химическая технология. 1. Химическая технология научная основа химического производства
 Скачать 6.08 Mb.
|
|
52.Металлургия. Руды и способы их переработки. Сырье в производстве металлов - металлические руды. Металлической рудой называется горная порода, содержащая в своем составе один или несколько металлов в таких соединениях, количествах и концентрациях, при которых возможно и целесообразно их извлечение. По качеству и количеству металла руды делят на промышленные и непромышленные. К промышленным относятся те руды, в которых содержание металла превышает его рентабельный минимум, т. е. то минимальное содержание основного металла, которое определяет возможность и целесообразность металлургической переработки данной руды. По числу содержащихся в руде металлов их делят на монометаллические полиметаллические. Подготовка руды состоит из ряда механических и физико-химических операций, содержание которых зависит от состава руды и формы химического соединения металла в ней. К таким операциям относят измельчение или укрупнение, классификация и обогащение руды, а также превращение содержащего металл соединения в форму, пригодную для восстановления. Для ускорения необходимых химических реакций металлургические процессы проводятся или с применением высоких температур и называются пирометаллургическими, или обработка руды ведется водными растворами реагентов; такие процессы называются гидрометаллургическими. Типовыми разновидностями пирометаллургических процессов являются обжиг, плавка и дистилляция, а гидрометаллургических - выщелачивание и осаждение из растворов. Восстановление металлов в пирометаллургических способах осуществляется, главным образом, при помощи кокса и окиси углерода, получаемой непосредственно в печи при неполном сгорании углерода. Примеси отделяются от основного металла путем их отшлаковывания в виде окислов и солей, главным образом, в виде легкоплавких силикатов. 53.Производство чугуна. Чугун делают из железосодержащей руды. Агломерация – это спекание породы в куски определенного размера, который наиболее подходит для производства чугуна. Высокая температура обеспечивает слипание частиц шихты, которые образуют куски, но они, в свою очередь, могут легко плавиться. Железная руда предварительно смешивается с углем. Горение угля обеспечивает необходимую температуру для спекания кусков. При производстве чугуна, используют не только агломерат, но и кокс, известь и флюс. Эти материалы смешиваются в заданной известной пропорции, и данная смесь называется доменной шихтой. С помощью специальных подъемников она поднимается на верх доменной печи. Возгорание кокса возможно только при наличии большого количества воздуха, который обогащен кислородом. Воздух подается под большим давлением с помощью специальных фурменных отверстий внизу печи для того, чтобы он проник через пласт шихты, подаваемой сверху. Поток воздуха подогревают до 600-800С, чтобы поддерживать нужную температуру внутри печи. Чугун, который образуется из расплавленной шихты, стекает вниз и с определенной периодичностью (1 раз в 40 мин) и выпускается наружу через специальное отверстие, которое называется летка. После этого с помощью чаш больших емкостей он транспортируется в сталеплавильные цеха. 54.Производство стали. Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. 1.Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000°C. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей. 2. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. 3.Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами. 55.Химическая переработка топлива. Коксование каменных углей. Коксование каменных углей. Процесс коксования угля сопровождается глубокими химическими превращениями его органической массы. В результате образуются твердые и газообразные продукты: кокс, коксовый газ и каменноугольная смола. Прямой коксовый газ, отсасываемый газодувками из камер коксования содержит в г/м3 (при 0ºС и 0,1 МПа): пары каменноугольной смолы (КУС) – 110-130; пары бензольных углеводородов 35-42; нафталин – 10; аммиак 8-14;сероводород и другие сернистые соединения – 6-25;пары воды – 250-450. Кроме того, в газе содержится: водород, метан, углеводороды этиленового ряда, оксиды углерода, азот. При охлаждении этого газа конденсируется каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, оксиды углерода и другие газы. Пропуская их через раствор серной кислоты, выделяют аммиак в виде сульфата аммония, который используют в качестве азотного удобрения. Бензол поглощают растворителем, а затем отгоняют из раствора. После отделения аммиака и бензола коксовый газ используют как топливо или как химическое сырье. Деструктивное гидрирование - термическое разложение угля под давлением 700 атм. (708,75-105 Па) и при температуре 450-485 °С. В качестве катализаторов могут применяться различные системы на основе молибдена, железа, хрома. При помощи деструктивного гидрирования можно практически полностью перевести органическую массу угля в газообразные и жидкие продукты, используемые как моторное топливо. Газификация процесс связаный с превращением органической части низших сортов топлива в смесь газов (генераторный газ) с помощью газифицирующих агентов . Неполное сгорание протекает при высоких температурах в специальных аппаратах - газогенераторах. В результате окислительных и восстановительных реакций из органической массы углей образуется главным образом синтез-газ (СО+Н2). Он обладает высокой калорийностью и является ценным сырьем для органического синтеза. 56.Переработка жидких топлив. К жидким химическим топливам относятся нефть и продукты ее переработки, а также продукты гидрирования твердого топлива. В нефти различают углеводородную часть, неуглеводородную часть и минеральные примеси. Углеводородная часть нефти представляет собой раствор газообразных и твердых углеводородов в смеси жидких углеводородов различной природы и сложности. В неуглеводородную часть нефти входят разнообразные кислородные, азотистые и сернистые соединения. В зависимости от того, углеводороды какого класса преобладают в составе нефти, они подразделяются на парафиновые, нафтеновые, ароматические. Первичная перегонка нефти - процесс переработки нефти, основанный на разделении смеси составляющих ее углеводородов методом фракционной разгонки (ректифи на отдельные дистилляты (фракции) с определенными интервалами температур кипения. Прямой гонке подвергается вся добываемая нефть. В соответствии с назначением получаемых дистиллятов различают три варианта прямой гонки:- топливный процесс (получение различных видов топлив);- топливно-масляный процесс (получение топлив и масел);- нефтехимический процесс (получение сырья для химического производства). Процесс прямой гонки проводится в установках трубчатого типа (название -- по названию трубчатых печей), которые включает трубчатые печи различного типа, ректификационные и отпарные колонны, теплообменники и холодильники. В зависимости от глубины переработки нефти установки прямой гонки делятся на: одноступенчатые, работающие при атмосферном давлении (AT) и двухступенчатые. 57.Производство метанола. Метанол - CH3OH, бесцветная ядовитая жидкость, контаминант. Метанол - один из наиболее важных по значению крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Важные свойства метанола - хорошая растворимость в воде и низкая температура замерзания. Технологии получения: сухая перегонка древесины и лигнина; термическое разложение солей муравьиной кислоты (восстановление альдегидов или карбоновых кислот с использованием сильных восстановителей - натрийборгидрида или литийалюминийгидрида); синтез из метана через метилхлорид с последующим омылением; неполное окисление метана и получение из синтез-газа. Современный промышленный метод получения метанола - синтез из оксида углерода и водорода на медь-цинковом оксидном катализаторе при температуре - 250 °C, давление - 7 МПа ( 69,08 атм, 71,38 кгс/см²). Cырьем для производства метанола является: природный газ, синтез-газ производства ацетилена, газы нефтепереработки, твердое топливо. Твердое топливо сохраняет в качестве сырья определенное значение. Синтез метанола основан на обратимых реакциях, описываемых уравнениями: СО + 2Н2 = СН3ОН; ДH = -90,8 кДж СО2 +3Н2 = СН3ОН + Н2О; ДH = -49,6 кДж 58.Производство этанола. Этанол С2Н5ОН является бесцветной легко подвижной жидкостью с характерным запахом и жгучим вкусом, кипящей при температуре 78,39С. Производство этилового спирта возможно 2-мя способами: микробиологическим и химическим. Источниками при первом способе выступают растительные сырьевые компоненты, в структуре которых содержится много углеводов. Спиртовое брожение – самый давний способ создания этанола, представляющий собой непростую реакцию. Заключается он в воздействии на углеводсодержащие органические продукты дрожжевых и бактерийных ферментов. В дальнейшем его очищают и создают большую концентрацию, прибегая к дистилляции. Гидролизное получение в пром. объемах основано на обработке целлюлозосодержащего сырья, которое изначально поддают гидролизу. Пентозы и гексозы, формирующиеся в процессе, отправляют на спиртоброжение. Гидратация этилена может осуществляться 2-мя путями: прямая гидратация при t 300 °C и давлении 7 МПа. Ускорителями могут служить фосфорная кислота, помещенная на силикагель, активированный уголь или горный лен; гидратация с промежуточным образованием эфира и дальнейшим его сольволизом водой. Осуществляется при t 80-90 °С и давлении 3,5 МПа. Сложность заключается в наличии этилового эфира. Какой бы способ ни был применен, в результате получается спиртоводная смесь с примесями, нуждающаяся в очистке. Для этого выполняют фракционную перегонку, дающую на выходе примерно 95,6 % чистого спирта от общей массы. Она избавляет материал от легколетучих и тяжелых фракций органических веществ (кубовый остаток). Для создания абсолютного спирта, в котором H2O почти отсутствует, водный бензолсодержащий спирт перегоняют или обрабатывают соединениями, которые вступают в реакцию с H2O или поглощают ее. Это могут быть негашеная известь или прокаленный медный купорос. 59.Производство ацетилена. При производстве ацетилена необходимо учитывать его высокую способность к взрывчатому распаду. Распад происходит экзотермически по уравнению С2Н2=2С+ Н2 и определяется в первую очередь температурой и давлением. С повышением температуры взрывчатость ацетилена резко возрастает. Газообразные примеси, образующие с ацетиленом легковоспламеняющиеся смеси, увеличивают способность ацетилена к взрывчатому распаду. Граница взрывчатого распада ацетилена снижается при наличии катализаторов — оксидов меди, железа и других соединений. Поэтому стенки аппаратуры при производстве ацетилена и его потреблении не должны иметь оксидов. Для производства ацетилена применяют различные конструкции генераторов. По системам регулирования и взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы с количественным регулированием реагирующих веществ и повременном. Количественное регулирование ацетилена осуществляют периодической дозировкой либо карбида кальция при постоянном объеме воды в зоне реакции (система «карбид в воду»), либо дозировкой воды при загрузке всего карбида кальция (система «вода на карбид»). Широко применяют и комбинированную систему генераторов с дозировкой обоих реагирующих веществ — карбида кальция и воды. Повременное регулирование количества ацетилена в газосборнике осуществляется периодической дозировкой времени контактирования карбида кальция с водой. Такие системы генераторов называют «контактными». Если подвижным компонентом служит карбид кальция, то такая система носит название «погружения», если подвижной системой является вода, то «вытеснения». 60.Производство формальдегида. Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) - бесцветный газ с острым раздражающим запахом. Формальдегид хорошо растворим в воде, спиртах, ограниченно растворим в бензоле, эфире, хлороформе, не растворим в алифатических углеводородах. Легко полимеризуется, образуя твердый полимер линейного строения (параформ) с оксиметиленовыми звеньями. Производство формальдегида окислением метанола. метанол окисляется в избытке воздуха при Т=350-4300С и атмосферном давлении на окисном железо-молибденовом катализаторе состава МоО3*Fе2(МоО4)3. Этот катализатор имеет высокую активность и малочувствителен к каталитическим ядам. для окисления метанола в нем используют трубчатые реакторы с интенсивным охлаждением циркулирующей в межтрубном пространстве водой или другими хладоагентами. К достоинствам метода относятся также низкие расходные коэффициенты по сырью и энергии. Производство формальдегида по этой схеме работает по замкнутому циклу, и в нем отсутствуют отходы, сточные воды и вредные газовые выбросы. Производство формальдегида из метанола-сырца. производства формальдегида непосредственно из метанола-сырца, в которой совмещены стадии каталитической очистки сырья и получения формальдегида. Подобная технология позволяет, не меняя принципиальной схемы процесса, не только использовать вместо метанола-ректификата метанол-сырец, но и утилизировать содержащиеся в последнем побочные продукты, снизить расход пара на ректификацию и, в целом, повысить ТЭП производства без снижения качества конечного целевого продукта. 61.Кумольный способ получения фенола. Фенол С6Н5ОН представляет собой кристаллическое вещество (tпл=420С, tкип=181,40С) В свежеперегнанном виде он бесцветен,. Но при хранении приобретает глубокий оранжевый или красный цвет. Основные направления его применения – производство фенолоальдегидных полимеров, синтетических волокон капрон и нейлон, эпоксидных полимеров и поликарбонатов. Его используют также в качестве промежуточного продукта в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ, гербицидов. Алкилированием фенола получают антиокислительные присадки и промежуточные продукты для синтеза неионогенных ПАВ. Наиболее прогрессивным способом получения фенола является кумольный, основанный на реализации следующих стадий: 1. Окисление изопропилбензола (кумола) в гидропероксид  2. Разложение получаемого гидропероксида на фенол и ацетон  Суммируя уравнения (1) и (2) получаем результирующее уравнение процесса  Можно видеть, что в правой части суммарного уравнения (3) фигурируют только фенол и ацетон, которые являются ценными товарными продуктами. С другой стороны, в этом процессе требуется дешёвое и доступное сырьё (изопропилбензол и воздух). Это и делает кумольный способ получения наиболее экономичным среди всех известных способов получения фенола. 62.Производство стирола. Стирол C6H5CH=CH2 - один из важнейших продуктов нефти химии, сырье для получения полимеров. . Основным промышленным способом производства стирола является в настоящее время дегидрирование этилбензола. Дегидрирование этилбензола в стирол протекает по реакции :  Реакция - эндотермическая и протекает с увеличением объема. Соответственно с повышением температуры и снижением парциального давления углеводорода увеличивается степень превращения этилбензола в стирол. Причина низкой тепловой эффективности связана с отсутствием рекуперации тепла низкотемпературного контактного газа. В традиционных схемах тепло конденсации паров воды и углеводородов не используется и теряется в окружающую среду с потоком воздуха в воздушных конденсаторах и с оборотной водой. Значительная доля подведенного с топливом тепла теряется в окружающую среду при охлаждении и конденсации контактного газа в холодильнике-конденсаторе и сепараторе. Разбавление этилбензола водяным паром преследует две цели: сдвинуть равновесие реакции вправо и создать условия непрерывной регенерации катализатора. Сам же водяной пар в реакции не участвует; его приходится получать испарением воды и потом отделять от продуктов реакции конденсацией. Несмотря на регенерацию тепла потоков, испарение и нагрев, охлаждение и конденсация - процессы в производстве термодинамически необратимые, и энергетический потенциал используется далеко не полностью. Такое же влияние на процесс, как и водяной пар, может оказать и другой компонент, например, СО. От инертен в реакции, т. е. может быть разбавителем, и способствует регенерации катализатора, взаимодействуя с углистыми отложениями. Получают СО2 сжиганием топливного газа. Продукты горения являются энергоносителем. Это дополнительное свойство разбавителя позволяет создать энерготехнологическую схему производства стирола. |