Методичка ОХТ. Практикум для студентов специальностей 148 01 01 Химическая технология производства и переработки неорганических материалов

• Название: Практикум для студентов специальностей 148 01 01 Химическая технология производства и переработки неорганических материалов
• Анкор: Методичка ОХТ.doc
• Дата: 20.10.2017
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: Методичка ОХТ.doc
• Тип: Практикум; #9624
• страница: 8 из 10

Выход феррита натрия рассчитывается по формуле

В = , (45)

где В – выход феррита натрия, %; – объем СО₂, который теоретически выделится из взятой навески, мл.

Скорость каустификации v, см³/с, рассчитывается по формуле

v = V / t, (46)

где V – объем СО₂, который выделился за промежуток времени t.

Выход NaOH , %, рассчитывается по формуле

В = N_NaOH  100 / N_NaOH(т), (47)

где N_NaOH – количество фактически полученного NaOH, моль; N_NaOH(т) – количество теоретически возможного NaOH, которое могло бы образоваться из взятой навески, моль.

Полученные экспериментальные и расчетные данные следует оформить в виде табл. 7.

Табл. 7. Условия опыта, экспериментальные и расчетные данные

Условия опыта, экспериментальные и расчетные данные	№ опыта
	1	2	3
Суммарная масса навески, г
Соотношение масс Fe2O3 и Na2CO3
Температура спекания, К
Масса флюса, г
Размер зерен Fe2O3, мм
Время спекания, с
Объем вытекшей воды, мл
Выход феррита натрия, %
Скорость каустификации, моль/ч
Выход NaOH, %

3.4.5. Задание к лабораторной работе

1. 
   Исследовать влияние соотношения исходных компонентов на выход и скорость взаимодействия в изотермических условиях.
   
2. 
   Исследовать влияние температуры на степень каустификации и выход феррита натрия.
   
3. 
   Исследовать влияние наличия или отсутствия флюса (NaCl) на выход и скорость взаимодействия.
   
4. 
   Исследовать влияние размера зерен Fe₂O₃ на выход и скорость взаимодействия.
   
5. 
   На основании проведенных исследований сделать вывод о лимитирующей стадии процесса и дать рекомендации по интенсификации процесса.
   

4. Гетерогенные процессы в системе

газ – жидкость

4.1. Общие положения
Газожидкостные реакции – это гетерогенные процессы, включающие химическое взаимодействие между реагентами, один из которых находится в газовой фазе, а другой – в жидкой. Жидкость может представлять собой раствор вещества, химически взаимодействующего с газообразным реагентом; в ряде случаев происходит взаимодействие растворяющегося газа с самим растворителем.

Газожидкостные реакции широко используют в химической технологии. Примеры их применения:

• 
  получение целевых продуктов: кислот (H₂SO₄, HNO₃ абсорбцией SO₃, NO₂ соответственно), удобрений (абсорбцией NH₃ растворами азотной кислоты в производстве аммонийной селитры или серной кислоты в производстве сульфата аммония), органических веществ (хлорирование жидких ароматических углеводородов;
  
• 
  очистка газов от вредных примесей (абсорбция H₂S с целью очистки нефтяных и коксовых газов; абсорбция СО, СО₂ растворами моноэтаноламина или карбоната с целью очистки синтез-газа в производстве аммиака; абсорбция SO₂ растворами сульфита и гидросульфита аммония при санитарной очистке газов);
  
• 
  разделение газовых смесей для выделения одного или нескольких ценных компонентов смеси (абсорбция бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа; абсорбция бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т. п.)
  

Газожидкостные реакции принято рассматривать как процессы абсорбции, сопровождающиеся химическим взаимодействием. Такой подход позволяет применить к этой группе химических процессов закономерности массопередачи. При этом считают, что протекание химической реакции на границе раздела газовой и жидкой фаз или в глубине жидкой фазы приводит к ускорению процесса абсорбции. Возможность таким образом ускорить процесс массопередачи широко используется в практике. При добавлении к растворителю реагентов, вступающих в быстрые химические реакции с компонентами, извлекаемыми из газовой фазы, удается существенно интенсифицировать процесс абсорбции. Например, диоксид углерода СО₂ можно извлечь из газовой смеси путем абсорбции водой под давлением. Применение вместо воды растворов этаноламинов или карбонатов, вступающих в химическое взаимодействие с СО₂, позволяет во много раз повысить интенсивность абсорбции.

Равновесие в системе газ – жидкость, как и для других гетерогенных систем, определяется с помощью правила фаз, закона распределения и константы равновесия химических реакций в жидкой фазе. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления. При абсорбции равновесие можно сместить в сторону увеличения растворимости газа, уменьшая температуру, что снижает равновесное давление газа над раствором (р_г^* или с_г^*), увеличивая начальную концентрацию поглощаемого компонента в газе (с_гн) или общее давление Р, что также увеличивает с_гн. Для понижения температуры охлаждают исходные газ и жидкость, отводят теплоту абсорбции с помощью встроенных или наружных теплообменников. Иногда отвод теплоты абсорбции осуществляют без охлаждения, используя эту теплоту для концентрирования раствора в самом абсорбере. При десорбции газов из жидкостей равновесие смещают обратными приемами, т. е. повышением температуры и понижением давления; для этого обогревают десорбер с помощью теплообменников или острого пара. Кинетика абсорбции (т. е. скорость процессов массопереноса) определяется движущей силой процесса (т. е. степенью отклонения системы от равновесного состояния), свойствами поглотителя и поглощаемых компонентов, устройством абсорбционного аппарата и гидродинамическим режимом его работы, а также способом контакта фаз:

• 
  барботаж (диспергированный газ в виде пузырей поднимается в слое жидкости);
  
• 
  орошение (диспергированная в виде капель жидкость пролетает через газ);
  
• 
  пленочное течение (жидкость пленкой стекает по поверхности, поток газа проходит вдоль нее);
  
• 
  контакт в насадочной колонне (близок к пленочному течению: жидкость стекает по насадке в виде нерегулярной, возмущенной пленки, газ проходит в свободном пространстве);
  
• 
  газожидкостный поток (возмущенные потоки газа и жидкости движутся в одном направлении).
  

4.2. Абсорбция диоксида серы

Цель работы – исследование процесса абсорбции SO₂ и установление влияния параметров (концентрации SO₂, концентрации поглотителя и его химического состава) на степень абсорбции SO₂.

Отходящие газы тепловых электростанций, котельных, металлургических заводов, сернокислотных цехов и ряда других производств содержат 0,2–1,0 об. % SO₂. Выброс таких газов в атмосферу недопустим из-за вредного воздействия SO₂ на окружающую среду. Разработано большое количество методов очистки газов от SO₂, наиболее распространенным из которых является абсорбция SO₂ жидкими поглотителями (растворы соды, аммиака, гидроксида натрия, сульфата аммония, а также вода).

Абсорбция SO₂ указанными растворами сопровождается следующими химическими реакциями:

Na₂CO₃ + SO₂ = Na₂SO₃ + CO₂;

Na₂CO₃ + 2SO₂ + H₂O = 2NaHSO₃ + CO₂;

2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O;

NaOH + SO₂ = NaHSO₃;

2NН₄OH + SO₂ = (NH₄)₂SO₃ + H₂O;

(NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NH₄НSO₃;

H₂O + SO₂ = H₂SO₃.

Абсорбция SO₂ раствором соды используется как промышленный способ получения сульфита натрия. Эту реакцию при температурах до 95С можно считать необратимой.