рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Химическая технология

Химическая технология - раздел Химия, Федеральное Агентство По Образованию Федеральное Государственное Обр...

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

 

Факультет естественных наук и природных ресурсов

Кафедра химии и экологии

 

 

Химическая технология

 

 

Курс лекций

Великий Новгород

Содержание.

 

1 Человечество и окружающая среда

1.1 Окружающая среда

1.2 Человек – как компонент окружающей среды

1.3 Производственная деятельность человека и ресурсы планеты

1.4 Реакция окружающей среды на антропогенную деятельность

1.5 Биосфера и ее эволюция

2 Химическое производство в системе антропогенной деятельности

2.1 Материальное производство и его организация

2.2 Химическая промышленность

3 Химическая наука и производство

3.1 Химическая технология – научная основа химического производства

3.2 Особенности химической технологии как науки

3.3 Связь химической технологии с другими науками

4 Основные компоненты химического производства

4.1 Химическое сырье

4.2 Ресурсы и рациональное использование сырья

4.3 Подготовка химического сырья к переработке

4.4 Замена пищевого сырья не пищевым и растительного минеральным

5 Вода в химической промышленности

5.1 Использование воды, свойства воды

5.2 Промышленная водоподготовка

6 Энергетика химической промышленности

6.1 Использование энергии в химической промышленности

6.2 Источники энергии

6.3 Классификация энергетических ресурсов

7 Экономика химического производства

7.1 Технико-экономические показатели химического производства

7.2 Структура экономики химической промышленности

7.3 Материальные и энергетические балансы химического производства

8 Основные закономерности химической технологии

8.1. Понятие о химико-технологическом процессе

8.2. Процессы в химическом реакторе.

8.2.1.Химический процесс

8. 2.2 Скорость химической реакции

8.2.3 Общая скорость химического процесса

8.2.4. Термодинамические расчеты химико-технологических процессов

8.2.5. Равновесие в системе

8.2.6 Расчет равновесия по термодинамическим данным

8.2.7 Термодинамический анализ

9 Организация химического производства

9.1 Химическое производство как система

9.2 Моделирование химико-технологической системой

9.3 Организация ХТП

9.3.1 Выбор схемы процесса

9.3.2 Выбор параметров процесса

9.4 Управление химическим производством

Процессы и аппараты химического производства

10.1 Общая характеристика и классификация процессов

10.2 Основные процессы химической технологии и аппаратура для них

10.2.1 Гидромеханические процессы

10.2.2. Тепловые процессы

10.2.3 Массобменные процессы

10.3 Химические реакторы

10.3.1 Принципы проектирования химических реакторов

10.3.2 Классификация химических реакторов

10.3.3 Конструкции химических реакторов

10.3.4 Устройство контактных аппаратов

11 Гомогенные процессы

Характеристика гомогенных процессов

11.1.1 Гомогенные процессы в газовой фазе

Гомогенные процессы в жидкой фазе

12.1 Характеристика гетерогенных процессов 12 Гетерогенные процессы 12.1 Характеристика гетерогенных процессов

Человечество и окружающая среда

Окружающая среда

Первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей человека – природа. Она же представляет и среду его обитания – окружающую среду. В… Физические компоненты – природные и техногенные (созданные человеком в… Техногенные компоненты – искусственные материальные тела, синтетические материалы, и продукты, жилые и…

Производственная деятельность человека и ресурсы планеты

Атмосфера - естественная внешняя газообразная оболочка Земли. Гидросфера - водная оболочка Земли. Литосфера– твердая оболочка Земли, источник минерального сырья и ископаемого топлива, почвенного слоя.

Реакция окружающей среды на антропогенную деятельность

Система « человек - окружающая среда» находится в состоянии динамического равновесия, при котором поддерживается экологически сбалансированное состояние природной среды, при которой живые организмы взаимодействуют с окружающей средой и друг с другом и окружающей средой без нарушения этого равновесия. Производственная деятельность человека приводит к нарушению этого состояния и вызывает со стороны окружающей среды ответную реакцию. По глубине реакции окружающей среды различают:

– возмущение, временное и обратное изменение среды;

– загрязнение;

– аномалии.

При длительном воздействии могут наступить:

- кризис среды – состояние, при котором параметры приближаются к допустимым,

- разрушение среды, при котором она становится непригодной для обитания.

Биосфера и ее эволюция

Окружающая среда состоит из ряда подсистем, каждая из которых включает определенное число элементов, функционально связанных друг с другом. В этой системе подсистема второго порядка – экосфера представляет собой… Биосферой называется наружная оболочка Земли, толщина ее 50 км. Важный компонент биосферы – живое вещество, биогенное…

Химическое производство в системе антропогенной деятельности

Материальное производство и его организация

В н.в. взаимодействие человека с окружающей средой реализовано в форме крупномасштабного материального производства. Материальным производством является процесс создания материальных благ. Оно является основой всех других видов деятельности человека и включает три основных компонента:

1. Предметы труда – все то, что подвергается обработке, на что направлен труд человека. Они даны природой и являются продуктами труда.

2. Средства труда – машины, аппараты, приспособления, с помощью которых человек воздействует на предметы труда.

3. Живой труд - сознательная целенаправленная деятельность человека.

Процесс материального производства организационно реализуется в форме промышленности.

Химическая промышленность

1 класс. Продукты неорганического синтеза. 2 класс. Полимерные материалы, синтетические каучуки, пластмассы, химические… 3 класс. Лакокрасочные материалы.

Химическая наука и производство

Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основой которого является химическая технология… Современная химическая технология, используя достижения естественных и…

Особенности химической технологии как науки

Конструкция и материал аппаратуры отвод тепла   Природа компонентов

Связь химической технологии с другими науками

Математика математическое моделирование технические расчеты экология    

Основные компоненты химического производства

Химическая технология изучает закономерности проведения химических процессов получения различных по своей природе и назначению продуктов. Независимо от конкретного вида производственной продукции и типа процесса ее получения любое производство включает несколько обязательных элементов: сырье, т.е. объект превращения; энергию, т.е. средство воздействия на объект и аппаратуру, в которой это превращение осуществляется. Особое место в химической промышленности занимает вода. Она не только служит средой, в которой протекают многие химические превращения, но широко используется в процессе, как растворитель, теплоноситель, хладагент, транспортное средство. Поэтому воду правомочно считать четвертым обязательным элементом химического производства.

Химическое сырье

Сырьемназываются природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов. В химическом производстве на различных стадиях переработки можно выделить… →( побочный продукт)

Ресурсы и рациональное использование сырья

А - запасы, детально разведанные, подготовленные к разработке, В – запасы, установленные в результате геолога - разведочных работ, С - запасы, определенные по результатам геофизической разведки.

Подготовка химического сырья к переработке

Целью подготовки сырья является процесс придания ему состава и свойств, обеспечивающих оптимальное протекание химико-технологического процесса его… В местах добычи сырья строят крупные обогатительные фабрики, комплексно… Минераламиназываются физически обособленные вещества или смеси веществ в природе. В природе насчитывается более 2500…

Замена пищевого сырья не пищевым и растительного минеральным.

Растительное и животное сырье уже вытеснено в основном в производстве красителей, лаков, пластмасс. Вытесняется растительное сырье веществами,…  

Вода в химической промышленности

Использование воды, свойства воды

· наличием комплекса ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения); · доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение и… · не токсичностью;

Промышленная водоподготовка

Растворенные в воде вещества образуют при нагревании накипь на стенках аппаратуры и вызывают коррозионное разрушение ее. Коллоидные примеси вызывают… Промышленная водоподготовка представляет собой комплекс операций,… Процесс отстаивания позволяет осветлять воду вследствие удаления из нее грубодисперсных веществ, оседающих под…

Энергетика химической промышленности

Использование энергии в химической промышленности

Электрическая применяется для проведения электрохимических (электролиз растворов и расплавов), электротермических (плавление, нагревание, синтез при… Тепловая энергия применяется для осуществления разнообразных физических… Внутриядерная энергия - выделяемая при различных превращениях атомных ядер или при синтезе ядер водорода в ядра гелия.…

Источники энергии

    Ядерное топливо Ископаемые угли

Классификация энергетических ресурсов

ВЭР называется энергетический потенциал конечных, промежуточных и побочных продуктов и отходов химического производства, используемых для энергоснабжения агрегатов и установок. К ВЭР относятся тепловые эффекты экзотермических реакций, теплосодержание отходящих газов процесса, потенциальная энергия сжатых газов и жидкостей.

Важнейшим источником энергии является химическое топливо (ископаемые угли, торф, нефтепродукты, природный газ, технические газы), составляющее в балансе энергоресурсов химической промышленности до 70%. Структура потребления химического топлива: газ - 19.4%, твердое топливо - 30.9%, нефтепродукты - 47.2%.

Второе место по масштабам энергетического вклада занимает гидроэнергия ГЭС и ядерная энергия АЭС.

По энергоемкости химические производства делятся на три класса:

1 класс - производства с расходом УТ более 2т(58 * 103кДж) на 1т продукции. Это производства ацетилена, химических волокон, капролактама, полиэтилена.

2 класс - производства с расходом УТ от 1 до 2 т(29*103-58*103 кДж) на тонну продукции. Это производства аммиака, карбоната натрия, метанола.

3 класс - производства с расходом УТ менее1т (29*103кДж) на тонну продукции. Это производства разбавленной азотной кислоты, уксусной кислоты, этиленгликоля.

В химических производствах энергетические затраты влияют на технико - экономические (ТЭП) показатели процесса. Критерием экономичности использования энергии является коэффициент использования энергии, которым называется отношение количества энергии, теоретически необходимое на производство единицы продукции Wт к количеству энергии, практически затраченной на это Wпр

ηэ = Wт/Wпр

Для высокотемпературных эндотермических процессов коэффициент использования тепловой энергии не превышает 0.7, т.е до 30% энергии уходит с продуктами реакции в виде тепловых потерь.

Степень использования тепла в химико- технологическом процессе выражается тепловым к.п.д., под которым понимается отношение количества тепла, используемого непосредственно на осуществление химической реакции Qт к общему количеству затраченного тепла Qпр

ηт = Qт/Qпр

Тепловой к.п.д. – частный случай коэффициента использования энергии. Для определения теплового к.п.д. аппарата составляется тепловой баланс, который основан на законе сохранения энергии. Он показывает, какое количество тепла поступает в реакционный аппарат и на что это тепло расходуется. Например, в печи для обжига известняка основной химической реакцией является термическая диссоциация карбоната кальция с получением оксида кальция.

В данном случае тепловой к.п.д. - это отношение количества тепла, расходуемого на диссоциацию СаСО3 Qт к общему количеству затраченного тепла Qп. В процентах он равен:

ηт =Qт/Qп *100 = 2850/4390 *100=65%

Количество тепла, теряемое с продуктами, выходящими из печи

(834+ 90 /43990) *100 = 21%

Тепловой баланс известково-обжигательной печи

 
 


Приход Расход

Статья кДж/кг Статья кДж/кг

От сгорания топлива 4390 1.На использование

известняка 155

2.На разложение

СаСО3 2850

3. Потери тепла

а) с отходящими газами 834

б) от неполноты сгорания

топлива 197

в) с выгружаемой из печи

известью 90

г) через стенки печи 264

Итого: 4390 Итого 4390

Тепло газообразных продуктов реакции или отходящих газов может быть использовано для предварительного нагрева материалов, поступающих в реакционные аппараты. Например,

Продукты реакции

 
 

 


1

реагенты

 

       
   
 
 


Использование тепла продуктов реакции или отходящих газов

1 – теплообменник, 2- реакционный аппарат.

Тепловые потери в окружающую среду составляют 264/4390 *100 = 6%.

В ряде химико-технологических процессов тепловые потери составляют 10-15%. Их уменьшают тепловой изоляцией аппаратуры, конструктивным оформлением аппаратов.

 

Экономика химического производства

Технико-экономические показатели химического производства

Расходным коэффициентом (РК) называется количество сырья или энергии каждого вида, затраченное на производства единицы массы или объема готовой… Выход готового продуктаопределяется как отношение массы полученного продукта к… ηЕ = η А* ηВ *ηС

Структура экономики химической промышленности

Основные фонды являются материально-вещественным выражением средств труда. Они представляют часть средств производства, которая целиком участвует в… Оборотные фонды являются материально-вещественным выражением предметов труда.… Оборотные производственные фонды – это предметы труда, обращенные в сфере производства. Это сырье, основные и…

Материальные и энергетические балансы химического производства

Материальным потоком называется графическое отображение движения и изменения веществ, участвующих в химическом процессе. Материальный поток… Материально- потоковый граф    

Понятие о химико-технологическом процессе

Химико-технологическим процессом (ХТП) называется сочетание связанных друг с другом и проводимых в определенной последовательности химических,… 1. Подготовка сырья к химической переработке. А ¢® А

Принципиальная схема ХТП

3 СТАДИЯ
2 СТАДИЯ
1СТАДИЯ
А В+Д В¢

А' А¢ ®

Д¢

А¢ - сырье до подготовки, А – подготовленное сырье,

В+Д – реакционная смесь, В¢ - выделенный целевой продукт, Д¢ - побочный продукт,

Таким образом, из трех стадий ХТП первая и третья представляют физические процессы, вторая – химический процесс. Общая скорость технологического процесса может лимитироваться скоростью одной из трех стадий. Если наиболее медленно идут химические реакции, и они лимитируют общую скорость, то говорят, что процессы происходят в кинетической области. Если общая скорость лимитируется подготовкой сырья и подводом реагентов или отводом продуктов, то это значит, что процесс происходит в диффузионной области. Эффективность осуществления ХТП требует соблюдения некоторых условий. Поэтому для каждого ХТП разрабатывается технологический режим.

Технологическим режимом называется совокупность параметров, обеспечивающих устойчивое и максимально эффективное проведение ХТП.

Параметром технологического режима называют величину, характеризующую какое-либо устройство или режим работы аппарата, используемую в качестве основного показателя их действия. Параметр – величина количественная и используется для количественной оценки процесса. К основным параметрам ХТП относятся: температура, давление, концентрация реагентов, интенсивность катализатора, время контактирования реагентов, объемная скорость потока реагента, сила тока и т.д. Оптимальные условия проведения ХТП достигаются таким сочетанием его основных параметров, при котором обеспечивается наибольший выход целевого продукта с высокой скоростью и наименьшей себестоимостью. Параметры технологического процесса определяют принципы конструирования соответствующих реакторов. Характер и значения параметров технологического режима положены в основу классификации ХТП.

Однако все параметры взаимосвязаны. Значительное изменение одного из них влечет за собой резкое изменение других. Поэтому выбираются параметры, оказывающие решающее влияние.

Химические реакции подразделяются:

По фазовому (агрегатному) состоянию взаимодействующих веществ: гомогенные (однородные), гетерогенные (неоднородные). Гомогенными системами называются такие системы, в которых все реагентные вещества находятся в одной какой-либо фазе Г, Ж, Т. Гетерогенные системы включают 2 или большее количество фаз: Г-Ж, Г-Т, Ж-Ж (не смешиваются) Ж-Т. В гомогенных системах взаимодействующих веществ реакции происходят обычно быстрее, чем в гетерогенных, механизм всего процесса проще, управление процессом легче, поэтому технологи стремятся к гомогенным процессам. Гетерогенные процессы более распространены в промышленности.

По механизму взаимодействия реагентов на гомолитические и гетеролитические.

По протеканию во времени на обратимые и не обратимые.

По знаку теплового эффекта на экзотермические ( -DH) и эндотермические (+DH).

По использованию катализатора на каталитические и не каталитические.

По значению температур на низкотемпературные и высокотемпературные.

По типу контакта реагентов в гетерогенной системе.

По виду реакции на простые (одностадийные) и сложные (многостадийные). Простыми называются реакции для осуществления которых требуется преодоление только одного энергетического барьера. Сложные реакции включают в себя несколько последовательных или параллельных реакций.

®простые А®В

Химические реакции ®­ ®последовательные А®В®Д

®сложные®­ ®В

¯®параллельные А®­

®Д

Для исследования ХТП наибольшее значение имеет классификация реакций по фазовому состоянию системы, по условиям протекания, по типу контактов и по наличию катализатора. Именно от типа химической реакции зависит выбор конструкции аппаратов и параметры технологического режима.

8.2. Процессы в химическом реакторе.

Химический процесс

Под химическим процессом в реакторе понимают химическую реакцию или совокупность нескольких реакций и сопутствующие ей явления массо - и -… k1 k2 k1 В А«В«Д и А

Скорость химической реакции

V = K* L *DC L-параметр, характеризующий состояние реагирующей системы; К- константа;

Общая скорость химического процесса

1.Скорость химической реакции (в зоне 2) меньше скорости физических процессов подвода реагентов и отвода продуктов (в зонах 1 и 3). V хр < V под (от) В этом случае химический процесс лимитируется скоростью химической реакции и ускоряется факторами, влияющими на нее:…

Термодинамические расчеты химико-технологических процессов

Термодинамические параметры делятся на экстенсивные и интенсивные. Величины, пропорциональные массе термодинамической системы, называются…  

Равновесие в системе

– неизменность равновесного состояния системы во времени при постоянстве внешних условий; – подвижность, т.е. самопроизвольное восстановление равновесия после снятия… – динамический характер, т. е. устойчивое сохранение равновесия вследствие равенства скоростей прямого и обратного…

Расчет равновесия по термодинамическим данным

В основе расчета констант равновесия для идеальных газов лежат уравнения DG0= - RTlnKp DG0 =DH0- TDS0 (8.14) гдеDH0 и DS0-стандартные энтальпия и энтропия.

Термодинамический анализ

Основные положения эксергетического метода. Сущность эксергетического метода заключается в том, что любые потоки… В качестве окружающей среды при этом понимают среду практически неограниченных размеров, характеризующуюся…

Организация химического производства

Химическое производство как система

Особенность ХТП в том, что они протекают с высокими скоростями, при высоких температурах и давлениях в многофазных системах. Это определяет их… Эффективное функционирование химического производства как ХТС предполагает… – определяется характер и порядок размещения и соединения отдельных аппаратов в технологической схеме;

Моделирование химико-технологической системой

В химическом производстве оригинал представляет производственный химико-технологический процесс с большим количеством связей между многочисленными… Существующие методы моделирования ХТП делятся на три группы: 1 Эмпирическое моделирование, при котором производство создается на основе лабораторных экспериментальных данных с…

Организация ХТП

Выбор схемы процесса

– разработку химической, принципиальной и технологической схем процесса; – выбор оптимальных технологических параметров и установление технологического… – подбор типа и конструкции аппаратов;

Схема с открытой цепью

Схема включает три подобных линии: производства реагента L из А и В, производство реагента М из С и Д и производство конечного продукта R из L и М.

 

А® А+В АВ А, В, К

В®

L М+L R R

 
 


М

S, L, М

С С+Д СД

Д МN N

 

1 –смешение реагентов, 2- химические превращения, 3- разделение продуктов реакции,

К, N, S –побочные продукты

Примером процесса с открытой цепью по газовой фазе может служить технологическая схема отделения кислотной абсорбции нитрозных газов в производстве разбавленной азотной кислоты. По открытой схеме строят производства, включающие в себя необратимые и обратимые процессы, идущие с большим выходом продукта. Если же выход продукта в одном аппарате составляет 4-5 % (синтез спиртов) или до 20% (синтез аммиака) и реагирующая смесь содержит лишь незначительные количества (инертных) примесей, то целесообразно строить производство по циклической схеме.

Циклическая схема предусматривает многократное возвращение в один и тот же аппарат всех реагирующих масс или одной из фаз в гетерогенном процессе вплоть до достижения заданной степени превращения исходных веществ Циркуляционные схемы используют в производствах, в основе которых лежат обратимые процессы, т.е. в которых при существующем режиме и значениях параметров (температура, давление, катализатор) по условиям равновесия не может быть достигнута за один проход через аппарат достаточно высокая степень превращения сырья (например, производство аммиака, метанола).

 

Циклическая схема

А, В, R

А

В А+В

       
   
 
 


АВ

,

 
 


R


1 – смешение реагентов, 2-химические превращения, 3- разделение продуктов реакции,

4- теплообмен между продуктами реакции и исходными реагентами, А и В – исходные реагенты, R – целевой продукт.

Выбор параметров процесса

– на стадии подготовки сырья: степень измельчения и флотации фторапатита и конструкция аппаратов; – на стадии выделения продукта: число операций фильтрации, температура… – на производстве в целом: регион строительства предприятия, вид используемой энергии, источник водоснабжения и др. …

Управление химическим производством

АСУ называют системы управления предприятием на различных уровнях, в которых передача переработка и хранение информации о состоянии объекта… В зависимости от уровня иерархии систем химической технологии различают… 1 Системы автоматического регулирования отдельными процессами химической технологии (САР). Они функционируют без…

Процессы и аппараты химического производства

Общая характеристика и классификация процессов

Процессы, используемые в химической промышленности для производства продукции, весьма разнообразны и многочисленны.

В них применяется сырье различного агрегатного состояния, разнообразные виды энергии, агрессивные и коррозионно-активные вещества. Управление этими процессами требует высокой степени точности в выборе параметров процесса и автоматизации управления им. Все эти условия определили с одной стороны – многообразие используемых в химическом производстве процессов и аппаратов, а другой – тенденцию к их унификации и общие требования независимо от конкретного химико-технологического процесса.

Процессы химической технологии, в зависимости от кинетических закономерностей, характеризующих их протекание, делятся на 5 групп:

– гидромеханические процессы, скорость которых определяется только законами гидравлики;

– тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередач;

–массообменные (диффузионные) процессы, скорость которых определяется законами массопередач;

– механические процессы;

– химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики. Среди последних особую группу составляют процессы, протекающие под воздействием катализаторов.

По организационно-технической структуре процессы химической технологии делятся на периодические и непрерывные.

Для периодических процессов присуще единство места протекания всех стадий процесса, т.е. в них операции загрузки сырья, проведение процесса и выгрузки готового продукта осуществляются в одном аппарате, но в разное время.

Для непрерывных процессов присуще единство времени протекания всех стадий процесса, т.е. в них перечисленные выше операции осуществляются одновременно, но в различных аппаратах.

Характеристикой процесса, позволяющего отнести его к той или иной группе, является степень непрерывности процесса.

Хн = t /Dt, (10.1)

где t - продолжительность процесса, т.е. время необходимое для завершения всех стадий процесса.

Dt - период процесса, т.е. время, протекающее от начала загрузки сырья данной партии до начала загрузки сырья следующей партии.

Для периодического процесса Dt > 0, следовательно, Хн< 1; для непрерывного процесса Dt®0, следовательно, Хн®¥.

Химическая аппаратура, используемая в ХТП, подразделяется на основную – химические реакторы и вспомогательную, назначение которой является подготовка, перемещение и разделение веществ, участвующих в процессе.

Устройство аппаратов зависит от типа осуществляемых в них процессов, но при всем многообразии химической аппаратуры, к ней предъявляется ряд общих требований: простота и дешевизна конструкции; возможность реализации процесса при оптимальных условиях; применение конструкционных материалов, обладающих необходимой коррозионной, термической стойкостью и механической прочностью; возможность контролировать и регулировать параметры процесса.

Для обеспечения стабильности необходимо постоянное поддержание параметров ХТП на заданном уровне, или управление процессом. При этом различают: контроль процесса, т.е. своевременное обнаружение отклонений от режима и быстрое устранение их, и регулирование процессов, т.е. поддержание заданного оптимального режима на каждой стадии процесса.

Основные процессы химической технологии и аппаратура для них

Гидромеханические процессы

– для газовой среды: пыль(5-10мкм), дым(0.3-5мкм), туман (0.3-3мкм); – для жидкой среды: суспензии (0.1-100мкм), коллоидные растворы (менее… К гидромеханическим процессам относятся: осаждение, фильтрование, псевдоожижение, перемешивание в жидкой фазе.

Тепловые процессы

При этом среда с температурой Т1 называется теплоносителем, а среда с температурой Т2 – хладагентом. Для тепловых процессов, используемых в… Основная характеристика теплового процесса – количество передаваемого тепла,… Q = KDT*F, (10.4)

Массообменные процессы

Движущей силой процесса массообмена является градиент концентрации распределяемого вещества: DС = С- С р (10.6) где: С - фактическая концентрация вещества в данной фазе;

Химические реакторы

Принципы проектирования химических реакторов

Выбор конструкции и размеров химического реактора определяется скоростями протекающих в них процессов массо- и теплообмена и химических реакций. При… Основным показателем работы реактора, свидетельствующим о его совершенстве и… t = F* (X, C, U) (10.13)

Классификация химических реакторов

В основу классификации химических реакторов положены три принципа: организационно- техническая структура операций, осуществляемых в реакторе, характер теплового режима и режима движения компонентов.

По организационно-технической структуре операций химико-технологические реакторы делятся на реакторы периодического действия и ректоры непрерывного действия.

Для реакторов периодического действия характерно падение движущей силы процесса во времени вследствие уменьшения концентрации реагентов в ходе процесса. Это приводит к тому, что режим работы реакторов периодического действия нестационарен во времени и требует изменения параметров процесса (Т, Р и др.) для компенсации этого падения и поддержания скорости процесса на заданном уровне.

Для реакторов непрерывного действия характерно постоянство движущей силы процесса во времени вследствие постоянства концентраций реагентов в ходе процесса. Поэтому режим работы реакторов непрерывного действия стационарен во времени и не требует корректировки параметров процесса.

Режим работы реактора периодического действия Режим работы реактора

непрерывного действия

С, Р, Т С, Р, Т

С0 С0

Сτ

 

τ τ

 

С0, Сτ - концентрация реагентов начальная и в момент t,

Т, Р – температура и давление в реакторе.

Производительность реакторов рассчитывается по уравнению:

П = m/ (tр +tз +tв) (10.15)

где: m- масса продукта, полученная за время цикла работы реактора,

tр,tз, tв – время химического процесса загрузки компонентов в реактор и выгрузки продуктов из реактора , соответственно.

Поскольку в непрерывном процессе tз =tв =0, то производительность реакторов непрерывного действия выше таковой реакторов периодического действия при прочих равных условиях.

В некоторых многостадийных производствах сочетаются в едином полунепрерывном процессе периодические (например, в доменном, загрузка шихты, выпуск чугуна) и непрерывные (восстановление оксидов железа и образование чугуна) процессы.

Эффективность работы химического реактора во многом зависит от его теплового режима, влияющего на кинетику, состояние равновесия и селективность процесса , протекающего в реакторе. По тепловому режиму реакторы подразделяются на:

– Реакторы с адиабатическим режимом, в которых действует теплообмен с окружающей средой и тепловой эффект химической реакции полностью затрачивается на изменение температуры в реакторе.

– Реакторы с изотермическим режимом, для которых характерно постоянство температуры в реакторе, что обеспечивается подводом тепла из реактора.

– Реакторы с политропическим режимом, характеризующиеся подводом или отводом тепла из реактора при изменяющейся температуре в нем. За счет этого в реакторе устанавливается заданный тепловой режим и достигается автотермичность процесса. Реакторы этого типа наиболее распространены в химическом производстве.

Реакторы непрерывного действия.

Химические реакторы непрерывного действия по режиму движения компонентов делятся на реакторы идеального вытеснения (РИВ-Н), реакторы идеального смешения (РИС - Н) и реакторы промежуточного типа (РПТ-Н).

Реакторами идеального вытеснения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется ламинарный гидродинамический режим. В них поток реагентов движется в одном направлении по длине реактора без перемешивания, обратного или поперечного перемещения. В РИВ-Н параметры, движущая сила процесса и скорость процесса изменяются по длине реактора (во времени). Причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения является максимальным.

Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них потоки реагентов смешиваются друг с другом и с продуктами химического превращения. В РИС-Н параметры, движущая сила процесса и скорость процесса постоянны по объему реактора (т.е. во времени), причем отклонение средней движущей силы от постоянного значения равно нулю.

Реакторы промежуточного типа занимают по характеру изменения параметров и движущей силы процесса промежуточное место между этими крайними случаями.

На рисунке (1) представлен характер изменения концентрации реагентов, степени их превращения и скорости химического процесса в реакторах типа РИВ-Н и РИС-Н.

Характер изменения движущей силы процесса в реакторах различного типа можно проследить на таком параметре как температура. В данном случае движущая сила процесса равна разности между предельным значением температуры ts и значением действительной (рабочей) температуры t, т.е.

Δt = ts –t

На рисунке 2 представлен характер изменения температуры и движущей силы процесса в реакторах непрерывного действия идеального вытеснения ( РИВ-Н) и идеального смешения ( РИС-Н). Из него следует, что наибольшая величина движущей силы достигается в реакторах типа РИВ-Н, а наименьшая в реакторах типа РИС-Н.

 

С Сн

С1

Сн

 

Ск

L(v) L(v)

 
 


Х Х

Хк

 

Хн

 

 

Х0 L(v) L(v)

 

U U

Uн U0

 

Uк Uк

 

L(v) L(v)

а б

Рис1. Изменение характеристик в реакторах

а– реактор идеального вытеснения, б- реактор идеального смешения.

Сн и Ск – начальные и конечные концентрации реагентов в реакторе,

Х0 иХк – степень превращения реагентов в начале и конце процесса,

Uн и Uк – начальная и конечная скорость процесса в реакторе.

Повышение движущей силы процесса в реакторе РИС большого объема может быть достигнуто разделением его рабочего объема на ряд секций, в каждой из которых создается режим реактора РИС-Н, или созданием каскадной схемы из нескольких реакторов РИС-Н, суммарный объем которых равен объему одного большого реактора (рис.3). В этом случае при сохранении преимуществ режима реактора РИС-Н, средняя движущая сила возрастает от величины для одного реактора РИС-Н большого объема, чему эквивалентна площадь 2, 3, 4, 5 до величины для каскада реакторов, которой эквивалентна площадь 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. При увеличении числа секций или реакторов в каскаде движущие силы реакторов РИС-Н и РИВ-Н становятся практически равными и каскад реакторов РИС-Н можно рассматривать как единичный реактор РИВ-Н большой производительностью (кривая на рис. 2).

 

                   
 
 
         
 
 
 

 


 
 


Т

Тн

Тs Т

Тs

Тк Тн

ΔТср

Тн ΔТср


РИВ-Н L(v)

Рис.2 Изменение движущей силы ΔТ в реакторах Рив-Н и РИС-Н

Тs – предельная температура, достигаемая в процессе ( температура теплоносителя),

Тн – начальная температура реагентов в реакторе, L – длина реактора ( его объем)

Тк – конечная температура в реакторе, ΔТ – средняя движущая сила процесса

 

               
       

 

 


 
 

 


Т

Тs 3 4

Тк

2 5

8 7

9

10

11 L(v)

Тн

Рис.3.Движущая сила в каскаде реакторов РИС-Н

 

Конструкции химических реакторов

По назначению химические реакторы делят на реакторы для гомогенных процессов, реакторы для гетерогенных процессов и реакторы для… 1.Реакторы для гомогенных периодических процессов выполняют в виде… 2.Реакторы для гетерогенных процессов конструируют с учетом обеспечения наилучших условий массопередачи, создания…

Устройство контактных аппаратов

Кроме того, контактные аппараты различаются структурой материальных потоков компонентов, способом подвода или отвода тепла и рядом других… 1.Контактные аппараты с неподвижным слоем катализатора выполняются в виде… Для процессов, протекающих с очень высокими скоростями, применяют конструкции, в которых контактные массы размещены в…

Гомогенные процессы

Характеристика гомогенных процессов

Осуществление и управление гомогенными процессами, протекающими в гомогенной среде, значительно облегчается. Аппаратура тоже проще. Поэтому многие… 1) Поглощение газов, конденсация паров, растворение или плавление твердых… 2) Испарение жидкостей или выделение из них в газовую фазу нужных компонентов и проведение реакции в газовой фазе.

Гомогенные процессы в газовой фазе

Хлорирование углеводородов или их производных осуществляется при получении органических растворителей, ядохимикатов и разнообразных продуктов… СН4 + Сl2 →СН3Сl + НСl Хлористый метил

Гомогенные процессы в жидкой фазе

КСl +NаNО3 ↔ NаСl +КNО3 В жидкой фазе получают простые и смешанные эфиры из спиртов, так, например,… С2Н5ОSО2ОН + СН3ОН ↔С2Н5ОСН3 +Н2SО4,

Основные закономерности гомогенных процессов

1. Одномолекулярные (мономолекулярным) реакции. К ним относятся: – реакции внутримолекулярных перегруппировок А→Д, например,… – реакции разложения А →Д +Д′.

Гетерогенные процессы

Характеристика гетерогенных процессов

Многие гетерогенные процессы не связаны с химическими реакциями и основаны только на физико-химических явлениях. К таким процессам можно отнести… Химические гетерогенные процессы включают в качестве этапа химические реакции,… Важными технологическими показателями промышленных процессов служат равновесный выход продукта, определяемый…

Процессы в системе газ- жидкость (Г-Ж)

Абсорбцией называется поглощение газа (или компонента газа) жидкостью с образованием раствора. Абсорбция происходит при непосредственном… Десорбция – процесс обратный абсорбции, заключается в выделении из жидкости… Испарение растворителя из растворов в химической технологии называется выпаркой. Этот же процесс называется…

Процессы в бинарных твердых, двухфазных жидких и многофазных системах

Спекание– это получение твердых и пористых кусков из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при высокой температуре, не достигающей,… К технологическим процессам, происходящим с участием реагентов, находящихся в… Экстрагирование основано на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по отношению к отдельным…

Высокотемпературные процессы и аппараты

Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области, зависит от теплового эффекта реакции.Qp. Эндотермические обратимые реакции наиболее сильно интенсифицируются при… N2 + О2 ↔2 ΝО – Q

Каталитические процессы и аппараты

Катализ - наиболее эффективное и рациональное средство ускорения химических реакций. Каталитические процессы применяются в промышленности в большом масштабе. Каталитические реакции подчиняются общим законам химии и термодинамики, но действие катализаторов значительно облегчает практическое осуществление ряда химических реакций. Катализ применяется при получении важнейших химических продуктов: серной и азотной кислот, аммиака, метанола, особенно велико применение катализа в органическом синтезе – в процессах окисления, гидрирования, дегидрирования, гидратации и т.д. На применении катализаторов основаны многие методы переработки нефтепродуктов: каталитический крекинг, риформинг, ароматизация и т.д.

Сущность и виды катализа.

Катализаторами могут быть различные вещества: газы, жидкости и твердые тела. По принципу фазового состояния реагентов и катализатора каталитические… Существуют и применяются вещества, замедляющие, тормозящие химические… При внесении катализаторов энергетический уровень реагирующих молекул не меняется. Действие катализатора не смещает…

Свойства твердых катализаторов и их изготовление

Активность катализатора определяется не только его химическим составом, но и способом приготовления, величиной зерен, их пористостью, размерами и… Основные методы изготовления активных катализаторов: - осаждение гидроокисей или карбонатов из растворов их солей с носителем или без носителя, с последующим формованием…

Аппаратурное оформление каталитических процессов

Аппараты, в которых проводят гомогенные каталитические процессы в газовой фазе, могут быть камерами, колоннами трубчатыми теплообменниками.… Аппараты гетерогенного катализа, особенно контактные аппараты, в которых… Реакторы для проведения гетерогенных каталитических реакций можно классифицировать по фазовому состоянию реагентов и…

Важнейшие химические производства

В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь… Различают технологию неорганических и органических веществ. Однако четкой…  

Производство серной кислоты

Серная кислота – один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета, запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии. В концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

Применение

Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее составляет более 160…    

Технологические свойства серной кислоты

Н2SО4 *(n-1) SО3 Н2SО4 Н2SО4 * (m –1) Н2О Олеум моногидрат водная кислота При m = n =1 это моногидрат, при m >n – водные растворы, при m<n – растворы оксида серы в моногидрате. При…

Способы получения

Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение сернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки… В контактном методе окисление сернистого ангидрида в серный осуществляется на… В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окисление SО2 происходит, в основном, в жидкой фазе и…

Сырье для производства серной кислоты

Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав… В общей схеме сернокислотного производства существенное значение имеют две… 1. Железный колчедан.

Общая схема сернокислотного производства

Производство серной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:

S0

Fе[S2]-2 1 2

Н2S –2 [ S+4 ] [S+6],

+4

2

1 –стадия получения печного газа (оксида серы (4)),

2 – стадия каталитического окисления оксида серы (4) до оксида серы (6) и абсорбции его (переработка в серную кислоту).

В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа, и другие механические и физико-химические операции. В общем случае схема производства серной кислоты может быть выражена в следующем виде:

Сырье подготовка сырья сжигание (обжиг) сырья Очистка печного газа

контактирование абсорбция контактированного газа серная кислота.

Конкретная технологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностей каталитического окисления оксида (4), наличия или отсутствия стадий абсорбции оксида серы (6).

Химическая и принципиальная схема производства.

Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:

– окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:

4FеS2 +11О2 = 2Fе2О3 + 8 SО2,

– каталитическое окисление оксида серы (4) избытком кислорода печного газа:

2SО2 + О2 = 2SО3,

– абсорбцию оксида серы (6) с образованием серной кислоты:

32О =Н24

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным процессом и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.

Принципиальная схема этого производства представлена на рисунке.

1 – получение обжигового газа: 1 – обжиг колчедана, 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе, 3- общая очистка газа, 4 – специальная очистка газа; 11 – контактирование: 5 – подогрев газа в теплообменнике, 6 – контактирование; 111 – абсорбция: 7 –абсорбция оксида серы (6) и образование серной кислоты.

 

пирит 1 вода 11 111

 

 

абсорбент воздух пар хвостовые

газы

огарок

Н24

 

Производство сернистого газа.

Сернистый ангидрид SО2 – это бесцветный газ, в 2.3 раза тяжелее воздуха, с резким запахом. При растворении в воде образуется слабая и нестойкая сернистая кислота

2 2О = Н23

Рассмотрим производство сернистого газа обжигом основного сырья – колчедана и затем сжиганием серы.

Окислительный обжиг колчедана.

Обжиг колчедана в токе воздуха представляет необратимый некаталитический гетерогенный процесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфида железа:

2FеS2 = 2FеS+ S2 и окисления продуктов диссоциации:

S2 +2О2 = 2SО2, 4FеS +7О2 = 2Fе2О3 +4 SО2,

что описывается общим уравнением:

4FеS2 + 11 О2 = 2Fе2О3 + 8SО2 – ΔH,

где ΔH = 3400 кДж.

Скорость процесса окислительного обжига выражается общим для гетерогенных процессов уравнением:

U = dm/ dτ = КмFΔС.

где: Км - коэффициент массопередачи.

F – поверхность контакта фаз (катализатора),

ΔС – движущая сила процесса.

Таким образом, скорость процесса обжига зависит от температуры (через Км), дисперсности обжигаемого колчедана (через F), концентрации дисульфида железа в колчедане и концентрации кислорода в воздухе (через ΔС).

На рисунке представлена зависимость скорости обжига колчедана от температуры (а) и размеров частиц обжигаемого колчедана (б).

 

 

U U

 

Т диаметр частиц

а б

Увеличение движущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей содержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избытка воздуха при обжиге до 30% сверх стехиометрического количества. На практике обжиг ведут при температуре не выше 10000С. т.к. за этим пределом начинается спекание частиц.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокой интенсивностью (до 10000кг/м2 *сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа. Недостаток - повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку.

В н.в. печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из колчедана.

Продукты окислительного обжига колчедана – обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида железа (3), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа. В состав обжигового газа входят оксид серы (4), кислород, азот и незначительное количество оксида серы (6), образовавшегося за счет каталитического действия оксида железа(3). На практике печной газ содержит 13 –14% оксида серы (4), 2% кислорода, и около 0.1%оксида серы (6). Т. к. в печном газе должен быть избыток кислорода для последующего окисления оксида серы (4), его состав корректируют, разбавляя воздухом до содержания оксида серы(4) 7 –9% и кислорода 9-11%.

Очистка обжигового газа.

Обжиговый газ необходимо очистить от пыли, сернокислотного тумана и веществ, являющихся каталитическими ядами или представляющими ценность как побочные продукты. В обжиговом газе содержится до 300 г/м3 пыли, которая на стадии контактирования засоряет аппаратуру и снижает активность катализатора, а также туман серной кислоты.

Пыль и сернокислотный туман удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа, которая включает операции механической (грубой) и электрической тонкой) очистки. Механическую очистку газа осуществляют пропусканием газа через центробежные пылеуловители (циклоны) и волокнистые фильтры, снижающие содержание пыли в газе до 10–20 г/м3. После общей очистки обжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальной очистке для удаления остатков пыли и тумана и, главным образом, соединений мышьяка и селена, которые при этом утилизируются. В специальную очистку газа входят операции охлаждения его до температуры ниже температур плавления оксида мышьяка и селена в башнях, орошаемых последовательно 50% и 20% серной кислотой, удаления сернокислотного тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей осушки газа в скрубберах, орошаемых последовательно 95% серной кислотой. Из системы специальной очистки газ выходит с температурой 1400С.

Контактный способ производства серной кислоты

Контактный способ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализатора примесей; 2) контактное окислениен сернистого ангидрида в серный;… Контактное окисление оксида серы (4) Реакция окисления оксида серы (4) до оксида серы (6), лежащая в основе процесса контактирования обжигового газа,…

Производство серной кислоты из серы

Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы отличается от процесса производства из колчедана следующими… – особая конструкция печей для получения печного газа; – повышенное содержание оксида серы (4) в печном газе;

Технология связанного азота

Формы существования азота в литосфере

Сырьевая база азотной промышленности

Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сы­рья — топливом,…   Таблица 14.1. Структура сырьевой базы для производства аммиака

Получение технологических газов

  Такой способ получения заключается в попеременной подаче через слой крупнокускового твердого топлива (антрацита,…

Синтез аммиака

Смесь свежей АВС и циркуляционного газа под давлением подается из смесителя 3 в конденсационную колонну 4, где из циркуляционного газа… Основной аппарат технологической схемы - колонна синтеза аммиака,…  

Технология минеральных удобрений

Минеральные удобрения являются одним из важнейших для народного хозяйства видов продукции химической промышленности. Рост чис­ленности населения выдвигает перед всеми странами мира одну и ту же проблему — умелое управление способностью природы воспроиз­водить жизненные ресурсы и, прежде всего, продовольственные. Зада­ча расширенного воспроизводства продуктов питания уже давно решается путем применения в сельском хозяйстве минеральных удобрений. Научными прогнозами и перспективными планами предусматривается дальнейшее увеличение мирового выпуска минеральных и органоминеральных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия и других видов вносимых в почву добавок.

В нашей стране выпускают практически все известные минераль­ные удобрения, а также необходимые в сельском хозяйстве кормовые добавки для животноводства и химические средства защиты растений.

Классификация минеральных удобрений

Минеральные удобрения классифицируют по трем главным признакам: агрохимическому назначению, составу и свойствам.

По агрохимическому назначению удобрения делят на прямые, являющиеся источником питательных элементов для растений, и косвенные, служащие для мобилизации питательных веществ почвы путем улучшения ее физических, химических и биологичес­ких свойств. К косвенным удобрениям принадлежат, например, из­вестковые удобрения, применяемые для нейтрализации кислых почв, структурообразующие удобрения, способствующие агрегированию почвенных частиц тяжелых и суглинистых почв и др.

Прямые минеральные удобрения могут содержать один или не­сколько разных питательных элементов. По количеству питательных элементов удобрения подразделяют на простые (односторонние, одинарные) и комплексные.

В простые удобрения входит только один из трех главных пита­тельных элементов: азот, фосфор или калий. Соответственно простые удобрения делят на азотные, фосфорные и калийные.

Комплексные удобрения содержат два или три главных питатель­ных элемента. По числу главных питательных элементов комплексные удобрения называют двойными (например, типа NP или РК) и тройными (NPK); последние называют также полными. Удобре­ния, содержащие значительные количества питательных элементов и мало балластных веществ, называют концентрирован­ными.

Комплексные удобрения, кроме того, разделяют на смешанные и сложные. Смешанными называют механические смеси удобрений, состоящие из разнородных частиц, получаемые простым тукосмешением. Если же удобрение, содержащее несколько пита­тельных элементов, получается в результате химической реакции в заводской аппаратуре, оно называется сложным.

Удобрения, предназначенные для питания растений элементами, стимулирующими рост растений и требующимися в весьма малых ко­личествах, называются микроудобрениями, а содержащие­ся в них питательные элементы — микроэлементами. Такие удобрения вносят в почву в очень небольших количествах. К ним от­носятся соли, содержащие бор, марганец, медь, цинк и другие эле­менты

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ
По агрегатному состоянию удобрения подразделяют на твер­дые и жидкие (например, аммиак, водные растворы и суспен­зии).

 

 
 

 


Классификация МУ по природе питательного элемента, их числу, содержанию.

Большое значение имеют физические свойства удобрений. Водораст­воримые удобрительные соли должны быть сыпучими, легко рассеи­ваться, не быть сильно гигроскопичными, не слеживаться при хра­нении; должны обладать такими свойствами, чтобы сохраняться на почве в течение некоторого времени, не слишком быстро вымывать­ся дождевой водой и не сдуваться ветром. Этим требованиям в наи­большей мере отвечают крупнокристаллические и гранулиро­ванные удобрения, производство и применение которых непрерыв­но возрастают. Гранулированные удобрения можно вносить на поля механизированными методами с помощью туковых машин и сеялок в количествах, строго соответствующих агрохимическим требованиям.

Эффективным средством для уменьшения слеживания является обработка поверхности гранул поверхностно-активными веществами. В последние годы стали распространенными способы создания вокруг гранул различных оболочек, которые, с одной стороны, предохраня­ют удобрение от слеживания, а с другой — позволяют регулировать во времени процесс растворения питательных веществ в почвенных водах, т. е. создавать долговременно действующие удобрения.

Типовые процессы солевой технологии

Переработка минерального сырья в соли может идти или его высокотемпературной обработкой или «мокрым» путем в жидких средах и суспензиях. В… – термическая или термохимическая обработка, т.е. различные виды обжига сырья… – растворение и перекристаллизация веществ, связанные с их химической обработкой, разделением и очисткой растворов от…

Разложение фосфатного сырья и получение фосфорных удобрений

Технологические процессы их производства генетически связаны с процессами производства фосфорной кислоты, оксида фосфора (5) и элементарного… Взаимосвязь производств фосфорных и важнейших комплексных удобрений на основе… Существует ряд методов переработки природных фосфатов: меха­нические, термические и методы кислотного разложения.

Производство фосфорной кислоты

Са5(РО4)3F + 5Н2SО4 + nН3РО4+ 5mН2О= (n+3)Н3РО4 +5СаSО4 * mН2О +НF Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически… В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты, находящийся в равновесии с ней в твердой фазе сульфат…

Производство простого суперфосфата

2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Са(Н2РО4)2*Н2О]+ 7[CaSO4 *0,5H2O]+2HF; ΔН— — 227,4кДж (1) Практически в процессе производства простого суперфосфата разложение протекает… Ca5F(PO4)3+5H2SO4 +2,5H2O = 5 (CaSO4-0,5H2O) +3H3PO4 +HF (2)

Производство двойного суперфосфата

При разложении природных фосфатов фосфорной кислотой проте­кает реакция, совпадающая со второй стадией производства про­стого суперфосфата.… Двойной суперфосфат можно получать по технологической схеме, аналогичной схеме… Более прогрессивным и экологичным является поточный метод производства двойного суперфосфата. В нем используют для…

Азотнокислотное разложение фосфатов

Прогрессивным направлением в переработке фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения апатитов и фосфоритов. Этот метод… В основе процесса разложения фосфатов азотной кислотой лежит реакция Ca5F(PO4)3 +10HNO3 = 3H3PO4+ 5Ca(NO3)2+ HF (3)

Производство азотных удобрений

Азотные удобрения отличаются друг от друга по содержанию в них азота, по форме соединений азота (нитратные, аммонийные амидные), фазовому состоянию…

Производство аммиачной селитры

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и обладает боль­шой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из воздуха), что является причиной… Для получения практически неслеживающейся аммиачной селитры применяют ряд… Принципиальная схема производства нитрата аммония

Производство карбамида

Карбамид (мочевина) среди азотных удоб­рений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида… Карбамид CO(NH2)2 — белое кристаллическое вещество, содержа­щее 46,6% азота.… 2NH3 + CO2↔ CO(NH2)2 + H2 O; ΔН = —110.1 кДж (1)

Производство сульфата аммония

Основные промышленные способы производства сульфата аммония базируются на нейтрализации серной кислоты аммиаком. Для производства сульфата аммония… Сульфат аммония получается по реакции 2NН3 (газ) +Н2SО4 =(NН4)2SО4 +280 кДж

Производство нитрата кальция.

Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов. Безводная соль плавится при температуре 5610С, однако уже… Кальциевая селитра является универсальным физиологически щелочным удобрением,… Кальциевую селитру получают различными способами:

Производство жидких азотных удобрений

Аммиакаты на основе нитрата аммония и карбамида применяют и для аммонизации суперфосфата и тукосмесей. Жидкие удобрения можно изготовлять и без… Непосредственное использование аммиака и аммиачной воды в качестве жидких… Наряду с преимуществами жидких удобрений имеются трудности и недостатки. В жидких удобрениях – водных растворах солей…

Производство калийных удобрений

Общая характеристика

Качество калийной продукции и сырья принято характеризовать содержанием основного компонента (например, КСl) или содержание калия в пересчете на… К калийным удобрениям хлоридного типа относят природные минералы (каинит,… Все калийные удобрения растворимы в воде. Их выпускают в кристаллическом и гранулированном виде. Содержание…

Сырье

Сырьем для производства калия служит почти исключительно природный минерал сильвинит – смесь сильвина КСl и галита NаСl с содержанием калия 22-25%, считая на К2О. Значительно реже хлорид калия получают из карналлита КСl *МgСl2* 6Н2О, содержащего около 17% К2О.

Сульфат калия получают из лангбейнита К24 *2МgSО4, шенита К24 *2МgSО4 *6 Н2О, каинита КСl *МgSО4 *3 Н2О и других минералов.

Крупнейшее в мире месторождение калийных солей в РФ находится на Урале (Верхнекамское месторождение). Оно представлено сильвинитовыми и карноллитовыми рудами; происхождение его связано с испарением бассейнов древнего пермского моря. Отличительной особенностью Верхнекамского месторождения является большое содержание газов в порах и пустотах породы (Н2, СО2, СН4, N2). Содержание КСl в добываемом сильвините колеблется от 23 до 30%, NаСl – от 65 до 75%, нерастворимых глинистых веществ от 0.5 до 3.0%

Потенциальным источником сырья для производства калийных удобрений может стать Мировой океан, в водах которого концентрация калия достигает 0.07%, что в пересчете на К2О составляет 7*1014 тонн. Сгущенная путем испарения в бассейнах и бессточных водоемах морская вода может явиться источником для промышленного получения солей калия. Таким способом получают, например, хлористый калий из рапы Мертвого моря.

Переработку сильвинитовых и карналлитовых руд на хлористый калий осуществляют:

a. методами растворения и раздельной кристаллизации, основанной на различии температурных коэффициентов растворимости солевых составляющих руды (эти методы называют еще тепловыми или галлургическими;

b. путем механического обогащения породы, главным образом флотацией;

c. комбинацией флотационного обогащения с растворением и кристаллизацией мелких фракций руды.

Аналогичными приемами перерабатываются и сульфатные породы.

В н.в. флотационным методом вырабатывается около 80% всего хлорида калия.

Получение хлористого калия

Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде… Технологические схемы флотационного производства хлорида калия зависят от… d. Измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1-3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0.5 мм.

Получение сульфата калия.

Известны следующие пути получения сульфата калия:

1) переработка галургическими методами – растворением и кристаллизацией полиминеральных сульфатнокалийных руд;

2) конверсионный и ионитный способы на основе взаимодействия хлоритсого калия и различных сульфатных солей;

3) комбинирование флотационного обогащения сульфатнокалийных руд с переработкой концентрата галургическим способом;

4) при происзводстве соляной кислоты из хлористого калия и серной кислоты или сернистого газа;

5) гидротермический метод переработки полиминеральных руд или сульфатных солей и хлоритсого калия с получением вкачестве побочного продукта соляной кислоты;

6) переработка водонерастворимых калийных руд.

 

13.4 Производство силикатных материалов

Общие сведения о силикатных материалах

Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Они представляют широко распространенную группу твердофазных материалов, т.е. веществ, обладающих совокупностью свойств, которые определяют то или иное их практическое применение. Так как главным в этом определении материала является признак его применимости, то к группе силикатных материалов относят и некоторые бессиликатные системы, применяемые для тех же целей, что и собственно силикаты.

Силикаты – это соединения различных элементов с кремнеземом (оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом силикатов является тетраэдрическая ортогруппа [SiО4]-4 с атомом кремния Si+4 в центре и атомами кислорода О-2 в вершинах тетраэдра, с ребрами длиной 2.6 *10-10 м (0.26нм). Тетраэдры в силикатах соединены через общие кислородные вершины в кремнекислородные комплексы различной сложности в виде замкнутых колец, цепочек, сеток и слоев. В алюмосиликатах, помимо силикатных тетраэдров, содержатся тетраэдры состава [АlО4]-5 с атомами алюминия, образующие с силикатными тетраэдрами алюминийкислородные комплексы.

В состав сложных силикатов помимо иона Si+4 входят:

катионы: К+, Nа+, Са++, Мg++, Мn++, В+3, Сr+3, Fе+3, Аl+3, Тi+4 и анионы: О2-2, ОН-, F-, Сl-, SО4-2, а также вода. Последняя может находиться в составе силикатов в виде конституционной, входящей в кристаллическую решетку в форме ОН-, кристаллизационной воды и физической, адсорбированной силикатом.

Свойства силикатов зависят от их состава, строения кристаллической решетки, природы сил, действующих между ионами, и, в значительной степени определяются высоким значением энергии связи между атомами кремния и кислорода, которая составляет 450-490 кДж/моль. Большинство силикатов отличаются тугоплавкостью и огнеупорностью, температура плавления их колеблется от 770 до 21300С. Твердость силикатов лежит в пределах от 1 до 6-7 единиц по шкале Мооса. Большинство силикатов малогигроскопичны и стойки к кислотам, что широко используется в различных областях техники и строительства.

Химический состав силикатов принято выражать в виде формул, составленных из символов элементов в порядке возрастания их валентности, или из формул их оксидов в том же порядке, например, полевой шпат К2Аl2Si6О16 может быть представлен как КАlSi3О8 или К2О*Аl2О3*6SiО2.

Все силикаты подразделяются на природные (минералы) и синтетические (силикатные материалы). Силикаты - самые распространенные химические соединения в коре и мантии Земли, составляя 82% их массы, а также в лунных породах и метеоритах. По происхождению они делятся на кристаллизационные (изверженные) породы и осадочные породы. Природные силикаты используются как сырье в различных областях народного хозяйства:

– в технологических процессах, основанных на обжиге и плавке;

– в процессах гидротермальной обработки;

–в строительстве;

– в металлургических процессах.

Силикатные материалы насчитывают большое количество различных видов, представляют крупномасштабный продукт химического производства и используются во многих областях народного хозяйства. Сырьем для их производства служат природные минералы (кварцевый песок, глины, полевой шпат, известняк), промышленные продукты (карбонат натрия, бура, сульфат натрия, оксиды и соли различных металлов) и отходы (шлаки, шламы, зола).

Классификация силикатов.

КЕРАМИКА
ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
БЕССИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  
СТЕКЛА
СИТАЛЛЫ
ИСКУССТВЕННЫЕ (СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ)
ПРИРОДНЫЕ (МИНЕРАЛЫ)
СИЛИКАТЫ

 

По масштабам производства силикатные материалы занимают одно из первых мест.

Типовые процессы технологии силикатных материалов

  ПОДГОТОВКА ШИХТЫ ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ШИХТЫ …

Общая характеристика и классификация

Вяжущими материалами называются одно или многокомпонентные порошкообразные минеральные вещества, образующие при смешении с водой пластичную формующуюся массу, затвердевающую при выдержке в прочное камневидное тело. В зависимости от состава и свойств вяжущие вещества подразделяются на три группы.

Воздушными вяжущими материалами называются материалы, которые после затворения водой твердеют и длительное время сохраняют прочность только на воздухе. Гидравлическими вяжущими материалами называются материалы, которые после затворения водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжают твердеть в воде.

К кислотостойким вяжущим материалам относятся такие, которые после затвердевания на воздухе сохраняют прочность при воздействии на них минеральных кислот. Это достигается тем, что для их затворения используют водные растворы силиката натрия, а в массу материала вводят кислотостойкие наполнители (диабаз, андезит).

Сырьем для производства силикатных материалов, используемых в качестве вяжущих, служат природные минералы - гипсовый камень, известняк, мел, глины, кварцевый песок, а также промышленные отходы – металлургические шлаки, огарок колчедана, шламы переработки нефелина.

Вяжущие материалы в строительстве применяются в форме цементного теста (вяжущий материал + вода), строительного раствора (вяжущий материал + песок + вода), бетонных смесей (вяжущий материал + наполнитель вода).

Действие вяжущих материалов может быть разбито на три последовательных стадии:

– затворение или образование пластической массы в виде теста или раствора смешением вяжущего вещества с соответствующим количеством воды или силикатного раствора;

– схватывание или первоначальное загустевание и уплотнение теста с потерей текучести и переходом в плотное, но непрочное соединение;

– твердение или постепенное увеличение механической прочности в процессе образования камневидного тела.

 

 

ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ
ПОРТЛАНД- ЦЕМЕНТ
ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ
МАГНЕЗИТ
ГИПС
КИСЛОТОСТОЙКИЕ
ВОЗДУШНЫЕ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

 

Классификация вяжущих материалов.

Важнейшими видами вяжущих материалов являются портланд-цемент (гидравлический цемент) и воздушная (строительная) известь.

 

13.5.2 Производство портланд-цемента

Портландцементом называется гидравлический вяжущий материал, состоящий из силикатов, и алюмосиликатов кальция различного состава. Основными компонентами портланд-цемента являются следующие соединения:

-алит (трикальцийсиликат) 3СаО* SiО2

-белит (дикальцийсиликат) 2СаО*SiО2

-трикальцийалюминат 3СаО*Аl2О3.

Помимо этих соединений в портланд-цементе содержатся примеси трикальцийалюмоферрита 3СаО*Аl2О3*Fе2О3, оксидов кальция и магния.

Характеристиками портланд-цемента являются «марка» и «модуль».

Маркой цемента называется предел прочности на сжатие образца цемента после затвердевания его в течение двадцати восьми суток, выражаемый в кг/см2. Чем больше марка цемента, тем выше его качество. Существуют марки 400, 500 и 600.

Модулем цемента называется показатель, выражающий соотношение между оксидами в нем. Различают три вида модулей цемента.

1.Силикатный (кремнеземный) модуль – отношение содержания оксида кремния к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа.

n = % SiО2 /(% Аl2О3 +% Fе2О3)

2.Глиноземный модуль – отношение содержания оксида алюминия к содержанию оксида железа:

р =% Аl2О3 / % Fе2О3

3. Гидравлический модуль – отношение содержания основного оксида кальция к суммарному содержанию кислотных оксидов кремния, алюминия и железа:

m = % СаО/(% SiО2 +% Аl2О3 +% Fе2О3)

Затвердевание портланд-цемента основано на реакциях гидратации, входящих в его состав силикатов и алюмосиликатов, с образованием кристаллогидратов различного состава:

3СаО * SiО2 +(n+1)Н2О =2СаОSiО2*nН2О +Са(ОН)2

При смешении порошка цемента с водой (затворение) масса затвердевает, процесс затвердевания протекает через ряд последовательных стадий:

– образование насыщенных растворов силикатов;

– гидратация силикатов и образование кристаллогидратов;

– кристаллизация массы (схватывание) и рост кристаллов;

– образование сростков кристаллов и упрочнение массы (твердение).

Для придания цементу определенных свойств в него вводят добавки:

– гидравлические, повышающие водостойкость за счет связывания содержащегося в цементе гидроксида кальция;

– пластифицирующие, повышающие эластичность массы;

– кислотостойкие, придающие цементу коррозионную стойкость к кислым средам;

– инертные, для удешевления продукции (песок);

– регулирующие время схватывания массы (гипс).

Производство портланд-цемента складывается из двух стадий: получение клинкера и его измельчение.

1.Получение клинкера может осуществляться двумя способами – мокрым и сухим, которые различаются методами приготовления сырьевой массы для обжига. По мокрому методу сырье измельчают в присутствии большого количества воды, получая пульпу, содержащую до 45% воды. В этом методе обеспечивается высокая однородность смеси, снижается запыленность, но увеличиваются затраты на испарение воды. По сухому методу компоненты сырья сушат, измельчают и смешивают в сухом виде. Такая технология является энергосберегающей, поэтому удельный вес производства цемента по сухому методу непрерывно возрастает.

Производство клинкера включает операции дробления, размола и корректировки состава сырья и последующей высокотемпературной обработки полученной шихты – обжига. Сырьем в производстве портланд-цемента служат различные известковые породы и глина, а также мергели, представляющие однородные смеси тонкодисперсных известняка и глины.

Для обжига шихты используются барабанные вращающиеся печи диаметром 3.5-5 м и длиной до 185 м. Компоненты сырья, поступающего в печь, последовательно проходят в ней зоны сушки, подогрева, кальцинации, экзотермических реакций образования силикатов, спекания и охлаждения. Выходящий из печи клинкер охлаждается в барабанных холодильниках.

2.Измельчение клинкера. Охлажденный клинкер выдерживают на складе в течение 10-15 суток для удаления свободного оксида кальция, смешивают с добавками и измельчают в дробилках и многокамерных мельницах до частиц размером 0.1 мм и меньше.

Основная масса портланд-цемента используется для изготовления бетона и изделий из него. Бетоном называется искусственный камень, полученный при затвердевании затворенной водой смеси цемента, песка и наполнителя.

 

 

ПРИГОТОВЛЕНИЕ СУСПЕНЗИИ
вода

СаF2 шлам топливо, воздух

           
   
   
 


глина

 

 

 


известняк

 

 

           
 
ВЫЛЕЖИВАНИЕ
 
РАЗМОЛ
 
ХРАНЕНИЕ


клинкер цемент

       
   


добавки добавки

Принципиальная схема производства портланд-цемента

 

Производство воздушной извести

Воздушной или строительной известью называется бессиликатный вяжущий материал на основе оксида и гидроксида кальция. Различают три вида воздушной… -кипелка (негашеная известь) – оксид кальция СаО, -пушонка (гашеная известь) – гидроксид кальция Са(ОН)2,

Производство стекла

Состав и классификация стекол

 

Стеклами называются переохлажденные расплавы смесей оксидов и бескислородных соединений с высокой вязкостью, обладающие после охлаждения механическими свойствами твердого тела.

В структуре стекла существуют аморфные и кристаллические фазы, находящиеся в состоянии неустойчивого равновесия. Вследствие весьма высокой вязкости стеклянного расплава скорость кристаллизации его мала и равновесие почти полностью сдвинуто в сторону аморфной фазы, т.е. стекло имеет преимущественно аморфную структуру. Поэтому стеклам присущи специфические свойства, характерные для аморфных тел: отсутствие четкой температуры плавления и переход из твердого состояния в жидкое в некотором интервале температур, который характеризуется температурой размягчения, а также изотропность оптических свойств.

Состав силикатных стекол может быть выражен общей формулой:

nR2О * mRО *рR2О3 *qRО2,

где n, m, р, q –переменные величины,

R2О – оксиды щелочных металлов Nа2О, К2О, Li2О3;

RО - оксиды щелочно-земельных и других двухвалентных металлов;

R2О3 –кислотные оксиды Аl2О3, В2О3, Fе2О3;

2 –оксид кремния SiО2, составляющий до 75% массы.

Всем стеклам присущи некоторые общие свойства: прозрачность, низкая теплопроводность, диэлектрические свойства, высокая химическая стойкость к кислотным реагентам. Свойства стекол зависят от их состава, от соотношения основных и кислотных оксидов.

Оксиды щелочных металлов снижают вязкость, температуру размягчения, механическую прочность и твердость стекол. Оксиды щелочно-земельных металлов позволяют регулировать вязкость стеклянных расплавов в заданных пределах. Кислотные оксиды повышают механическую прочность, термическую и химическую стойкость стекол.

По назначению стекла делятся на строительное, тарное, бытовое, художественное, химическое, оптическое и стекла специального назначения.

Процесс производства стекла

1.Стеклообразователи, создающие основу стекла: оксиды кремния и свинца (2), карбонаты натрия, калия и кальция, сульфаты натрия и бария, борная… 2.Красители, придающие стеклу необходимый цвет: оксиды и соли металлов,… 3.Глушители, делающие стекла матовыми и молочными: оксиды мышьяка (3), олова (4), сульфид олова (2).

Производство керамических материалов

Общая характеристика и классификация материалов

Керамическими материалами или керамикой называют поликристаллические материалы и изделия их них, полученные спеканием природных глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидами металлов и других тугоплавких соединений. Керамические материалы весьма разнообразны и могут быть классифицированы по нескольким признакам.

По составу: кислородсодержащие, в т.ч. силикатные, из оксидов металлов; бескислородные, в т.ч. карбидные, нитридные, боридные, силицидные.

По применению: строительные (кирпич, черепица); огнеупоры; тонкая керамика (фарфор, фаянс); специальная керамика.

По структуре и степени спекания: пористые или грубозернистые (кирпич, огнеупоры, фаянс), спекшиеся или мелкозернистые (фарфор, специальная керамика).

По состоянию поверхности: глазурованные и неглазурованные.

В качестве сырья для производства силикатных керамических материалов используют вещества, обладающие свойством спекаемости. Спекаемость–свойство свободно насыпанного или уплотненного порошкообразного материала образовывать при нагревании до определенной температуры поликристаллическое тело- черепок. Таким сырьем являются:

- пластичные материалы (глины);

- непластичные или отощающие добавки (кварцевый песок);

- плавни и минерализаторы (карбонаты кальция и магния).

 

13.7.2 Производство строительного кирпича

Сырьем для производства строительного кирпича служат легкоплавкие (строительные) глины состава Аl2О3 *nSiО2 *mН2О, песок и оксиды железа (3). Добавка кварцевого песка исключает появления трещин, вследствие усадки материала, при сушке и обжиге и позволяет получать более качественную продукцию.

Технологический процесс производства кирпича может осуществляться в двух вариантах:

– пластическим методом, при котором смесь подготовленных компонентов сырья превращается в пластическую массу, содержащую до 25% воды;

– полусухим методом, при котором компоненты сырья увлажняются паром (до10%), что обеспечивает необходимую пластичность массы.

Приготовленная тем или иным методом шихта, содержащая 40-45% глины, до 50% песка и до 5% оксида железа, поступает на прессование в ленточный пресс (при пластическом методе) или в механический пресс, работающий под давлением 10-25 МПа (при полусухом методе). Сформированный кирпич направляется на сушку в туннельную сушилку непрерывного действия и затем на обжиг при Т=900-11000С. Для ускорения сушки в глину добавляют электролит (раствор солей).

Рассмотрим принципиальную схему производства строительного кирпича полусухим способом.

 

ТОПОЧНЫЕ ГАЗЫ ПЕСОК ПАР

               
 
   
МЕЛЬНИЦА
 
СМЕСИТЕЛЬ ШИХТЫ
 
ПРЕСС
 


ГЛИНА КИРПИЧ-СЫРЕЦ

 
 


СОЛИ

 

ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ
СУШИЛКА
КИРПИЧ

 

Производство огнеупоров

К материалам, используемым в качестве огнеупоров, предъявляются следующие общие требования: – термическая стойкость, т.е. свойство сохранять механические характеристики и… – малый коэффициент термического расширения;

Электролиз водных растворов хлористого натрия

Хлор при атмосферном давлении и обычной температуре газ желто-зеленого цвета с удушливым запахом. При нормальных условиях плотность хлора 3.21… Электрохимический метод производства хлора и щелочей начал эксплуатироваться с… Сырьем для производства хлора служат, главным образом, растворы поваренной соли, получаемые растворением твердой соли…

Электролиз раствора хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом

2 Сl - -2е =Сl 2, а также кислорода 2ОН-–-2е→½О2 +Н2О или водорода Н2О –2е →½О2 +2Н+ Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации хлористого натрия в… На катоде в щелочном растворе происходит разряд молекул воды

Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах с ртутным катодом и графитовым анодом

При пропускании через раствор хлористого натрия постоянного электрического тока на графитовом аноде происходит разряд ионов хлора с последующим… 2Сl –2е → Сl2 На ртутном катоде выделение водорода происходит с большим перенапряжением. Если на железном катоде потенциал выделения…

Производство соляной кислоты

Хлористый водород – это бесцветный газ, имеющий температуру плавления –114.20С и температуру кипения –850С. Хлористый водород очень хорошо… Производство соляной кислоты осуществляется в две стадии: получение хлористого… Сульфатный метод производства хлористого водорода является одним из старейших процессов химической промышленности. Он…

Электролиз расплавов. Производство алюминия

Расплавленные электролиты в основном подчиняются тем же электрохимическим закономерностям, что и водные растворы, хотя электролизу расплавов присущи… Электролиз расплавов проводится при высоких температурах, которые получаются… Алюминий – легкий металл, плотность которого при 200С составляет 2.7 г/см3, температура плавления 6590С, температура…

Производство глинозема

1) дробление боксита и мокрый размол его в среде оборотного щелочного раствора с образованием пульпы; 2) выщелачивание оксида алюминия оборотным раствором гидроксида натрия; 3) разбавление- самоочищение при добавлении к пульпе воды с образованием нерастворимого гидратированного алюмината…

Производство алюминия

Ванны с самообжигающимия анодами работают без смены анодов. Кожух ванны футерован огнеупорным кирпичом и угольными плитами. Дно ванны является… Процесс электролиза ведут при напряжении 4.2-4.4 в, нагрузке 80000-150000 а, с… Для очистки от механических примесей и растворенных газов алюминий, выкачанный из ванны, хлорируют непосредственно в…

Металлургия

– способностью к взаимному растворению и образованию многочисленных сплавов разнообразного состава; – комплексом ценных механических, химических и физических свойств, в том числе… – возможностью фазовых превращений при изменении температуры и существование в нескольких полиморфных модификациях с…

Руды и способы их переработки

По качеству и количеству металла руды делят на промышленные и непромышленные. К промышленным относятся те руды, в которых содержание металла… По числу содержащихся в руде металлов их делят на монометаллические (простые)… По содержанию металла руды подразделяются на богатые, средние и бедные.

Общая схема переработки железной руды

конверторная

ЛИТЕЙНЫЙ
плавка

ПЕРЕДЕЛОЧНЫЙ
ЧУГУН
Доменный мартеновская

процесс плавка

 

электроплавка

МЕТАЛЛИЗИРО ВАННЫЙ ПРОДУКТ
РУДА
прямое

СТАЛЬ
восстано- электроплавка

ление

 
 
ЖЕЛЕЗНЫЙ ПОРОШОК

 


ХЛОРИД ЖЕЛЕЗА

ЖЕЛЕЗО
Гидроме- осаждение плавка

таллургия

 

Производство чугуна

Руды магнитной окиси железа или магнитные железняки, содержат 50-70% железа и состоят в основном из минерала магнетита Fе3О4. Руды магнитной окиси… Руды безводной окиси железа (красный железняк) содержат 50-70% железа в виде… Руды водной окиси железа или бурые железняки содержат железо в виде химического соединения его окиси с водой…

Производство меди

Сырьем для производства меди являются медные руды. Наибольшее значение имеют сульфидные руды. Содержание меди в рудах колеблется от 1 до 5%. В… Пирометаллургический способ получения меди основан на применении плавки… Передел штейна на черновую медь, независимо от методов его получения, одинаков и заключается в том, что расплавленный…

Химическая переработка топлива

Химические топлива подразделяются: - по происхождению на природные (угли, нефть и т.д.) и искусственные (кокс,… - по агрегатному состоянию на твердые, жидкие, газообразные;

Коксование каменных углей

При постепенном нагревании компоненты угля претерпевают глубокие физические и химические превращения: до 2500С происходит испарение влаги, выделение… Таким образом, коксование – это сложный двухфазный процесс, складывающийся из… Сырьем для коксования служат спекающиеся угли, которые дают прочный и пористый металлургический кокс, например,…

Общая схема коксохимического производства

ТРАНСПОРТИРОВКА
УГЛЕПОДГОТОВКА
Каменные угли

марок Г,Ж,К,ОС

 

 

 
 

 


ОХЛАЖДЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ
воздух угольная шихта

Q

ТУШЕНИЕ
КОКСОВАНИЕ
РАЗГОНКА
водород кокс

           
 
     
 
 


ОКГ ПКГ кокс на склад

 
 
РАЗГОНКА


Б КУС

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ

 

 

 
 


Фракции КУС на перера-

Индивидуальные аромати- Н24 ботку

ческие углеводороды (NН4)24

 

ПКГ – прямой коксовый газ, СБ – сырой бензол, КУС – каменноугольная смола, ОКГ- обратный коксовый газ

Коксование углей представляет собой высокотемпературный химический процесс. Химические реакции протекают сначала в твердой фазе. По мере повышения температуры происходит образование газо-и парообразных продуктов, протекают сложные реакции внутри твердой и газовой фаз, а также происходит взаимодействие между ними. Основным фактором, определяющим протекание процесса коксования, является повышение температуры, которое необходимо для нагрева шихты до температуры сухой перегонки и проведения эндотермических реакций коксования. Коксование проводят в коксовых печах, являющихся реакторами периодического действия с косвенным нагревом, в которых теплота передается к коксуемой угольной шихте через стенку реактора. Поэтому термофизические процессы при коксовании включают:

– теплопередачу от стенки к материалу шихты;

– диффузию продуктов пиролиза через слой шихты;

– удаление этих продуктов из шихты.

Процесс коксования состоит из следующих стадий:

1. Загрузка шихты в камеру печи и разравнивание шихты штангой.

2.Коксование. Производительность коксовой печи определяется периодом коксования – временем от начала загрузки камеры до выдачи кокса, в течение которого происходят все изменения, приводящие к образованию кокса и ПКГ. Период коксования с добавкой времени на операции загрузки и выгрузки шихты называется временем оборота или оборотом печи. Газообразным топливом для обогрева коксовых печей служат ОКГ, доменный газ, их смеси. Технологический режим работы коксовых печей регулируется автоматически.6н

3.Выгрузка кокса (выдача коксового пирога) с помощью коксовыталкивателя в тушильный вагон. Коксовую батарею можно рассматривать как реактор непрерывного действия РИВ-Н, хотя каждая отдельная печь в ней работает периодически.

4. Тушение кокса. Кокс, выгружаемый из печи в коксотушильный вагон, имеет температуру 950-11000С. Чтобы предотвратить его горение на воздухе и обеспечить возможность транспортировки до склада и хранение, кокс должен быть охлажден до 250-1000С, при которой исключается его самовозгорание. Для этого раскаленный кокс интенсивно охлаждают мокрым или сухим методом.

5. Сортировка кокса. Кокс после тушения сортируется по классам крупности на грохотах различной конструкции.

Летучие продукты, выделяющиеся при коксовании и образующие прямой коксовый газ (ПКГ) составляют до 15% от массы коксуемой шихты. В состав ПКГ входят пирогенетическая вода, смесь высококипящих соединений. В цехе улавливания и разделения из ПКГ извлекаются основные компоненты не в виде индивидуальных химических соединений, а в виде их смесей. Выход продуктов коксования зависит от степени углефикации, насыпной плотности и др. факторов.

Переработка продуктов коксования.

Сырой бензол – это сложная смесь соединений, основными компонентами которой является бензол и его гомологи. Цель переработки СБ – получение индивидуальных ароматических углеводородов путем разделения смеси составляющих СБ веществ на отдельные компоненты. Процесс переработки СБ включает следующие стадии

– отделение легкокипящей сероуглеродной фракции и получение бензольно-толуольно - ксилольной фракции (БТК);

– очистка фракции БТК;

– ректификация очищенной фракции БТК и получение индивидуальных ароматических углеводородов.

Каменноугольная смола – смесь веществ, включающая в состав несколько сот органических соединений. Процесс переработки КУС состоит из следующих операций:

– обезвоживание, обессоливание и обеззоливание смолы;

– ректификация с отбором фракций смолы;

– переработка фракций и их очистка от фенолов и пиридиновых оснований;

– получение чистых индивидуальных соединений.

 

13.10.2. Переработка жидких топлив

Важнейшие жидкие топлива – нефть, а также жидкие продукты, получаемые при ее переработке. Нефтью называется жидкое ископаемое топливо, распространенное в осадочной оболочке литосферы Земли. Свое название нефть получила от персидского слова «нафта» - вытекающая, просачивающаяся. В н.в общепринята теория органического происхождения нефти, согласно которой она образовалась в результате воздействия бактериального и геологического факторов на останки низших животных и растительных организмов, обитавших в толще воды и на дне водоемов.

Большинство нефтей представляют собой маслянистые жидкости от темно-коричневого до темно-бурого цвета, который зависит от содержания в них окрашенных смолистых веществ. Свойства нефти зависят от ее состава. Плотность нефтей составляет 0.82-0.90 т/м3, температура затвердевания от –20 до +200С. Вязкость нефтей значительно выше вязкости воды. Нефть в основном состоит из углерода (83-87%) и водорода (12-14%), входящих в состав сложной смеси углеводородов. Кроме углеводородной части в нефти имеется небольшая неуглеводородная часть и минеральные примеси.

Углеводородная часть нефти состоит из парафиновых (алканов), нафтеновых (цикланов) и ароматических углеводородов. Непредельные углеводороды (олефины), как правило, в нефти отсутствуют, но встречаются в продуктах ее переработки. Газообразные парафиновые углеводороды (от СН4 до С4Н10 включительно) присутствуют в нефти в растворенном состоянии. При выдаче нефти из недр Земли на поверхность, когда давление нефти снижается, газообразные углеводороды выделяются из нее в виде попутных газов. Жидкие парафиновые углеводороды (от С5Н12 до С15Н23 включительно) составляют основную массу жидкой части нефти и жидких фракций, получаемых при ее перегонке. Твердые парафиновые углеводороды (от С16Н34 и выше) растворены в нефти и могут быть выделены. Нафтеновые углеводороды в нефтях представлены, главным образом, производными циклопентана и циклогексана. Ароматические углеводороды встречаются в нефтях в небольших количествах, а также образуются в процессе переработки нефти.

В зависимости от преимущественного содержания в нефтях углеводородов различных классов они разделяются на парафинистые, нафтено-парафиновые, нафтено-ароматические, парафино-нафтено-ароматические.

Неуглеводородная часть нефти состоит из сернистых, кислородных и азотистых органических соединений. Сера входит в состав меркаптанов, сульфидов, дисульфидов жирного ряда. По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (до 0.5%), сернистые (от 0.5 до 2.0%) и многосернистые (выше 2.0%). Кислородные соединения нефти составляют нафтеновые кислоты, смолы и асфальтовые вещества. Смолы и асфальты – продукты с высоким молекулярным весом придают нефти темную окраску, они химически неустойчивы и легко при нагревании разлагаются и коксуются. Азотистые соединения нефти представлены производными пиридина, хинолина и аминами. Суммарное содержание кислорода и азота в нефтях 0.5 –1.7%.

Минеральные примеси в нефти: механические примеси, минеральные соли, зола. Вода в нефти находится в двух видах: отделяемая от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий, которые могут быть разрушены только специальными методами. Минеральные соли растворены в воде, содержащейся в нефти.

Фракционный состав нефтей определяется фракционной перегонкой нефтей, при которой нефть разделяется на фракции по температурам кипения. По доле в нефти фракций, кипящих при одинаковой температуре, нефти классифицируются на легкие и тяжелые.

Продукты переработки нефти используют как в качестве целевых продуктов, так и в качестве сырья для дальнейшей переработки. Все нефтепродукты можно разделить на следующие группы:

1. Моторные топлива, в том числе:

– карбюраторное для поршневых двигателей с зажиганием от электрической искры;

– дизельное для поршневых дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.

2. Котельные топлива для топок паровых котлов, генераторных установок, металлургических печей.

3. Реактивное топливо для авиационных реактивных и газотурбинных двигателей.

4. Смазочные масла для смазки трущихся деталей машин с целью уменьшения трения и отвода тепла.

5. Консистентные смазки для уменьшения трения между деталями, защиты от коррозии, герметизации соединений, содержащие загустители.

6. Продукты, используемые для нефтехимического синтеза.

Нефтепродукты, используемые в качестве топлив и смазочных материалов должны удовлетворять определенным требованиям. Так, основными эксплуатационными характеристиками нефтяных смазочных масел являются вязкость, вязкостно-температурные свойства, маслянистость, подвижность при низких температурах, химическая стабильность, защитные свойства. К аналогичным характеристикам топлив для двигателей внутреннего сгорания относятся детонационная стойкость, фракционный состав, химическая стабильность, антикоррозионные свойства, а для дизельных топлив также вязкость, температура застывания и коксуемость.

Фракционный состав характеризует температуру начала и конца кипения фракций, получчаемых при разгонке бензина в интервале температур 25 –2000С.

Важнейшей характеристикой моторных топлив является их устойчивость к детонации – детонационная стойкость.

Детонацией называется особый ненормальный режим сгорания топлива в двигателе, при котором часть топливной смеси, находящаяся перед фронтом пламени, воспламеняется мгновенно, в результате чего скорость распространения пламени достигает 1500-2599 м/сек. Это приводит к резкому скачкообразному возрастанию давления в цилиндре и возникновению ударной детонационной волны. На режиме детонации мощность падает, расход топлива увеличивается и ускоряется износ деталей.

Мерой детонационной стойкости для карбюраторных двигателей является октановое, а для дизельных двигателей цетановое число. В основе их определения лежит принцип сравнения испытуемого топлива со смесями эталонных топлив.

Октановым числом (ОЧ) называется условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная содержанию в объемных процентах изооктана в смеси с н-гептаном, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре карбюраторного двигателя, что и топливо. При этом октановое число изооктана,мало склонного к детонации, принимается равным 100, а н-гептана, чрезвычайно склонного кдетонации, равным 0. Октановое число зависит от класса, молекулярной массы и строения углеводорода.

Октановые числа автомобильных бензинов около 76, авиационные бензины имеют октановое число 100. Для увеличения октанового числа к бензинам добавляют антидетонаторы- тетраэтилсвинец, например. Введение на 1 кг бензина 4 см3 этиловой жидкости повышает октановое число бензина от 70 до 89 единиц.

Цетановым числом называется условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная содержанию в объемных процентах цетана (гексадекана) в смеси с α-метилнафталином, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре дизеля, что и топливо. При этом цетановое число цетана С16Н34 принимается равным 100, а α-метилнафталина равным 0.

Подготовка нефти к переработке.

Подготовка нефти к переработке заключается в удалении из сырой нефти, добытой на промыслах, растворенных газов, минеральных солей, воды и механических примесей – песка и глины. Удаление примесей производится на промыслах и на нефтеперерабатывающих заводах.

Отделение газов осуществляется в аппаратах, называемых трапами, в которых снижается давление и скорость движения нефти, при этом из нее десорбируются попутные газы. Наряду с попутными газами в ряде случаев удаляются смеси легчайших углеводородов, называемых газовым бензином. Газовый бензин отделяется от попутных газов абсорбцией его соляровым маслом или адсорбцией активированным углем.

Минеральные соли удаляются при обессоливании, которое заключается в том, что нефть для растворения солей промывается теплой водой. Образующиеся при промывке эмульсии отделяются от нефти при обезвоживании.

Обезвоживание может производиться длительным отстаиванием нефти, причем наряду с водой отделяются механические примеси. Поскольку вода с нефтью образует стойкие эмульсии, полное обезвоживание может быть произведено при условии разрушения эмульсии введением в нефть деэмульгаторов.

Основные методы переработки и аппаратура.

Методы переработки нефти и жидких нефтепродуктов делятся на две группы: физические и химические.

Физические методы переработки заключаются в том, что из нефти или нефтепродуктов получаются индивидуальные углеводороды или чаще их смеси на основании разницы в их физических свойствах – температуре кипения, кристаллизации, растворимости и т.п. Наибольшее распространение получила так называемая прямая перегонка нефти и нефтепродуктов, основанная на разнице в температурах кипения отдельных фракций нефти.

Химические методы основаны на глубоких химических деструктивных превращениях, которые претерпевают углеводороды, содержащиеся в нефти или нефтепродуктах под влиянием температуры, давления, катализаторов. Наибольшее распространение среди этих методов получили различные виды крекинга.

Аппаратура, применяемая для осуществления физических и химических процессов переработки нефти и нефтепродуктов, должна обеспечить, во-первых, нагревание до высокой температуры и, во-вторых, разделение получаемых продуктов. Для некоторых химических методов переработки, включающих каталитические процессы, необходимы контактные аппараты. Нагревание нефти или нефтепродуктов производится в трубчатых печах, где передача тепла осуществляется от греющих газов к перерабатываемому материалу через стенки радиантных труб. Разделение продуктов нефтепереработки производится ректификацией в ректификационных колоннах различных типов. Наибольшее распространение получили колонны с барботажными колпачками. Особенностью ректификационных колонн нефтеперерабатывающих установок является то, что они как бы представляют собой несколько поставленных друг на друга простых самостоятельных колонн с отбором по высоте жидкости. Жидкость поступает в расположенные вне колонны отпарные секции и обрабатывается в них паром. При этом получают пары низкокипящих фракций, возвращаемых в колонну, и жидкий нефтепродукт, или его дистиллят. Ректификационные колонны работают под повышенным или атмосферным давлением.

Каталитические процессы нефтеперерабатывающих установок осуществляются в контактных аппаратах различных конструкций. Как правило, катализатор в этих процессах очень быстро теряет активность, и потому контактные узлы включают контактные аппараты и регенераторы. Наряду с основными аппаратами на установках имеются теплообменники, конденсаторы, хранилища и т.д.

Физические методы переработки нефти (прямая перегонка).

При перегонке нефти, основанной на разнице в температурах кипения отдельных фракций, получают фракции или дистилляты, состав которых приведен в таблице

 

дистиллят Температура отбора, 0С Примерный выход от массы нефти, %
бензин До 170 14.6
лигроин 160-200 7.5
керосин 200-300
газойль 300-350
Остаток-мазут   55.0

Каждая из фракций, в свою очередь, может быть разогнана в более узких интервалах температур с получением различных сортов дистиллята. Остаток после перегонки нефти – мазут может быть подвергнут фракционированию. Дистилляты разгонки мазута являются сырьем для получения смазочных масел. Бензины прямой гонки состоят из парафиновых и нафтеновых углеводородов. Октановое число бензинов колеблется от 50 до 78. Добавка этиловой жидкости позволяет получить бензин с октановым числом до 87-95.

 

Общая схема переработки нефти

 
 
ГАЗОВЫЙ КОНДЕНСАТ


 

       
 
   
ТОВАРНЫЙ ПРОДУКТ
 

 


ВОДА
соли
СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ НЕФТЬ
СЫРАЯ НЕФТЬ
подготовка прямая перегонка

 
 

 


добыча

 

 

вторичные процессы

 

 

крекинг риформинг

 

 
 
ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ ВТОРИЧНОЙ переработки

 


Химические высокотемпературные методы переработки нефти и нефтепродуктов включают деструктивные процессы, при которых происходят более или менее глубокие изменения строения молекул исходного сырья. К таким методам относится крекинг фракций перегонки нефти (от лигроина до мазута). Под крекингом понимают расщепление исходных молекул на более мелкие. При крекинге наряду с распадом молекул происходят вторичные процессы синтеза крупных молекул.

Риформинг – это крекинг низкооктановых бензинов или же лигроинов, применяемый для повышения октанового числа карбюраторного топлива или для получения углеводородов, используемых в органическом синтезе.

Процессы крекинга или риформинга, проводимые при высоких температурах в отсутствие катализатора, называются термическим крекингом или термическим риформингом, в присутствии катализатора – соответственно каталитическим крекингом или каталитическим риформингом. Термический крекинг проводят при температуре 470-5400С и давлении до 60ат. Термический крекинг можно разделить на крекинг, протекающий в двухфазной системе пар-жидкость, так называемый жидкофазный, и крекинг в паровой фазе – парофазный. Бензины термического крекинга обладают более высокой детонационной стойкостью, чем бензины прямой гонки, благодаря тому, что в них имеются ароматические углеводороды и углеводороды разветвленного строения.

Пиролиз керосина или других нефтепродуктов является парофазным крекингом, проводимым при температуре около 650-7500С и давлении, близком к атмосферному. Высокие температуры процесса обусловливают образование большого количества газообразных продуктов, богатых этиленом и другими непредельными углеводородами, и ароматических углеводородов, служащих сырьем для химических синтезов.

Каталитический крекинг дает высокие выходы бензина и дистиллята из тяжелого нефтяного сырья; получаемые бензины имеют высокие октановые числа, одновременно с бензинами достигается большой выход легких углеводородов, являющихся сырьем для синтеза органических продуктов. Присутствие катализатора снижает энергию активации реакций крекинга и благодаря этому скорость каталитического крекинга значительно выше, чем термического. Так, например, каталитический крекинг нафтенов протекает в 500-4000 раз быстрее, чем соответствующий термический. Каталитический крекинг проводят в паровой фазе при температуре 450-5200С, давлении 1-2 ат и времени соприкосновения паров сырья с катализатором-несколько секунд. В качестве катализаторов используются пористые, обладающие высокой адсорбционной способностью алюмосиликаты НАlО2 *SiО2, главным образом, синтетические. Регенерация катализатора заключается в выжиге с его поверхности кокса при продувке воздухом при 550-6000С, после чего катализатор вновь используют для крекинга. Последовательность реакций алканов на алюмосиликатном катализаторе может быть представлена в следующем виде:

1. Протонирование катализатора НАlО2*SiО2 ↔ НАlSiО4 ↔Н+ + АlSiО4-

2. Дегидрирование алкана до алкена под воздействием термического фактора

R –СН2-СН2-СН3 ↔ R-СН= СН-СН3 + Н2

3.Образование вторичного карбкатиона

R-СН=СН-СН3+ ↔R-СН +-СН2-СН3

4. Превращение вторичного карбкатиона по двум схемам: крекинг до алкена

R-СН+-СН2 -СН3 ↔ R-СН =СН2+ СН3+

изомеризация в стабильный третичный карбкатион через нестабильный первичный карбкатион

R-СН+-СН2-СН ↔ R-СН –СН2+ ↔ R-С+-СН3

СН3 СН3

5. Превращение третичного карбкатиона по реакциям

с алканом R-С+ -СН3 + R-Н- ↔ R-СН-СН3 + R+

СН3 СН3

с алкеном R-С+-СН3 + R-СН=СН2 ↔ R-С=СН2 +R-СН+-СН3

СН3 СН3

с образованием конечных продуктов – изоалкана и изоалкена и вторичного карбкатиона генерирующего цепь.

Технологические процессы каталитического крекинга отличаются друг от друга состоянием слоя катализатора: с неподвижным, фильтрующим слоем катализатора, со взвешенным или кипящим слоем катализатора, с движущимся слоем.

Каталитический риформинг получил большее распространение, чем термический.

Очистка нефтепродуктов необходима потому, что получаемые при перегонке и крекинге продукты, содержат олефины, диолефины, сернистые, кислородсодержащие и азотистые соединения, которые обуславливают нестабильность их свойств. Существуют физико-химические и химические методы очистки. К химическим методам относится очистка серной кислотой; гидроочистка; к физико-химическим – адсорбционные и абсорбционные способы очистки.

 

Производство и переработка газообразного топлива

Состав газообразного топлива зависит от его природы, происхождения и способа получения. Природные газы состоят преимущественно из метана с… Газообразное топливо используется в качестве источника энергии и сырья для…  

Основной органический синтез

Современная промышленность ООС решает две основные задачи: крупномасштабное производство полупродуктов для других отраслей промышленности и…    

Сырье и процессы ООС

Производство продуктов ООС базируется на ископаемом органическом сырье: нефти, природном газе, каменном угле и сланцах. В результате разнообразных… – алканы (от метана до парафинов С15-С40); – алкены (от этиленов до пентенов);

Синтезы на основе оксида углерода и водорода

Каталитический синтез углеводородов из СО и Н2 впервые осущест­влен Сабатье, синтезировавшим СН4 на никелевом катализаторе, и Орловым, получившим… Из оксида углерода и водорода термодинамически возможно обра­зование…     Синтез алканов и алкенов из СО и Н2 на кобальтовых катализато­рах в общем виде может…

Синтез метилового спирта

Метанол по значению и масштабам производства является одним из важнейших многотоннажных продуктов, выпускаемых современной химической… Области применения метанола все расширяются: он является, в ча­стности,… Производство метанола синтезом из оксида углерода и водорода впервые было организовано в Германии в 1923 г. Динамика…

Рис. 17.4 Функциональная схема синтеза метанола

Технологические схемы различаются аппаратурным оформлением главным образом стадии синтеза, включающей основной аппарат — колонну синтеза и теплообменник. На рис. 17.5 представлена схема агрегата синтеза высокого давления с так называемой совмещенной насадкой колонны. Сжатый до 32 МПа син­тез-газ проходит очистку в масляном фильт­ре/и в угольном фильтре 2, после чего сме­шивается с циркуляционным газом. Смешан­ный газ, пройдя кольцевой зазор между катализаторной коробкой и корпусом колонны 3, поступаетв межтрубное пространство теп­лообменника, расположенного в нижней части колонны (рис. 17.6). В теплообменнике газ нагревается до 330—340 °С и по центральной трубе, в которой
размещен электроподогрева­тель, поступает в верхнюю часть колонны и проходит последовательно пять слоев катали­затора. После каждого слоя катализатора, кроме последнего, в колонну вводят опреде­ленное количество холодного циркуляцион­ного газа для поддержания необходимой тем­пературы. После пятого слоя катализатора газ направляется в теплообменник, где охлаж­дается с 300—385 до 130 °С, а затем в холо­дильник-конденсатор типа «труба в трубе» 4 (рис. 17.5). Здесь газ охлаждается до 30— 35 °С и продукты синтеза конденсируются. Метанол-сырец отделяют в сепараторе 5, на­правляют в сборник 7 и выводят на ректи­фикацию. Газ проходит второй сепаратор 5 для выделения капель метанола, компримируется до давления синтеза турбоциркуляционным компрессором

6 и возвращается на синтез. Продувочные газы выводят перед ком­прессором и вместе с танковыми газами ис­пользуют в качестве топлива.

Размещение теплообменника внутри кор­пуса колонны значительно снижает теплопотери в окружающую среду, что улучшает ус­ловия автотермичной работы агрегата, исклю­чает наличие горячих трубопроводов, т. е. делает эксплуатацию более безопасной и снижает общие капитало­вложения. Кроме того, за счет сокращения длины трубопроводов сни­жается сопротивление системы, что позволяет использовать турбо-циркуляционные компрессоры вместо поршневых.

Процесс производства метанола при низком давлении включает практически те же стадии, но имеет некоторые особенности. На рис. 17.7 приведена схема агрегата синтеза метанола при 5 МПа из природного газа мощностью 300 тыс. т/год.

Природный газ сжимается турбокомпрессором / до давления 3 МПа, подогревается в подогревателе 2 за счет сжигания в межтрубном про­странстве природного газа и направляется на сероочистку в аппараты 3 и 4, где происходит
каталитическое гидрирова­ние органических соединений серы и поглощение образующегося серо водорода адсорбентом на основе оксида цинка. После этого газ смешивается с водяным паром и диоксидом углерода в соотношении СН4: Н2О : СО2 = 1 : 3,3 : 0,24. Смесь направляют в трубчатый кон­вертор 5, где на никелевом катализаторе происходит пароуглекислотная конверсия при 850—870 °С. Теплоту, необходимую для конвер­сии, получают в результате сжигания природного газа в специальных горелках. Конвертированный газ поступает в котел-утилизатор 6, где охлаждается до 280—290 °С. Затем теплоту газа используют в теп­лообменнике 7 для подогрева питательной воды, направляемой в ко­тел-утилизатор. Пройдя воздушный холодильник 8 и сепаратор 9, газ охлаждается до 35—40 °С. Охлажденный конвертированный газ сжимают до 5 МПа в компрессоре 10, смешивают с циркуляцион­ным газом и подают в теплообменники //, 12, где он нагревается до 220—230 СС. Нагретая газовая смесь поступает в колонну синтеза 13, температурный режим в которой регулируют с помощью холодных бай­пасов. Теплоту реакционной смеси используют в теплообменниках //, 12 для подогрева поступающего в колонну газа. Далее газовая смесь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 14, сконденсировавшийся метанол-сырец отделяется в сепараторе 15 и поступает в сборник 16. Циркуляционный газ возвращают на синтез, продувочные и танковые газы передают на сжигание в трубчатую печь.

Вследствие снижения температуры синтеза при низком давлении процесс осуществляется в условиях, близких к равновесию, что позво­ляет увеличить производительность агрегата.

На рис. 17.8 изображен колонна син­теза метанола при низком давлении.

Конструкция и изготовление реакторов для проведения процесса при низком давле­нии проще благодаря более мягким условиям синтеза. При этом применяют реакторы как шахтные, так и трубчатые. В реакторах для синтеза при низком давлении особое внима­ние уделяют теплосъему, так как медьсодер­жащие катализаторы по сравнению с цинк-хромовыми значительно более чувствительны к колебаниям температуры. В шахтных реак­торах температурный режим регулируют с помощью байпасов, холодный газ вводят через специальные распределительные устрой­ства. В трубчатых реакторах катализатор на­ходится в трубках, охлаждаемых кипящей водой. Температуру катализатора поддерживают постоянной по всей длине реактора с помощью регуляторов давления, причем перегревы катализатора практически исключены. Выгрузка отработанного ката­лизатора протекает тоже достаточно просто — путем снятия колосни­ковых решеток. Диаметр реакторов достигает 6 м при длине 8—16 м

 

Новые направления в развитии производства метанола

В последние годы области использования метанола необычайно расши­рились. Непрерывно растет число продуктов, для получения которых в качестве сырья используется метанол Производство формалина, карбамидных смол, уксусной кислоты, синтетических каучуков, химических средств защиты растений, поливинилового спирта и ацеталей, антифризов, денатурирующих добавок вот далеко не полный перечень областей использования метанола. Значительно возрос ин­терес к метанолу как к важному и экономически эффективному сырью для получения водорода и синтез-газа, которые широко применяют в металлургии, в производстве аммиака, в процессе обессеривания нефтепродуктов. Существенно расширяется использование метанола для получения уксусной кислоты, для очистки сточных вод от вредных соединений азота, для производства кормового белка. В последнее время предполагают, что метанол найдет широкое применение в каче­стве источника энергии, газового топлива для тепловых электростан­ций, моторного топлива и как компонент автомобильных бензинов. Благодаря добавке метанола улучшаются антидетонационные свойства бензина, повышается КПД двигателя и уменьшается содержание вред­ных веществ в выхлопных газах.

Расширение сферы применения метанола требует энергичных мер по совершенствованию его производства. Можно выделить не­сколько основных направлений, по которым намечено осуществлять техническое совершенствование процесса. Это укрупнение мощности единичного оборудования, использование бесконверсионной перера­ботки синтез-газа, комбинирование синтеза метанола с производством других продуктов азотной промышленности, применение центробеж­ных компрессоров. Надежность работы центробежных компрессоров, как наиболее сложного и ответственного машинного оборудования тех­нологической линии, является в то же время критерием надежности и стабильности работы агрегата синтеза в целом.

Охрана окружающей среды в производстве метанола

Газовые выбросы в производстве метанола подразделяют на две кате­гории: постоянные и периодические. К постоянным относятся отходя­щие газы и пары, выделяющиеся из метанола-сырца на стадии дистил­ляции, а также продувочные газы из емкостей. Основной категорией выбросов в атмосферу являются периодические, которые возникают при остановках агрегатов, отдельных машин, аппаратов, узлов тех­нологической линии. Из остановленных систем выбрасываются при продувке оставшиеся в них газы и пары. Основным направлением уменьшения периодических выбросов газов в окружающий воздушный бассейн является повышение надежности всех узлов системы, сведение количества остановок и пусков агрегатов до минимума, удлинение про­бегов между ремонтами.

Источником загрязнения биосферы в производстве метанола яв­ляются сточные воды. В них содержится до 0,3 % метанола и других кислородсодержащих соединений углерода. В основном это воды от промывки шламов и емкостей вместе с отходами со стадии очистки ме­танола. Практически полная очистка сточных вод достигается только при их биологической обработке. Биологическое окисление проводят в аэротенках с активным илом. Предельно допустимая концентрация метанола в сточных водах, поступающих на биохимическую очистку, — до 200 мг/л. Как правило, до поступления на биологические очист­ные сооружения сточные воды производства метанола многократно разбавляются сточными водами других производств и хозяйственно-бытовыми водами.

Ректификация метанола – сырца.

Продукт, полученный в процессе синтеза, содержит, кроме метанола, примеси. Главные из них вода и диметиловый эфир. Хроматографический анализ метанола - сырца показывает наличие 50 органический кислородсодержащих соединений. Общее количество микропримесей менее 0.1%, в основном это спирты С2 –С6. Однако, те примеси, содержание которых составляет сотые и тысячные доли процентов, определяют качество метанола - ректификата: главные из них непредельные соединения, кетоны, карбонилы железа и соединения азота, серы, отделить эти примеси от метанола трудно, так как большинство веществ имеет температуру кипения близкой к температуре кипения метанола. Поэтому помимо ректификации, которая является основным этапом очистки, применяют адсорбцию и химическую очистку.

Метанол – сырец из промежуточного склада направляется в колонну для отделения диметилового эфира. Перед колонной сырец подогревается в теплообменнике и к нему добавляется раствор гидроокиси натрия (0.5% от веса метанола). Диметиловый эфир отбирается из верхней части колонны обезэфирования в сборник. Кубовый остаток из колонны после охлаждения в теплообменнике направляется на 40-ю тарелку колонны предварительной дистилляции . Перед этой колонной в метанол вводится паровой конденсат для разрушения азеотропных смесей, что благоприятствует отделению примесей от спирта.

Сверху из колонны предварительной дистилляции отбирается фракция, являющаяся отходом производства. Метанол, собирающийся в кубе этой колонны, проходит теплообменник и поступает на перманганатную очистку в реактор, снабженный мешалкой. Здесь метанол обрабатывается 0.5-0.7% раствором перманганата калия. При этом присутствующие в метаноле - сырце альдегиды, вторичные спирты, непредельные и другие органические примеси окисляются, образуя кислоты, которые связываются в калийные соли и далее отводятся с марганцевым шламом. Из реактора раствор передается в отстойник, также снабженный мешалкой. После отстаивания шлам отделяется на фильтр прессе.

После перманганатной очистки метанол, подогретый в теплообменнике, поступает на 20-ю тарелку колонны основной дистилляции. Сверху из колонны отбирается фракция, часть которой после конденсации метанола направляется на орошение колонны, остальная часть передается на перманганатную очистку. С 7-ой и 27-ой тарелок колонны отводится фракция изобутилового масла. Метанол-ректификат отбирается с 68-й тарелки. Кубовый остаток, пройдя теплообменник, разбавляется водой и сбрасывается в канализацию. Перманганатная проба – показатель, характеризующий наличие легкоокисляемых примесей, как более летучих, так и менее летучих, чем сам метанол. По этому показателю определяется процесс работы колонны ректификации, так как степень загрязнения метанола – ректификата легкоокисляемыми примесями зависит от качества метанола – сырца, режима работы колонны основной ректификации и схемы ректификации.

Качество полученного метанола-ректификата должно соответствовать требованиям ГОСТ 2222-78:

внешний вид бесцветная прозрачная жидкость без нерастворимых

примесей

плотность 0.791 – 0.792

температурные пределы

предел кипения, 0С 64.0-65.0

99% продукта перегоняется в пределах

0С, не более 0.8-1.0

испытание с КМ О4

(перманганатная проба), мин. н/б 60-30

содержание.5 (масс), н/б

воды 0.05-0.08

свободных кислот в пересчете

на муравьиную кислоту 0.0015

альдегидов и кетонов в пересчете

на ацетон 0.003 – 0.008

летучих соединений железа 0.0001 –0.0005

аммиака и аминосоединений 0.00001

хлора 0.0001

серы 0.0001

этанола 0.01

( пределы показаны для высшего и первого сортов).

Производство этанола

Этанол является одним их наиболее важных и крупномасштабных продуктов ООС. Он используется в качестве растворителя в различных отраслях… Промышленные способы производства этанола, а вместе с тем и структура… С каждым годом спирт, получаемый из пищевого сырья, заменяется синтетическим, гидролизным и сульфитным; 1 т этилена…

Производство формальдегида

NНСНО + Н2О ↔ Н-(-О-СН2-)n, где n = 8-100 Процесс полимеризации обратим, поэтому параформ легко деполимеризуется под… Товарный продукт выпускается обычно в виде 37%-ного водного раствора (формалин), в котором формальдегид содержится в…

Получение карбамидо-формальдегидных смол.

Характерной особенностью карбамидных смол является их термореактивность. Под влиянием высокой температуры или отверждающих средств, а также при… Карбамидные смолы должны отвечать определенным требованиям, основные из них… – однородность растворов;

Производство ацетальдегида

3СН3СНО ↔ СН3СН-О-СН(СН3)-О-СН(СН3)-О и кристаллического тетрамера – метальдегида: 4СН3СНО ↔ (СН3СНО)4,

Производство уксусной кислоты и ангидрида

Уксусный ангидрид (СН3СО)2О представляет собой бесцветную подвижную жидкость с резким запахом, с температурой кипения 139.90С, температурой… Уксусная кислота и уксусный ангидрид находят широкое применение во многих… Кроме метода окисления ацетальдегида уксусная кислота в промышленном масштабе производится следующими методами:

Производство мономеров

Полимеризационные мономеры

Функциональность мономеров определяется числом одинарных связей, которые мономер затрачивает в данной реакции на образование молекулы полимера.… В зависимости от назначения мономеры подразделяются на полимеризационные и… Для производства мономеров большое значение имеет чистота мономеров. Примеси в них могут ингибировать реакцию синтеза,…

Производство поливинилацетатной дисперсии

ПВАД представляет собой водную дисперсию полимерных частиц поливинилацетата размером в основной массе 1-3 мк, смешанную с пластификатором (ДБФ) или… Пластифицированная ПВАД неморозоустойчивая, замерзает при 00С и после… Исходным сырьем для получения ПВАД являются: винилацетат СН2=СН-ОСОСН3 – бесцветная жидкость с характерным эфирным…

Высокомолекулярные соединения

ВМС делятся на искусственные, полученные в результате выделения, очистки, переработки природных полимеров (целлюлоза, белки, лигнин, натуральный… Основная особенность ВМС заложена в самом названии. Эти вещества состоят из… ВМС, как по своим свойствам, так и по внешнему виду отличаются от мономеров. Макромолекулы состоят из большого числа…

Производство целлюлозы

Целлюлоза, иногда называемая клетчаткой, имеет волокнистое строение и является главной составной частью стенок растительных клеток и вместе с… Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный полисахарид с большой и… Производство целлюлозы из древесины основано на ее высокой стойкости к некоторым химическим соединениям, которые в то…

Производство химических волокон

Если свойства природных волокон изменяются в узких пределах, то химические волокна могут обладать комплексом заранее заданных свойства в зависимости… Принципиальные схемы производства химических волокон независимо от исходного… 1. Получение исходного материала (полупродукта). В том случае, если сырьем являются природные ВМС, то их…

Производство пластических масс

ВМС – важнейшая составная часть, скрепляющая все компоненты в одно монолитное целое и придающее композиции пластичность, способность формоваться, а… По составу пластмассы можно разделить на ненаполненные, представляющие собой… Наполнители – твердые вещества, которые вводятся для придания или усиления пластической массе определенных физических…

Получение каучука и резины

К каучукам относят эластичные ВМС, способные под влиянием внешних сил значительно деформироваться и быстро возвращаться в исходное состояние после… В течение долгих лет получали только натуральный каучук из млечного сока… В 1928 г был открыт способ получения синтетического каучука, разработанный учеными Лебедевым С.В. и Бызовым Б.В.…

– Конец работы –

Используемые теги: Химическая, Технология0.066

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Химическая технология

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Теория химического строения органических соединений. Электронная природа химических связей. Предпосылки теории строения. Теория химического строения. Изомерия
Органические вещества в своем составе наряду с другими элементами всегда содержат углерод. Изучение соединений углерода — их строения, химических… Из всех химических элементов только углерод образует такое большое число… По образованию оксида углерода (IУ) при горении или по обугливанию вещества при нагревании легко установить…

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине: «химическая технология неорганических веществ»
На сайте allrefs.net читайте: "РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине: «химическая технология неорганических веществ»"

Химическая реакция в смеси идеальных газов. Константа химического равновесия в смеси идеальных газов
В любом естественно протекающем (самопроизвольном или свободном) процессе свободная энергия системы понижается. При достижении системой состояния… Термодинамическое равновесие в макросистеме совсем не означает, что и в её… Основной целью статистического метода является установление количественной связи между характеристиками механических…

Технология серной кислоты и Технология минеральных удобрений – самостоятельные дисциплины.
На сайте allrefs.net читайте: Технология серной кислоты и Технология минеральных удобрений – самостоятельные дисциплины....

ДИПЛОМ Химическая технология
На сайте allrefs.net читайте: "ДИПЛОМ Химическая технология"

Конспекты лекций По дисциплине Организация и технология обслуживания в барах для специальности 260501 Технология продуктов общественного питания
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ... Факультет среднего профессионального образования...

Прогнозирование и расчет химической обстановки при авариях на химически опасных объектах
На сайте allrefs.net читайте: "Прогнозирование и расчет химической обстановки при авариях на химически опасных объектах"

Скорость химических реакций. Катализ и химическое равновесие
О средней скорости химической реакции судят по изменению молярной концентрации реагирующих веществ за определённый интервал времени: , где - средняя… В гетерогенной системе взаимодействие осуществляется на поверхности раздела… Для реакции записанной в общем виде, т.е.: nA+mB&#8594;qR+pD, скорость реакции в соответствии с законом…

Приборы химической разведки и химического контроля.
Для определения обнаружения ОВ и ОХВ используются различные методы и на основе этих методов разработаны различные приборы. Приборы химической… К войсковым приборам химической разведки относятся средства индикации,… Отравляющие вещества ОВ это химические соединения, обладающие определенными токсическими и физико химическими …

Химическая технология неорганических веществ
На сайте allrefs.net читайте: "Химическая технология неорганических веществ"

0.048
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам