Введение. Важнейшие химические производства icon

Введение. Важнейшие химические производства


НазваниеВведение. Важнейшие химические производства
страница1/9
Размер457 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Введение. Важнейшие химические производства

В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть открытых веществ. Собственно химическая промышленность, объединяющая производство неорганических кислот, щелочей, солей, оксидов, продуктов органического синтеза и ВМС (пластмасс, каучуков, смол, химволокон и др.), выпускает свыше 50000 наименований продуктов. Естественно, что в курсе химическая технология невозможно изучить все производства, поэтому мы рассматриваем лишь типовые химико-технологические процессы, имеющие наибольшее хозяйственное значение.

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.

^ 4.2 Основные показатели ХТП

Основные показатели ХТП с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной химической реакции.

Степень превращения (х) – это доля исходного реагента, использованного на химическую реакцию.

(4.1),

Gн – общее количество исходного вещества в начале процесса; Gк – количество исходного вещества, оставшееся в конце процесса.

Таким образом, степень превращения реагента показывает, насколько полно в ХТП используется исходное сырьё.

Чаще в химической реакции участвует не один, а два (или больше) реагента. Степень превращения может быть рассчитана по первому, второму или третьему реагенту.

Выходом продукта В называют отношение реально полученного количества целевого продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции.

Для химической реакции максимальное количество продукта (теоретический выход) определяется по уравнению реакции по основному исходному веществу. В качестве основного исходного вещества принимается, ткак правило, наиболее ценный компонент реакционной смеси. Например, для промышленной реакции 2SO2 + O2 = 2SO3 основным реагентом считают диоксид серы, т.к. второй реагент – кислород – поступает в составе воздуха и является менее ценным

Различают выход продукта в расчёте на пропущенное сырьё проп.) и выход продукта на прореагировавшее (разложенное) сырьё разл.).

Выход продукта на пропущенное сырьё – отношение количества полученного целевого продукта «б» к количеству пропущенного сырья «А», выраженное в процентах.

Впроп. = % (4.2), где: б – количество полученного (целевого) продукта;

а – количество пропущенного сырья.

Выход продукта на разложенное сырьё – отношение количества полученного целевого продукта «б» к количеству разложенного сырья (А – а), выраженное в процентах.

Вразл = % (4.3),

где: б – количество полученного целевого продукта, в граммах; А – количество пропущенного сырья, г; а – количество непревращённого сырья, г.

Конверсия сырья αстепень разложения сырья. Она равна отношению количества разложенного сырья к количеству пропущенного сырья, выраженному в процентах.

.

Между выходом и конверсией существует аналитическая связь:

Впроп. = разл. ( 4.4),

если все три показателя выражены в массовых процентах,

или

Впроп. = α·Вразл. ( 4.5),

если показатели выражены в долях единицы.

Таким образом, найдя по балансу продуктов два показателя процесса – конверсию сырья «α» и выход на разложенное сырьё «Вразл.», третий показатель можно посчитать по формуле (4.5). Также, зная «Впроп.» и конверсию сырья «α», можно рассчитать «Вразл.»:

Впроп. = α· Вразл (4.6)


Вразл. =Впроп .⁄α (4.7)

На практике по балансовым данным рассчитывают все три показателя и справедливость равенства (4.6) подтверждает, что показатели найдены правильно.

^ 4.3 Значение основных показателей ХТП для характеристики промышленных процессов

а) Выход на пропущенное Впроп.

Определяет производительность (П) аппарата по целевому продукту, если известна его производительность по сырью.

Например: Псырьё = 600 т/сутки; Впроп. = 30% масс.

Ппрод. = Псырьё · Впроп

Ппрод.=600 т/сутки · = 180 т/сутки

б) Выход на разложенное Вразл.

Характеризует степень полезного использования сырья, его также называют селективностью процесса.

Если Вразл. = 75% масс.

При многократном пропускании сырья через реактор, в конечном счёте, из 100 кг сырья было получено 75 кг целевого продукта и 25 кг побочных, нежелательных продуктов.

Вразл. = 75 - 80% масс часто для промышленности является вполне приемлемым, и только для некоторых окислительных процессов, таких как получение фенола и ацетона перкисным методом, достигает 90-92%.

в) α – конверсия сырья

Показывает, какая часть сырья вступает в реакцию за один проход через реактор.

Если конверсия сырья составляет 40%, следовательно, 60% сырья не успевает прореагировать. Это сырьё надо будет выделить из продуктов реакции и возвратить в процесс.

По этому показателю можно судить, какую производительность должны иметь аппараты для выделения и очистки непревращённого сырья.

Производительностью называют количество вырабатываемого продукта «G» или перерабатываемого сырья в единицу времени

П = (кг/час или т/час) (4.8)

Если производительность цеха задана по сырью

Псырьё = (4.9)

Производительность по продукту

Ппрод = (4.10)

Интенсивностью работы аппарата «I» называют его производительность, отнесённую к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата. Чаще производительность относят к объёму аппарата «V».

I = П /V (т/(м3·час)) (4.11),

где: П – производительность аппарата, т/час; V – объём аппарата, м3.

Из выражения (4.11):

П = I · V (4.12).

Из уравнения (4.12) видно, что производительность аппарата можно повышать двумя путями:

1. При I = const. С увеличением объёма аппарата производительность увеличивается. При этом уменьшаются затраты на выработку единицы продукции за счёт экономии тепла, электроэнергии, рабочего времени. По этому пути и шло до 80-ых годов XX века развитие химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности – увеличение единичной мощности агрегатов за счёт увеличения их размеров.

2. Более эффективно при ^ V = const увеличение производительности аппарата за счёт повышения интенсивности его работы, направив усилия на совершенствование аппарата и процесса в целом.


^ 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 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.





^ 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. 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

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.

^ 13.1.3 Способы получения

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. Ныне серная кислота производится двумя способами:

нитрозным, существующим более 200 лет, и 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.

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. В н.в. около 80% всей кислоты производится контактным способом.

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. 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 оксиы 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. Нитрозным способом

получают загрязненную примесями и разбавленную 70-75% серную кислоту, которая используется в

основном в производстве минеральных удобрений.

13.1.4 Сырье для производства серной кислоты


79


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 (4). 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.


^ РЯДОВОЙ КОЛЧЕДАН

FеS2 +МеS +МеСО3 +П


измельчение


классификация


ФЛОТАЦИОННЫЕ

ХВОСТЫ

флотация

КОНЦЕНТРАТ

^ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ


флотация 1

ОКСИД СЕРЫ ФЛОТАЦИОН

НЫЙ ПОРОДА

КОЛЧЕДАН

32 –40% СЕРЫ


ОБЖИГ


ОГАРОК

ПИРИТНЫЙ ПОРОДА

КОНЦЕНТРАТ Флотация 2

^ СЕРНАЯ ЦВЕТНЫЕ

КИСЛОТА МЕТАЛЛЫ

сс сушка

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяются

размеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения параметров технологического режима

процесса.

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:


Самородная сера руда

Сера

Газовая сера Н2S газы

SО2


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.


Схема подготовки самородной серы


^ РУДА, ПОРОДА

30% СЕРЫ


КОНЦЕНТРАТ,

80% СЕРЫ

Флотация


Плавка

СЕРА, 99%


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 = SО2 +Н2О

2Н2S +SО2 =2Н2О + 1.5S2

2Н2S +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).


81


Сырье

показатели Железный Самородная Газовая Серово-

колчедан сера сера Дород


Удельные капиталовложения в 100 57 57 63

производство

Себестоимость кислоты 100 125 67 80

Приведенные затраты 100 118 75 72


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
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Введение. Важнейшие химические производства iconВведение. Важнейшие химические производства
Вмс (пластмасс, каучуков, смол, химволокон и др.), выпускает свыше 50000 наименований продуктов. Естественно, что в курсе химическая...
Введение. Важнейшие химические производства icon1Характеристика производства, его состав и структура. Назначение процессов, входящих в состав производства
Назначение процесса. Физико-химические основы процесса (теоретические)
Введение. Важнейшие химические производства 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....
Введение. Важнейшие химические производства iconВведение в экономическую теорию
Совладельцы относятся к решающим средствам производства как совместно и нераздельно им принадлежащим
Введение. Важнейшие химические производства iconЛекция по учебной дисциплине «Химическая технология» Развитие новых поколений высокоэффективных химико-технологических процессов
Многие химические производства, в особенности крупнотоннажные, относятся к числу наиболее консерватив­ных в отношении существа химического...
Введение. Важнейшие химические производства iconОсновы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы
Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем и некоторых высокомолекулярных соединений,...
Введение. Важнейшие химические производства iconХимическое равновесие
Химические реакции заключаются во взаимодействии реагентов с образованием продуктов реакции. Не следует, однако, полагать, что направление...
Введение. Важнейшие химические производства iconА10. Характерные химические свойства оснований, амфотерных гидроксидов. Характерные химические свойства кислот. Характерные химические свойства щелочей
А10. Характерные химические свойства оснований, амфотерных гидроксидов. Характерные химические свойства кислот
Введение. Важнейшие химические производства iconВопросы для подготовки к сдаче Гос. Экзамена по гпп рк
Понятие и сущность особого производства. Отличие особого производства от искового производства
Введение. Важнейшие химические производства iconВажнейшие восстановители и окислители (коротко и подробно)
Важнейшие восстановители и окислители (коротко и подробно) Краткий перечень важнейших окислителей и восстановителей (подробный перечень...
Введение. Важнейшие химические производства icon6 Экономическая оценка и финансовый анализ Введение
Высокое качество проектных разработок во многом предопределяет успешное выполнение решений о всемерном росте эффективности общественного...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы