Промышленные процессы

Сталелитейный завод Италии в 1958 году.

Промышленные процессы — это процедуры, включающие химические , физические , электрические или механические этапы, помогающие в производстве предмета или предметов, обычно выполняемые в очень больших масштабах. Промышленные процессы являются ключевыми компонентами тяжелой промышленности.

Химические процессы по основному исходному веществу

Основная статья: Химический процесс

Определенные химические процессы дают важные основные материалы для общества, например ( цемент , сталь , алюминий и удобрения ). Однако эти химические реакции способствуют изменению климата , выделяя углекислый газ , парниковый газ , в результате химических реакций, а также посредством сжигания ископаемого топлива для создания высоких температур, необходимых для достижения энергий активации химических реакций.

Цемент (паста внутри бетона)

• Кальцинирование – известняк , который в основном состоит из окаменевшего карбоната кальция (CaCO ₃ ), при высоких температурах распадается на пригодный для использования оксид кальция (CaO) и углекислый газ (CO ₂ ), который выделяется в качестве побочного продукта . Эта химическая реакция, называемая кальцинированием, играет наиболее важную роль в создании цемента (пасты внутри бетона ). Реакция также важна для обеспечения того, чтобы оксид кальция действовал в качестве химического флюса (удаления примесей) в доменной печи .

CaCO ₃ (тв) → CaO(тв) + CO ₂ (г)

Сталь

• Плавка — внутри печи доменной окись углерода (CO) выделяется при сжигании кокса (высокоуглеродистого производного угля ) и удаляет нежелательный кислород (O) из руды . CO ₂ выделяется как побочный продукт, унося кислород и оставляя после себя желаемый чистый металл. В частности, выплавка чугуна — это способ производства стали (в основном железа с небольшим количеством углерода) из добытой железной руды и угля.

Fe ₂ O ₃ (т) + 3 CO(г) → 2 Fe(т) + 3 CO ₂ (г)

Алюминий

• Процесс Холла – Эру – Оксид алюминия ( Al ₂ O ₃ ) плавят с коксом (C) в реакции высокотемпературного электролиза , получая желаемый чистый алюминий (Al) и смесь CO и CO ₂ .

Al ₂ O ₃ (тв) + 3 C(тв) → 2 Al(тв) + 3 CO(г)

2 Al ₂ O ₃ (тв) + 3 C(тв) → 4 Al(тв) + 3 CO ₂ (г)

Удобрения

• Процесс Габера – Атмосферный азот (N ₂ ) отделяется с получением аммиака (NH ₃ ), который используется для производства всех синтетических удобрений . В процессе Габера используется ископаемый источник углерода, обычно природный газ , для получения CO для реакции конверсии вода-газ , в результате чего образуется водород (H ₂ ) и выделяется CO ₂ . H ₂ используется для разрыва прочной тройной связи в N ₂ с получением промышленного аммиака .

CH ₄ (г) + H ₂ O(г) → CO(г) + 3 H ₂ (г)

CO(г) + H ₂ O(г) → H ₂ (г) + CO ₂ (г)

N ₂ (г) + 3 H ₂ (г) → 2 NH ₃ (г)

химические

• Дезинфекция – химическая обработка для уничтожения бактерий и вирусов.
• Пирообработка – использование тепла для химического соединения материалов, например, цемента.

Электролиз

Основная статья: Электролиз

Доступность электричества и его влияние на материалы привели к появлению нескольких процессов нанесения покрытия или разделения металлов.

• Электролитический процесс - любой процесс, использующий электролиз.
• Электрофоретическое осаждение – электролитическое осаждение коллоидных частиц в жидкой среде.
• Электрополировка - обратная сторона гальваники.
• Гальванопластика – использование гальванотехники для изготовления печатных форм.
• Золочение , гальваническое покрытие , анодирование , электролизирование – нанесение материала на электрод.
• Изоэлектрическая фокусировка, также известная как электрофокусировка - похожа на гальванику, но разделяет молекулы.
• Металлизация , гальваника , центрифугирование – общие термины для нанесения на неметаллы металлического покрытия.

Резка

Основная статья: Резка

• Электроэрозионная обработка (ЭЭО)
• Лазерная резка
• Механическая обработка - механическая резка и формовка металла, сопровождающаяся потерей материала.
• Газокислородная сварка и резка
• Плазменная резка
• Распиловка
• стрижка
• Гидроабразивная резка – резка материалов струей воды очень высокого давления.

Металлообработка

Основная статья: Металлообработка

См. Также: Изготовление металла.

• Цементация , дифференциальная закалка , дробеструйная обработка – создание износостойкой поверхности.
• Литье - придание жидкому материалу формы путем заливки его в формы и затвердевания.
• Высечка - «форма» или «матрица» прижимается к плоскому материалу, чтобы вырезать, надрезать, пробивать и иным образом придавать материалу форму.
• Электродуговая печь — сверхвысокотемпературная обработка
• Ковка – обработка металла с помощью тепла и молота.
• Гидроформовка – металлическая трубка расширяется в форму под давлением.
• Дисперсионное твердение - термическая обработка, используемая для упрочнения ковких материалов.
• Прогрессивная штамповка – производство деталей из полосы или рулона.
• Пескоструйная очистка – очистка поверхности песком или другими частицами.
• Плавка и прямое восстановление – извлечение металлов из руд
• Пайка , пайка , сварка – процесс соединения металлов.
• Штамповка
• Сталеплавильное производство – превращение «чушкового чугуна» из плавки в сталь.
• Барабанная полировка – для полировки
• Нагартование – придание прочности металлам, сплавам и т. д.

Железо и сталь

• Конвертерное производство стали
• Бессемеровский процесс
• Доменная печь – производство чугуна
• Каталонская кузница , мартеновская печь , блюмери – производство кованого железа.
• Процесс цементации
• Тигельная сталь
• Прямое восстановление – производство железа прямого восстановления.
• Плавка — процесс использования печей для производства стали, меди и т. д.

Молдинг

Основная статья: Литье (процесс)

Физическое формование материалов путем придания им жидкой формы с помощью пресс-формы.

• Выдувное формование, например, в производстве пластиковых контейнеров или в производстве стеклянной тары – изготовление полых предметов путем выдувания их в форму.
• Литье , литье в песчаные формы – формование расплавленного металла или пластмассы с использованием формы.
• Компрессионное формование
• Спекание , порошковая металлургия – изготовление изделий из металлического или керамического порошка.

Разделение

Многие материалы существуют в нечистой форме. Очистка или разделение дает пригодный к употреблению продукт.

• Измельчение – уменьшает размер физических частиц (существует между дроблением и измельчением)
• Процесс Фраша – для извлечения расплавленной серы из земли.
• Пенная флотация , процесс флотации – разделение минералов посредством флотации.
• Жидкостно-жидкостная экстракция – растворение одного вещества в другом.

Дистилляция

Дистилляция – это очистка летучих веществ путем испарения и конденсации.

• Периодическая перегонка
• Непрерывная дистилляция
• Фракционная перегонка , перегонка с водяным паром , перегонка под вакуумом.
• Фракционирующая колонна
• Вращающийся конус

Аддитивное производство

При аддитивном производстве материал постепенно добавляется к изделию до тех пор, пока не будет получена желаемая форма и размер.

• Моделирование наплавленным осаждением (FDM)
• Фотолитография
• Селективное лазерное спекание (SLS)
• Стереолитография (SLA)

Нефть и органические соединения

Природа органической молекулы означает, что ее можно трансформировать на молекулярном уровне для создания целого ряда продуктов.

• Алкилирование – переработка сырой нефти
• Процесс Бертона – крекинг углеводородов
• Крекинг (химия) – общий термин для разрушения более крупных молекул.
• Кумоловый процесс - получение фенола и ацетона из бензола.
• Реакция Фриделя–Крафтса , реакция Кольбе–Шмитта
• Метатезис олефинов , термическая деполимеризация
• Оксо-процесс - производит альдегиды из алкенов.
• Полимеризация
• Процесс гидроксиламина Рашига - производит гидроксиламин , предшественник нейлона.
• Переэтерификация – органические химикаты

Сгруппировано по продуктам

• Алюминий – ( процесс Холла-Эру , процесс Девиля , процесс Байера , процесс Велера )
• Аммиак , используемый в удобрениях – ( процесс Габера )
• Бром – ( процесс Доу )
• Хлор , используемый в химикатах – ( хлорщелочной процесс , процесс Велдона , процесс Хукера )
• Жир – ( рендеринг )
• Удобрения – ( нитрофосный процесс )
• Стекло – ( процесс Пилкингтона )
• Золото – ( бактериальное окисление , процесс Паркса )
• Графит – ( процесс Ачесона )
• Тяжелая вода , используемая для очистки радиоактивных продуктов – ( сульфидный процесс Гирдлера )
• Водород – ( реакция водно-газовой конверсии , паровой риформинг )
• Свинец (и висмут ) – ( электролитический процесс Беттса , процесс Беттертона-Кролла )
• Никель – ( процесс Монда )
• Азотная кислота – ( процесс Оствальда )
• Бумага - ( целлюлоза , крафт-процесс , машина Фурдринье )
• Резина – ( вулканизация )
• Соль – ( процесс Альбергера , процесс выпаривания Грейнера )
• Полупроводниковые кристаллы - ( метод Бриджмена – Стокбаргера , метод Чохральского )
• Серебро – ( процесс Патио , процесс Паркса )
• Карбид кремния – ( процесс Ачесона , процесс Лели )
• Карбонат натрия , используемый для мыла - ( процесс Леблана , процесс Сольвея , процесс Леблана-Дикона )
• Серная кислота – ( процесс в свинцовой камере , контактный процесс )
• Титан – ( процесс Хантера , процесс Кролла )
• Цирконий – ( процесс Хантера , процесс Кролла , процесс Ван Аркеля – де Бура )

Список по процессам:

• Процесс Альбергера , Процесс выпаривания Грейнера – производит соль из рассола.
• Бактериальное окисление – используется для производства золота.
• Процесс Байера – извлечение алюминия из руды
• Хлощелочной процесс , Процесс Велдона – для получения хлора и гидроксида натрия.
• Процесс Доу - производит бром из рассола.
• Процесс Формокс - окисление метанола с получением формальдегида.
• Сульфидный процесс Гирдлера - для производства тяжелой воды
• Процесс Хантера , Процесс Кролла — производят титан и цирконий.
• Промышленная рендеринг – отделение жира от костей и белка
• Свинцовый камерный процесс , контактный процесс – производство серной кислоты
• Процесс Монда – никель
• Нитрофофорный процесс - ряд аналогичных процессов производства удобрений.
• Процесс Оствальда - производит азотную кислоту.
• Упаковка
• Процесс Пиджена - производит магний, восстанавливая оксид с помощью кремния.
• Паровой риформинг , реакция конверсии водяного газа – производят водород и окись углерода из метана или водород и диоксид углерода из воды и оксида углерода.
• Вакуумная металлизация – финишный процесс
• Процесс Ван Аркеля – де Бура - для производства титана, циркония, гафния, ванадия, тория или протактиния.

См. также

• Химическая инженерия
• Промышленная добыча
• Массовое производство
• Многоуровневое моделирование потоков
• Процесс (инжиниринг)