Kimyo · Kimyoviy reaksiyalar · 9-sinf

Kimyo sanoati va zavodlar

Qashqadaryo gazidan polietilen, havodan o‘g‘it: reaksiya qanday zavodga aylanadi?

Vaziyat

Probirkada ammiak olish oson: ammoniy xloridni so‘ndirilgan ohak bilan qizdirsangiz bo‘ldi. Lekin «Navoiyazot» yiliga yuz minglab tonna ammiak va karbamid chiqaradi — havodagi azot va tabiiy gazdan. Qashqadaryo gazidan polietilen, Muborakda nordon gazdan oltingugurt, «Uzbekistan GTL» da esa gazdan dizel yoqilg‘isi olinadi. Laboratoriyadagi reaksiya qanday qilib kechayu kunduz ishlaydigan, tejamkor va xavfsiz zavodga aylanadi va kimyo sanoatining kelajagi qanday?

Mavzu

Kimyo sanoati: reaksiyadan zavodgacha. O‘zbekiston kimyo sanoati xaritasi: Navoiyazot, Maxam-Chirchiq, Farg‘onaazot, Ammofos-Maxam, Qo‘ng‘irot soda, Sho‘rtan va Ustyurt gaz-kimyo majmualari — xomashyodan…

Asosiy tushunchalar

Sirkulyatsiya va katalizator
Qarama-qarshi oqim
O‘zbekiston kimyo korxonalari

Formulalar

N_{2} + 3 H_{2} ⇌_{\underset{}{t, p}}^{\overset{}{Fe}} 2 NH_{3} Δ H = - 92 kJ

Ammiak sintezi — sanoat prinsiplarining klassik namunasi: katalizator, optimal harorat va bosim, sirkulyatsiya, issiqlik almashinuvi.

X_{umumiy} = \frac{α}{α + β - α β}

Sirkulyatsiya: bir o‘tishdagi konversiya α kichik bo‘lsa ham, reaksiyaga kirishmagan gaz qaytarilgani uchun umumiy konversiya yuqori (β — tozalash uchun chiqariladigan ulush).

ε_{qarama-qarshi} = \frac{N T U}{1 + N T U} > ε_{to‘g‘ri} = \frac{1 - e^{- 2 N T U}}{2}

Issiqlik almashinuvchining samaradorligi: qarama-qarshi oqimda issiqlikning katta qismi qaytariladi (to‘g‘ri oqimda ko‘pi bilan 50 %).

2 NH_{3} + CO_{2} \overset{}{\to} CO (NH_{2})_{2} + H_{2} O

Karbamid sintezi: ammiak zavodining CO₂ «chiqindisi» xomashyoga aylanadi.

Atom iqtisodi = \frac{M (mahsulot)}{\sum M (reagentlar)} \cdot 100 %

Yashil kimyo ko‘rsatkichi: reagent atomlarining qancha qismi kerakli mahsulotga o‘tadi.

Nazariya

Kimyoviy reaksiyadan zavodgacha (41-§)

Kimyoviy ishlab chiqarish — xomashyoni tayyorlash, reaktordagi kimyoviy jarayon, mahsulotni ajratish va tozalash, chiqindilarni zararsizlantirish bosqichlaridan iborat kimyoviy-texnologik sistema. Reaksiya tanlanganda uning tezligi va muvozanati birga hisobga olinadi. Asosiy ilmiy prinsiplar: 1) optimal sharoit — harorat, bosim va katalizator tezlik va unum o‘rtasidagi murosaga ko‘ra tanlanadi; 2) uzluksiz jarayon — apparatlar kechayu kunduz bir xil rejimda ishlaydi, avtomatlashtirish oson; 3) qarama-qarshi oqim — moddalar (gaz va suyuqlik, issiq va sovuq oqimlar) bir-biriga qarama-qarshi harakatlanadi: yutish minoralarida, quritishda, issiqlik almashinuvchilarda — farq butun yo‘l davomida katta bo‘lib qoladi; 4) issiqlik almashinuvi (energiyani tejash) — ekzotermik reaksiya issiqligi kirayotgan xomashyoni isitishga sarflanadi; 5) sirkulyatsiya — reaksiyaga kirishmagan moddalar ajratib, qaytadan reaktorga yuboriladi; 6) xomashyodan kompleks foydalanish va chiqindisiz texnologiya. Ko‘rsatkichlar: konversiya X (reagentning qancha qismi o‘zgardi), selektivlik S (o‘zgargan reagentning qancha qismi kerakli mahsulotga aylandi), unum Φ = X·S, unumdorlik (vaqt birligida mahsulot).

O‘zbekiston kimyo sanoati (xarita)

Azotli o‘g‘itlar: «Navoiyazot» (2020-yildan yangi majmua — yiliga 660 ming t ammiak va 577,5 ming t karbamid; 2019-yildan PVX, o‘yuvchi natriy va metanol), «Maxam-Chirchiq» (1940-yildan; ammiak, ammiakli selitra, karbamid, ammoniy sulfat), «Farg‘onaazot». Fosforli o‘g‘itlar: «Ammofos-Maxam» (Olmaliq, 1969) — Qizilqum fosforitidan ammofos va superfosfat. Kaliy: Dehqonobod — silvinitdan KCl. Soda: Qo‘ng‘irot soda zavodi (2006; yiliga 200 ming t). Gaz-kimyo: Sho‘rtan GKM (2001; loyiha bo‘yicha 125 ming t polietilen), Ustyurt GKM (2016; 387 ming t polietilen va 83 ming t polipropilen), «Uzbekistan GTL» (2021; 3,6 mlrd m³ gazdan ≈ 1,5 mln t sintetik yoqilg‘i). Gaz va neftni qayta ishlash: Muborak GQIZ (1971; nordon gazdan oltingugurt), Farg‘ona (1959) va Buxoro (1997) neftni qayta ishlash zavodlari. Ammiak, sulfat kislota va soda ishlab chiqarish «Qaytar reaksiyalar…», «Sulfat kislota…» va «Ishqoriy metallar…» tajribalarida batafsil.

Ammiak sintezi misolida: model raqamlari

$N_{2} + 3 H_{2} \overset{}{⇌} 2 NH_{3}$ ekzotermik va gaz mollari kamayadi: muvozanatga past harorat va yuqori bosim qulay (Le Shatelye). Lekin past haroratda reaksiya juda sekin, shuning uchun temir katalizator (K₂O va Al₂O₃ qo‘shilgan) va murosaviy 400–500 °C, 15–30 MPa (150–300 atm) tanlanadi. Katalizatorsiz 450 °C da ham reaksiya amalda bormaydi. Bir o‘tishda gazning faqat 15–25 % i ammiakka aylanadi (muvozanatgacha yetmaydi): ammiak sovitib suyultiriladi va ajratiladi, qolgan N₂ va H₂ sirkulyatsion kompressor bilan qaytariladi; inert gazlar (Ar, CH₄) to‘planmasligi uchun oz qismi (bu modelda 1,5 %) chiqarib yuboriladi — shu bilan umumiy konversiya 95 % dan oshadi. Reaktordan chiqqan issiq gaz issiqlik almashinuvchida kirayotgan sovuq gazni isitadi: qarama-qarshi oqimda tashqi isitish kerak bo‘lmaydi (avtotermik jarayon), to‘g‘ri oqimda esa yetmaydi.

Organik moddalarni ishlab chiqarish (10-sinf, 4.1)

Polietilen: etan yuqori haroratda (≈ 800 °C) degidrogenlanib etilen beradi — $C_{2} H_{6} \overset{}{\to} C_{2} H_{4} + H_{2}$ , etilen katalizatorda polimerlanadi: $n C H_{2} = C H_{2} \to {(- C H_{2} - C H_{2} -)}_{n}$ — Sho‘rtan va Ustyurt GKM. PVX: vinilxlorid atsetilendan ( $C_{2} H_{2} + HCl \overset{}{\to} C_{2} H_{3} Cl$ ) yoki etilendan (xlorlash va HCl ajratish) olinadi, so‘ng polimerlanadi; xlor osh tuzi elektrolizidan. Karbamid: $2 NH_{3} + CO_{2} \overset{}{\to} CO (NH_{2})_{2} + H_{2} O$ — ammiak zavodida vodorod olinganda hosil bo‘ladigan CO₂ ishlatiladi. Metanol: sintez-gazdan $CO + 2 H_{2} \overset{}{\to} CH_{3} OH$ . Sintetik yoqilg‘i (GTL): metan sintez-gazga, keyin Fisher–Tropsh sintezida uzun alkanlarga aylanadi: $n CO + (2 n + 1) H_{2} \to C_{n} H_{2 n + 2} + n H_{2} O$ . Massa hisobi: reaksiya tenglamasidagi mollar nisbati xomashyo sarfini beradi; masalan, 1 mol (60 g) karbamid uchun 2 mol (34 g) ammiak kerak.

Kimyoviy ishlab chiqarish istiqbollari (38-§)

Yashil kimyo (P. Anastas va J. Uorner, 1998, 12 prinsip): chiqindini keyin tozalashdan ko‘ra hosil qilmaslik; atom iqtisodi yuqori reaksiyalar (birikish va polimerlanish — 100 %); katalizatorlar; xavfsiz erituvchilar; energiyani tejash; qayta tiklanadigan xomashyo; parchalanadigan mahsulotlar. Chiqindisiz va kam chiqindili texnologiya: bir sexning chiqindisi boshqasining xomashyosi — Muborakda zaharli H₂S oltingugurtga aylantiriladi (Klaus jarayoni), metallurgiya gazlaridagi SO₂ dan sulfat kislota olinadi, ammiak sexining CO₂ i karbamidga ishlatiladi. Tabiiy gazni xom holida sotishdan ko‘ra chuqur qayta ishlash (polimerlar, sintetik yoqilg‘i, o‘g‘itlar) qo‘shilgan qiymat yaratadi. Xavfsizlik va ekologiya: ammiak, xlor, H₂S — zaharli; zavodlarda doimiy nazorat, oqava suvlarni tozalash, chiqindi gazlarni yutish majburiy.

Model haqida

Xarita sxematik: korxonalar va konlar o‘rni taxminiy. Quvvatlar va yillar — korxonalar, hukumat va xalqaro sanoat nashrlari ma’lumotlari (2015–2025), keyinchalik o‘zgargan bo‘lishi mumkin. Ammiak modeli: bosim MPa da ko‘rsatiladi, hisob ichida atmosferaga o‘tkaziladi (1 atm = 101,325 kPa); muvozanat — Gillespi–Bitti korrelyatsiyasi (ideal gaz; 20 MPa da haqiqiy unum bir necha foiz yuqori), kinetika sxematik (katalizator bilan τ = 2 s ichida muvozanatga yaqinlashish), adiabatik bitta qatlam (haqiqiy kolonnada katalizator qatlamlari orasida gaz sovitiladi va harorat ≈ 530 °C dan oshirilmaydi, maketda esa chiqishda 600 °C dan oshishi mumkin), gaz issiqlik sig‘imi o‘zgarmas; issiqlik almashinuvchi — teng oqimlar, NTU = 3. Maket masshtabsiz. Atom iqtisodi molyar massalardan hisoblanadi.

Bilasizmi?

Ustyurt gaz-kimyo majmuasi 2016-yilda ishga tushgan: u yiliga 4,5 mlrd m³ gazni qayta ishlab, 387 ming t polietilen va 83 ming t polipropilen chiqarishga mo‘ljallangan.
«Uzbekistan GTL» zavodi 2021-yil dekabrda ishga tushgan: yiliga 3,6 mlrd m³ tabiiy gazdan Fisher–Tropsh usulida ≈ 1,5 mln t sintetik yoqilg‘i — dizel, aviakerosin, nafta va suyultirilgan gaz.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Reaksiya tenglamalari — 7-sinf
Yonish, alanga va oksidlar — 7-sinf
Reaksiya tezligi va katalizator — 8-sinf
Qaytar reaksiya va muvozanat — 8-sinf