Что нужно знать, чтобы построить химический завод?

Прежде всего для этого надо знать, как ведут себя под давлением различные жидкости, газы и твердые тела, когда они находятся в одном аппарате. Раньше чем эти вещества прореагируют друг с другом, они будут соприкасаться и смешиваться, газы будут растворяться в жидкостях, а жидкости и даже твердые тела - в сжатых газах.

Долгое время не могли понять, почему на лопатках паровых турбин оседают соли. В воде, которую подводят в паровые котлы, содержатся соли, но ведь в турбину попадает не вода, а пар, в котором солей, как считалось, нет. Следовательно, на лопатки турбины попадают каким-то образом водяные брызги. Чтобы избежать этого, устанавливали отбойники, брызгоуловители, отсекатели, но ничего не помогало. Разгадка пришла, когда было выяснено, что под высоким давлением водяной пар прекрасно растворяет твердые соли и уносит их в турбину. Стало ясно, что котлы надо питать водой, в которой нет солей.

А свойство сжатого пара растворять соль научились использовать для получения ценных веществ. Например, в водяном паре при высоких давлениях и температуре растворяют кремнезем (SiO₂), a затем, снизив температуру, кристаллизуют из газового раствора кварц. Так выращивают кристаллы чистейшего кварца (горного хрусталя) массой в несколько килограммов, из которых изготовляют пьезокварцевые пластинки.

Так же синтезируют и другие ценные минералы. Этот метод называют гидротермальным синтезом, потому что процесс идет в водяном паре при высокой температуре. Кстати, такие же условия - высокая температура и большое давление - существуют в глубине Земли. Там тоже вырастают кристаллы минералов, только значительно медленнее, чем в наших лабораториях и заводских установках.

В сжатом газе, так же как и в паре, растворяются жидкости и твердые тела. Газ, прошедший через поршни компрессора. При этом разные газы по-разному загрязняются такой нежелательной примесью. Удалить масло можно, только охладив газ или снизив давление.

Не следует забывать, что речь идет о больших количествах жидкости, попадающей в газ. Опыты показали, что, например, 1 м³ этилена при 200 МПа и 25° С растворяет до 3 кг масла. При 45° С и 30 МПа такое же количество этилена растворяет до 0,5 кг нафталина, 1 м³ углекислого газа - до 200 г нафталина.

Это свойство сжатых газов можно использовать для разгонки жидких смесей. Разные жидкости по-разному растворяются в газах. При определенных давлении и температуре газ растворит некоторую часть смеси. А затем, снижая давление, можно выделить из газа растворенную жидкость. При этом происходит изотермическая перегонка, т. е. перегонка при постоянной температуре и переменном давлении.

Но не следует удивляться, что жидкости и твердые тела хорошо растворяются в сжатых газах. Ведь плотность сильно сжатого газа близка к плотности жидкости. Например, плотность азота при давлении 1 ГПа и 25^оС равна 1250 кг/м³, т. е. такой азот может тонуть в воде. Эта особенность сжатого газа приводит к интересному явлению, открытому сравнительно недавно. Оказывается, два газа, сжатые до высокого давления, не смешиваются, а расслаиваются на два слоя, как масло и вода. Граница раздела газовых слоев сфотографирована через прочные стекла; даже измерено поверхностное натяжение на этой границе.

перейти к началу страницы