Technologia chemiczna : przemysł nieorganiczny / Krzysztof Schmidt- Szałowski [et al.]. Warszawa, Spis treści

Transkrypt

1 Technologia chemiczna : przemysł nieorganiczny / Krzysztof Schmidt- Szałowski [et al.]. Warszawa, 2013 Spis treści WSTĘP XV 1. PRZEDMIOT TECHNOLOGII CHEMICZNEJ Wstęp Proces technologiczny Organizacja procesu w skali przemysłowej Zasoby i pozyskiwanie surowców przemysłowych Surowce energetyczne Rudy metali Surowce chemiczne PODSTAWY PROCESÓW CHEMICZNYCH Reakcja chemiczna i proces chemiczny Niektóre wielkości charakteryzujące przebieg procesów chemicznych Stopień przemiany, wydajność surowcowa Bilanse technologiczne Obszary bilansowania Podstawa bilansu Równanie bilansowe Równanie bilansu masy w procesie ciągłym Przykład obliczenia bilansowego WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW REAGUJĄCYCH Wstęp Termodynamiczna charakterystyka układu reagentów w stanie równowagi Stała równowagi reakcji Stopnie swobody układu ZaleŜność równowagowego stopnia przemiany od temperatury Kinetyczna charakterystyka układu reagentów w stanie reakcji Szybkość reakcji Szybkość procesu w reaktorze Proces prowadzony w trybie okresowym w reaktorze zamkniętym o zupełnym wymieszaniu Proces w reaktorze przepływowym o zupełnym wymieszaniu w stanie stacjonarnym Równanie kinetyczne reakcji i zaleŝności pochodne Równanie kinetyczne 32

2 ZaleŜność szybkości reakcji od stopnia przemiany Wpływ temperatury na szybkość reakcji Wpływ ciśnienia na szybkość reakcji Wpływ katalizatorów na szybkość reakcji PODSTAWY ORGANIZACJI UKŁADÓW TECHNOLOGICZNYCH Wstęp Organizacja procesu w reaktorze Model reaktora zbiornikowego zamkniętego o zupełnym wymieszaniu reagentów Model reaktora zbiornikowego przepływowego o zupełnym wymieszaniu reagentów Model reaktora rurowego przepływowego o przepływie tłokowym Czas przebywania reagentów w reaktorze przepływowym Wpływ mieszania na przebieg procesu w rurowym reaktorze przepływowym Reaktor w układzie technologicznym Wielostopniowy układ reaktorów (kaskada) Reaktor w układzie obiegu powrotnego PROCESY W UKŁADACH NIEJEDNORODNYCH Szybkość reakcji w układach niejednorodnych Rozpuszczanie substancji stałej w cieczy Krystalizacja z roztworów ciekłych Reakcje reagentów stałych i gazowych Absorpcja Procesy absorpcji Absorbery Równanie operacyjne procesu wymiany masy (na przykładzie absorpcji) Układ współprądowy Układ przeciwprądowy GOSPODARKA CIEPŁEM W INSTALACJACH PRZEMYSŁOWYCH Wstęp Podstawy obliczeń cieplnych Bilans cieplny (bilans entalpii) Efekty cieplne reakcji ZaleŜności wynikające z równań bilansowych Równanie operacyjne wymiennika ciepła Wymiennik współprądowy Wymiennik przeciwprądowy Równanie operacyjne adiabatycznego reaktora przepływowego WYTWARZANIE ENERGII PRZEZ SPALANIE PALIW 104

3 7.1. Wstęp Procesy spalania Płomień. Deflagracja Wybuchy Spalanie paliw gazowych Spalanie paliw stałych Spalanie paliw ciekłych Spalanie jako źródło ciepła w procesach wysokotemperaturowych Wytwarzanie energii w skojarzonych układach gazowo-parowych Wytwarzanie energii z odpadów komunalnych OCHRONA ŚRODOWISKA PRZED EMISJĄ LOTNYCH ZANIECZYSZCZEŃ ZagroŜenia i ochrona środowiska Odsiarczanie gazów kominowych z palenisk energetycznych Usuwanie tlenków azotu ze spalin i gazów poprodukcyjnych Usuwanie gazowych i ciekłych zanieczyszczeń organicznych Nowe metody zapobiegania emisji gazów poprodukcyjnych Wydzielanie i magazynowanie CO Radiacyjna metoda oczyszczania gazów paleniskowych Skojarzone procesy plazmowo katalityczne OCZYSZCZANIE WODY I ŚCIEKÓW Zasoby wodne Charakterystyka wody jako surowca Oczyszczanie wody z zawiesin Sedymentacja Filtracja Flotacja Fizyczne i chemiczne metody oczyszczania wody Adsorpcja Ultrafiltracja i odwrócona osmoza Wymiana jonowa Zmiękczanie wody metodami chemicznymi Koagulacja zanieczyszczeń koloidalnych Oczyszczanie i dezynfekcja wody za pomocą utleniaczy Biochemiczne metody oczyszczania wody Oczyszczanie ścieków Nowe metody oczyszczania wody przez utlenianie Skojarzone układy silnych utleniaczy Procesy fotokatalityczne PRODUKCJA KWASU SIARKOWEGO(VI) Wstęp Surowce siarkonośne 194

4 10.3. Metody wytwarzania kwasu Siarkowego(VI) Utlenianie siarki Utlenianie SO 2 do SO Organizacja procesu w reaktorze do utleniania SO Katalityczne reaktory do utleniania SO Instalacja do absorpcji SO Nowe rozwiązania w przemyśle kwasu siarkowego(vi) OgraniczanieemisjiSO Utlenianie SO 2 w obecności pary wodnej PRZEMYSŁ ZWIĄZKÓW AZOTOWYCH Metody syntezy związków azotowych Synteza amoniaku Podstawy procesu syntezy amoniaku Reaktory do syntezy amoniaku Organizacja procesu syntezy amoniaku w złoŝu katalizatora Synteza amoniaku w układzie obiegu powrotnego (cyrkulacyjnym) Wytwarzanie kwasu azotowego(v) Katalizatory do utleniania amoniaku Reaktory do utleniania amoniaku (tzw. utleniacze) Przetwarzanie tlenków azotu w kwas azotowy(v) Wytwarzanie azotanu(v) amonu (saletry amonowej) z kwasu azotowego(v) i amoniaku Neutralizator Hoblera Neutralizatory ciśnieniowe Granulowanie azotanu(v) amonu Synteza mocznika Melamina Nawozy mineralne Nowe rozwiązania w technologii związków azotowych Niskotemperaturowy katalizator do syntezy amoniaku Ograniczanie emisji tlenków azotu z instalacji kwasu azotowego(v) Przeciwdziałanie zagroŝeniom przy produkcji azotanu(v) amonu GAZY SYNTEZOWE Wstęp Konwersja metanu z parą wodną, czyli reforming parowy Inne metody wytwarzania gazów syntezowych z węglowodorów Zgazowanie paliw stałych Ciśnieniowe generatory gazu systemu Lurgi Fluidalne generatory gazu Zawiesinowe generatory gazu Konwersja tlenku węgla(ii) z parą wodną Wydzielanie tlenku węgla (IV) z gazów 278

5 12.7. Usuwanie związków siarki z gazów syntezowych (odsiarczanie) PROCESY ELEKTROLITYCZNE. ELEKTROLIZA CHLORKU SODU Elektroliza Reakcje elektrodowe Napięcie równowagowe Rzeczywiste napięcie elektrolizy Nadpotencjał i nadnapięcie Warunki prowadzenia elektrolizy Elektroliza chlorku sodu w roztworze wodnym Elektrolizery z przeponą (diafragmą) filtrującą Elektrolizery membranowe Elektrolizery z katodą rtęciową Rozwój technologii chloru i wodorotlenku sodu Nowe materiały i rodzaje elektrod Membrany jonowymienne PROCESY ELEKTROTERMICZNE Wstęp Wyroby węglowe i grafitowe Węglik krzemu (karborund) Karbid WYBRANE PROCESY METALURGICZNE. MIEDŹ, CYNK, OŁÓW, KADM, ALUMINIUM, SÓD Wstęp Miedź Przetwarzanie rud miedzi metodą hutniczą Elektrolityczna rafinacja miedzi Wykorzystanie składników złoŝa towarzyszących miedzi Cynk Utleniające praŝenie blendy cynkowej Piece fluidalne do utleniającego praŝenia blendy cynkowej Aparaty (piece) z ruchomym rusztem taśmowym Wytwarzanie cynku przez wysokotemperaturową redukcję ZnO Rafinacja cynku Elektrochemiczna metoda wytwarzania cynku Ługowanie Elektroliza Ołów Kadm Aluminium Wytwarzanie tlenku glinu Elektroliza tlenku glinu Sód 352

6 16. PRZEMYSŁOWE PROCESY ELEKTROPLAZMOWE Wstęp Zjawiska zachodzące w plazmie Plazma równowagowa i nierównowagowa Wyładowania elektryczne w gazach Wyładowania koronowe Wyładowania jarzeniowe Wytwarzanie plazmy w plazmotronie Procesy elektroplazmowe w technologii chemicznej Historyczna metoda syntezy tlenków azotu w tuku elektrycznym Przetwarzanie węglowodorów. Synteza acetylenu Wytwarzanie ozonu w wyładowaniach barierowych Elektrostatyczne oczyszczanie gazów Plazmowa obróbka powierzchni i osadzanie powłok Plazmowa obróbka powierzchni Plazmowe nanoszenie powłok grubych Plazmowe osadzanie powłok cienkich Niektóre kierunki rozwoju technologii elektroplazmowych Plazmowa metoda przetwarzania odpadów Zastosowanie wyładowań ślizgowych Zastosowanie wyładowań impulsowych PRODUKCJA KWASU FOSFOROWEGO(V) I NAWOZÓW FOSFOROWYCH Wstęp Metody przetwarzania surowców fosforowych Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) metodą roztworową (tzw. ekstrakcyjną) Produkty uboczne otrzymywane przy produkcji kwasu fosforowego(v) Fosfogips Fluor Uran Superfosfat potrójny Nawozy wieloskładnikowe zawierające fosfor PRODUKCJA WĘGLANU SODU (SODY) Wstęp Proces Solvaya Karbonizacja, czyli reakcja CO 2 ze składnikami solanki Regeneracja amoniaku. Odpady produkcyjne PROCESY CERAMICZNE Przedmiot i klasyfikacja ceramiki 419

7 19.2. Surowce w technologii ceramiki Surowce stosowane w ceramice tradycyjnej Metody otrzymywania proszków ceramicznych stosowanych w otrzymywaniu zaawansowanych tworzyw ceramicznych Formowanie Formowanie z mas sypkich Formowanie z mas plastycznych Formowanie z mas lejnych Właściwości reologiczne mas ceramicznych Dodatki do mas ceramicznych Nowe metody formowania tworzyw ceramicznych Formowanie z mas lejnych w podwyŝszonej temperaturze śelowanie mas lejnych w zmiennej temperaturze Hydrolityczne zestalenie Wodne formowanie wtryskowe Odlewanie Ŝelowe Metoda bezpośredniego odlewania koagulującego Metoda odlewania folii Procesy cieplne w technologii ceramiki Proces suszenia Proces wypalania Procesy wykończeniowe Obróbka mechaniczna Szkliwienie i dekorowanie Metalizacja i łączenie ceramiki z metalami BUDOWLANE MATERIAŁY WIĄśĄCE. WAPNO I CEMENT Rodzaje materiałów wiąŝących stosowanych w budownictwie Wapno Proces wypalania wapna. Piece wapiennicze Wodorotlenek wapnia (wapno gaszone) Cement portlandzki Przygotowywanie surowców do produkcji cementu Wypalanie klinkieru portlandzkiego Gospodarka ciepłem przy produkcji klinkieru portlandzkiego Cement budowlany Wiązanie i twardnienie zaczynu cementowego 500 LITERATURA 502 oprac. BPK