РОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В ЖИДКОФАЗНЫХ И ТВЕРДОФАЗНЫХ ПРОЦЕССАХ
Для процессов, протекающих вжидкой фазе, применение повышенного давления эффективно лишь при его значениях более 200 МПа. Примером может служить жидкофазная гидратация этилена при получении этилового спирта (С2Н4 + Н2ОàС2Н5ОН) либо его полимеризация в производстве полиэтилена высокого давления. В последнем случае уже при давлении 200 МПа и температуре 200 °С плотность газообразного этилена очень близка к плотности жидкости. В существующих технологических процессах производства полиэтилена давление достигает 300 МПа. Подобное повышение давления благоприятствует образованию полиэтилена большей плотности, уменьшает разветвленность и количество непредельных групп в структуре макромолекул.
Однако при таком давлении влияние температуры и агрегатного состояния проявляется в очень противоречивой форме. С одной стороны, повышение температуры ускоряет распад инициатора и увеличивает скорость полимеризации, с другой — с повышением температуры уменьшается молекулярная масса и плотность полимера, в результате качество полиэтилена высокого давления как одного из лучших диэлектриков для высокочастотной техники несколько ухудшается. Фазовое состояние реакционной смеси также влияет на эффективность процесса. В гомофазной системе Ж - Ж преобладают процессы роста молекулярной цепи с образованием небольшого числа коротких боковых ответвлений. В гетерофазной системе Г — Ж — Т образуется большое число молекул с длинными боковыми ответвлениями, сильно ухудшающими качество полимера. По этой причине полимеризацию этилена под высоким давлением проводят в гомофазной системе Ж — Ж, а подготовительные и завершающие операции — в гетерофазных системах типа Г-Ж либо Ж - Т.
Другая область применения высокого давления — жидкофазная пропитка пористых материалов и изделий. Применение для этой цели высокого гидростатического давления (3000 МПа) в многих отраслях промышленности сокращает продолжительность пропитки с нескольких суток до 10-30 с. В ряде случаев удается совмещением нескольких технологических операций одновременно с пропиткой производить уплотнение и формообразование (профилирование). Например, древесину железнодорожных шпал, мебельных изделий, шахтного крепежного леса обрабатывать антисептиками, консервантами, синтетическими смолами или лаками. Это исключает длительную и энергоемкую сушку, позволяет использовать плохосмазываемые и даже высоковязкие жидкости без подогрева. Ориентировочный годовой экономический эффект от использования этого способа только в лесообрабатывающей промышленности оценивается в 10 млн. руб. В настоящее время пропиткой пористых материалов и изделий жидкостью под высоким гидростатическим давлением осуществляют консервирование и гидролиз древесины, изготовление древесных пластиков, изготовление высоковольтных пленочных конденсаторов, антифрикционной металлокерамики и т. д.
Для процессов, протекающих в твердой фазе, ввиду незначительной сжимаемости твердых тел эффективными являются лишь сверхвысокие давления ~ 10000 — 250000 МПа. При таких больших сжатиях происходит перестройка электронных оболочек атомов, деформация молекул и сдвиг фазов'ого равновесия. Как правило, это заканчивается образованием новых химических связей, которые обладают большой прочностью. Подобный принцип воздействия на вещество положен в основу создания новых материалов с необходимыми свойствами. Сейчас сверхтвердые материалы типа эльбе-ра, боразона и синтетических алмазов получают при температурах 1600 — 2400 °С целенаправленными полиморфными превращениями в кристаллической структуре. Так, графит в результате перегруппировки атомов углерода в кристаллической решетке переходит в синтетический алмаз. Гексагональная структура нитрида бора трансформируется до кубической, что придает полученным кристаллам твердость, превышающую твердость алмаза.
Техника получения сверхвысоких давлений уже сейчас обеспечивает возможность сжатия материалов до 106 — 108 МПа. Это открывает большие возможности получения совершенно новых сплавов большой твердости, прочности и жесткости либо создания неметаллических материалов с металлическими свойствами. Например, серый чугун после его обработки высоким давлением напоминает по механическим характеристикам высокосортную сталь, а неметаллы (сера, иод) и металлоиды (например, селен) приобретают ярко выраженные металлические свойства.
Таким образом, сверхвысокие давления значительно расширяют диапазон возможностей в создании новых материалов и прогрессивной технологии их переработки. В будущем обработка высоким давлением станет такой же обычной, как и современные высокотемпературные процессы.
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2087;