Техника химического производства




Раздел 6. Техника периода становления индустриальной цивилизации





Техника химического производства


Новое в химической промышленности

Среди новых отраслей производства, достигших значительных успехов в период промышленного переворота, следует прежде всего назвать химическую промышленность. Бурные успехи химической технологии были непосредственно связаны с достижениями химической науки. В первую очередь получает развитие основная химическая промышленность, дававшая серную кислоту, соду, хлор и другие вещества, в которых нуждались различные отрасли производства. Напомним, что серная кислота, сода и хлор — раздельно или совместно — применяются в производстве соляной и азотной кислот, едкого натра, стекла, взрывчатых веществ, красок, отдельных веществ, удобрений, фармацевтических препаратов и др.

Французский химик и инженер Н. Леблан в 80-90-х годах XVIII в. основал заводское производство соды из поваренной соли. Способ Леблана долго господствовал в содовом производстве, причем все стадии этого процесса постоянно совершенствовались. В частности, на второй стадии производства, когда сернокислый натрий сплавлялся с известняком и углем, с 50-х годов XIX в. начали применять печи с вращающимся барабаном диаметром 3-4 м и длиной 5-9 м.

Механическая печь с вращающимся барабаном, применяемая в содовом производстве

Уже с начала XIX в. химики пытались найти способ получения соды путем превращения хлорида натрия в карбонат натрия без использования серной кислоты. В 1810 г. А. Фреснель получил соду действием на раствор поваренной соли аммиака и углекислого газа, однако его метод не стал промышленным. По этому же пути пошли в 30-е годы Д. Хэмминг и Г. Дьар. Они тоже пропускали аммиак и углекислый газ в водный раствор поваренной соли. При этом выпадал плохо растворимый бикарбонат натрия, переходивший при нагревании в соду. Ho и этот метод для промышленности оказался нерентабельным, так как не был найден способ регенерации аммиака.

В 60-х годах XIX в. на смену способу Леблана пришел более производительный аммиачный способ производства соды бельгийского изобретателя Э. Сольве. Преимущества его были очевидны.
Во-первых, этот метод не требовал высоких температур и тем самым обеспечивал экономию угля.
Во-вторых, вместо очищенной поваренной соли можно было использовать рассолы, стоимость которых была значительно ниже.
В-третьих, метод Сольве включал меньше стадий и, что очень важно, при этом не нужна была серная кислота.
И наконец, процесс Сольве не вызывал загрязнения окружающей среды, давал соду очень высокой чистоты и был непрерывным.


Судьба изобретателя оказалась нетипичной для того времени. Его отец был владельцем каменоломни и солеварни в г. Ребеке (около Брюсселя). Эрнест Сольве родился в 1838 г. В юности он много болел и свою мечту — занятие химией — вынужден был осуществить только путем самообразования. Несмотря на преимущества своего метода, Сольве вначале испытывал большие трудности. Основанная им в 1833 г. вблизи г. Шарлеруа (Бельгия) фабрика истощила все семейные капиталы. Только после создания в 1863 г. акционерного общества «Сольве и К0» продукция, получаемая этим методом, смогла успешно конкурировать с предприятиями, работавшими по методу Леблана, и победить их на международном рынке. Изобретатель стал одним из самых богатых и влиятельных людей в мире.



В середине XVIII в. английским промышленником Дж. Роубаком был внедрен камерный способ производства серной кислоты. Смесь серы и селитры сжигалась в отдельной печи, а образующиеся газы пропускались через свинцовые камеры, где они, реагируя с водой, превращались в серную кислоту. В 30-е годы XIX в. в качестве исходного сырья вместо серы стали использовать пиритные (колчеданные) огарки.

Параллельно с развитием технологии производства серной кислоты развивается производство азотной и соляной кислот. Вначале соляная кислота получалась как побочный продукт при выработке соды. Впоследствии этот «отход производства» явился важнейшим сырьем для новой отрасли промышленности — производства хлора, который стал широко использоваться в процессе беления тканей. Отбеливание тканей хлорной известью впервые было предложено К.Л. Бертолле в 1785 г. во Франции и в 1798 г. Ч. Теннантом — в Англии.

Экспериментальная перегонка нефти началась в XIX столетии: в 40-х годах в Англии, а в 50-х в промышленном масштабе — в США. До конца века самым ценным продуктом перегонки нефти считался керосин. Бензину, составлявшему 6-12 % объема перегоняемой нефти, придавали мало значения, а мазут, составлявший 60-70 %, считался отходом производства.


Слово «керосин» образовано от греческого — «воск». «Горным воском» называли твердый продукт нефтяного происхождения (впоследствии получивший название «озокерит»). Того же происхождения и слово «церезин» — так называли продукт очистки озокерита-сырца. Слово «бензин» появилось на полвека позже. Оно происходит от старинного латинского названия восточного благовонного вещества — «бензой». Этот термин арабского происхождения в переводе означает «яванский ладан». Очевидно, по сравнению с другими нефтяными продуктами бензин казался более ароматным.



В 1842 г. выдающийся русский химик Н.Н. Зинин в лаборатории Казанского университета путем синтеза из нитробензола, добытого из каменноугольного дегтя, получил красящее вещество анилин. Это открытие имело огромные практические последствия, однако не в самой России, где промышленный переворот только лишь начинался, а в более развитых странах Запада.

Ряд новых открытий в той же области сделал немецкий химик А.В. Гофман, одно время работавший в Англии со своим учеником англичанином У. Перкином-старшим. В 50-х годах Перкин открыл искусственный анилиновый краситель мовеин. А.В. Гофману принадлежит изобретение розанилина, Натансону (Польша) и Э. Вергену (Франция) — фуксина. В результате этих работ оказалось возможным создание анилинокрасочной промышленности как особой отрасли химического производства, получившей в дальнейшем особенно успешное развитие в Германии.

В 1761 г. П.Ж. Макер первым занялся химическим исследованием каучука, а с 1768 г. из него стали изготовлять первые пробки и шланги для соединения стеклянных трубок. В 1820 г. американский изобретатель Т. Хэнкок получил патент на эластичную ткань, изготовленную из каучука, а через три года Ч. Макинтош изготовил из нее водонепроницаемые изделия. Они состояли из двух слоев материи, соединенной раствором каучука в нефтяных углеводородах. Плащи, изготовленные из этой ткани, получили название «макинтошей». Значительного успеха в обработке каучука достиг в 1839 г. американец Ч. Гудьир, создавший способ горячей вулканизации этого материала (добавление к сырому каучуку оксида свинца и серы). В 1840 г. Т. Хэнкок разработал способ получения резиновых изделий путем формования. Вслед за ним в том же году американский инженер А. Паркер открыл метод холодной вулканизации резины, а через шесть лет Хэнкок наладил производство эбонита. 1


1 Эбонит (греч. — «черное дерево») — твердый материал, получаемый при высокой степени вулканизации каучука серой (до 32 %).

Добывание огня с помощью угольного трута и «серного» фитиля, которое вплоть до XIX в. представляло собой сложное занятие, было коренным образом изменено с изобретением веществ, воспламенявшихся при достаточно низких температурах. Немецкий ученый И.В. Дёберейнер, изучивший каталитические свойства платины, в 1823 г. сконструировал «огниво», основанное на воспламенении струи водорода, направленной на губчатую платину. Через четыре года Дж. Уокер создал фосфорные спички, которые, однако, вследствие их легкой воспламеняемости и ядовитости использовались мало. После того как в 1845 г. А. ІІІрёттер открыл неядовитый красный фосфор, Р. Бёттгер в 1848 г. изобрел безопасные спички. Зажигательная смесь (хлорат калия, сульфид сурьмы и гуммиарабик), используемая в этих спичках, возгоралась только при трении о поверхность, покрытую красным фосфором. Промышленное производство спичек началось в 1880 г. в Швеции, откуда они распространились по всему миру.

Еще в 1747 г. немецкий ученый А.С. Маркграф установил, что в свекловичном соке содержится сахар. В 1800 г. его ученик Ф. Ахард разработал способ выделения сахара, что привело к возникновению промышленности по производству свекловичного сахара (1825 г.). В 1858 г. немецкий ученый А. Франк получил патент на разделение и очистку свекловичного сахара.

Гальванопластика и гальваностегия

К рассматриваемому здесь периоду относится и зарождение прикладной электрохимии. Выдающуюся роль в этом сыграл русский академик Б.С. Якоби. В конце 30-х годов XIX в. он заложил основы гальванопластики и гальваностегии — технологических процессов, в результате которых с помощью электролиза оказалось возможным получать точные копии рельефных изображений, а также покрывать изделия тонким слоем металла.

В 1840 г. одновременно на немецком и русском языках вышла книга Якоби «Гальванопластика, или Способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма»^

Гальванопластика в России получила практическое применение прежде всего в деле изготовления точных и во всем сходных между собой клише для печатания государственных бумаг, в том числе денежных знаков. С помощью гальванопластики было изготовлено много замечательных произведений искусства: статуи и барельефы Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца и Петропавловского собора в Петербурге, Большого театра в Москве и т. д.

В 1867 г. на Первой международной выставке в Париже демонстрировались достижения Б.С. Якоби в области гальванопластики, имевшие громадный успех и принесшие ученому всеобщее признание и Гран-при.

Вопросы и задания:


1. Составьте перечень основных достижений химического производства конца XVIII — первой половины XIX в.

2. Мог ли изобретатель макинтошей носить резиновые калоши?

3. Исправьте ошибку в следующем тексте: «С начала XVIII в. каждая крестьянская семья заботилась о том, чтобы в доме всегда был запас сахара и спичек».

4. В чем состоял метод гальванопластики, открытый Б.С. Якоби? Какое применение нашли изделия, полученные методом гальванопластики?










Наверх