تازه های علم شیمی

[Sara12]

فرایند پلیمریزاسیون

دید کلی
اصولا هر کسی که سر رشته‌ای از شیمی دارد، فرق بین یک جسم ساده اورگانیک مانند بنزن و ... و یک جسم پلیمری را می‌داند. اولین و عمده‌ترین فرقی که بین این دو نوع ماده وجود دارد، جرم مولکولی آنهاست. پلیمرها جرم مولکولی بسیار بالا از 10000 تا چندین میلیون دارند. پس جرم مولکولی ، شاخص تمایز بین جسم ساده اورگانیک و اجسام پلیمری است.

انواع پلیمرها
پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند:
-بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و ...
-پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و ...
-پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم.

پلیمریزاسیون افزایشی
در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن.

پلی اتیلن
C2H4 → (─ C2H4 ─)n
در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین 1000 تا 20000 می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد.

آکریلان
n(CH2 ─ CHCN) → (─ CH2 ─ CHCN─)n
این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است.

PVC
CH2 ═ CHCl → (─ CH2 ─ CHCl)n
پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH2 ═ CHCl بوجود می‌آید.

کائوچو
کائوچوی طبیعی:
کائوچوی طبیعی که از شیره درختی به نام Hevea بدست می‌آید، از پلیمریزاسیون هیدروکربنی به نام 2- متیل -3 , 1- بوتادین معروف به ایزوپرن به فرمول CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 بوجود می‌آید:
CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 → (─ CH2 ─ C CH3 ═ CH ─ CH3)n

کائوچوی مصنوعی:
چون در فرمول ساختمانی کائوچوی طبیعی پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد حرارت دهیم، این مونومرها پیوند پی خود را باز می‌کنند و با ظرفیتهای آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون (Vulcanization) می‌نامند و بهمین دلیل لاستیک حاصل را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند.
چند نوع کائوچوی مصنوعی نیز ساخته‌اند که از موادی مانند 1,3- بوتادین و جسمی به نام 2- کلرو 3 , 1- بوتادین معروف به کلروپرن به فرمول CH2 ═ CHCl ─ CH ═ CH2 و جسم دیگری به فرمول CH2 ─ C(CH3) ─ C(CH3) ═ CH2 به نام 3 , 2- دی متیل – 3 , 1- بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده‌اند.
کلروپرن بسهولت پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می‌شود.

پلیمریزاسیون تراکمی
اگر در یک پلیمریزاسیون ، بر اثر واکنش مونومرها با هم ، مولکولهای کوچکی مثل H2O و NH3 و ... خارج شوند، این نوع پلیمریزاسیون را تراکمی می‌نامند. مثل پلمیریزاسیون گلوکز در تولید نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب می‌گردد و یا مثل بوجود آمدن نایلون که مانند مواد پروتئینی یک پلی آمید است و پلیمر شدن یک آمین دو ظرفیتی به نام هگزا متیلن دی آمین به فرمول NH2 ─ (CH2)6 ─ NH2 با یک اسید دو ظرفیتی به نام اسید آدیپیک HOOC ─ (CH2)4 ─ COOH بوجود می‌آید. در این عمل ، عامل OH_ اسید از دو طرف با هیدروژن گروه آمین NH2_ تشکیل آب داده و خارج می‌شوند و باقیمانده‌های مولکولهای آنها با هم ، زنجیر پلیمر را بوجود می‌آورند. به شکل زیر:

... + NH2 ─ (CH2)4 ─ NH2 ─ HOOC ─ (CH2 ─ COOH + ...

نایلون:
nH2O + (─ NH ─ (CH2)6 ─ N(H) ─ CO ─ (CH2)4 ─ CO ─)n

پلیمریزاسیون اشتراکی (کوپلیمریزاسیون)
اگر در عمل پلیمریزاسیون ، 2 مونومر مختلف با هم بطور مشترک پلیمر شوند و یک پلیمر را بوجود آورند، آن را کوپلیمر می‌نامند. مثلا یک نوع لاستیک وجود دارد، به نام بونا _ S که از پلیمریزاسیون دو جسم مختلف یکی به نام 3 , 1- بوتا دی‌ان CH2 ═ CH ─ CH ═ CH2 و دیگری به نام وینیل بنزن (استیرن) C6H5 CH ═ CH2 بوجود می‌آید که قسمتی از فرمول ساختمانی آن به شکل زیر است:

--CH2 ─ CH ═ CH ─ CH2 ─ CH(C6H5) ─ CH2

[Sara12]

کوپلیمریزاسیون
کوپلیمریزاسیون عبارتست از پلیمریزاسیون دو یا چند نوع مونومر و ایجاد مولکولهایی با بیش از یک نوع واحد ساختمانی ، که آنها را کوپلیمر می‌نامند. فرمول عمومی کوپلیمر را می‌توان به صورت...A)n(B)m(C)p) نشان داد که C,B,A و غیره نشان دهنده واحدهای ساختمانی مختلف می‌باشند.

هموپلیمرها (homopolymers)
ساده ترین انواع پلیمرها ، هموپلیمرها هستند که از زنجیره های پلیمری متشکل از واحدهای تکراری منفرد تشکیل شده‌اند. بدین معنی که اگر A یک واحد تکراری باشد، یک زنجیره هموپلیمری ، ترتیبی به صورت… AAAدر زنجیره مولکولی پلیمر خواهد داشت. به عبارت دیگر می توان برای هموپلیمرها فرمول عمومی An را در نظر گرفت. از جمله هموپلیمرها می توان پلیمرهایی مثل پلی‌اتیلن ، پلی‌پروپیلن ، پلی‌استایرن و پلی‌وینیل‌کلراید یا PVC را نام برد.

کوپلیمرها (Coplymers)
کوپلیمرها، پلیمرهایی هستند که از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف و مناسب با یکدیگر بوجود می‌آیند که از این راه می توان پلیمر را با ساختمانهای متفاوتی بوجود آورد. در کوپلیمریزاسیون دو مونومر B,A ، زنجیرهای پلیمر می‌توانند مونومر A یا مونومر B را در انتهای رشد کننده خود داشته باشند. در نتیجه ، چهار واکنش امکان پذیر است، واکنش زنجیر دارای انتهای A با مونومر A یا B و واکنش زنجیر دارای انتهای B با مونومر A یا B هر یک از واکنش ها ثابت سرعت مشخصی دارند. از روی نسبت داده شده مولکولهای مونومر می‌توان نسبت واحدهای مونومرهای بکار رفته در یک پلیمر را بدست آورد.

نسبت واکنش پذیری
مقدار نسبت های واکنش پذیری در تعیین ترکیب کوپلیمر دارای اهمیت زیادی است. اگر نسبت واکنش پذیری از 1 بزرگتر باشد، رادیکال ترجیحا با زنجیری که دارای واحد انتهایی مشابه با آن است، واکنش می‌دهد (یعنی رادیکال A با رادیکال A). ولی اگر نسبت واکنش پذیری کوچکتر از 1 باشد، مونومر با زنجیرهایی که در انتها دارای نوع دیگری مونومر هستند واکنش می‌دهد. در موارد خاص که نسبت واکنش پذیری برابر 1 باشد، واکنش به عنوان "کوپلیمریزاسیون ایده آل" شناخته می‌شود، چون کوپلیمر به صورت کاملا تصادفی تشکیل شده و ترکیب آن هماننتد ترکیب مخلوط واکنشی است که پلیمریزاسیون در آن انجام می‌شود. هنگامی که به دو نسبت واکنش پذیری ، صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می‌گیرد.

خواص کوپلیمرها
اگر مونومرهای B و A با هم واکنش بدهند و یک کوپلیمر را بوجود بیاورند این کوپلیمر اغلب خواص کاملا متفاوتی نسبت به مخلوط فیزیکی دو هموپلیمر جداگانه B و A خواهد داشت. خواص یک کوپلیمر به روشنی بستگی به نحوه توزیع واحدهای B و A در زنجیرهای کوپلیمر دارد. توزیع مونومرها نباید الزاما برابر نسبت غلظت مونومرهای B,A موجود مخلوط اولیه باشد. بطور کلی در یک کوپلیمر متشکل از مونومر B و A ، در صورتیکه مونومر A فعالتر باشد کوپلیمری که در مراحل اولیه تشکیل می شود از A نسبت به B غنی‌تر خواهد بود ولی در مراحل بعدی واکنش از آنجا که غلظت مونومر A کم می‌شود کوپلیمر تشکیل شده بیشتر شامل B خواهد بود. این مسئله که ترکیب کوپلیمر در ضمن پلیمریزاسیون تغییر پیدا می‌کند را می‌توان با افزایش تدریجی مونومر فعالتر تا حدودی کاهش داد. از مزیت های کوپلیمریزاسیون این است که کیفیتهای خوب و دلخواهی که هر یک از هموپلیمرها دارند می توانند با هم در یک کوپلیمر جمع شده و خواص مورد دلخواه را به یک کوپلیمر بدهند.

انواع کوپلیمریزاسیون
کوپلیمرها انواع مختلفی دارند و لیکن می توان آنها را به چهار نوع مجزا از کوپلیمرها به صورت تصادفی ، تناوبی ، دسته ای و پیوندی دسته بندی نمود.

کوپلیمرهای تصادفی یابی نظم (Random Copolymers)
این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون مخلوط مناسبی از مونومرهای مختلف که به طور تصادفی در زنجیره های پلیمر مرتب شده اند، تهیه می‌شوند. اگر B و A مونومرهای یک کوپلیمر باشند، در اینصورت آرایش کوپلیمر ممکن است به صورت زیر باشد: ...AABABBBAA
مثالهایی از این نوع ، کوپلیمرهای کلرواتن- اتنیل- اتانوات (وینیل کلراید- وینیل استات) و فنیل اتن- بوتا 1و3 - دین می‌باشند. در مورد کوپلیمر کلرواتن – اتنیل اتانوات حضور اتینل اتانوال باعث افزایش حلالیت و بهبود خاصیت قابلگیری (توسط افزایش میزان جاری شدن) در مقایسه با هموپلیمر کلرواتن می‌شود.

کوپلیمرهای متناوب (alternating copolymers)
در این کوپلیمرها ، واحدهای تکراری مختلف بصورت متناوب درون زنجیر پلیمری قرار گرفته اند. در واقع هنگامی که نسبت واکنش پذیری دومونومر B و A صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه با آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می گیرد. آرایش یک کوپلیمر متناوب متشکل از مونومرهای B,A به صورت زیر می باشد: ...ABABAB
مثالی از این کوپلیمرها ، محصولی است که از کوپلیمریزاسیون رادیکالی بوتن دیوئیک انیدرید (مالئیک ایندرید) و فنیل اتن با نسبت های مولی تقریبا مساوی بدست می آید. بوتن دیوئیک انیدرید همچنین می‌تواند بصورت رادیکال آزاد با فنیل اتین (فنیل استیلن) کوپلیمر شود.

کوپلیمرهای دسته‌ای (Block Polymers)
این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون واحدهای هموپلیمر با جرم مولکولی کم بصورت دسته- دسته که با یکدیگر واکنش داده و کوپلیمر را تشکیل می دهند، تهیه می‌شوند. آرایش یک کوپلیمر دسته‌ای متشکل از مونومرهای B و A عبارتست از AAAA-BBB-AAAA….
کوپلیمرهای دسته ای را می‌توان با روشهای مختلفی تهیه کرد. یکی از این روشها با مکانیسم آنیونی انجام می‌شود که در مرحله اول یک نوع از مونومرها بصورت آنیونی پلیمر می‌شوند و واکنش تا آنجا ادامه پیدا می کند که مونومرها به مصرف برسند پس به پلیمر زنده بدست آمده مونومر دیگر اضافه می‌شود که این مونومر نیز به زنجیر اضافه می‌گردد و قسمت دوم زنجیر را بوجود می‌آورد و این فرآیند را می‌توان در صورت لزوم به همیتن ترتیب تکرار کرد. کوپلیمرهای دسته‌ای که از نظر تجارتی دارای اهمیت هستند شامل کوپلیمرهای قسمتی فنیل اتن- بوتا- 1و3- دین می‌باشند که از جمله لاستیک های گرمانرم بشمار می‌روند.

کوپلیمرهای پیوندی (Graft Copolymers)
در این کوپلیمرها ، یک شاخه اصلی هموپلیمر با تعدادی شاخه جانبی وجود دارد که هر شاخه جانبی ، هموپلیمر مونومر دیگری می باشد که روی شاخه اصلی پیوند زده شده است. آرایش یک کوپلیمر پیوندی شامل مونومرهای A بعنوان شاخه اصلی و مونومرهای B بعنوان شاخه فرعی بصورت زیر می‌باشد:
AAAAAA

B B

B B

کوپلیمرهای پیوندی را می‌توان با آغاز کردن پلیمریزاسیون مونومری مانند B بصورت رادیکال آزاد در حضور هموپلیمری از مونومر A تهیه کرد. رادیکالهای آزادی که بوجود می آیند باعث برداشته شدنم اتمهایی در امتداد زنجیر پلی (A) می‌شوند. و به این طریق محلهای رادیکالی را بر روی زنجیر بوجود می‌آورند که پس از این محل‌ها پلی (B) می‌تواند رشد پیدا کند. نمونه ای از یک کوپلیمر مهم صنعتی ، کوپلیمری است که از حدود 85 درصد کلرید پلی وینیل و 15 درصد استات پلی وینیل تشکیل شده است و به عنوان ماده پایه در اکثر ثباتهای وینیلی بکار می‌رود. از دیگر کوپلیمرهای پیوندی که از اهمیت صنعتی برخوردارند می‌توان پروپن نیتریل بوتا- 1و3 – دین و فنیل اتن را نام برد.

[Sara12]

کائوچو
معنی لغوی کائوچو ، درخت گریان است.

تاریخچه
از نظر قدمت تاریخی برای صنایع لاستیک منشا دقیقی نیست. اما اعنقاد این است که بومیان آمریکای مرکزی از برخی از درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که این شیرابه‌ها که بعدها نام " لاتکس" را بخود گرفت اولین مواد لاستیکی را تشکیل می‌دادند.

پدیده ولکانیزاسیون
در سال 1829 ، "گودییر" از آمریکا و "مکین تاش" از انگلستان ، این دو متوجه شده‌اند که در اصل مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن، ماده‌ای قابل ذوب و قابل شکل دادن ایجاد می‌شود که می‌توان از آن، محصولات مختلفی از قبیل چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد.
این پدیده همان پدیده ولکانیزاسیون است که در طی آن لاستیک اکسیده می‌شود و سولفور کاهیده و به سولفید تبدیل می‌شود. البته این عمل در دمای 110 درجه سانتیگراد تهیه می شود. نتیجه این کشف تولید مواد لاستیکی مثل لاستیکهای توپر، پوتین و ... است.

کائوچوی طبیعی و مصنوعی
کائوچوی طبیعی در شیره درختی به نام هوا ، Hevea وجود دارد و از پلیمر شدن هیدروکربنی به نام 2- متیل- 1 و 3- بوتادین معروف به ایزوپرن بوجود می‌آید. با توجه باینکه در فرمول ساختمانی کائوچو یا لاتکس طبیعی هنوز یک پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد یا سولفور حرارت دهیم، این منومرها ، پیوند پی را باز می‌کنند و با ظرفیت های آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد.
حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون Vulcanizataion می‌نامند. به همین دلیل، لاستیک حاصل را نیز، "کائوچوی ولکانیزه" گویند. چند نوعی کائوچوی مصنوعی نیز ساخته شده‌اند که از مواردی مانند 1 و 3- بوتادی ان و جسمی به نام 2- کلرو- 1 و 3- بوتادین معروف به "کلروپرن" و جسم دیگری به فرمول 2 و 3- دی متیل- 1 و 3- بوتادین بتنهایی یا مخلوط درست شده‌اند. کلروپرن به راحتی پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام "نئوپرن" تبدیل می‌شود.

تکامل در صنعت لاستیک
بعدها در سال 1888 خواص مکانیکی لاستیکهای تهیه شده توسط گودییر و مکین تاش با استفاده از کربن سیاه به عنوان یک ماده پرکننده و افزودنی بسیار بهبود بخشیده شده و در نتیجه لاستیکهای بادی دانلوب ، "تیوپ" تهیه شد. بعد از آن لاستیکهای سنتزی تهیه و به بازار عرضه شد مانند ایزوپرن ، بوتادی ان و لاستیکهای تیوکل.
بعدها لاستیکهای سنتزی مثل کوپلیمرهای استیرن و بوتادی‌ان تهیه شد که در سال 1941 مصرف آن صفر بود. اما در سال 1945 مصرف آن 700000000 می‌رسید. به موازاتی که مصرف لاستیکهای سنتزی بالا می‌رود، مصرف لاستیکهای طبیعی پایین می‌آید. چون لاستیکهای سنتزی اقتصادی‌تر هستند.

[Sara12]

صنایع پتروشیمی

دید کلی
صنایع پتروشیمی(Petrochemical industry) ، بخشی از صنایع شیمیایی است که فرآورده‌های شیمیایی را از مواد خام حاصل از نفت یا گاز طبیعی تولید می‌کند. تا پیش از وارد شدن نفت به مفهوم امروزی در زندگی انسان ، مواد شیمیایی مورد نیاز ، بر اثر تغییر و تبدیل صنایع گیاهی و حیوانی بدست می‌آمد. اما در اوایل قرن بیستم نفت خام و گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه برای تهیه بسیاری از ترکیبات مورد نیاز انسان ، اهمیت حیاتی و روز افزونی پیدا کرده است.

تاریخچه
اقوام متمدن دوران باستان ، بویژه سومری‌ها و آشوری‌ها و بابلی‌ها ، در حدود چهار هزار و پانصد سال پیش در سرزمین بین‌النهرین (محل عراق کنونی) با برخی از مواد نفتی که در دریاچه قیر بدست می‌آمد، آشنایی داشتند. آنان از خود قیر به عنوان ماده غیر قابل نفوذ ، استفاده می‌کردند. رومی‌ها و یونانی‌ها نیز مواد قیری را برای غیر قابل نفوذ کردن بدنه کشتیها بکار می‌بردند. همچنین برای روشنایی و گرم کردن نیز از آن بهره می‌جستند.
با توسعه و پیشرفت تکنولوژی حفاری در اواسط قرن نوزدهم و تکنولوژی تقطیر و پالایش نفت در اواخر قرن نوزدهم و استفاده از آن در موارد غیر سوختی ، جهش حیرت‌آوری بوجود آمد. بطوری که امروزه صنایع پتروشیمی نفش اساسی و بنیادی در رفع نیاز عمومی جامعه به عهده دارد.

صنایع گوناگون پتروشیمی
نفت و مشتقات آن نه تنها در برآوردن نیازهای انسان در زمینه سوخت ، انرژی و الیاف نقشی بنیادی دارد، بلکه پیدایش و تکامل صنایع گوناگون مهمی را موجب شد که به پاره‌ای از آنها اشاره می‌شود.
همزمان با پالایش نفت خام ، کاربرد موتورهای درون سوز جنبه عمومی به خود گرفت و میلیونها ماشین بنزین سوز به بازار عرضه شد.
امروزه فرآورده‌های نفتی علاوه بر مصرف در زمینه سوخت وسایل نقلیه ، روغن موتور و غیره ، در تهیه بسیاری از قطعات مورد نیاز ساخت وسایط نقلیه ، نقش ارزنده‌ای دارد و تلاش بر این است تا بدنه اتومبیل را از مواد پلاستیکی که آنها را ازپلیمریزاسیون ترکیبات نفتی می‌توان بدست آورد، بسازند.
فرآورده‌های نفتی در تهیه سوخت موشکهای هدایت کننده سفینه‌های فضایی و ماهواره‌ها و حتی در ساخت بسیاری از قطعات داخلی آنها کاربرد اساسی دارد.
ماده اولیه بیشتر داروها و حتی آنتی‌بیوتیکها از ترکیبات نفتی مشتق می‌شود. بویژه تقریبا تمام مواد پاک کننده ، باکتری کشها و غیره ، از مشتقات نفتی و محصولات پتروشیمی می‌باشد.

ترکیبات نفت خام و فراورده‌های نفتی
اتمهای کربن و هیدروژن بطور حیرت آوری می‌توانند ضمن ترکیب شدن با یکدیگر ، تعداد فوق‌العاده‌ زیادی از ترکیبات هیدروکربنی زنجیری و حلقوی آروماتیکی را بوجود آورند، بطوری که تا کنون هیدروکربنی که در ساختار مولکولی آن 60 اتم کربن شرکت داشته باشد، ردیابی شده است. از طرفی با افزایش تعداد اتمهای کربن بر تعداد ایزومرهای هیدروکربنی نیز افزوده می‌شود.
بطور مثال هیدروکربنی که 30 اتم کربن داشته باشد، می‌تواند بیش از چهار میلیارد ترکیب هیدروکربنی ایزومر تشکیل دهد. علاوه بر این ، با توجه به اینکه در نفت خام ، ترکیبات هیدروکربنی سیر شده نیز فراوانند، تعداد ترکیبهای موجود در آن ، فوق‌العاده زیاد و گوناگون است. این گوناگونی با شرکت اتمهای دیگر مانند گوگرد ، نیتروژن و اکسیژن در زنجیر هیدروکربنها به مراتب بیشتر می‌شود.

ترکیبات عمده موجود در نفت خام
ترکیبات عمده موجود در نفت خام عبارتند از:هیدروکربنهای سیر شده زنجیری به فرمول کلی CnH2n+2، هیدروکربنهای سیر شده حلقوی به فرمول عمومی CnH2n که اصطلاحا آنرا نفتن گویند و هیدروکربنهای سیرنشده زنجیری اتیلن و استیلن. هرچه درصد تشکیل دهنده‌های نفت در دماهای پایین بیشتر باشد، مرغوبیت آن بیشتر است.

گازهای طبیعی
گازهای طبیعی ، بخش گازی شکل مواد نفتی است که همراه با نفت خام در مخازن زیرزمینی وجود دارد و یا از تقطیر نفت خام در پایین‌تر از 200C بدست می‌آید. گازهای طبیعی ، مخلوطی طبیعی از گازهای متان ( قسمت عمده حدود 85 درصد ) پروپان ، بوتان ، منو اکسید کربن و هیدروژن (گاز سنتز) همراه با مقداری دوده است.
مصرف عمده آن در کشورهای غیر صنعتی به عنوان یک ماده سوختی است. ولی در کشورهای صنعتی از آن در تهیه بسیاری از فرآورده‌های شیمیایی و صنعتی بسیار مفید و ضروری استفاده می‌کنند.

محصولات صنایع پتروشیمی ایران
محصولات عمده‌‌ای که توسط واحدهای صنایع پتروشیمی ایران تولید می‌شوند عمدتا عبارتند از:
کودهای شیمیایی ، اوره ، فسفات دی‌آمونیم ، کودهای مخلوط نیترات آمونیم ، مواد اولیه پلاستیک ، پی ـ وی ـ سی و دی ـ او ـ پی ، مواد شیمیایی نظیر اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک ، آمونیاک ، گوگرد ، دوده و ....
با این حال ، این محصولات در مقایسه با دهها هزار مشتقی که از نفت و گازهای طبیعی به کمک تکنولوژی پیشرفته پتروشیمیایی بدست می‌آید، بسیار اندک بوده، نشان می‌دهد که باید همت و تلاش بیشتری در این زمینه باید بکار برد تا به واقعیت نزدیکتر شد.

[Sara12]

پالایشگاه

نگاه اجمالی
هر پالایشگاه ، دارای طرحهای تولید خاص خود است که بر اساس تجهیزات فراهم ، هزینه‌های عملیاتی و میزان تقاضا برای فراورده‌ها مشخص می‌شوند. طرح تولید بهینه برای هر پالایشگاه ، بر اساس ملاحظات اقتصادی مشخص می‌گردد و عملیات دو پالایشگاه هرگز کاملا مشابه یکدیگر نیستند.

فراورده‌های نفتی
درحالی‌که مصرف کننده عادی تصور می‌کند که شمار فراورده‌های نفتی نظیر بنزین ، سوخت جت ، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسیهایی که موسسه نفت آمریکا ( API ) در مورد پالایشگاههای نفت و کارخانه‌های پتروشیمی انجام داده است، نشان می‌دهد که بیش از 2000 فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می‌شود که در 17 گروه طبقه‌بندی می‌شوند و عبارتند از:
گازهای سوختی - گازهای مایع - انواع بنزین - سوختهای توربین گازی (جت) - نفت سفید - فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک) - نفت کوره باقیمانده ای - روغن‌های روان‌ساز - روغن‌های سفید - فراورده های میان روغن‌های ترانسفورماتور و کابل- گریس- مومها (واکس) - آسفالتها - ککها - دوده‌ها - مواد شیمیایی ، حلالها ، متفرقه.
معمولا شمار فراورده‌هایی که طراحی پالایشگاه را جهت می‌دهند نسبتا کم است. فرایندهای اصلی پالایش را با توجه به فراورده‌هایی که تولیدشان زیاد است مانند بنزین ، سوخت جت ، سوخت دیزل طراحی می‌کنند. بعضی از اجزای نفت خام را همان‌گونه که هستند (یعنی فراورده ها تقطیر مستقیم) بفروش می‌رسانند و یا اینکه عملیات پالایش بعدی را بر روی آنها انجام می‌دهند تا فراورده‌های با ارزشتری بدست آورند.

منابع خوراک پالایشگاه
مواد خام پایه پالایشگاهها نفت خام است. اگر چه در بعضی موارد از نفت‌های سنتزی حاصل از سایر منابع (جیلسوتیت، ماسه‌های قیری ، غیره) نیز استفاده می‌شود.

فرایندهای پالایش در پالایشگاه
تقطیر نفت خام
دستگاه‌های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند. تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می‌گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می‌کند. بنابراین ، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده‌های زیر تفکیک می‌شود:
گازهای سوختی ( که عمدتا شامل متان و اتان است ) ، گازهای سبکتر (شامل پروپان ، بوتان و همچنین متان و اتان است) ، نفتهای سبک تثبیت نشده ، نفتهای سنگین ، نفت سفید ، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC). در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC ) تفکیک می‌شود. نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین ، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می‌فرستند.
باقیمانده برج خلاء را نیز می‌توان در واحدهای گرانروی شکن ، کمک‌سازی و یا آسفالت‌زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خوراک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان‌سازی پالایش کرد. باقیمانده نفت خامهای آسفالتی را می‌توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام ، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

فرایندهای کک سازی و گرمایی
باقیمانده خام برج تقطیر در خلاء ( VRC ) در واحد کک سازی به کمک گرما شکسته می‌شود و در نتیجه گاز تر، بنزین واحد کک سازی ، نفت گاز واحد کک سازی و کک تولید می‌شود. در واقع ، در کک بدست آمده مواد فرار و یا با نقطه جوش بالا وجود دارد. برای حذف اغلب مواد فرار از کک نفتی ، باید آن را در دمای 2000 تا 2300 درجه فارنهایت تکلیس کرد. موارد استفاده اصلی از کک نفتی عبارتند از:
سوخت انواع کوره‌ها ، ساخت آند ها برای کاهش سلول الکترولیتی آلومین ، استفاده مستقیم از آن به عنوان منبع کربن شیمیایی برای تولید فسفر عنصری ، کلسیم کاربید و سیلسیم کاربید ، ساخت الکترود برای بکارگیری در کوره الکتریکی تولید فسفر عنصری ، تیتان دی اکسید ، کلسیم کاریبد و سیلیسیم کاربید ، تولید گرافیت.

کراکینگ و هیدروکراکینگ کاتالیزی
نفت گاز حاصل از واحدهای تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء و کک سازی به عنوان خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیزوری و یا هیدروکراکینگ بکار می‌رود. این واحدها مولکولهای سنگین را شکسته و آنها را به مواد باارزشتری مانند بنزین ، سوخت جت و نفت کوره سبک تبدیل می‌کنند. فراورده های سیر نشده واحد کراکینگ ، نخست سیر می‌شوند و سپس در واحد تبدیل و یا واحد پالایش با هیدروژن ، کیفیت بهتری پیدا می‌کنند. فراورده های واحد هیدروکراکینگ ، سیر شده هستند.

رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش
نیاز اتومبیلهای امروزی به بنزینهای با عدد اکتان بالا ، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد. در رفرمینگ کاتالیزی ، تغییر در نقطه جوش ماده‌ای که از این واحد می‌گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکولهای هیدروکربن ، شکسته نمی‌شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می‌شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند. منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از:
بنزینهای سنگن تقطیر مستقیم (HSR ) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام ، کک سازی و کراکینگ. فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین ******** با هم مخلوط می‌شوند.
عدد اکتان نفتهای سبک ( LSR ) را می‌توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافینهای نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می‌شوند، بهبود بخشید.

بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز)
جریانهای گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار ، به گاز سوختی ، گاز نفتی مایع ( LPG ) ، هیدروکربنهای سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن )، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می‌شوند. گاز سوختی در کوره‌های پالایشگاه سوزانده می‌شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می‌شود. هیدروکربنهای سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش ، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می‌شوند.

آلکیل دار کردن
افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب ، یک واکنش آلکیل دار کردن است. ولی در پالایش نفت ، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین ، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر ، بکار می رود. نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین‌های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود.
اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا ، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی ، بیشتر فراورده‌ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی بین 94 تا 99 قرار می‌گیرد.

اختلاط فراورده ها
هدف از اختلاف فراورده‌ها ، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده‌های فزاینده‌ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده‌های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می‌آیند عبارتند از:
بنزین ، سوخت جت ، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می‌آیند. در برخی از پالایشگاهها ، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفتهای خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن‌های روانسازی فراورش (پالایش) می‌کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان ، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء ، بمنظور تولید مواد پایه روغن‌های روانساز ، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می‌گیرند.
نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی ، با حلال استخراج می‌کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش ، موم (واکس) زدایی می‌نمایند. بعد از این مرحله ، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری ، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می‌دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می‌کنند.

فرایندهای پشتیبانی
تعدادی از فرایندها در پالایشگاهها مستقیما در تولید سوختهای هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می‌کنند. این فرایندها عبارتند از:
-واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل‌آوری با هیدروژن.
-واحد فراوری گاز که هیدروربنهای زود جوش را جدا می‌سازد.
-واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می‌کند.
-واحد بازیافت گوگرد

سیستمهای عمل‌آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاهها)
کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاههای فرایندی و مخازن ذخیره مواد

رده بندی فراورده‌ها در پالایشگاه
در یک پالایشگاه ، اغلب سه نوع فراورده تولید می‌گردد:
-فراورده‌های نهائی که مستقیما قابل عرضه به بازار می‌باشد (بنزین- نفت گاز).
-فراورده‌های نیمه نهائی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می‌روند).
-فراورده‌های حد واسط ، شامل ترکیباتی می‌گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می‌شوند.
و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:
-گازها ، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان‌های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی
-کربوران‌ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل
-اسانس‌های مخصوص و حلال‌ها ، بعنوان پاک‌کننده لکه‌ها ، حلال در نقاشی ، حلال در صنعت
-کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت
-مازوت خانگی ، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
-روغن ها ، روغن های سبک جهت چرب‌کردن دستگاههای مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی) ، روغن‌های سنگین جهت ساخت روغن موتور ، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین‌های بخار
-پارافین و موم ، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته
-مازوت سنگین ، بعنوان سوخت برای تاسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاههای برق و کشتی
-آسفالت ، بصورت قید جهت استفاده در جاده‌ها یا در ساختمان‌ها و همچنین بمنظور قالب‌گیری و بسته‌بندی
-کک ، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها

[Sara12]

مواد شیمیایی

ماده ، به هر چیزی که حجمی را اشغال کند و جرمی داشته باشد، اطلاق می‌شود. مواد شیمیایی به موادی اطلاق می‌گردد که معمولا از طریق سنتز شیمیایی تهیه می‌شوند و یا اینکه منشأ طبیعی داشته و مواد اولیه تهیه سایر مواد شیمیایی به حساب می‌آیند.

طبقه بندی مواد شیمیایی
مواد شیمیایی بطور عمده به دو گروه بزرگ مواد معدنی و مواد آلی تقسیم بندی می‌شوند. هر یک از این دو گروه ، در دو مبحث شیمی آلی و شیمی معدنی بررسی می‌شوند. در این مطالعه ، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد آلی و معدنی ، منابع ، طریقه سنتز و واکنش‌ها و ... مورد بررسی قرار می‌گیرند.

مواد شیمیایی آلی
در قدیم ، ماده آلی به ماده‌ای اطلاق می‌گردید که بوسیله بدن موجودات زنده ساخته می‌شد. تا اینکه در سال 1828 ، "وهلر" (Wohler) دانشمند آلمانی ، برای اولین بار جسمی به نام اوره به فرمول CO(NH2)2 را در آزمایشگاه از یک ترکیب معدنی به نام ایزوسیانات تهیه نمود و از آن پس معلوم شد که می‌توان مواد آلی را نیز در آزمایشگاه ساخت.
امروزه بیش از یک میلیون نوع ماده آلی شناخته شده است که بسیاری از آنها را در آزمایشگاهها تهیه می‌کنند. مواد آلی ، به مواد غیر معدنی گفته می‌شود و با مواد معدنی تفاوتهای کلی در چند مورد دارند.

مواد شیمیایی معدنی
اگر شیمی آلی به عنوان شیمی ترکیبات کربن ، عمدتا آنهایی که شامل هیدروژن یا هالوژنها به علاوه عناصر دیگر هستند، تعریف شود، شیمی معدنی را می‌توان بطور کلی به عنوان شیمی عناصر دیگر در نظر گرفت که شامل همه عناصر باقیمانده در جدول تناوبی و همینطور کربن ، که نقش عمده‌ای در بیشتر ترکیبات معدنی دارد، می‌گردد.
شیمی آلی - فلزی ، زمینه وسیعی که با سرعت زیاد رشد می‌کند، به علت اینکه ترکیبات شامل پیوندهای مستقیم فلز - کربن را بررسی می‌کند دو شاخه را بهم مرتبط می‌سازد. همانطوری که می‌توان حدس زد، قلمرو شیمی معدنی با فراهم کردن زمینه‌های تحقیقی اساسا نامحدود ، بسیار گسترده است.

مقایسه مواد آلی و مواد معدنی
مواد شیمیایی آلی و معدنی با همدیگر تفاوتهای کلی دارند که عبارتند از:
در تمام مواد آلی حتما کربن وجود دارد، در صورتی که مواد معدنی بدون کربن بسیارند. ضمنا در ترکیبات آلی ، اتمهای کربن می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند و زنجیرهای طویل تشکیل دهند، در حالی‌که این خاصیت در عناصر دیگر خیلی کمتر دیده می‌شود.مقاومت مواد آلی در برابر حرارت از مواد معدنی کمتر است.اغلب واکنش‌های میان مواد آلی کند و دو جانبه یا تعادلی هستند، در صورتی‌که اغلب واکنش‌های معدنی تند می‌باشند.
در ترکیبات آلی ، ممکن است 2 یا چند جسم مختلف با فرمولهای ساختمانی مختلف ، دارای یک فرمول مولکولی باشند که در این صورت به آنها ایزومر یا همفرمول گفته می‌شود. مثلا الکل معمولی C2H5OH با جسمی به نام اتر اکسید متیل CH3OCH3 همفرمول یا ایزومر است. زیرا هر دو دارای فرمول بسته یا مولکولی C2H6O هستند، در صورتی که پدیده ایزومری در ترکیبات معدنی وجود ندارد.

تقسیم بندی مواد شیمیایی آلی
عناصر تشکیل دهنده ترکیبات شیمیایی آلی به ترتیب فراوانی مطابق زیر است:
فلزات , هالوژنها , C , H , O , N , S , P , As . فراوانترین چهار عنصر N , O , H , C عناصر اصلی سازنده مواد آلی به حساب می‌آیند. زیرا اغلب اجسام آلی از این چهار عنصر تشکیل یافته‌اند و با توجه به همین مطلب ، مواد آلی را به چهار دسته کلی تقسیم می‌کنیم:

هیدروکربنهای ساده
ترکیباتی هستند که فقط از H , C درست شده‌اند و به همین دلیل ، هیدروکربن شده‌اند. آنها با فرمول کلی CxHy نمایش می‌دهند. بسته به اینکه y , x چه اعدادی باشند، هیدروکربنهای گوناگون یافت می‌شوند.

هیدروکربنهای اکسیژن‌ دار
ترکیباتی هستند که از O , H , C درست شده اند و با فرمول کلی CxHyOz نشان داده می‌شوند.

هیدروکربنهای نیتروژن‌ دار
ترکیباتی هستند که از N , H , C درست شده‌اند و با فرمول کلی CxHyNt نشان داده می‌شوند.

هیدروکربنهای اکسیژن و نیتروژن دار
ترکیباتی هستند که علاوه بر H ، C ، اکسیژن و نیتروژن و با فرمول کلی CxHyOzNt نمایش داده می‌شوند.

[Sara12]

مواد دفع آفات

این مواد شامل یک سری از ترکیبات معدنی و آلی می‌باشند که به طرق مختلف ، موجب از بین رفتن آفات حیوانی و گیاهی می‌گردند. از آفات حیوانی می‌توان انواع حشرات موذی ، جوندگان و از آفات گیاهی ، قارچ‌ها و علف‌های هرز را نام برد.

ارتباط مواد دفع آفات با صنایع پتروشیمی
این مواد از دو نقطه نظر با صنایع پتروشیمی ارتباط پیدا می‌کنند. اول آنکه بعضی از آنها را می‌توان مستقیما از سنتز هیدروکربنهای نفتی تهیه نمود. دوم اینکه اغلب این مواد را بایستی در حلالهای نفتی ، حل کرده و سپس مورد استفاده قرار داد.

حشره ‌کشها
حشره‌کشها را در رابطه با نحوه اثر آنها به سه گروه زیر تقسیم می‌کنند.

سموم داخلی
سموم داخلی یا سمومی که از راه معده و دستگاه گوارش حشرات را مسموم می‌کنند، مانند ترکیبات آرسنیک ، فلوئور و آنتیموان.

سموم تماسی
سموم تماسی ترکیباتی هستند که از راه پوست ، جذب بدن حشرات شده و آنها را از بین می‌برند. این سموم ممکن است، معدنی مانند گوگرد و پلی‌سولفورها ، یا گیاهی مانند نیکوتین و یا سموم آلی مصنوعی (ترکیبات کلره و فسفره) مانند ددت باشند.

سموم گاز
سموم گاز ترکیباتی هستند که به صورت گاز ، حشره را تحت تاثیر قرار می‌دهند. اگر این سموم به صورت مایع یا جامد باشند، باید به آسانی قابلیت تبخیر و یا تصعید داشته باشند تا به صورت گاز در آمده و حشرات را متاثر کنند. مهمترین این سموم عبارتند از اسید سیانیدریک ( HCN) ، برمید متیل ( CH3Br) ، سولفید کربن CS2 و پارادی‌کلرو بنزن C6H4Cl2.

قارچ‌کشها
قارچها به علت نداشتن کلروفیل ، قادر به تهیه مواد قندی نبوده و به صورت پارازیت بر روی درختان یا بوته‌های مجاور زندگی می‌کنند. از ترکیباتی که به عنوان سم برای مبارزه با قارچها بکار می‌روند، می‌توان دایرین و کرانیل (Chloranil ) را نام برد. کلرانیل را می‌توان از ترکیب سیکلو هگزان و اکسیژن و اسید کلریدریک بدست آورد.

علف‌کشها
این سموم موجب از بین رفتن علفهای هرزی که در مجاورت گیاهان مفید روئیده‌اند، می‌شود. گیاهان خودرو علاوه بر اینکه در مزارع مقدار زیادی آب و مواد غذایی را توسط ریشه خود جذب می‌نمایند، از میزان نور و حرارت محیط کشت گیاهان مفید کاسته و در نتیجه محصول را کم می‌کنند. همچنین علفهای هرز ، موجب افزایش هزینه کشت و برداشت می‌شوند. همچنین هرگاه از محصول بدست آمده به عنوان بذر در بهره‌برداری دیگر استفاده شود، سبب آلودگی کشت شده، در سالهای آیش نیز مقداری مواد غذایی و رطوبت زمین را مصرف می‌کنند. در مورد انتخاب نوع علف‌کش لازم است به دو نکته اساسی زیر توجه شود:نباید علف‌کش بر روی کشت اصلی ، اثر نامطلوبی داشته باشد.باید بوسیله علف‌کش بتوان علفهای هرز مشخصی را از بین برد و سم بکار برده شده اثر قطعی بر روی علف هرز موجود داشته باشد.
ترکیبات معدنی که برای این منظور بکار برده می‌شوند عبارتند از آرسنیت سدیم ، بوراتها ، کلرات سدیم. نمونه سوم حاصل از ترکیبات آلی برای مبارزه با علف‌های هرز ، مشتقات اسید نفیتل فتال آمیک (M.P.A) می‌باشند، در تجارت به نامهای آلاناپ ( Alanap) یافت شده و به صورت امولسیون 23.6% در مزارع و سبزی‌زارها بکار می‌روند.

علف‌کشهای گازی
این ترکیبات ، به صورت مایع در مزارع وارد شده و سپس در حرارت به بخار یا گاز تبدیل می‌شوند. بخارات و گازهای محلول حاصل بر روی علف‌های هرز اثر نموده و موجب از بین رفتن آنها می‌گردند. از علف‌کشهای گازی می‌توان برمید متیل و سولفید کربن را نام برد.

سموم دفع جوندگان
مهمترین این سموم عبارتند از:

انیدرید آرسنو (As2O3)
محلول 3 تا 5 درصد آن را با آب مخلوط می‌کنند. برای تهیه آن ، سولفورهای آرسنیک‌دار را در هوا می‌سوزانند و انیدرید آرسنو به صورت بخار متصاعد می‌شود که آن را در محفظه‌های مخصوصی سرد می‌کنند. قدرت کشندگی آن برای موش 75mg/kg و برای انسان 130mg/kg است.

سولفات تالیم (Tl2SO4)
سولفات تالیم و نیز استات آن ، به عنوان سم جوندگان مصرف می‌شود. این سموم را به صورت طعمه بکار می‌برند و آن را به نسبت یک درصد با آرد مخلوط می‌کنند.

فسفید روی (Zn3P2)
این سم را نیز برای از بین بردن جوندگان ، با غلات یا آرد به نسبت یک تا چهار درصد مخلوط می‌کنند.

[Sara12]

مواد شیمیایی آلی سمی

نگاه کلی
مواد شیمیایی سنتزی ترکیباتی هستند که در طبیعت یافت نمی‌شوند و اغلب توسط شیمیدانان از اجسام ساده‌تر یا فروپاشی موادی با ساختار پیچیده‌تر ، سنتز می‌شوند. اکثر این مواد مصرف تجاری دارند و بخش اعظم آنها ترکیباتی آلی هستند که از نفت بعنوان منبع اولیه کربن در ساختمان این ترکیبات استفاده شده است. از ترکیبات آلی سنتزی که سمی هم هستند در مهار انواع آفتها استفاده می‌شود و سمیت این مواد ، موجب نگرانی از لحاظ سلامتی انسان و سایر موجودات و همچنین آلودگی محیط زیست شده است.

مواد شیمیایی سمی
آفت‌کشها
آفت‌‌کشها ترکیباتی هستند که یک موجود نامطلوب را از بین برده و یا با مداخله در فرایند تکثیر آنها ، جمعیتشان را مهار می‌کنند. خاصیت مشترک تمام آفت‌کش‌های شیمیایی این است که فرایند سوخت و ساز مهم موجوداتی را که این مواد برای آنها سمی است، مسدود می‌کنند. آفت‌کش‌ها بطور گسترده در مهار آفتهای کشاورزی مانند علف‌های هرز و همچنین حشرات مورد استفاده قرار می‌گیرند. آفت‌کش‌های سنتزی از همان اوایل مصرف بعلت تاثیری که در سلامت انسان در اثر مصرف مواد غذایی آغشته با این مواد شیمیایی دارند، موجب نگرانی بوده است.

تاریخچه استفاده از آفت‌کش‌ها
یونانیها حدود 1000 سال پیش از میلاد برای ضد عفونی کردن خانه‌های خود ازحاصل از سوزاندن گوگرد جامد استفاده می‌کردند. این عمل تا قرن نوزدهم با وارد کردن این عنصر در شمع مورد استفاده قرار می‌گرفت. استفاده از آرسنیک و ترکیبات آن برابر مهار حشرات حداقل به سال 900 میلادی بر می‌گردد و از اواخر قرن نوزدهم تا جنگ جهانی دوم کاملا گسترش یافت.
سبز پاریس که نمک مس با یون آرسنیک است، حشره‌کش معروفی است که در سال 1867 معرفی شد. ترکیبات آرسنیک در دهه‌های 1930 تا 1950 بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت تا اینکه در سالهای 1940 تا 1950 صنایع شیمیایی آمریکا مقادیر زیادی از آفت‌کش‌های جدید بویژه حشره‌کش‌ها را که ترکیبات آلی کلردار بودند، تولید کردند.

انواع آفت‌کش‌ها
آفت‌کش‌ها انواع مختلفی دارند، اما پرکاربردترین آنها عبارتند از:

حشره‌کش‌ها
حشره‌کش‌ها هزاران سال است که توسط مردم استفاده می‌شوند. انگیزه اصلی برای استفاده از آنها ، مهار امراضی است که حشرات ، ناقل آن هستند. مالاریا ، تب زرد و ... نمونه‌هایی از این امراض هستند. عامل دیگر استفاده از حشره‌کش‌ها این است که حشرات به محصولات غذایی آسیب می‌رسانند.
از مهمترین حشره‌کش‌ها می‌توان ترکیبات آلی کلردار مانند ددت را نام برد که در گذشته بصورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. توکسافنها و سیکلوپنتادی‌انهای کلردار شده مانند هپتا کلروآلدرین جزء مواد آلی حشره‌کش‌ها محسوب می‌شوند. امروزه از حشره‌کش‌های آلی فسفات‌دار که مدت زیادی در محیط زیست انبار نمی‌شوند، استفاده می‌شود.

علف‌کش‌ها
این مواد اغلب برای از بین بردن علفهای هرز بدون آسیب رساندن به محصولات اصلی بکار می‌رود. در اوایل قرن بیستم از نمکهای معدنی مثل (سدیم کلرات) بعنوان افشانه‌های علف‌کش استفاده می‌کردند. بعدها ترکیبات آلی آرسنیک‌دار جای آنها را گرفتند. ولی امروزه علف‌کش‌های معدنی و آلی فلزی بدلیل دوام آنها در خاک از دور خارج شده‌اند و ترکیبات کاملا آلی جای آنها را گرفته‌اند که می‌توان بعنوان مثال به علف‌کش‌های تری‌آزین اشاره کرد که آترازین مشهورترین عضو این گروه برای نابود کردن علفهای هرز مزارع ذرت بکار می‌رود.

قارچ‌کش‌ها
قارچ‌کش‌ها برای مهار کردن رشد انواع مختلف قارچ‌ها بکار می‌رود. گوگرد به شکل گرد و افشانه بعنوان قارچ‌کش برای مبارزه با زنگ‌زدگی گردمانند روی گیاهان استفاده می‌شود. هگزاکلروبنزن بعنوان یک قارچ‌کش کشاورزی برای محصولات گندم مصرف می‌شود. از ترکیبات آلی جیوه‌مانند متیل جیوه هم بعنوان قارچ‌کش برای محافظت دانه‌های گندم استفاده می‌شود.

تاثیر ترکیبات آلی سمی بر روی محیط زیست
در ترکیب اکثر آفت‌کش‌های آلی از کلر استفاده می‌شود. شکستن پیوند کلر و کربن دشوار است و حضور کلر باعث کم شدن واکنش‌پذیری سایر پیوندها می‌شود. هرچند این خاصیت باعث دوام بیشتر آفت‌کش می‌شود، اما با وارد شدن ترکیبات آلی کلردار به محیط زیست تخریب آنها بکندی صورت می‌گیرد و باعث تراکم آنها در محیط زیست می‌شود. ترکیبات کلردار آلی آبگریزند. اما در چربی‌ها حل می‌شوند. این خاصیت سبب جمع شدن آنها در بافت چربی انسان و موجودات دیگر می‌شود.

[Sara12]

آشنایی با شیمی صنعتی

شیمی صنعتی شاخه‌ای از شیمی است که در مورد مراحل شیمیایی ، نقش پدیده‌های فیزیکی در یک فرآیند ، واکنش‌هایی که ماده خام را به محصول تبدیل می‌کنند و مهمتر از همه ، واکنشگاهها یعنی جایی که فرآیند صورت می‌گیرد بحث می‌کند. یک مرحله شیمیایی ترکیبی از واکشنهای شیمیایی مثل سنتز ، اکسیداسیون ، هیدراسیون و ... می‌باشد. در این مرحله عملیات بر پایه پدیده‌های فیزیکی مثل تبخیر ، تبلور ، تقطیر و استخراج قرار گرفته است که معمولا ماده خام مثل نفت را به محصولات جدید تبدیل می‌کند.

نگاه اجمالی
آشنایی با روشها و نحوه عملیات واحدهای تولیدی در صنایع شیمیایی ، یکی از مباحث ضروری است که باید هر شیمیست یا مهندس شیمی ، اطلاعات و دانش لازم را در مورد آن داشته باشد تا بتواند با شناخت فناوری و نحوه تغییر مواد خام به محصولات طی فرایندهای صنعتی ، ساده‌ترین ، اقتصادی‌ترین و کاراترین روش را انتخاب کند. اغلب واکنشها در محلولها انجام می‌شود و مواد واکنشی در طی فرآیند ، میان واکنشگاه ، لوله‌های انتقال و سایر عناصر جریانی ، به حرکت در می‌آیند. در واقع کنترل دقیق چنین فرآیندی ، مستلزم داشتن اطلاعات کافی نسبت به مباحث شیمی صنعتی مثل مکانیک سیالات ، اندازه گیری دبی و سایر پارامترهای وابسته به آن و ... می‌باشد.

مرحله شیمیایی صنعتی
دستگاههای مورد مصرف ، ویژگی یک مرحله شیمیایی را تعیین می‌کنند. یک مرحله در مقیاس آزمایشگاهی ، معمولا از دستگاههای کوچک و شیشه‌ای و در شرایط نسبتا ملایم انجام می‌گیرد. در حالی که اگر در مرحله‌ای شرایط سخت باشد، دستگاههای بکار رفته ، معمولا فلزی یا سرامیکی و در مقیاس بزرگ و محصول به دست آمده نیز در حد تن خواهد بود. در این صورت مرحله ، مرحله شیمیایی صنعتی نامیده می‌شود.

راکتورها
راکتورها ، دستگاههایی هستند که در کارخانجات شیمیایی ـ صنعتی ، واکنش‌ها در آنها صورت می‌گیرد. بنابراین ساختار یک کارخانه با راکتورها هویت می‌یابد.

عمل اساسی راکتورها
ایجاد بیشترین تماس بین اجزایی که در واکنش‌ها در فاز همگن شرکت می‌کنند. (واکنشگرها و کاتالیست‌ها)
اطمینان از اینکه واکنش ، تحت شرایط فیزیکی خواسته شده صورت گرفته است (دما ، فشار ، زمان تماس). انتخاب نوع راکتور باید طوری باشد که از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.

طبقه بندی راکتورها
راکتورها را معمولا با توجه به 3 عامل زیر طبقه بندی می کنند.
بر حسب روشی که طی آن مرحله واکنش صورت می‌گیرد (راکتورهای طبقه الف)

راکتورهای پیوسته:
بر حسب مصرف کاتالیست و بر حسب اینکه واکنش در چند فاز صورت می‌گیرد، دو نوعند: همگن و ناهمگن.

راکتورهای نیمه پیوسته:
ویژگی ورود پیوسته مواد و خروج پیوسته برخی مواد هستند. راکتورهای خمره‌ای معمولا از این نوع هستند.

راکتورهای ناپیوسته:
برای موادی طراحی شده‌اند که در مدت معینی ، طبق برنامه ریزی انجام شده در راکتورها باقی بمانند تا اینکه واکنش کامل شود. اغلب به شکل خمره‌ای و استوانه‌ای هستند.

طبقه بندی بر حسب سیستم تبادل حرارتی که انتخاب شده است (راکتورهای طبقه ب)

راکتورهای آدیاباتیک:
طراحی آنها طوری است که در طول مدت کنترل دما ، بدنه راکتور در انتقال گرما شرکت نمی‌کند.

راکتورهای غیر آدیاباتیک:
بدنه راکتور در انتقال گرما شرکت می‌کند. راکتورهای ذکر شده ، در سنتز آمونیاک و اکسیداسیون so2 به so3 مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طبقه بندی بر حسب ویژگی فیزیکی موادی که برای واکنش انتخاب شده‌اند (راکتورهای طبقه ج)
راکتورهای واکنش‌های همگن
راکتورهای واکنش‌های ناهمگن
اگر قرار باشد واکنشی در فاز همگن صورت گیرد بر حسب نوع مراحل از راکتورهای پیوسته یا ناپیوسته طبقه الف استفاده می‌کنند. اما اگر واکنش‌ها در بیش از یک فاز صورت گیرد، گستره راکتورهای مورد مصرف زیاد خوااهد بود. مثلا بر حسب اینکه کاتالیست ، پودر یا گرانول باشد، نوع راکتور فرق خواهد کرد.

طبقه‌بندی‌های دیگر
طبقه‌بندی‌های دیگری هم با توجه به وضعیت تغذیه راکتور یا عملیات سینماتیک یا تخلیه مواد شرکت کننده در واکنش وجود دارند. همچنین می‌توان آنها را بر حسب حلال‌ها و رقیق کننده‌ها و ... انتخاب کرد. در هر حال راکتورها را برای اهداف مختلف بر حسب نوع کارخانه و شرایط آن انتخاب می‌کنند.

[Sara12]

برج تقطیر

دید کلی
تقطیر ، در واقع ، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج می‌شود. اولین پالایشگاه تاسیس شده در جهان ، در سال 1860 در ایالت پنسیلوانیای آمریکا بوده است. نفت خام ، از کوره‌های مبدل حرارتی عبور کرده، بعد از گرم شدن وارد برجهای تقطیر شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برجها خارج می‌شود و محصولات بدست آمده خالص نیستند. انواع برجهای تقطیر در زیر توضیح داده می‌شوند.

برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار
در برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار ، تعداد سینیها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی‌ها به مقدار مایع و گاز که در واحد زمان از یک سینی می‌گذرد، وابسته است. هر یک از سینی‌های برج ، یک مرحله تفکیک است. زیرا روی این سینیها ، فاز گاز و مایع در کنار هم قرار می‌گیرند و کار انتقال ماده از فاز گازی به فاز مایع یا برعکس در هر یک از سینی‌ها انجام می‌شود. برای اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد، باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترک آنها به بیشترین حد ممکن برسد.

بخشهای مختلف برج تقطیر با سینی کلاهکدار
بدنه و سینیها: جنس بدنه معمولا از فولاد ریخته است. جنس سینی‌ها معمولا از چدن است. فاصله سینی‌ها را معمولا با توجه به شرایط طراحی ، درجه خلوص و بازدهی کار جداسازی بر می‌گزینند. در بیشتر پالایشگاههای نفت ، برای برجهای تقطیر به قطر 4ft فاصله میان 50 - 18 سانتیمتر قرار می‌دهند. با بیشتر شدن قطر برج ، فاصله بیشتری نیز برای سینی‌ها در نظر گرفته می‌شود.

سرپوشها یا کلاهکها:
جنس کلاهکها از چدن می‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می‌شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد سرعت مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.

موانع یا سدها:
برای کنترل بلندی سطح مایع روی سینی ، به هر سینی سدی به نام "وییر" (Wier) قرار می‌دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معنی جلوگیری کند. بلندی سطح مایع در روی سینی باید چنان باشد که گازهای بیرون آمده از شکافهای سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حد ممکن برسد. بر اثر افزایش زمان گذشتن حباب از مایع ، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده ، بازدهی سینی‌ها بالا می‌رود.

برجهای تقطیر با سینی‌های مشبک
در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.
خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد می‌شود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.

برجهای تقطیر با سینی‌های دریچه‌ای
این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار می‌روند:

انعطاف پذیر:
همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.

صفحات اضافی:
در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار می‌گیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.

مقایسه انواع گوناگون سینی‌ها
در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینی‌ها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده می‌شوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار می‌گیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینی‌های کلاهکدار بکار برده می‌شوند، برای مقایسه مشخصات سینی‌های دیگر ، آنها را نسبت به سینی‌های کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.

برجهای انباشته
در برجهای انباشته ، بجای سینی‌ها از تکه‌ها یا حلقه‌های انباشتی استفاده می‌شود. در برجهای انباشته حلقه‌ها یا تکه‌های انباشتی باید به گونه‌ای برگزیده و در برج ریخته شوند که هدفهای زیر عملی گردد.
-ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
-ایجاد فضا مناسب برای گذشتن سیال از بستر انباشته

جنس مواد انباشتی
این مواد باید چنان باشند که با سیال درون برج ، میل ترکیبی نداشته باشند.

استحکام مواد انباشتی
جنس مواد انباشتی باید به اندازه کافی محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغییر شکل ندهد.

شیوه قرار دادن مواد انباشتی
مواد انباشتی به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار می‌گیرند.
پر کردن منظم: از مزایای این نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتیجه می‌شود حجم بیشتر مایع را از آن گذراند.

پر کردن نامنظم:
از مزایای این نوع پر کردن ، می‌توان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. ولی افت فشار بخار در گذر از برج زیاد خواهد بود.

مقایسه برجهای انباشته با برجهای سینی‌دار
در برجهای انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهای سینی‌دار کمتر است. ولی اگر در مایع ورودی برج ، ذرات معلق باشد، برجهای سینی‌دار بهتر عمل می‌کنند. زیرا در برجهای انباشته ، مواد معلق ته‌نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می‌گردد. اگر برج بیش از حد متوسط باشد، برج سینی‌دار بهتر است. زیرا اگر در برجهای انباشته قطر برج زیاد باشد، تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهای سینی‌دار می‌توان مقداری از محلول را به شکل فرایندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار، شدنی نیست. کارهای تعمیراتی در درون برجهای سینی‌دار ، آسانتر انجام می‌گیرد. تمیز کردن برجهای انباشته ، از آنجا که باید پیش از هرچیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نمایم، بسیار پرهزینه خواهد بود.