жағдайда жүргізіледі. Жабдық, ауа және барлық материалдар қысыммен бумен өңделеді.
Шикізатты өңдеудің каталитикалық процестері. Каталитикалық крекинг және риформинг.
Шикізатты өңдеудің каталитикалық процестеріне каталитикалық крекинг, риформинг, гидрогенизациялық процестер жатады.
Крекинг-бұл мұнай құрамындағы көмірсутектердің бөліну процесі, нәтижесінде молекулада көміртегі атомдарының саны аз көмірсутектер пайда болады.
С16Н34 = С8Н18 + С8Н16
Крекингтің 2 негізгі түрі бар:
термиялық, жоғары температура мен қысымның әсерінен жүзеге асырылады; каталитикалық, жоғары температураға, қысымға және катализаторға бір уақытта әсер ету кезінде пайда болады.
Термиялық: 450-550 градус температурада жүреді; реакция баяу; түзілген өнім құрамында тармақталмаған тізбекті көмірсутектер, көптеген қанықпаған көмірсутектер алынады; детонацияға төзімділігі төмен; сақтауы қиынға соғады; 4-6 МПа қысымда жүреді
каталитикалық: 450-500 градус температурада жүреді; реакция тезірек; 0,4 МПа-ға дейін қысымда жүреді; катализаторлар - алюминосиликаттар болған кезде; Күкірт пен шайырлы заттардың көп мөлшері бар мұнайды өңдеу үшін 330-470 кезінде каталитикалық крекинг қолданылады, сутегі қысымы 5-30 МПа (гидрокрекинг деп аталады.
Термиялық крекинг пен каталитикалық айырмашылықтар.
Термиялық крекинг қатты қызған кезде пайда болады, ал каталитикалық катализатордың қатысуымен жүзеге асырылады, соның арқасында реакцияны төмен температурада жүргізуге болады.
Каталитикалық крекинг бензинінде қанықпаған көмірсутектер, тармақталған бүйір тізбектері бар изопарафиндер, хош иісті көмірсутектер бар, бұл оның октан санына оң әсер етеді. Каталитикалық крекинг бензинінің октандық саны зерттеу әдісі бойынша шамамен 90 пункт құрайды. Термиялық крекинг бензинінде - 70-75 пункт бар.
Термиялық крекинг бензиніндегі қанықпаған көмірсутектер оңай тотығады және полимерленеді, сондықтан бұл бензин сақтау кезінде аз төзімді.
Термиялық крекинг процесінде құнды өнімдердің төменгі шығысы.
Каталитикалық крекинг технологиясы термиялық технологиясымен салыстырғанда күрделі дизайнға ие.
Термиялық крекинг шикізаты ең ауыр мұнай фракциялары (мазуттар, гудрондар) болды, ал каталитикалық крекингтің классикалық шикізаты-мазутты вакуумдық айдау қондырғыларынан алынған вакуумдық газойль. Алайда, қазіргі уақытта гудрондардың каталитикалық крекинг технологиясы бойынша өңдеуге арналған технологиялар әзірленуде. Технология RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking) деп аталады.
Риформинг шикізаттың көмірсутектік құрамын өзгерту мақсатында жүргізіледі.
Риформинг крекингтің бір түрі, айырмашылығы шикізатта. Крекинг процесінде шикізат ретінде мұнайдан өнделген мазуттан басқа фракцияларын қолданады. Крекинг өнімдері- бензин, газдар, крекинг қалдығы. Риформинг процесінің шикізаты-октандық саны төмен бензиндер немесе лигроиндер, осылардан октандық саны жоғары бензиндер немесе химиялық синтезде қолданылатын шикізаттар өндіріледі.
Катализдік риформинг процесінде алты мүшелі циклоалкандардың платина және палладий катализаторының қатысуы арқылы 310 °С арендерге айналуын ашуымен қаланған. Процестің негізгі реакциясы алты мүшелі циклоалкандардың дегидрленуі, мұның нәтижесінде өндірістік жағдайда жеткілікті мөлшерде ароматикалық көмірсутегі түзіледі.
Қазақстанда үш мұнай өңдеу зауыты жұмыс істейді.
Атырау мұнай өңдеу зауыты – республикадағы ең көне кəсіпорын. Өндірістің соңғы модернизация-сы өткен ғасырдың 60 жылдарында жүргізілген. Жылдық өңдеу көлемі 4,5-5 млн т., өңдеу тереңдігі 54,9 %. Технологиялық құралдардың моралдық жəне физикалық тозуына байланысты атмосфераға көмірсутектердің шығарылуы жылына 13,7 мың т., оның ішінде күкіртті ангидридтің үлесі 2,5 мың.т. Жоспарланған реконструкциядан кейін мұнай өңдеу көлемі жылына 6 млн.т. болу керек, сонымен бірге терең өңдеу есебінен өнімдердің жаңа түрлерінің: майлар, парафин, кокс жəне т.б. өндірісі жолға қойылады.
Шымкентмұнайөңдеу зауыты– қазіргі технологияларға негізделген зауыт. Қазіргі уақытта жылдық қуаттылығы жобаланған 12 млн.т. орнына 8 млн.т. құрайды, ал өңдеу тереңдігі жобаланған 85% орнына 59%. Мұнда қосымша битум, алкилдеу, баяу кокстеу, риформинг, пропиленді концентрирлеу қондырғыларының құрылысын салу жоспарланған.
Павлодар мұнай өңдеу зауыты – өндіріс салаларының сапалық көрсеткіштері жоғары кəсіпорын. Мұнай өңдеу тереңдігі 82%. Өндірістің қуаттылығын жылына 13 млн.т. дейін арттыруға жəне жаңа өнімдер алуға мүмкіндік беретін зауыттың екінші кезегін іске қосу – негізгі проблема болып табылады.
Азот қышқылының өндірісі, фармацевтика саласында қолданылуы
Азот қышқылы – түссіз, мөлдір сұйықтық. Қайнау температурасы - 47°С. Ал қату температурасы - 86°С.
Өнеркәсіпте азот қышқылының екі түрі шығарылады:
1. 50-60% HNO3 – сұйылтылған азот қышқылы
2. 96-98% HNO3 - концентрлі азот қышқылы
Азот қышқылын алу әдістері:
1. Селитрадан алу әдісі (Глаубер əдісі) XVII ғасырдың ортасынан бастап,
ХХ ғасырдың басына дейін осы əдіс қолданылды.
NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3
Бұл əдіс селитраның қоры көп жерде қолданылған болатын.
2. Ауадан алу
Азот пен оттек 1200°С-та реакцияласа бастап (электр ұшқынында) 3000°С-та тепе-теңдік оңға қарай ығысады. Доға əдісі плазма үдерістерін қолдану нəтижесінде қайта жаңаруда. Алайда бұл әдіс электр энергиясы аз жерде қолданылмаса, өте қымбатқа түсетін әдіс:
N2 + O2 = 2NO – 181,4 кДж
Осылайша түзілген азот оксиді өздігінен оттекті оңай қосып алып, азоттың диоксидіне айналады:
2NO + O2 = 2NO2 + 112 кДж
Азот диоксиді сумен реакцияласып азот қышқылын түзеді:
3NO2 + H2O = HNO3 + NO + 136 кДж
3. Аммиактан өндіру
Азот қышқылын аммиактан өндірудің принципалды сызбанұсқасы:
1. Ауаны атмосферадан құбыр арқылы аламыз, сүзгіде (фильтрда) шаңнан тазартылады.
2. Компрессор: шаңан тазартқан соң, ауа компрессормен 0,42 МПа-ға дейін сығылады және екі ағынға бөлініп, байланыс аппараты мен аммиак жылытқышына беріледі.
3.Буландырғыш: сұйық аммиак (бу-сұйық қоспасы) қабылдағыш арқылы буландырғышқа түседі, онда ол 10-16 °C-та және 0,6 МПа қысымында буланады.
4. Буландырғыштан кейін газ тәріздес аммиак сүзгіде май мен механикалық қоспалардан тазартылады.
5. Тазартылған соң, аммиак жылытқышқа жіберіледі, онда ол ауамен 80-120 °C дейін қызады.
6. Тазартылған ауа мен аммиак байланыс аппаратының араластырғыш камерасына түседі. Пайда болған аммиак-ауа қоспасының құрамында 9,6–10,0% NH3 бар.
7. Байланыс аппаратына салынған сүзгіде мұқият тазалаудан өткеннен кейін аммиак-ауа қоспасы үш платиноидты тордан және платинасыз катализатор қабатынан тұратын екі сатылы катализаторға түседі. Нитрозды газдар 840-860 °С температурада байланыс аппаратының астында орналасқан қазандық-утилизаторға түседі, онда оларды салқындату есебінен температурасы 440 °с болатын, 40 МПа қысымдағы бу алынады. Қазандық ауасыздандырылған (деаэрированная) химиялық тазартылған сумен қоректендіреді.
8. Ауасыздандырылған су жылу алмастырғыштан өтеді, онда ол нитрозды газдармен 150 °C дейін қызады, одан соң экономайзерге келеді , содан кейін қазандық-утилизатордың барабанына келіп түседі.
9. Қазандық-утилизатордан кейін нитрозды газдар экономайзерде салқындатылады, өз жылуын жылытқышқа береді, содан кейін 55°С-қа дейін салқындату үшін су тоңазытқышына түседі.
Нитрозды газдарды салқындату кезінде су буларының конденсациясы жүреді, 40-45% азот қышқылы пайда болады, пайда болған азот қышқылы газды жуғышқа беріледі. Нитрозды газдар да осында келеді. Жуғышта салқындатумен қатар нитрит-нитрат тұздарынан нитрозды газдарды жуу және азот қышқылының одан әрі конденсациясы жүреді. Жуғыштың төменгі бөлігіндегі қышқыл абсорбциялық колоннаға беріледі,ал нитрозды газдар компрессорда 11-12, 6 МПа-ға дейін сығылып, 210-230 °C дейін қызады.
10. Сығылғаннан кейін нитрозды газдар тоңазытқышта 155-165 °C-қа дейін салқындатылады. Тоңазытқыштың екінші бөлігінде газдар 60-65°С-қа дейін салқындатылып, абсорбция колоннасына жіберіледі. Колоннаның тақтайшаларында қышқылды салқындатуға арналған земеевиктер орналасқан. Жоғарыдан колоннаға температурасы 40 °C-тан аспайтын бу конденсаты (H2O) түседі, 58-60% азот қышқылы бағанның астынан шығарылады; ол ерітілген азот оксидтерін кетіру үшін үрлеу бағанына түседі және содан кейін қоймаға жіберіледі.
Абсорбциялық колоннадан шығатын газ жылытқышта (жағу құрылғысында) қыздырылады, араластырғышта табиғи газбен араластырылады және 480°С-қа дейін қыздырылған газ реакторға азот оксидтерінен каталитикалық тазартуға жіберіледі. Тазарту катализаторы-АПК-2 алюминий-палладий катализаторы. Каталитикалық ыдырағаннан кейін 750 °С температуралы 0,008% дейін азот оксиді бар пайдаланылған газдар газ турбиналық агрегаттың құрамына кіретін рекуперациялық турбинаға түседі. Мұнда шығарылған газдардың жылу энергиясы механикалық энергияға айналады, ал газ қысымы 0,95–1,05 МПа-ға дейін төмендейді. Газ турбинасында өндірілген энергия (нитро және ауа) компрессорларды жүргізу үшін қолданылады.
Азот қышқылын магний нитратының көмегімен концентрлеу:
Бұл концентрлеу әдісі атмосфераға зиянды шығарындыларсыз таза концентрацияланған азот қышқылын алуды қамтамасыз етеді. Алайда, бұл әдісті барлық жерде қолдануға мүмкіндік бермейтін бірқатар маңызды кемшіліктер бар. Бірінші кезекте бұл алынатын өнімнің өзіндік құнының басқа тәсілдермен салыстырғанда артуымен және қиын өңделетін қатты қалдықтарды кәдеге жарату проблемасымен байланысты.
Шығарындыларды азайту және аммиак өндірісінің тиімділігін арттырудың бір әдісі-бу-газ циклы бар энергия-технологиялық схеманы қолдану, онда су буының жылуы ғана емес, сонымен қатар отынның жану өнімдері де жұмыс жылуы ретінде қолданылады.
Мұндай схема химиялық технологияның бірқатар салаларында жүзеге асырылады. Осы химиялық-технологиялық процестің артықшылықтарына мыналар жатады: 1) Шикізатты сығу үшін аралық реакциялардың жылуын пайдалану.
Қазақстандағы азот қышқылы өндірісі:
«КазАзот» ЖШС
Азот қышқылының фармацевтика саласында қолданылуы:
Концентрацияланған азот қышқылының едәуір мөлшері синтетикалық бояғыштар өндірісінде, сондай-ақ фармацевтика өнеркәсібінде жартылай өнімдер ретінде пайдаланылатын бензолдың, нафталиннің, антраценнің және басқа да хош иісті қосылыстардың нитро туындыларын алу үшін қолданылады. Азот қышқылы мен азот тотықтары нитрозалық әдіспен күкірт қышқылын өндіруде күкірт диоксидін тотықтыру үшін қолданылады.
32-33%-дық HNO3 сүйелді күйдіріп емдеу үшін; висмут тұздары түрінде, мысалы висмут гидроксонитраты антисептик ретінде қолданылады.
Бұлардан бөлек, азот қышқылымен әрекеттесіп, нитроглицерин түзеді. Ол стенокардия кезінде жедел көмек беру үшін, тіл астына салынады.
Аммиак өндірісі, оның медицинада қолданылуы
Аммиак – түссіз, иісі өткір газ. Суда өте жақсы ериді, тығыздығы ауадан шамамен 2 есе жеңіл.
Аммиакты синтездеу үшін азот-сутек қоспасын пайдаланамыз. N2: H2=1:3 қатынасында алынады.
N2 азотты ауадан, ал H2 сутекті метанды конверсиялау арқылы аламыз.
Аммиакты алудың сызбанұсқасы:
1. Турбокомпрессор – ең бірінші азот-сутек қоспасын турбокомпрессорға жібереміз, мұнда газ қоспасы сығылады.
2. Синтез колоннасы – сығылған газ қоспасын 25-60 МПа қысымда, 400-500°С-та, катализатор ретінде темір болатын синтез колоннасына келеді. Мұнда шығымы 20% аммиак және азот-сутек қоспасы түзіледі.
3. Тоңазытқыш - синтез колоннасынан соң, тоңазытқышқа жіберіледі. Мұнда температураны 30-40°С-қа дейін суық сумен суытып аламыз. Газ қоспасы конденсатқа айналады, яғни сұйыққа айналады.
4. Сепаратор – тоңазытқыштан соң, мақсатты өнім – 20% аммиакты бөліп алу үшін, сепараторға жіберіледі. Шығымы 20% аммиакты бөліп аламыз. Ал реакцияға түспеген азот-сутек қоспасын рециркуляция әдісімен қайта синтез колоннасына жібереміз. Ол циркуляциялық газ ретінде синтез колоннасының жоғары жағынан түседі.
Бөлінген аммиак шикізатының 35%-ы азот қышқылын өндірісіне; 65%-ы аммоний өндірісіне жұмсалады.
Қазақстандағы аммиак өндірісі:
«КазАзот» ЖШС
Аммиактың медицинада қолданылуы:
10 аммиак ерітіндісі мүсәтір спирті ретінде, адам есінен танғанда ояту үшін; жәндіктер шаққанда; сыртқа антисептик ретінде; этил спиртімен уланғанда, 100 мл суға 10 тамшы аммиак ерітіндісін қосып уланудың алдын алу үшін қолданылады.
Метанол синтезінің физика-химиялық негіздері
Метил спирті- көптеген өнімдерді алуға қолданылатын өте қажетті қосылыс. Метанол бояулар лактар, формальдегид, ангидрид, метиламин, диметильсульфат, метилацетат және т.б.алуда қолданылады. Метил спирті таза күйінде еріткіш ретінде және мотор отынына қоспа ретінде қолданылады. Молекулатық массасы -32.Қайнау температурасы-65,5 C , тығыздығы p=793 кг/m3.Метанол буының ауамен қоспасының жарылу шегі-5,5-36,5%.
1933 жылға дейін метил спиртін ағашты құрғақ айдау әдісімен өндірген. Сол себепті метанол ағаш спирті деп аталады. Метил спиртін синтездеудің физикалыық–химиялық негізі және технологиясы аммиакты синтездеу әдісіне ұқсас.
Метанол синтезінің әдістері
Метил спитін синтездеудің бірнеше әдістері бар
1.Ағашты құрғақ айдау әдісі .Бұл әдіс 1933 жылға дейін қолданылып келген әдіс,1м3 ағаштан 3-6 кг спирт өндірілген.
2.Синтез -газдан өндіру әдісі.Қазіргі кезде өндірілетін метанолдың 90% осы әдіспен алынады.Синтез -газ генератор газдарын немесе табиғи газдарды конверсиялау әдістерімен өндіріледі.
3.Төменгі қысымда мырыш мыс алюминий катализаторы қатысында синтез газдан өндіру.
Синтез газды алу әдістері:
1. Метанды су буында конверсиялау:
Никель катализаторы қатысында жүреді, бұл кезде синтез газ және 3 моль сутегі түзіледі.
2. Шелл газификация процессі: Ауыр мазутты парциалды тотықтыру:
Алкан+0,5оттегі --- синтез газ жане п+1 сутегі алынады.
Метил спиртін синтез газдан синтездеу
Метил спиртін өндіруге қажетті синтез -газ (CO+H2) қоспасы 1:4-тен 1:8 ге дейінгі қатынаста алынады. Метанол түзілу реакциясы қайтымды және экзотермиялық.
CO + 2H2 - CH3OH + 111 кДж
Процесс роцесс 300 және 350`c температурада 5,0-4,0 MПа қысымда жүреді.Егер қысым оптималды қысымнан төмен,ал температура жоғары болсабонда қосымша реакциялардың жүруі ықтимал.
CO + H2 CH2O + 8.4 кДж (1)
CO + 3H2 CH4 + H2O + 209 кДж (2)
2CO + 2H2 CH4 + CO2 + 252 кДж (3)
2CO CO2 + C (4)
2CH3-OH CH3- O- CH3 + H2O (5)
CH3-OH+ nCO+2nH2 CH3(CH2)n OH + nH2O (6)
249 CH3-OH+ H2 CH4 + H2O (7)
Метил спиртін синтез-газдан синтездеудің техналогиялық сызбанұсқасы.
1. Тазартылған бастапқы газ қоспасы компрессор арқылы сығамыз.
2. Сығып алған соң, циркуляциялық араластырғышта араластырамыз.
3. Майлы заттардан сүзгіштен өткізіп тазалаймыз.
4. Тазартып болғаннан кейін, жылу алмастырғыш құбырға жібереміз. Температураны 300-350 градус температураға дейін жоғарылатамыз.
5. Температурасы жоғарылаған соң, синтез колоннасына әкелеміз. Синтез колоннасында метанол синтезі жүреді. Катализатор ретінде мырыш+хром қоспасы 2/1 қатынасында болады. Реакцияда пайда болған жылуды +110 к дж жылуды, жылу алмастырғышқа апарамыз, кейін оны циклде қайта пайдаланыла аламыз.
6. Мұздатқышқа жіберіп, суытып аламыз, конденсатқа айналдырып аламыз. Конденсат- газдың немесе будың конденсациясы нәтижесінде түзілетін сұйықтық. Конденсация — заттың газ қалпынан сұйыққа айналуы немесе қатаюы. Конденсация белгілі бір шектеулі температурадан төмен жағдайда ғана болуы мүмкін.
7. Сеператорға апарып, спирт пен суды бөліп аламыз. Бұдан спиртті ректификациялық колоннаға жібереміз. Ректификациялық колоннада қайнау температурасына байланысты су мен спиртті бөліп аламыз.
Төменгі қысымда метанолды синтездеудің технологиялық сызбанұсқасы:
Метанолды конверсиялау арқылы алу үшін құрамында H2 -67%, CO22%, CO2 бар синтез-газ қолданылған. Күкірт қосылыстарынан тазартылған синтез газ (1) компрессорда 5-9 МПа дейін қысылып, (3) мұздатқышта салқындап, конденсирленген суды бөлу үшін (4) бөлгішке түседі. Синтез-газ бөлгіштен өтіп циркуляциялық газбен (қысымы 2 МПа) араласып, адсорберге барады. Бұл жерде газ темір пентакарбинолдан тазаланып, екіге бөлінеді. Газдың бір бөлігін (8) жылуалмастырғышта жылытып, (6) реактордың жоғары жағынан кіргізеді, ал екінші бөлігін температураны реттеу үшін катализаторлардың арасынан енгізеді. Реактордан өткен қоспа 3000С температурада тағы да екіге бөлінеді. Бір бөлігі (8) жылуалмастырғыштан өтіп синтез газды жылытады, ал екінші бөлігі жоғары қысымды бу өндіретін (9) утилизаторқазан арқылы өтеді. Бұдан соң екі бөлінген газ қосылып, (7) мұздатқышта салқындап жоғары қысымды (10) бөлгішке барады. Бұл жерде спирт конденсаты циркуляциялық газдан бөлінеді. Циркуляциялық газ (2) компрессорда 2 МПа-ға дейін қысылып қайтадан циклдің басына қайтарылып, синтезге түседі. (11) дрюсселде шикі-метанолдың қысымы атмосфералыққа дейін түсіп, (12) жинағыш арқылы ректификацияға барады. Конденсат негізінен шикі-метанол (13) ректификациялық колоннаға барып, оның жоғары жағынан (5) реакция бойынша диметилэфирі бөлінеді де, төменгі жағынан кубтық сұйық (14) колоннаға барады. Бұдан жоғары жағынан метанол, төменгі жағынан (І) реакция бойынша түзілетін жоғары спирт бөлінеді. Бұл сызба-нұсаның артықшылығы таза метанол алынып жəне жанама реакцияларда бөлінетін өнімдерді де бөліп алады. Метанолдың жалпы шығымы – 95%, тазалығы – 99,95%.
Қазақстандағы өндіріс: жоқ. сингапурлық westgasoil компаниясының метанол мен олефин өндіру жөніндегі жобасы болды. Жоба бойынша инвестиция көлемі 1 млрд 800 млн АҚШ долларын құрайды. Зауыттың қуаттылығы – жылына 300 мың тонна метанол және 600 мың тонна олефин.
Медицинада қолданылуы: Метанол (метил спирті) химиялық қасиеттеріне байланысты химиялық және фармацевтикалық өнеркәсіпте белсенді қолданылады: антифриздердің құрамдас бөлігі ретінде; бензинге қоспа ретінде; сұйық отын ретінде; еріткіш.
14. Этил спиртін алудың өнеркәсіптік әдістері. Этил спиртінің медицинада қолданылуы.
Этил спирті (этанол) -78,3 C-та қайнайды. Ауамен (30% С2Н5ОН бу күйінде) араласқанда қопарылғыш қоспаға айналады. Суда жақсы ериді жəне онымен 95,6 % этил спирті азеотропты қоспа түзеді. Азеотропты қоспа-бұл екі немесе одан да көп сұйықтықтың бөлінбейтін қоспасы. Азеотроп сұйықтықтарының әрқайсысы тұрақты атмосфералық қысым кезінде бу мен конденсатты өзі сияқты құрайды.
Этил спиртінің қолданылуы: Этанол тамақ, медицина жəне каучук өндірісінде кеңінен қолданылады, сонымен қатар ракетаның сұйық отынының, антифриздің т.б. компоненттерінің бірі. Этанол, əсіресе, органикалық синтезде өте көп мөлшерде еріткіш ретінде жəне жартылай шикізат ретінде, мысалы, күрделі эфирлерді, хлороформды, ацетальдегидті, сірке қышқылын бутадиенді жəне басқа өнімдерді өндіруде пайдаланылады. ҚР Фармакопеяда 95-90-70 проценттік спирт қолданылады. 70 проценттік түрі дезинфекция құралдарында пайдалыналады, өйткені теріге тез сінеді. 95 проценттік түрі экстрагент ретінде
Этил спиртін алу әдістері:
1. этил спиртін ағашты гидролиздеу арқылы жəне тамақтық шикізаттан алу. Оған мысал ретінде крахмалдың спиртті ашуы жатқызылады. Крахмал-мальтоза (дисахарид)-глюкоза(мономер)- анаэробты ашу- спирт. Бахус спирт зауытында осылайша алкоголь алынады.
2. Тікелей гидраттау арқылы. Жалпы алғанда қанықпаған көмірсутектерді гидраттағанда бір атомды спирттер түзіледі. CnH2n +H2O - CnH2n+1OH
В. В. Марковников ережесі бойныша: гидраттау үрдісінде сутек атомы ең көп гидрогендеген, ал гидроксил ең аз гидрогенденген көміртек атомына қосылады. Сондықтан этиленнен басқа олефиндер екінші ретті немесе үшінші ретті спирттер түзіледі,
Этилен гидратацияланғанда бір атомды этил спиртін алуға болады:
CH2 = CH2 + H2O - CH3-CH2OH + Q .
Тікелей гидраттау – катализатор қатысымен этиленмен судың тура қосылуына негізделген. Этиленді тікелей гидраттау үрдісі 280-300 С температурада, 7-8 МПа қысымда жүреді. Катализатор ретінде ортофосфор қышқылы сіңірілген кизельгур, силикогель, алюмосиликат қолданылады. Ле-Шателье принципі бойынша спирттің шығымы қысымның артуымен, температураның төмендеуімен артады.
Оптималды параметрлер: H2O:С2Н4 = 0,6:1; газ-бу қоспасының көлемдік жылдамдығы 1800-2500 сағ-1. Бір циклдегі этиленнің конверсиялану дəрежесі 4-5%-дан аспайды. Сондықтан үдерісіт циклді технологиялық сызбанұсқамен жүргізеді. Реакцияға түспеген этиленді циклге қайта жіберіледі.
Технологиялық сызбанұсқасы:
Этилен циркуляция газы (реакцияға түспеген этилен) жəне бумен араласып, (1) жылу алмастырғышқа келіп, одан соң құбыр пешінде (2) 280 С-ға дейін қыздырылып, контакт аппаратына (3) келеді. Контакт аппаратында катализатордан сүзіліп өтіп, бу күйіндегі этил спиртін түзеді. 0,6:1 5 проценттік этанол түзіледі.Катализатор ретінде ортофосфор қышқылы сіңірілген алюмосиликат болады. Жанама өнім ретінде- этилен, су болады. Контакт аппаратынан (3) шыққан бу-газ қоспасы (1) экзотермиялық реакция болғандықтан, жылу алмастырғышқа жіберіліп салқындайды. Коденсацияланған су жəне спирт (4) жинақтағышта газдан бөлінген шикі-спирт (5% CH3 -CH2 OH) тазартуға жіберіледі. Реакцияға түспеген этилен тоңазытқыштан (5) өтіп, этанолды этиленнен толық бөліп алу үшін (6) қондырмалы колоннада сумен жуылады, жуынды шикі-спиртке қосылып, тазартуға жіберіледі. Реакцияға түспеген этилен жаңа келген этиленмен қосылып, шайып аламыз. Шайғаннан кейін, ректификаторлы колоннаға жібереміз. Қайнау температурасы бойынша спирт пен суды бөліп аламыз. 96 процентке дейін спирт ала аламыз. 96 проценттен жоғары спирт азеотропты қоспаға айналып кетеді.
3. Этиленді жанама гидраттау арқылы (этиленді күкірт қышқылының қатысуымен гидраттау). А. М. Бутлеров ашқан күкірт қышқылының қатысуымен гидраттау əдісі төрт сатыдан тұрады:
1. Этилен күкірт қышқылына адсорбцияланып күкірт қышқылды эфирдің түзілуі:
Диэтилсульфат пен этилсульфат түзіледі.
CH2 = CH2 + HOSO2OH == CH3-CH2OSO2OH
C2H5OSO3H + C2H4 ====(C2H5O)2SO2
2. Эфир гидролизденіп, спирттің түзілуі. Орташа температурада реакция қайтымсыз, бірақ қыздырғанда тепе- теңдік солға ығысады. Үрдістің оптималды температурасы 70-80 С. Күкірт қышқылы бөлінеді. 1 және 2 моль этил спирті түзіледі. Гидролиз кезінде температура 100-110 С, қысым 1МПа шамасында болу керек. Гидролиз уақыты, шамамен, 30 минут. Бір тонна спирт алу үшін абсорбцияға 2 т күкірт қышқылын, содан соң, 4 тонна 50%-ды сұйытылған күкірт қышқылымен буландыру керек.
C2H5OSO3H + H2O == C2H5OH + H2SO4
(C2H5O)SO2 + 2H2O === 2C2H5OH + H2SО4
3. спиртті бөлу және ректификациялау. Ректификаттау, ректификация — көп компонентті сұйықтық қоспасын жекеленген компонеттерге бөлу процесі.
4. күкірт қышқылын концентрлеу.
Технологиялық сызбанұсқасы:
1. 20 тарелкасы бар, әр тарелка арасында су құбырлары орналасқан адсорбер колоннасынан астыңғы жағынан этан-этилен фракциясын(құрамында 65 проценттік этилен болады) енгіземіз, ал жоғары жағынан 98 проценттік концентрлі күкірт қышқылын енгіземіз.Реакция 80 градуста жүреді.
2. Эфирлер жылуалмастырғышқа барады. Реакция экзотермиялық болғандықтан, шыққан энергияны жылуалмастырғышта 110 градус температурада жылу ретінде пайдаланамыз. Реакция 1-2 мпа жүреді.
3. Гидролизер. Гидролизерде 2 саты жүреді. Эфирлер гидролизге ұшырап, 1 және 2 моль этил спирттері, күкірт қышқылы түзіледі.
4. Бу колоннасы. Жоғары жағынан 110 градуста бу күйінде этил спиртінің буы шығады. Ал төменгі жағынан Жұмсалған күкірт қыщқылы сұйық күйінде шығарылады. Себебі, күкірт қышқылының қайнау температурасы 337 градус.
5. Нейтралдау колоннасы. Мұнда қышқылдан құтылу үшін сумен жуып аламыз, сосын сілті қосып нейтралдаймыз. Тұз және су түзіледі. Асты жағынан тұзды бөліп аламыз, ал жоғары жағынан спирт буын сыртқа шығарып, суынан айырып, 95-96 проценттік спирт аламыз.
Спирт буын жоғары жағынан бөліп аламыз.
Ректификациялау колоннасына жіберіп, қайта циркуляцияға жібереміз. Ректификациялау колоннасында қайнау температурасына байланысты спирт пен суды бөліп аламыз.
Этиленді тікелей гидраттау əдісімен этанол алу жанама əдіске қарағанда едəуір үнемді келеді
Ацетилен өндірісі және оны қайта өңдеу. Оның химия өнеркәсібінді қолданылуы.
Ацетилен – түссіз, таза күйінде аздап эфирдің иісі болатын газ. 83,8°С-та сұйыққа айналады және ауамен 2-11% мөлшерде, ал оттегімен 2,8-78% мөлшерде қопарылғыш қоспа түзеді.
Ацетиленді өндірудің бірнеше әдістері бар :
1. Карбидтен өндіру :
а ) дымқыл тәсілмен өндіру ;
б ) құрғақ тәсілмен өндіру .
Ацетиленді кальций карбидінің ыдырауы арқылы өндіру дымқыл және құрғақ тәсілдермен ацетилен генераторларында келесі реакция бойынша жүзеге асырылады :
CaC2+ H2О = C2H2 + Ca (OH )2 + 130 кДж
Ацетиленді карбидтен дымқыл тәсілмен өндіру
Дымқыл әдіспен « суға карбидті » принципі бойынша жұмыс істейтін генераторларда ұсақталған кальций карбиді көп мөлшерде суы бар генераторға біркелкі беріледі . Су карбидтің салмағына қатысты он есе мөлшерде алынады .
Кемшілігі : су көп мөлшерде жұмсалады және 70 % дейін извест суті түзіледі. Түзілген әк сүтін тасымалдау, утилизациялау қымбатқа түседі, экологияға зиян келтіреді.
Ацетиленді карбидтен құрғақ тәсілмен өндіру
«Суға карбидті» принципі бойынша жұмыс жасайтын генераторларда су тек реакцияның жүруіне қажетті мөлшерде ғана беріледі.
Сызбанұсқасы:
1. Қабылдағыш бункер: кальций карбиді қабылдағыш бункерге салынады.
2. Буферлі бункер - кальций карбиді шлюзді бекітпесі бар бункерден шнегі бар бункерге түседі. Шнекте кальций карбиді майдаланып, ұсақталады. Шнек – бұрандалы стержені бар құбыр.
3. Шнектен соң, генератордың жоғарғы сөресіне беріледі ( диаметрі 3-5 м , биіктігі 7,5 м , 11 сөре ) , оның құрылғысы механикалық сөре пештеріне ұксас . Судың қажетті мөлшерін жоғары сөреге шашыратқыш құрылғы береді және суланған кальций карбиді спираль бойымен жоғарыдан төменге қарай , сөрелердің ортасында және шетінде орналастырылған тесіктер арқылы қозғалады . Сөреден сөреге қарай қозғала отырып, 100°С-та кальций карбиді толығымен (98 %) ацетиленге және Са(ОН)2-ге айналады. Жүретін реакция: CaC2+ H2О = C2H2 + Ca (OH )2
4. Са(ОН)2 құрғақ ұнтақ түрінде араластырғышы бар генератордың конустык бөлігі арқылы шнекпен сыртқа шығарылады. Реакция нәтижесінде пайда болған ацетилен және су буы әк шаңымен скрубберге астыңғы жағынан беріледі, мұнда әк шаңынан сумен шашыратып жуылады және суытылады . Мұнда ацетилен 20-30 ° С - ға дейін суытылады , шаңынан тазартылады және ары карай фосфорсутек , кукіртсутектен және аммиактан тазартуға жіберіледі ( гипохлорит немесе натрий бихроматымен тазалайды ) .
5. Пайда болған әк сүті скруббердің төменгі бөлігінен тұндырышка үздіксіз шығарылады . Тұндырғыштың төменгі жағындағы шлам кәрізге шығарылады , ал сорғымен тазартылған су тоңазыткын аркылы кайтадан скрубберге жіберіледі.
Артықшылығы : карапайым әдіс, суды рециркуляциялай аламыз, Ca(OH)2 құрғақ ұнтақ күйінде шығарылады, 98%-дық ацетилен алынады.
Кемшілігі : құралының өте үлкен болуы , электр энергиясының жоғары шығыны ( 1 кг ацетилен алуға 10- 11квт/сағ )
2. Метаннан және оның гомологтарынан алу
Соңғы жылдары ацетиленді өндірісте көмірсутектен алады . Ацетилен парафиндерден эндотермиялық қайтымды реакциялар нәтижесінде алынады :
2CH4—1500C=C2Н2 + 3H2 - 376 кДж ( 1 ) 1200 ° C
C2H6 -----1200 ° C= С2Н2+ 2H2- 311 кДж ( 2 )
C3H8---1200 ° C=C2H2+ СН4 + Н2 - 255 кДж ( 3 )
Жанама реакция : CH4 =C + 2H2 - 88 кДж
Ацетиленнің шығымын арттырып , жанама реакцияларды азайтудың оптималды жағдайы : температура 1300 ° С - та төменгі қысым , үлкен көлемдік жылдамдык , Реакция аясында көмірсутектердің болу уақыты : 0,01-0,001сек . Ацетилен ыдырамау үшін онімді тез суыту керек .
Артықшылығы: тек метаннан емес, оның гомологтарынан (мысалы пропан, бутан,пентан және т.б.) ацетилен алуға болады.
3. Табиғи газдан және көмірсутек газдардан алу :
Электрокрекинг
Электрокрекинг реакторда жүзеге асырылады , онда доға электродтар арасында тұрақты ток арқылы жасалады . Бастапқы газ қоспасы жоғары жылдамдықпен артык кысымда болат қуыс цилиндр түрінде жасалған реактордың жоғарғы кеңейтілген бөлігіне енеді , электр доғасының аймагынан өтеді және одан анод болып табылатын тар құбыр арқылы шығады , құбыр сумен салқындатылып тұрады , сондықтан құбырдың аяқ жағында газ 600°С болады , оны су шашырату арқылы 150°С жылдам суытады . Реакторды іске қосу кезінде доғаны тұтату үшін іске қосу электроды колданылады.
Реактор аркылы бір өту барысында метанның конверсиясы 40-50 % құрайды .
Артықшылығы : табиғи газ кұрамындағы метан және гомологтарынан алуға , сондай - ақ олардың буларынан да алуға болады .
Кемшілігі: электр энергиясын өте көп қажет етеді.
Термототықтандыру (пиролиз)
Бұл процесс оттегінің қатысумен жүреді, экзотермиялық реакция. Бұдан бөлінген температура крекинг үрдісінің оптималды температурасын ұстап тұруға пайдаланылады. Термокрекингке керекті жылуды метанның бір бөлігін жағу арқылы аламыз: CH4+2O2 = CO2+2H2O+802кДж
Термототықтандыру крекингінің негізгі реакциясы:
CH4 + 0.5O2= CO+2H2+35кДж
2CH4= C2H2+3H2-381кДж
Сызбанұсқасы:
Термотықтыру крекингіне арналған пеш араластыру камерасынан, реакция камерасынан және блок оттығынан тұрады.
1. Пиролиз пеші - температура 1400°С шамасында болады. Метан-оттек қатынасы: 2:1,6. Екі газды жеке-жеке 400-600°С температурада қыздырып, үлкен көлемдік жылдамдықпен реакция жүретін камерасына жіберіледі.
2. Реакция камерасы - бұл жерде шамамен 0,003-0,006 секунд ғана болады. Крекинг өнімдерінің құрамында ацетиленнен басқа H2, күйе, CO болады.
Артықшылығы: Массасы 1т ацетилен C2H2 өндіргенде бөлініп шығатын сутектен 3-4т аммиак синтездеуге болады.
Кемшілігі: реакция камерасынан шыққан ацетиленді өте тез жылдамдықпен суытып үлгеру қажет.
Қазақстандағы ацетилен өндірісі:
«Ацетиленовая станция» ЖШС
Ацетиленнің химия өнеркәсібінде қолданылуы:
Химия өнеркәсібінде ацетилен өте қажет. Оны қолдану органикалық синтез өнімдерін алу процесінде осы затты қолданудан тұрады. Бұл синтетикалық резеңке, пластмасса, еріткіштер, сірке қышқылы және т. б.
"Карбид шамы" атауы жарық көзі ретінде жанып жатқан ацетилен ағынының ашық отты қолдануына байланысты. Ол, тиісінше, кальций карбидінің сумен әрекеттесуі нәтижесінде алынады.
Мұндай шамдар бұрын кең таралған. Оларды вагондарда, автомобильдерде және тіпті велосипедтерде көруге болады. Қазіргі уақытта карбид шамдары қуатты автономды шамға өте қажет болған жағдайда ғана қолданылады. Сонымен, спелеологтар оларды жиі қолданады. Алыстағы маяктар осындай шамдармен жабдықталған, өйткені жарықтандырудың бұл түрі электр желілерін жеткізуден гөрі тиімдірек. Мұндай шамдарды алыс қашықтықтағы кемелерде қолдану өте кең таралған.
Медицинада қолданылуын айтатын болсақ, жалпы анестезия алкиндерді қолдануды қамтиды. Ацетилен-ингаляциялық анестезия кезінде қолданылатын газдардың бірі. Бірақ оның осы салада кеңінен қолданылуы бұрын болған жайт. Қазір анестезияның заманауи және қауіпсіз әдістері пайда болды.
ЖМҚ туралы жалпы мәліметтер.ЖМҚ класификациясы,қасиеттері ,алу әдістері.Медицинада қолданылуы
Жоғары молекулалық қосылыстар – полимерлер өзара байланысқан молекулалары жүздеген жəне мыңдаған атомдардан тұратын органикалық қосылыстардың ерекше класы. Мұндай молекулаларды макромолекула деп атайды. Полимердің макромолекулаларының ұзындығы бірдей емес, осыдан бұл қосылыстар молекулалық массалары əртүрлі макромолекулалардың қоспасы болып табылады. Мұндай қосылыстардың молекулалық массаларын орташа молекулалық массамен сипаттайды, ал олардың біркелкі еместігін молекулалық масса бойынша полидиспрестілік деп атайды. Жоғары молекулалы қосылыстардың маркомолекуласының өлшемі полимерлену дəрежесіне(n), яғни макромолекулада өзара химиялық байланыспен қосылған
маномерлердің элементарлы тізбектің санына тəуелді. Полимердің молекулалық массасы (М) полимерлену дəрежесіне байланысты
болғандықтан: M=nm арақатынасымен өрнектеледі: Мұндағы, m – элементарлы тізбектің молекулалық массасы.
ЖМҚ қасиеттері:өте қиын ериді,полимер молекулаларының мөлшері неғұрлым көп болса, балқу температурасы соғұрлым жоғары болады. Көп жағдайларда полимерлердің еруі өте баяу жүреді және көбінесе ісіну пайда болады, оның барысында еріткіш молекулалары еритін полимердің массасына енеді. Алынған ерітінділер, төмен төмен концентрацияда да, жоғары тұтқырлыққа ие.
Полимер ерітіндісінің тұтқырлығын анықтау үшін берілген тұрақты температурада вискозиметр капилляры арқылы еріткіш пен ерітіндінің t0 және t бірдей көлемінің ағу мерзімі өлшенеді.
Ерітіндінің концентрациясы әдетте г/100мл түрінде беріледі.
η=t0/t ηуд=τ0-τ /τ0 [η]=lim ηуд/C
Тұтқырлықтың молекулалық массаға тәуелділігін Марк-Хувин теңдеуімен өрнектейді: [η]=KMα
ЖМҚ классификациясы:
Пайда болу тегіне байланысты
Табиғи (целлюлоза, белок, табиғи каучук, нуклеин қышқылы және т.б. жатады)
Синтетикалық (синтектикалық каучуктар, шайырлар, талшықтар және т.б.)
Химиялық модифицирленген (целлюлоза эфирлері) деп бөлінеді.
Макромолекуланың басты тізбегінің химиялық құрамына байланысты:
Карботізбекті полимерлер – элементарлы тізбекте жəне макромолекуланың звеносындағы атомдарында бір көміртек-көміртек типті қосылыстардың болуы. Карботізбекті полимерлерге табиғи каучук, синтетикалық жоғары молекулалы қанықпаған, қаныққан жəне ароматты көмірсутектер жəне
т.б. жатады.
Гетеротізбекті полимерлер – көміртек-көміртек типті байланыстармен қатар көміртек-оттек, көміртек-азот жəне т.б. байланыстардың болуы. Бұл қосылыстарға табиғи каучуктен басқа барлық маңызды табиғи полимерлер (белоктар, полисахаридтер, лигнин жəне т.б.), көптеген синтетикалық жолмен алынған полмерлер (полиамидтер, полиэфирлер, полиуретандар жəне т.б.) жатады.
Элементорганикалық жоғары молекулалық қосылыстарға көміртек-элемент (титан, қалайы, алюминий, бор, кремний жəне т.б.) химиялық байланысы бар қосылыстар жатады. Бұл топтың ішінде кең тарағаны кремнийорганикалық полимерлер – негізгі тізбекті бейорганикалық атомдар, ал бүйір тізбекті органикалық радикалдар құрайды.
Жоғары молекулалық қосылыстар жылудың əсеріне қатысты:
Термопластикалық полимерлер- көп рет балқытқанда жəне салқындатқанда өзінің балқымалылығын жəне ерігіштігін жоғалтпайтын қосылыстар.
Термореактивті полимерлер- қыздырғанда кеңістіктік, торлы құрылымдар түзетін жəне осы кезде балқитын немесе еритін қабілетін жоғалтатын қосылыстар.
Жоғары молекулалық қосылыстар алыну тəсіліне байланысты:
Полимерленген қосылыстар, яғни полимерлену реакциясы бойынша
алынған қосылыстар (полиэтилен, полипропилен, солистирол жəне
т.б.)
Поликонденсацияланған қосылыстар – поликонденсация реакциясы бойынша алынған қосылыстар (полиамидтер, полисилоксандар,феноло- жəне карбомиформоальдегидті қосылыстар жəне т.б.) деп бөлінеді.
ЖМҚ алу әдістері:
- Полимерлену реакциялары
- Поликонденсация реакциялары
- Полимерлену реакциялары – құрамында қос байланыстары бар мономердің өзара немесе сақинаның ашылуымен гетероциклдар әрекеттесу нəтижесінде жоғары молекулалық қосылыстардың түзілу үрдісі. Бұл үрдіс төмен молекулалы қосымша өнімдердің бөлінуімен жүрмейді, ал реакция жылудың бөлінуімен жəне қайтымсыз жүреді. Полимерлену үрдісін жүзеге асыру үшін реакцияға қатысатын мономерлерді активсіз түрден активті түрге айналдыру қажет. Бұл мономерлердің табиғатына байланысты əртүрлі жолдармен (қыздыру, катализаторлармен инициаторлар қолдану, жарық энергиясымен, ядролық сəулелендіру немесе ультрадыбыспен əсер ету) жүргізіледі. Полимерлену үрдісін жалпы түрде: nA →(A)n деп жазылады. Мұндағы,
n – полимерлену дəрежесі;
(A)n – n мономер молекуласының звеносынан тұратын полимердің
молекуласы.
Мысал ретінде этиленнен полиэтилен алынуын айтсақ болады:
n CH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n
Сополимерлену – химиялық құрамы бойынша ерекшеленетін екі немесе оданда көп мономерлердің бірге полимерлену үрдісі. Сополимерлену полимерленуге қарағанда күрделі үрдіс, өйткені бұл кезде əрбір мономердің басқа мономердің активтілігіне əсері байқалады. Сополимерлену үрдісінің ерекшеліктері:
- құрылысы жақын мономер молекулалырының арасында сополимерлену жеңіл жүреді;
- бірқатар мономерлер полимер түзуге қабілетті емес, бірақ құрамы басқа мономерлермен жеңіл сополимерленуі мүмкін.
- Поликонденсациялану реакциялары – мономерлердің өзара əрекеттесуі нəтижесінде жоғары молекулалық қосылыстар – полимерлердің түзілу үрдісі. Поликонденсациялану кезінде полимермен қатар төмен молекулалық қосымша өнімдер (су, аммиак, көміртек қос тотығы жəне т.б.) бөлінеді. Поликонденсациялану реакциясына би- жəне көп функционалды байланыстары бар мономерлер түседі. Мысал ретінде аминқышқылдарының қосылуы арқылы нәруыздың түзілуі. Аминқышқылдары құрамындағы –COOH карбоксил тобындағы –OH , -NH2 амин тобындағы -H бөлініп су түзіп кетеді. Ал аминқышқылдары арасындағы -CO-NH- пептидтік байланыс пайда болып, белок, яғни нәруыз түзіледі.
Жоғары молекулалық қосылыстар ерітінділері фармацевтикалық тәжірибеде кеңінен қолданылады. Олар дәрі ретінде де (поливинилпирролидон ерітіндісі, крахмал пастасы, желатин ерітіндісі және гидролизаты), сонымен қатар қосымша заттар - Қоюландырғыштар, пленка түзгіштер, пролонгаторлар ретінде қолданылады.
Еріткішке жақындығына байланысты ЖМҚ (полимерлер):
* шынайы ерітінділер;
* коллоидты ерітінділер түзуге қабілетті.
Зақымдалған адамның тіндері мен мүшелерінінің орнына, буындар, жасанды тамырлар және басқа да өнімдер жоғары молекулалық қосылыстардан жасалады. Сонымен қатар, хирургиялық жіптер полиамидтерден, ал жасанды жүрек камералары полиуретандардан жасалады.
ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ ӨНДІРІС: Атырауда полимерлік өнім шығаратын алғашқы қазақстандық зауыт – Polymer Production салынды. Бұл әзірге арнайы экономикалық аймақ (АЭА) аумағындағы жалғыз жұмыс істеп тұрған кәсіпорын. Зауыт 14 айда салынып, іске қосылды және қазір өндірістік қуаттылықтың 50% - на дейін іске асыруда.
Полиэтилен өндірісі:
Полиэтилен этиленді тізбекті полимеризациялау əдісімен алынады: nCH2=CH2 → -(CH2-CH2)-n
Полимерлеуге қолданылатын этиленнің тазалығы өте жоғары болуы қажет - 99,99% . Құрамында қоспа болса, тізбек үзіліп молекулалық массасы төмендейді.
Өндірісте полиэтиленді үш түрлі əдіспен алады:
1. Комплексті төртхлорлы титан TiCl4, үшэтилалюминий Al(C2H5)3
катализаторы қатысында 0,5-0,8МПа төмен қысымда 70-800С температурада этиленді полимерлеп алады.
2. Хром, ванадий жəне т.б. катализатордың қатысуымен 130-1700С температурада 3,5-4,0МПа қысымда еріткіш қатысуымен полимерлеп алады.
3. Жоғары қысымда (130-250МПа) 200-2700С температурада аз мөлшерде оттектің (0,005-0,05) немесе сутектің асқын тотығының қатысуымен полимерленеді.
Төмен қысымда алынған полиэтилен сызықтық құрылымға ие, молекулалық салмағы 70 000-ға дейін және балқу температурасы тармақталған құрылымы бар жоғары қысымды полиэтиленге қарағанда 20оС жоғары.
Жоғары қысымда полиэтилен алынатын қондырғының сызбанұсқасы:
Тазартылған этилен компрессорда (1) 25МПа қысымға дейін сығылады да, майдан тазартылғанан кейін 15 МПа қысыммен сығылады. Қысым неғұрлым үлкейген сайын полимерлеу жылдамдығы жоғарылайды. Этилен майтазартқыштан өтіп реакторға (3) келеді. Реактордың жоғарғы жағында этилен реакция температурасына 2000С дейін қызады, ал төменгі жағында полимерлену жүреді (1000С). Құрылғы ішкі диаметрі 25 мм-ге дейін қалың қабырғалы көлбеу орналасқан құбырлар жүйесін білдіреді, ұзын (300-400 м) змеевик пішінді.
Сумен қыздырылып, сумен салқындатылады. Полиэтилен реакцияласпаған этиленмен бірге редукторлар жүйесі арқылы сеператордан (4) өтіп, қабылдағыш (5) келіп, қысым төмендеп,
полиэтилен мен этилен бөлінеді. Этилен ұстағышта (6) жуылып,
қайтадан полимерленуге кетеді. Қабылдағыштан (5) полимер балқыған күйінде тұрақтануға, боялуға жəне ұсатуға жіберіледі.
Этиленнің конверсиялану дəрежесі бір айналғанда 8-12%-ға бірнеше
рет газ циркуляцияланғанда 95-97 %-ға дейін жетеді.
Кемшілігі: Реактордың өте үлкен болуы.
Этиленді полимерлеу құбырлы және автоклавты реакторларда жүргізіледі. Өнеркәсіпте екі типтегі реакторлар кеңінен қолданылады: ЖҚПЭ шамамен 55% құбырлы реакторларда, шамамен 45% автоклавтарда болады. Құбырлы реактор құрылымдық түрде "құбырдағы құбыр" типті аппарат болып табылады.
Жоғары қысымда этиленді полимерлеуге арналған араластырғышы бар реактор -бұл қабырға қалыңдығы 125-150 мм, ұзындығы 5-6 м болатын қалың қабырғалы ыдыс. Мұндай құрылғыда этиленнің полиэтиленге конверсиясы толығырақ жүреді.
Кемшілігі: араластырғыштың тоқтап қалуы процестің толық бұзылуына әкеледі, тіпті жарылысқа дейін алып келуі мүмкін.
Химиялық талшықтар өндірісі:
Шығу тегіне байланысты талшық табиғи, химиялық болып екіге бөлінеді.
Табиғи талшық: органикалық жəне бейорганикалық болып бөлінеді. Органикалық талшыққа өсімдіктен алынатын (мақта, сығыр, кендір кенеп жəне т.б.) талшықтар, ал бейорганикалық табиғи талшыққа асбест жатады.
Химиялық талшықтар жасанды жəне синтетикалық болып
бөлінеді. Табиғи полимерлерді қайта өңдеп талшықтарды жасанды талшықтар, ал синтетикалық полимерлерден алынғандарын синтетикалық талшықтар деп атайды.
Жасанды талшықтар алу үшін табиғи полимер ретінде целлюлоза немесе мақтаны жинап алғаннан кейін қалатын мақта мамығы қолданылады.
Полимерді балқыту немесе еріту арқылы алуға болады. Бірақ
полимерді балқытуға болмайды, өйткені ол қыздырғанда ыдырайды. Демек, оны еріту мүмкіншіліктерін қарастыру керек. Еріту үшін целлюлозаны химиялық əдістермен өңдеу керек.
Химиялық талшықтарды өндірудің негізгі схемасы бастапқы шикізатқа қарамастан төрт сатыдан тұрады:
- Бастапқы материалды алу
- Молекулалық салмағы 15000 нан 100000 ға дейін болуы;
- Полимердің таза болуы.
- Балқыған немесе ерітінді күйіндегі иіретін полимерді дайындау
- Талшықты формаға келтіру (иіру)
- Өңдеу (əшекейлеу)
Қазақстанда атырау қаласындағы химиялық зауыт түйіршікті полиэтилен өндіреді.Қостанайда химиялық талшық(жанбайтын талшық) шығаратын зауыт орналасқан. " Химволокно" ЖШС
Антибиотиктер туралы жалпы мәліметтер. Антибиотиктердің жіктелуі. Алынуы.
Антибиотиктер- микроорганизмдердің өсуін, көбеюін тежейтін немесе тоқтататын микробтар, өсімдіктер мен жануарлар клеткасынан алынатын органикалық зат.
Антибиотиктер төменгі молекуларлы қосылыс оның құрамына көміртегі-оттегі және сутегінен басқа азот (1 немесе 2 амин тобы түрінде) және 1 немесе 2 карбоксильді топтар енеді. Антибиотиктер микробтар мен кейбір қатерлі ісікке әсер етіп, олардың дамуын тежейді немесе жойып жібереді.
Антибиотиктер туралы ғылымның негізін қалап, алғаш көгерткіш саңырауқұлақтан пенициллин алған (1929) ағылшын ғалымы А.Флеминг болды.
Антибиотиктердің бірнеше жүздеген түрі бар, бірақ олардың бәрі бірдей медицинада қолданыла бермейді. Антибиотиктер шығу тегі, хим. құрамы, микробтарға әсер ету механизмі т.б. қасиеттері бойынша жіктеледі.
Антибиотиктерді әсер ету механизміне байланысты 4 топқа бөледі.
- клетка қабырғасының синтезін бұзатын антибиотиктер. Бұл топқа
- клетка мембранасының синтезін және молекулалық ұжымын
- белок синтезін бұзатын антибиотиктер. Бұл топтың өкілдері:
- НҚ синтезін тоқтататын антибиотиктер
Антибиотиктерді микроорганизмдерге әсерінің түріне байланысты екі топқа бөледі.
1.Бактерицидтік- микроорганизмдердің өлуіне әкеледі, әсерінің ерекшелігі болмайды, микробтардың барлық түрлеріне әсер етеді: бетта-лактамды антибиотиктер, аминогликозидтер.
2.Бактеристатикалық- микроорганизмдердің ұрпақтануын тежейді, бір белгілі микроорганизмнің түріне ғана әсері бағытталған: тетракциклиндер, левомициндер.
Антибиотиктердің алудың әдістері. Антибиотиктерді алудың бірнеше әдістері бар:
- Биотехнологиялық әдіс (продуцент микробтарды қолайлы жағдайда дақылдандырғанда, олар өздерінің тіршілік барысында антибиотиктер өндіреді, осылай табиғи антибиотиктерді алады).
- Табиғи заттардың хиимиялық немесе биотехнологиялық модификациясы. Биосинтез жолыменжартылай синтетикалық антибиотиктер алу). Алдымен биосинтез жолымен табиғи антибиотиктерді алады, содан соң оның бастапқы молекуласын химиялық модификация жолымен түрін өзгертеді, мысалы белгілі радикалдарды қосқан кезде препараттың микробқа қарсы және фармакологиялық сипаты жақсарады
- Химиялық синтез (табиғи антибиотиктердің синтетикалық аналогтарын алады, мысалы хлорамфеникол (левомицетин). Бұл заттардың құрылымы табиғи антибиотиктермен бірдей, бірақ олардың молекуласы химиялық жолмен синтезделеді.
Антибиотиктердің өнеркәсіптік алудың негізгі кезеңдері
1.Антибиотиктердің биосинтез кезеңдері (түзілуі).Бұл антибиотикалық зат алудың күрделі процесінің негізгі биологиялық кезеңі.Осы кезеңдегі басты міндет өндірушінің дамуы мен антибиотиктің максималды мүмкін биосинтезі үшін оңтайлы жағдайлар жасау.
2.Қоректік сұйықтықты, микроорганизмнің жасушаларын алдын алуөңдеу кезеңдері және сүзу.Кезеңнің тиімділігі көбіне антибиотик өндірушінің өсіруге арналған ортаның құрамымен, оның өсу сипатымен, биологиялық белсенді заттың негізгі қор жиналу орнымен анықталады.
3.Антибиотиктерпді оқшаулау және тазарту кезеңі.Бұл кезеңде антибиотиктердің қасиеттеріне ,оның химиялық құрамына және антибиотик заттың негізгі жинақталатын орнына байланысты оқшаулау мен тазартудың әр түрлі әдістері қолданылады.Негізгі әдістер экстракция ,тұндыру,буландыру кептіру жатады.
4.Дайын өнімді алу кезеңдері,дәрілік формаларды,орауыштарды дайындау.Бұл кезеңнің ерекшелігі соңғы өнімге қалатын өте жоғары сапа талаптарымен анықталады.Инъекцияға арналған антибиотиктер шыққан жағдайда ,препараттар стирельді болуы керек.
Антибиотктер биосинтезінің принципиалды сызба нұсқасы
Микробиологиялық синтез дақылдандыру ортасын дайындаумен басталады.Субстарант микроорганизмдерді жақсы өсіру керек,арзан және тиімді болуы керек.Қоректік ортаны алдымен биорекаторларда ылғалды бумен қысым қолданып стерилизациялайды.Сол мезгілдеғ егілетін материал да дайындалады,продуцент штамның таза дақыл колбада және тәжірбие өндірістік ферменттерде біртіндеп көбейтіледі.
Келесі кезең 7-10 тәлік бойы аэробты.ферментерда жүреді.Ферментация кезінде температура,PH қадағаланып отырады,дақылдық орта тұрақты араластырып отырады,көбікті басу үшін химиялық және механикалық тәсілдер қолданылады.Антибиотиктерді бөліп алу тазалау барысында экстракция,иондық алмасу,тұнбалау т.б. әдістер қолданылады.
1.Биомассаның жеткілікті мөлшерін жинақтау микроорганизмдердің өсуіне арналған ортада өсірілген.Бұл кезең ол тез ағып кетуі керек.Ал орта қоректік және арзан болуы керек.
2.Антибиотиктің белсенді синтезі .Бұл кезеңде ашыту өнімді ортада жүзеге асырылады.Атибиотиктер қайталама метаболитткрі болғандықтан ,олардың биосинтезі өсу фазасында емес,сатционарлық фазада жүреді.Көбею мен белсенді өсуді тежейтін кез-келеген механизмдер антибиотиктердің пайда болу процесін белсендіреді.
Қазақстанда жоғары әлемдік стандарттарға сәйкес келетін антибиотиктердің өзіндік өндірісі бар: бірнеше жылдан бері Шымкентте Santo зауытында цефтриаксонның генерикалық препараты шығарылады. Мұндай дәрі – дәрмектерді ішкі нарықта өндірудің болуы-бұл сапа мен қауіпсіздік мәселесі.
Амин қышқылдарының өндірісі. Амин қышқылдарының жіктелуі және олардың негізгі қасиеттері. Олардың медицинада қолданылуы.
Аминқышқылдар (аминкарбондық қышқылдар, АМҚ) - молекуласында амин (~NH2) және карбоксил (-СООН) топтары бар органикалық қосылыстар
Амин қышқылдарының жіктелуі
Амин қышқылдары құрылысы бойынша үш топқа бөлінеді:
1. Ациклді; Ациклді амин қышқылдары карбоксил – СООН және амин −NH2 топтарының санына қарай бөлінеді:
-Моноаминкарбон қышқылдары: аланин СН3СН(NH2)СООН – барлық ақуыздар құрамына кіреді.
-Моноаминдикарбон қышқылдары: аспарагин қышқылы НООССН2СН(NH2)СООН – аминянтар қышқылы, ақуыз гидролизі нәтижесінде түзіледі. Табиғатта аспарагин қышқылының амиді кездеседі –
NH2СОСН2СН(NH2)СООН.
- Диаминмонокарбон қышқылдары: Н2N(СН2)4СН(NH2)СООН – лизин, кейбір балық уылдырығының құрамында кездеседі, күшті негіз, ауыстырылмайтын амин қышқылдарына жатады. Оны синтетикалық жолмен капролактамнан және биохимиялық әдіспен алады.
2. Карбоциклді;
3. Гетероциклді.
Амин қышқылдарының физикалық қасиеті: Аминқышқылдары түссіз кристалл заттар. Олардың көбі суда жақсы ериді және80%- этанол ерітіндісінде ериді.Олардың көбі тәтті дәмді болып келеді.
Амин қышқылдарының Химиялық қасиеті:Амин қышқылдарының құрамында негіздік амин және қышқылды карбоксил топтары болғандықтан, олар амфотерлік қасиет көрсетеді.
Амин қышқылдарының алу әдістері:
1) құрамында белок бар табиғи шикізаттың гидролизі;
2) химиялық синтез;
3) микробиологиялық синтез;
4) микроорганизмдер немесе олардан бөлінген ферменттер көмегімен аминқышқылдарының ізашарларын биотрансформациялаумен (химиялық-микробиологиялық әдіс) қамтамасыз етіледі.
- құрамында белок бар табиғи шикізаттың гидролизі
Көбінесе ақуыздың терең гидролизін қамтамасыз ететін тұз қышқылының 20% ерітіндісі қолданылады.
Ақуыз гидролизінің реакциясын тездету үшін иммобилизацияланған протеолитикалық ферменттер мен ион алмастырғыш шайырлар қолданылады.
Гидролизге арналған шикізат көздері ретінде:
ет өңдеу өнеркәсібінің қалдықтары
(мал шикізатын өңдеу қалдықтары, қан және т. б.)),
жұмыртқа ақтығы,
казеин сүті,
бидай дәні,
соя тағамдары және т. б.
Гидролизаттан жеке аминқышқылдарын оқшаулау үшін күрделі көп сатылы тазарту жүргізіледі, оның ішінде:
бөлу ортасын бейтараптандыру,
ионалмасқан хроматография,
аффиндік хроматография,
Амин қышқылдарын концентрациялау,
кейіннен өлшеп-ораумен ақ лиофилизациясы.
Алайда, ақуыздардың қышқыл гидролизі кезінде олардың кейбір құраушы аминқышқылдарының рацемизациясы және жойылуы орын алады. Қышқыл гидролизімен триптофан толығымен жойылады және цистеин, метионин және тирозин 10 — 30%-тей айтарлықтай жоғалады.
Гидролиз кезінде аминқышқылдарының жоғалуын азайтудың ең жақсы тәсілі-оны вакуумда немесе инертті газ атмосферасында жүргізу, сонымен қатар гидролиз үшін алынған қышқыл мөлшері мен ақуыз массасының жоғары арақатынасын сақтау қажет (200:1).
Бұл әдістің негізгі кемшіліктері:
Бөлу және тазарту процесінің күрделілігі,
Сонымен қатар, шикізаттың өзі тапшы және қымбат деп саналады, сондықтан аминқышқылдарының өзіндік құны жоғары.
Аминқышқылдарының бір бөлігі ыдырауы мүмкін (мысалы, триптофан, цистеин, метионин, тирозин),
Рацемизация жүреді. Рацемизация- екі оптикалық активті заттың коспасы болуы.
Артықшылығы:
Көптеген басқа биотехнологиялық өндірістерге тән гидролиз кезінде шикізатты ұтымды пайдалану қалдықсыз технологиялардың құрылуын қамтамасыз етеді және қоршаған ортаны сауықтыруға ықпал етеді. Бұрын гидролиз әдісімен аминқышқылдары тек фармацевтикалық және ғылыми мақсаттар үшін алынған. Жақында ақуыз гидролизаттарын қолдану аясы едәуір кеңейді. Олар медицинада, мал шаруашылығында, тамақ және микробиологиялық өнеркәсіпте қолданылады.
Химиялық әдіс:
Амин қышқылдарының химиялық синтезі өндіріс көлемі бойынша екінші орында (шамамен 30%).
Химиялық синтездің негізгі кемшіліктері:
1. D - және L-изомерлерден тұратын аминқышқылдарының қоспасын алу (тек L-изомерлер адам мен жануарлар ағзасында биологиялық белсенділікке ие).
Кейбір d изомерлері адамдар мен жануарларға улы.
Осыған байланысты ерекшелік ретінде метионин болып табылады, онда D-және L-изомерлері биологиялық белсенді болып табылады, осыған байланысты бұл амин қышқылы негізінен химиялық синтез арқылы өндіріледі. Басқа аминқышқылдарының рацематтарын бөлу қымбат және өте көп уақытты қажет ететін процедура.
2. Аминқышқылдарының өндірісі шикізат ретінде қымбат жабдықтар мен агрессивті улы қосылыстарды қолданумен байланысты.
3. Процесс, әдетте, жоғары температурада жүреді,
4. Қымбат катализаторларды қажет етеді,
5. Улы жанама өнімдер түзіледі,
6. Қоршаған ортаны ластайды,
7. Қызметкерлер үшін қауіпті және зиянды.
Микробиологиялық синтез:
Барлық өндірілген таза амин қышқылы препараттарының 60% - дан астамы микробиологиялық синтез арқылы алынады.
Аминқышқылдарын өндірудің бұл әдісі аминқышқылдарының биосинтезін жоғары белсенді штамдармен-өндірушілермен және әртүрлі тауарлық формаларды алу бойынша технологиялық операциялармен қамтиды.
Микробиологиялық синтезде тек L-аминқышқылдары түзіледі.
Көбінесе ауксотрофты мутантты штамдар аминқышқылдарының синтезі үшін қолданылады.
Микроорганизмдерді культивациялау негізінде аминқышқылдарының таза препараттарын алу үшін аминқышқылдарының бір және екі сатылы синтезін қамтитын өнеркәсіптік технологиялар қолданылады.
Өнеркәсіптік культиваторларда бір сатылы синтезде аминқышқылдарының суперөнімдері болып табылатын ауксотрофты реттеуші мутанттар өсіріледі.
Оларды өсірудің жұмыс циклі аяқталғаннан кейін:
- культуралық сұйықтық микроорганизмдер жасушаларынан бөлінеді,
- культуралық сұйықтық қалыңдатылады,
- одан микробтармен синтезделген амин қышқылының жоғары концентрациясы бар өнім алынады.
амин қышқылының прекурсорын алынады (көбінесе арзан химиялық синтез),
микроорганизмдер шығаратын ферменттердің көмегімен прекурсорды амин қышқылына айналдырады, тек L-изомерлері түзіледі.
Микроағзалар жасушаларының суспензиясы немесе осы жасушалар бұзылғаннан кейін алынған ферменттік ерітінді ферменттің көзі ретінде пайдаланылуы мүмкін.
Бұл әдіс барлық дерлік аминқышқылдарын шығара алады, бірақ прекурсорлы қышқылдардың қымбаттығы мен күрделілігіне байланысты бұл әдіс әрдайым үнемді бола бермейді және көп жағдайда тікелей микробиологиялық синтез әдісінен аминқышқылдары алу арзанырақ болады.
микроорганизмдер немесе олардан бөлінген ферменттер көмегімен аминқышқылдарының ізашарларын биотрансформациялаумен (химиялық-микробиологиялық әдіс) қамтамасыз етіледі.
Осы әдіс бойынша аминқышқылдарын алу процесі амин қышқылының прекурсорын синтездеуден және одан кейін бөлінген ферменттерді немесе микроорганизмдерді қолдана отырып, мақсатты амин қышқылына айналудан тұрады.
Аминқышқылдарын өндірудің микробиологиялық әдістері
Лизин өндірісі. Лизиннің мөлшері бойынша дәнді дақылдардың ақуыздары ең аз теңдестірілген, олардың жетіспеушілігі 20-дан 50% - ға дейін.
Микроорганизмдер жасушаларында лизин аспарт қышқылынан синтезделеді және үш аминқышқылына — лизинге, метионинге және треонинге ортақ биосинтездің тармақталған метаболикалық жолының соңғы өнімі ретінде қызмет етеді .
Лизиннің жоғары тазартылған препараттары катеонитте ион алмасу хроматографиясы әдісімен культуралық сұйықтық фильтратын фракциялағаннан кейін алынады. Осы мақсатта лизин катион пішініне ауыстырылады:
Бұл процесс үшін сүзінді рН 1,6—2,0 (рН < рК,) дейін тұз қышқылымен өңделеді. Екі оң зарядталған ионогенді топтамаға ие бола отырып, лизин барлық басқа катиондар шыққаннан кейін 0,5 — 5% аммоний гидроксиді ерітіндісімен жеке қосылыс түрінде шайырға қатты сіңіріледі және одан элюацияланады. Элюат вакуумда 60 °С температурада шоғырландырылады, монохлоргидрат пішініне ауыстырылады, содан кейін кептіріледі және қайта кристалдану арқылы қосымша тазартылады. Нәтижесінде 97 — 98% тазалықтағы кристалды лизин препараттары алынады, олар тамақ өнімдерінің тағамдық құндылығын арттыру үшін және медицина өнеркәсібінде қолданылады.
Метионин, маңызды қышқыл, құрамында басқа қосылыстарға берілуі мүмкін жылжымалы метил тобы бар. Осының арқасында ол холин, фосфолипидтер синтезіне, В12 витаминдері мен фолий қышқылының алмасуына қатысады. Ақуыз биосинтезінің реакцияларында метионин қоздырғыш амин қышқылы болып табылады. Ол бауырдағы токсиндерді залалсыздандыру процестеріне қатысады.
Метионин ("Ациметион") және оның белсенді туындылары ("гептрал "препаратының құрамындағы" адеметионин " заты ретінде) бауырдың әртүрлі ауруларының алдын алу және емдеу үшін бауырдың уытты зақымдануы кезінде, атеросклероз кезінде және нейротрансмиттердің синтезін жақсарту үшін антидепрессант ретінде майдың жиналуына кедергі келтіретін липотропты фактор ретінде қолданылады.
Глутамин қышқылы-бұл жүйке жүйесінің ингибиторлық медиаторы болып табылатын гамма-аминобутир қышқылының (GABA) прекурсоры. Глутамин қышқылының өзі сонымен қатар орталық жүйке жүйесінің синапстарында қозудың таралуын ынталандыратын нейротрансмиттер болып табылады. Сонымен қатар, глутамат аммиакты бейтараптандыруға, пурин мен пиримидин негіздерінің синтезіне қатысады, спорттық медицинада белсенді қолданылатын басқа аминқышқылдарының алмасуында жетекші рөл атқарады. Организмнің глутамин қышқылына деген қажеттілігі басқа аминқышқылдарының қажеттілігінен бірнеше есе жоғары.
Глицин болып табылады медиатор ОЖЖ-не тежегіш әрекеті. Ми тіндеріндегі метаболизмді жақсартады. Тыныштандыратын әсері бар. Ұйқыны қалыпқа келтіреді, тітіркенуді, депрессияны азайтады.
Цистеин көз линзасының метаболизміне қатысады. Көбінесе линзаның бұзылуы цистеиннің жетіспеушілігімен байланысты, сондықтан цистеин катарактаның бастапқы кезеңдерінде қолданылады.
Глутамин қышқылының, цистеиннің және глициннің кешенді препараты "Вицеин" көз тамшылары түрінде қолданылады.
Гистидин-шартты түрде маңызды амин қышқылы. Гепатит, асқазан және он екі елі ішек жараларын емдеуде қолданылады. Организмде гистидин гистамин медиаторына айналады.
Церебролизин-құрамында төмен молекулалы пептидтер (15%) және аминқышқылдары (85%) бар шошқа миының гидролизаты. Орталық жүйке жүйесінің бұзылуы, ми жарақаттары, қан кетулер, вегетативті дистониялар және т. б. үшін қолданылады.
Парентеральді қоректенуге арналған препараттар: полиамин (13 амин қышқылдарының жиынтығы), вамин (18 амин қышқылдарының жиынтығы), ваминолакт (емшек сүтінің құрамына сәйкес келетін 18 аминқышқылдарының жиынтығы), гидролизин (ірі қара малдың қан ақуыздарының гидролизаты), аминотроф (казеин гидролизаты), фибриносол (қан фибринінің гидролизаты).
Гендік инженерия. Инсулинді алудың әдістері. Оның әсер ету механизмі. Жіктелуі.
Гендік инженерия - геномды жасанды түрде кайта кұру - организмнің геномына баска түрдің гендерін енгізуге мүмкіндік береді . Осы әдіспен , мысалы , ішек таяқшасының генотипіне адам генін енгізе отырып инсулин гормонын алады .
- Ген инженериясы шешетін мәселелер:
2) әр түрлі орғанизмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинантгарын алу);
3) бөтен генді жаңа клеткага векторлық ДНҚ аркылы жеткізу және олардың қызмет жасауын қамтамасыз ету;
4) клеткаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен белокты синтездеу;
5) бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу.
Гендік инженерия әдістерін жетілдіру денсаулық сақтау мен ауылшаруашылығы үшін қажетті гормондар, ферменттер және антибиотиктерді т.б. қажетті заттарды синтездейтін микро-организмдердің жаңа штаммдарын алуға мүмкіндік туғызады.
Денсаулық саласында тұқым қуалайтын ауруларды емдеу үшін ген инженериясының үлкен маңызы бар. Қазіргі кезде ауру адамдардан зат алмасудың 1000 нан аса түрлі тұқым қуалайтын өзгерістері анықталған
Инсулин - адамда және жануарларда ұйқы безінен бөлінетін гормон. Инсулин - қандағы қант мөлшерін реттеп отырады, глюкозаның клеткаға енуі онда гликогенге айналуына септігін тигізеді. Егер адамда инсулин гормоны жетіспесе қант диабет ауруы пайда болады.
Адам инсулинінің құрылысы Инсулин бұл екі пептидтік тізбектен тұратын пептидті гормон : А тізбегі 21 амин қышқылынын қалдықтарынан тұрады. В тізбегі 30 амин қышқылының қалдықтарынан тұрады . Бұл екі тізбек инсулин ақуызының кеңістіктік құрылымын қамтамасыз ететін бисульфидті S - S байланыстарымен байланысады
Инсулиннің әсер ету механизмі: Қалай болғанда да, инсулин бүкіл организмдегі зат алмасудың барлық түрлеріне әсер етеді. Алайда, ең алдымен, инсулиннің әсері көмірсулар алмасуына қатысты. Инсулиннің көмірсулар алмасуына негізгі әсері глюкозаның жасуша мембраналары арқылы тасымалдануының жоғарылауымен байланысты. Инсулин рецепторының активтенуі жасушаға глюкозаны тасымалдайтын мембраналық ақуыздардың саны мен жұмысын реттеу арқылы жасушаға глюкозаның түсуіне тікелей әсер ететін жасушаішілік механизмді іске қосады.
Адам инсулинін генетикалық инженериялық жолмен синтездеу.
1923 - 1980 ж.ж. аралығында инсулин шошқа мен ірі қараның ұйқы безінен өндірілген. Себебі олардың гормондары адамдікіне ұқсас болған және де оларды көп мөлшерде алуға мүмкіншілік бар еді. Бірақ , зерттеулер нәтижесінде, мұндай инсулин енгізілген адамда шошқа және ірі қара инсулиніне қарсы организмде антиденелер пайда болатындығы анықталды. Өз кезегінде бұл антиденелер жоғарыда аталған инсулиндердің қызметін тежейді. Сол себептен де инсулиндерді синтездеудің басқа жолдарын іздестіру керек болды.
Генетикалық инженериялық жолмен синтездеудің 2 жолы бар:
- Қос тізбекті жеке жеке денатурациялау, изоформаларды,бөліп алу, ренатурациялауқажет.
Гендік инжененерияда инсулинді алу 1 килограмм инсулин алу үшін 35 мың бас шошқа кажет ( 2018 жылы инсулинге жылдық қажеттілік 1 тонна препарат екенін ескерсек ??? ) . Ал , осындай молшерде инсулинді 25 кубтык ферментерда рекомбинантты Escherichia coli микроорганизмін қолдана отырып биосинтез жолымен аркылы алуға болады.
Рекомбинантты әдіс арқылы инсулинді алудың ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ Схемасы. Адамның генінен аламыз, ішек таяқшаларына енгіземіз, қоректік ортаға орналастыру арқылы, оны тазартып, көбейтіп аламыз.
Инсулин синтезіне жауап беретін ДНҚ бөлігін (ген) таңдаймыз.
Плазмиданы бөліп аламыз (2 ТІЗБЕГІ БАР ДНҚ бөліктері).
Плазмиданы алып тастап, генді тігеміз
Бөлінген плазмида өз құрамында адам гені болады.
Біз оны Бактерияға енгіземіз.
Бактериялар көбейіп, инсулин шығарады.
Біз инсулинді бөліп, тазартамыз.
Рекомбинантты инсулиннің артықшылықтары мен кемшіліктері
«+»:
Адам инсулиніне ұқсас → аллергиялық реакциялар жоқ.
Жануарлардың инсулинімен салыстырғанда үнемді (1 кг инсулинді E. coli көмегімен 25 текше ферментерде алуға болады немесе 35 мың бас ауылшаруашылық жануарлары қажет.
«-»:
Микробтық липо - және глико-протеиндердің қоспасы пирогендік қасиеттерге ие болғандықтан, бөлу мен тазалауды мұқият бақылау қажет. "Пирогендік заттар" атауы олардың "жылу", "от", яғни лихорадкалық күйін тудыратын қасиетін көрсетеді.
Қазақстанда өз инсулині шығарылады. Инсулин гларгин қант диабетін емдеуге арналған және "Санофи"компаниясының заманауи препаратының биологиялық аналогы болып табылады. Технологияның доноры ресейлік "Герофарм" биотехнологиялық ұйымы болды, ол субстанция синтезінен бастап дайын өнімге дейінгі толық циклді өндіріс кәсіпорны болып табылады. Бұл ресейлік биотехнологиялық компания-инсулин өндіру саласындағы жетекші компания және осы технологияларды жаңадан жасап шығарған, қажетті молекуланы тапқан, препараттың тиімділігі мен қауіпсіздігін растайтын клиникалық зерттеулер жүргізген Қазақстандағы жалғыз компания. Зауыт Қарағанды қаласында орналасады.
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Написать комментарий
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.