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 25оС 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.
|