CHEMIA I SPOŁECZEŃSTWO. Przemysł chemiczny. Marek Kwiatkowski

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "CHEMIA I SPOŁECZEŃSTWO. Przemysł chemiczny. Marek Kwiatkowski"

Emilia Leszczyńska
4 lat temu
Przeglądów:

1 CHEMIA I SPOŁECZEŃSTWO Przemysł chemiczny Marek Kwiatkowski Zakład Dydaktyki Chemii Wydział Chemii UG ul. Sobieskiego 18, Gdańsk tel. (058) kwiatm@chem.univ.gda.pl

2 Atmosfera Azot 72% Tlen 21% Argon 0.93% Dwutlenek węgla 0.035% Neon % Hel % Metan % Krypton % Tlenek azotu % Wodór % Ksenon % Ozon % Para wodna do 3%

3 egzosfera Struktura atmosfery termosfera mezosfera stratosfera Temperatura zmienia się z wysokością Ciśnienie spada o połowę na kaŝde 5 km wysokości 58% atmosfery znajduje się poniŝej wierzchołka Mount Everest 72% atmosfery jest poniŝej wysokości lotu samolotów pasaŝerskich % atmosfery znajduje się poniŝej pułapu 100 km W najbardziej zewnętrznych rejonach skład atmosfery jest inny, dominują wodór i hel (heterosfera) troposfera

4 Ewolucja atmosfery Przed uformowaniem się skorupy ziemskiej: 'Pierwsza atmosfera', głównie H 2 i He. 3.5 mld lat temu zaczyna się tworzyć skorupa, intensywna działalność wulkaniczna. 'Druga atmosfera': CO 2, H 2 O (para), NH 3 i N 2 (z NH 3 ). Masa atmosfery 100 x masa współczesnej. Stygnięciu towarzyszy wykroplenie pary wodnej (deszcze, oceany). 50% CO 2 trafia do oceanów. 3.3 mld lat temu pierwsze organizmy, sinice (Cyanobacteria( Cyanobacteria), rozpoczynają fotosyntezę. Intensywność fotosyntezy wzrasta wraz z rozwojem roślin lądowych. W wyniku fotosyntezy powstaje coraz więcej O 2. Atmosferyczny CO 2 wiązany przez rośliny zostaje uwięziony w postaci paliw kopalnych, a przetworzony przez pierwsze zwierzęta, w postaci skał wapiennych. Tlen utlenia NH 3 do N 2. Powstaje 'trzecia atmosfera'.

5 Skraplanie powietrza Efekt Joule'a-Thompsona: gaz ochładza się podczas rozpręŝania (ogrzewa się podczas spręŝania).

6 Destylacja powietrza N 2 : -196 o C Ar: -189 o C O 2 : -183 o C

7 Tlen Ciekły tlen: niebieski, paramagnetyczny, gwałtownie wchodzi w reakcje utleniania.

8 Zastosowanie tlenu Konwerter Bessemera Spawanie Medycyna Oczyszczalnie ścieków. Przechowywanie: ciekły (naczynia Dewara, ciśnienie atmosferyczne) gazowy (butle stalowe, wysokie ciśnienie)

9 Azot Gaz stwarzający obojętną atmosferę Ciekły azot: źródło 'zimna' w kriogenice Surowiec do produkcji amoniaku.

10 Proces Fritza-Habera Produkcja amoniaku N 2 (g) + 3H 2 (g) < = > 2 NH 3 (g) H o = -92 kj w 25 o C, K p = atm -2 temperatura 450 o C (K p = atm -2 ) ciśnienie atm katalizator Fe 2 O 3, KOH, SiO 2, Al 2 O 3 (aktywny powyŝej 450 o C)

11 Wodór do produkcji amoniaku W syntezie Haber- Boscha uŝywa się wodoru otrzymanego w wyniku konwersji gazu ziemnego. 1. Odsiarczanie gazu ziemnego: RSH(g) + H 2 (g) RH(g) + H 2 S(g) 2. Usunięcie siarkowodoru: H 2 S(g) + ZnO(s) ZnS(s) + H 2 O(l) 3. Katalityczny reforming metanu parą wodną: CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3 H 2 (g) 4. Shift conversion : CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) 5. Absorpcja CO 2 w etanoloaminie 6. Metanowanie (usunięcie resztek CO i CO 2 ): CO(g) + 3 H 2 (g) CH 4 (g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + 4 H 2 (g) CH 4 (g) + 2 H 2 O(g)

Kwas azotowy Metoda Ostwalda 1. Utlenianie amoniaku powietrzem, katalizator Pt/Rh, 700-850 o C, 4-10 atm: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) 2.

12 Kwas azotowy Metoda Ostwalda 1. Utlenianie amoniaku powietrzem, katalizator Pt/Rh, o C, 4-10 atm: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) 2. Samorzutne utlenienie NO do NO 2 : 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) 3. Absorpcja NO 2 w wodzie (wieŝe absorpcyjne): 2 NO 2 (g) + H 2 O(l) 2 HNO 3 (aq) + NO(g)

13 Siarka - wydobywanie Metoda Frasha

14 Kwas siarkowy Proces kontaktowy 1. Spalanie siarki w powietrzu, S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) 2. Utlenianie SO 2 do SO 3, katalizator V 2 O 5 lub Pt: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) 3. Absorpcja w stęŝonym H 2 SO 4 : SO 3 (g) + H 2 SO 4 (l) H 2 S 2 O 7 (l) 4. Rozcieńczenie oleum wodą: H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (l)

15 Kwas fosforowy Surowiec: apatyty, np. Ca 5 F(PO 4 ) 3 Stara metoda: działanie kwasem siarkowym na apatyty: 2 Ca 5 F(PO 4 ) 3 (s) + 9 H 2 SO 4 (aq) 6 H 3 PO 4 (aq) + 9 CaSO 4 (s) + CaF 2 (s) Nowa metoda: 1. PraŜenie apatytów z krzemionką i koksem, otrzymanie fosforu: 5 Ca 5 F(PO 4 ) 3 (s) + 18 SiO 2 (s) + 15 C(s) 3 P 4 (g) + 18 CaSiO 3 (s) + 2 CaF 2 (s) + 15 CO 2 (g) 2. Kondensacja i oczyszczenie fosforu. 3. Spalanie fosforu w powietrzu: P 4 (g) + 5 O 2 (g) P 4 O 10 (g) 4. Absorpcja P 4 O 10 (g) w 90% H 3 PO 4 : P 4 O 10 (g) + 6 H 2 O(l) 4 H 3 PO 4 (l)

16 Chlorek sodu przyprawa konserwant przemysł chemiczny źródło chloru i sodu odladzanie dróg płyn pozakomórkowy nadmiar szkodzi

17 Chlorek sodu cd. Kiedyś surowiec strategiczny: umoŝliwiał przechowywanie Ŝywności Wielkie znaczenie symboliczne: Biblia przesądy sumo Wy jesteście solą tej ziemi...

18 Elektroliza chlorku sodu Produkty: wodór H 2, chlor Cl 2, wodorotlenek sodu NaOH

19 Wapień materiał budowlany źródło CO 2 i CaO

20 Węglan i wodorowęglan sodu Metoda Solvay'a 1. Rozkład wapienia w piecu obrotowym (wapienniku): CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Surowce: wapień CaCO 3 sól NaCl woda węgiel (paliwo) amoniak NH 3 (niewiele) 2. Nasycanie stęŝonej solanki amoniakiem i dwutlenkiem węgla: NH 3 (g) + CO 2 (g) (NH 4 )HCO 3 (aq) (NH 4 )HCO 3 (aq) + NaCl(aq) NaHCO 3 (s) + NH 4 Cl(aq) 3. Ogrzewanie powstałego wodorowęglanu sodu: 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(g) + CO 2 (g) 4. Działanie wodą na CaO z wapiennika: CaO(s) + H 2 O(l) Ca(OH) 2 (aq) 5. Rozkład chlorku amonu mlekiem wapiennym: NH 4 Cl(aq) + Ca(OH) 2 (aq) NH 3 (g) + CaCl 2 (aq) 6. Powtórne wykorzystanie odzyskanego CO 2 i NH 3. Produkty: soda oczyszczona NaHCO 3 soda kalcynowana Na 2 CO 3 (tania zasada, szkło, papier, zmiękczacz wody) Produkt uboczny: chlorek wapnia CaCl 2

21 Metanol Hist. 'spirytus drzewny', produkt suchej destylacji drewna Zastosowanie: paliwo rozpuszczalnik skaŝenie etanolu płyn niezamarzający surowiec do syntez: formaldehyd i dalsze produkty MTBE 1. Reforming gazu ziemnego parą wodną, kat. Ni: CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3 H 2 (g) 2. Częściowe spalanie metanu dostarcza energii: 2 CH 4 (g) + O 2 (g) 2 CO(g) + 4 H 2 (g) 3. Powstały gaz reaguje na kat. Cu, ZnO, Al 2 O 3 : CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g)

22 Etanol Uwodnienie etenu, katalizator H 3 PO 4 na porowatym nośniku (ziemia okrzemkowa, węgiel aktywny), temp. 270 o C C 2 H 4 (g) + H 2 O(g) C 2 H 5 OH(g) H 0 < 0 Denaturat: etanol 89.7% metanol 9.5% pirydyna 0.5% nafta 0.4% fiolet metylowy fiolet metylowy benzoesan denatonu

23 Aspiryna Cl OH ONa OH O Cl 2 AlCl 3 NaOH 400 o C NaOH CO 2 ciśn. temp. C ONa OH O HCl C O CH 3 CH 3 OH OH O O H 2 SO 4 temp. C OH H 3 C C O O (CH 3 CO) 2 O C ONa H 2 SO 4 temp.

24 Proces produkcji chemicznej Zakup surowców Kontrola jakości surowców Pobór surowców Proces technologiczny Kontrola międzyoperacyjna Bilans masowy Kontrola jakości produktu Pakowanie Przechowywanie SprzedaŜ Transport

25 Chemiczne procesy przemysłowe Procesy ciągłe Udział katalizatorów Ograniczona liczba surowców Stosowanie podstawowych, masowych i tanich surowców Gospodarowanie energią Problem bezpiecznej manipulacji ogromnymi masami reagentów UciąŜliwość dla środowiska

26 PLN SP Przychód, koszty, zysk KC KZ KS Zysk = Przychód - Koszty PR Ilość

27 Przemysł chemiczny wysoki udział kosztów stałych wysoki udział kosztów surowców w cenie produktu ekonomia wielkiej skali produkcji znaczny udział kosztów 'utopionych' wysokie koszty badań i rozwoju Konsekwencja: tendencja do fuzji, tworzenia ogromnych międzynarodowych koncernów produkcyjnych, których podjednostki specjalizują się w poszczególnych zadaniach.

Podobne dokumenty

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA Zadania dla studentów ze skryptu,,obliczenia z chemii ogólnej Wydawnictwa Uniwersytetu Gdańskiego 1. Reakcja między substancjami A i B zachodzi według