Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение icon

Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение


НазваниеУчебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение
страница1/11
Дата публикации01.11.2013
Размер1.83 Mb.
ТипУчебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


М.В. Базунова


Химическая технология.

Часть III. Важнейшие производства


УФА

РИЦ БашГУ

2013


УДК 66.021

ББК 35


Печатается по решению учебно-методической комиссии химического факультета БашГУ


Р

ецензенты


Доктор химических наук, профессор С.В. Колесов

(Институт органической химии УНЦ РАН);

Доктор химических наук, профессор В.М. Янборисов

(Уфимский государственный университет экономики и сервиса, г. Уфа)


^ Базунова М.В.

Химическая технология. Часть 3. Важнейшие производства: Учебное пособие для студентов химического факультета. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2013. - 89с.


Введение

Издание является учебным пособием по дисциплине «Химическая технология» для студентов направления 020100.62 «Химия» и специальности 020201.65 «Фундаментальная и прикладная химия» Башкирского государственного университета и составлено согласно требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов.


CОДЕРЖАНИЕ



Введение…………………………………………………………………...

4

^ 1. Производства неорганических веществ……………………………

6

1.1 Производство серной кислоты……………………………………….

6

1.1.1 Применение серной кислоты ………………………………….

7

1.1.2 Технологические свойства серной кислоты............................

7

1.1.3 Способы получения серной кислоты ……………....................

9

1.1.4 Нитрозный способ производства серной кислоты ………..

10

1.1.5 Сырье для производства серной кислоты……………………

11

1.1.6 Общая схема сернокислотного производства…………….

13

1.1.7 Контактный способ производства серной кислоты………..

15

^ 1.2 Технология связанного азота………………………………

24

1.2.1. Сырьевая база азотной промышленности………………….

25

1.2.2. Получение азотоводородной смеси (АВС)………………..

26

1.2.3 Синтез аммиака………………………………………………

27

1.2.4 Применение аммиака…........................................................

32

^ 1.3 Производство азотной кислоты ………………..

33

1.3.1 Производство разбавленной азотной кислоты……………..

35

1.3.2 Производство концентрированной азотной кислоты……….

45

^ 2. Производство органических веществ……………………………

47

2.1 Сырье и процессы основного органического синтеза (ООС) …

48

2.2 Химическая переработка топлива…………………………………

50

2.2.1 Коксование каменных углей…………………………………...

52

2.2.2 Переработка жидких топлив……… …………………………..

55

2.2.3 Подготовка нефти к переработке………………………………

60

2.2.4 Основные методы переработки нефти………………………...

63

2.2.5 Физические методы переработки нефти (прямая перегонка)……

64

2.2.6 Теоретические основы и технология термических процессов переработки нефтяного сырья…………………………………………..


66

2.2.7 Термический крекинг дистиллятного сырья………………….

72

2.2.8 Пиролиза нефтяного сырья…………………………………….

75

2.2.9 Технология процесса каталитического крекинга…………….

79

^ 2.3 Производство и переработка газообразного топлива …………

95

2.4 Синтезы на основе оксида углерода и водорода………………..

97

2.4.1 Синтез метилового спирта………………………………….

98

^ 2.5 Производство этанола ……………………………………………..

105

2.6 Производство бутадиена-1,3 дегидрированием бутана………..

112

^ 2.7 Производство бутадиена-1,3 по способу С.В. Лебедева………..

118

2.8 Процессы окисления в основном органическом синтезе ………

126

2.8.1. Получение фенола кумольным методом…………………….

128

Вопросы для самоконтроля ……………………………………………

141

Рекомендуемая литература……………………………………………..

144



ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около двадцати миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть этих веществ. Собственно химическая промышленность, объединяющая производство неорганических кислот, щелочей, солей, оксидов, продуктов органического синтеза и высокомолекулярных соединений (пластмасс, каучуков, смол, химволокон и др.), выпускает свыше 50000 наименований продуктов.

Различают технологию неорганических и органических веществ. Однако четкой грани между ними провести нельзя, так как во многих производствах сырьем служат и органические и неорганические вещества или же в результате реакций между органическими веществами получаются органические и неорганические продукты. Имеются производства, в которых из неорганических веществ получают продукты, относящиеся к органическим веществам, например, производство карбамида из аммиака и углекислого газа.

Удельный вес химической и нефтехимической отраслей в общем производстве РФ составляет 9%, что уступает только топливной промышленности и машиностроению (20%). Химическая промышленность подразделяется на отрасли широкой специализации (горная химия, основная химия, производства органического синтеза и т.д.) и отрасли узкой специализации (производство минеральных удобрений, пластмасс, красителей и т.д.). Продукция химической промышленности по принятой в стране классификации сгруппирована в 7 классов, каждый из которых насчитывает от сотен до тысяч различных наименований:

1 класс. Продукты неорганического синтеза.

2 класс. Полимерные материалы, синтетические каучуки, пластмассы, химические волокна.

3 класс. Лакокрасочные материалы.

4 класс. Синтетические красители и полупродукты.

5 класс. Продукты органического синтеза (нефте– коксо- и лесохимия).

6 класс. Химические реактивы и чистые вещества.

7 класс. Химико-фармацевтические препараты.

Эта классификация условна т. к. к собственно химическим производствам не относятся металлургия, производство силикатных материалов, хотя в них используются химические методы переработки.

В системе материального производства химическая промышленность занимает особое место в силу присущих ей специфических особенностей:

  • особые методы воздействия на предметы труда, приводящие к химическим превращениям, что позволяет производить новые вещества;

  • высокая материало- и энергоемкость;

  • высокая степень автоматизации производства;

  • разнообразие и узкая специализация применяемых машин и оборудования.

Естественно, что в курсе химическая технология невозможно изучить все производства, поэтому мы рассматриваем лишь типовые химико-технологические процессы, имеющие наибольшее хозяйственное значение.


^ 1. ПРОИЗВОДСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ


К производству неорганических веществ относится большая группа производств простых веществ и огромного класса неорганических соединений. В эту группу производств входят технологические процессы, основанные на физических, физико-химических и химических свойствах используемого сырья, побочных и целевых продуктов. Химическая концепция любого производства опирается на ту совокупность химических превращений, которые можно реализовать технологически с эффективными экономическими показателями. При организации производства неорганических веществ используют высокотемпературные процессы, электролиз растворов и расплавов, растворение и кристаллизацию, катализ.

Отличительной чертой производства неорганических веществ является высокая энергоемкость. При обработке сырья, например перевода компонента в оксид, очень часто применяют обжиг. Обжиг – процесс термической обработки материала, заключающийся в нагреве его до заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении. При обжиге протекают в зависимости от температурного режима и газовой атмосферы реакции термического разложения, окисления или восстановления компонентов сырья, полиморфные превращения, фазовые переходы.

Если необходимо повысить степень окисления элемента, то проводят окислительный обжиг: 6FeO + O2 = 2Fe2O3.

С целью понижения степени окисления элемента проводят восстановительный обжиг: Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = P2 + 5CO + 3CaSiO3.

Для удаления из сырья летучих компонентов (оксида углерода, связанной воды и т.д.) проводят кальцинацию. Например, при обжиге известняка:

CaCO3 = CaO + CO2.


^ 1.1 Производство серной кислоты

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

^ 1.1.1 Применение серной кислоты

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60%), многие кислоты (фосфорная, уксусная, соляная) и соли производятся в значительной части при помощи серной кислоты. Серная кислота широко применяется в производстве цветных и редких металлов, а также в производстве красителей (от 2 до 16%), химических волокон (от 5 до 15%) и металлургии (от 2 до 3%). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других. На рисунке 1 представлены области применения серной кислоты и олеума.


^ 1.1.2 Технологические свойства серной кислоты

Безводная серная кислота (моногидрат) Н24 представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества тепла. Плотность серной кислоты при 00С равна 1.85 г/см3. Она кипит при Т = 2960С и замерзает при –100С. Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его (Н24 + nН2О), а также растворы серного ангидрида в моногидрате (Н24 + nSО3), называемые олеумом. Олеум на воздухе « дымит» вследствие десорбции из него SО3. Чистая серная кислота бесцветна, техническая окрашена примесями в черный цвет.

Н24*(n-1) SО3 Н24 Н24 * (m –1) Н2О

Олеум моногидрат водная кислота

При m = n =1 это моногидрат, при m >n – водные растворы, при m2SО4* nН2О; Н24* 2Н2О; Н24* 4Н2О и соединения с оксидом серы Н24*SО3 и Н24* 2SО3. Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе еетоварных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.




Рис. 1. Области применения серной кислоты


Для транспортировки, применения серной кислоты большое значение имеет изменение температуры плавления и температуры ее кипения в зависимости от концентрации. При возрастании концентрации от 0% Н24 до 64.35% SО3(своб) последовательно образуется шесть гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которые взаимно нерастворимы в твердом виде. В области концентраций SО3 от 64.36% до 100% при кристаллизации образуются твердые растворы. В зимнее время при низких температурах нельзя производить и применять кислоту с концентрацией, близкой к чистому SО3; 2SО3 * Н2О; SО32О, так как из этих растворов могут выпадать кристаллы, которые забъют кислотопроводы между цехами, хранилища, насосы. Все товарные сорта серной кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям.

Пары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют: Н24↔Н2О +SО3, и при температурах выше 4000С уже содержат больше молекул SО3, чем Н24.

Отечественная промышленность выпускает несколько сортов кислоты, отличающихся концентрацией основного вещества. Основные сорта:

1. Контактная кислота - 92,5 % H2SO4;

2. башенная - 75%;

3. олеум - 30% - ый раствор свободной трехокиси серы в моногидрате4

4. аккумуляторная и реактивная 92,5%, но с минимальным содержанием вредных примесей.

Серная кислота очень активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство металлов; вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. Она отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей. Дерево и другие растительные и животные ткани, содержащие целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются под действием концентрированной серной кислоты, вода связывается с кислотой и от ткани остается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кислоте целлюлоза и крахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человека концентрированная серная кислота вызывает ожоги.


^ 1.1.3 Способы получения серной кислоты

Еще в 13 веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже серная кислота не производится из купороса. В настоящее время серная кислота производится двумя способами:

- нитрозным, существующим более 200 лет,

- контактным, освоенным в промышленности в конце 19 и начале 20 века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный).

Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение сернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки сернистого газа (особенно в контактном способе) его окисляют до серного ангидрида, который, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Окисление SО2 в SО3 протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы (контакты).

В контактном методе окисление сернистого ангидрида в серный осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентрированной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. Сейчас около 80% всей кислоты производится контактным способом.


^ 1.1.4 Нитрозный способ производства серной кислоты

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Упрощенно процесс можно выразить схемой:

1. SO2 + NO2 → SO3 + NO + Q1

2. 2 NO + O2 ↔ 2 NO2 + Q2 .

Окисление SО2 происходит, в основном, в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой, поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного способа заключается в том, что полученный при сжигании сернистого сырья сернистый газ, содержащий примерно 9% SО2 и 9 –10% О2, очищается от пыли и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких башен с насадкой. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные оксиды азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты NОНSО4. В последующих трех- четырех башнях десорбированные в газовую фазу в результате реакции окислы азота поглощаются серной кислотой, образуя вновь нитрозилсерную кислоту. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться:


1. NO HOSO2^ OH NO-OSO2OH

+ → H2O +

NOO HOSO2OH NO-OSO2OH

нитрозилсерная кислота

2. NO-OSO2OH

+ HOH → 2 HOSO2OH(NO + NO2)

NO-OSO2OH

3. O=S=O + HOH → HO - SO - OH


^ 4. HO-SO-OH + H2SO4 ( NO+NOO) → HO-SO2-OH + H2SO4 + 2NO


5. 2 NO + O2 → 2NO2


6. NO + NOO → NO + NO2


Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 70-75% серную кислоту, которая используется в основном в производстве минеральных удобрений.


^ 1.1.5 Сырье для производства серной кислоты

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.

Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного газа. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.

Таким образом, сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан.

Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы ТЭС и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV). При этом доля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

В общей схеме сернокислотного производства существенное значение имеют две первые стадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление существенно зависят от природы сырья, которая в значительной степени, определяет сложность технологического производства серной кислоты.

1. Железный колчедан.

Природный железный колчедан представляет сложную породу, состоящую из сульфида железа FеS2, сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца и др.), карбонатов металлов и пустой породы. В РФ залежи колчедана имеются на Урале и Кавказе, где его добывают в рудниках в виде рядового колчедана.

Процесс подготовки рядового колчедана к производству ставит целью извлечение из него ценных цветных металлов и повышение концентрации дисульфида железа.

Чистый пирит содержит 53.5% серы и 46.5% железа. В серном колчедане содержание серы обычно колеблется от 35 до 50%, железа от 30 до 40%, остальное составляют сульфиды цветных металлов, углекислые соли, песок, глина и др.

Схема подготовки рядового колчедана представлена на рисунке 2.

2. Сера.

Элементарная сера может быть получена из серных руд или газов содержащих сероводород или оксид серы. В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую комовую:





Рис. 2. Схема подготовки железного колчедана


На территории РФ залежей самородной серы практически нет. источником газовой серы являются Астраханское газоконденсатное месторождение, Оренбургское и Самарское месторождения попутного газа.



Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно под землей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом.

Получение газовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих и технологических газов, основано на процессе неполного его окисления над твердым катализатором. При этом протекают реакции:

Н2S +1.5О2 = SО22О

2S +SО2 =2Н2О + 1.5S2

2S +О2 = Н2О +S2

3.Сероводород.

Источником сероводорода служат различные горючие газы: коксовый, генераторный, попутный, газы нефтепереработки. Извлекаемый при их очистке газ, содержит до 90% сероводорода и не нуждается в специальной подготовке.

Доля сырья в себестоимости продукции сернокислотного производства достаточно велика. Поэтому технико-экономические показатели этого производства существенно зависят от вида используемого сырья. В таблице приведены основные ТЭП производства серной кислоты из различного сырья (за 100% взяты показатели производства на основе железного колчедана).



Замена колчедана серой приводит к снижению капитальных затрат на строительство и улучшению экологической обстановки в результате ликвидации отвалов огарка и уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу. Вследствие сложностей с транспортом серной кислоты сернокислотные заводы располагаются преимущественно в районах ее потребления. Поэтому производства серной кислоты развито во всех экономических районах РФ. Важнейшими центрами его являются: Щелково, Новомосковск, Воскресенск, Держинск, Березняки, Пермь.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11



Похожие:

Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение
Химическая технология. Часть Важнейшие производства: Учебное пособие для студентов химического факультета. – Уфа: риц башГУ, 2013....
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2012. 89с. Введение
Химическая технология. Часть Физико-химические закономерности в химической технологии: Учебное пособие для студентов химического...
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2013 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых
Связь химической технологии с теоретической химией, физикой, техникой, экономикой
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2009 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconДля студентов 3 химического факультета Башгосуниверситета. Уфа рио башГУ
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconМетодическое указание по курсу «Общая химическая технология» для студентов 3 и 4 курсов химического факультета Башгосуниверситета. Уфа рио башГУ
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №11 от 13. 04. 2005 г.)
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов высших и средних специальных учебных заведений. М., 2001. Введение
Канке В. А. Философия: учебное пособие для студентов высших и средних специальных
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconЛекция для студентов лечебного факультета Обсуждено на умк кафедры бжимк 2013 г
Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для студентов / Под ред чл корр. Рамн, проф. И. М. Чижа. – М: Первый мгму им. И....
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов очной и заочной формы обучения факультета психологии Подходы к исследованию внимания в отечественной и зарубежной психологии
Учебное пособие разработано кандидатом психологических наук, доцентом кафедры психологии личности Л. И. Габдулиной
Учебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение iconУчебное пособие для студентов педагогических специальностей Тула 2013 Радченко, С. А
Охрана труда в образовательных учреждениях: Учебное пособие для студентов педагогических специальностей / С. А. Радченко, М. С. Петрова,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы