TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU

Transkrypt

1 PODSTAWY TECHNOLOGII OGÓŁNEJ wykład 1 TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU

2 Technologia chemiczna - definicja Technologia chemiczna jest nauką stosowaną, interdyscyplinarną, która ma zaproponować warunki i schematy technologiczne otrzymywania żądanych produktów chemicznych w optymalny, przyjazny dla środowiska sposób, z uwzględnieniem odpowiedniej skali wytwarzania i po możliwych do zaakceptowania kosztach. Bortel E., Koneczny H, Zarys technologii chemicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1992

3 nauki podstawowe są rozwijane przez ludzką ciekawość świata nauki stosowane stawiają sobie za cel rozwiązywanie konkretnych problemów

4 Nauką podstawową technologii chemicznej jest chemia ODKRYCIE NAUKOWE WYNALAZEK APLIKACJA

5 duża skala strona ekonomiczna zagadnienia aspekt środowiskowy

6 Fazy i etapy opracowywania technologii [Synoradzki, Wisialski, 2006]

7 Współczesne uwarunkowania projektowania procesowego Nowe materiały aparaturowe i konstrukcyjne Wykorzystanie komputerów Wzrastające wymogi ochrony środowiska Rosnące koszty energii

8 Environmental Technology Final product toxic /non-toxic biodegradable / nonbiodegradable recyclable / nonrecyclable Environmental technology Production process renewable energy renewable raw material water/ wastewater/ solid waste emission to atmosphere Clean technologies harness renewable materials and energy sources reduce the use of natural resources cut or eliminate emissions and wastes

9 Koncepcja chemiczna procesu Dokonanie wyboru surowców i ustalenie szeregu przemian chemicznych i fizycznych zapewniających otrzymanie produktu.

10 Pełna koncepcja chemiczna metody obejmuje: Ustalenie równań stechiometrycznych proponowanych reakcji chemicznych Wykonani obliczeń stechiometrycznych, podanie bilansu stechiometrycznego i teoretycznych wskaźników zużycia surowców Wykonanie obliczeń termodynamicznych obejmujących: Powinowactwo chemiczne proponowanych przemian Stałe równowagi chemicznej i fazowej proponowanych przemian Skład równowagowy układu Wpływ temperatury, ciśnienia i składu początkowego na stan równowagi układu reakcyjnego Efekty cieplne przemian chemicznych i i fazowych Dokonanie wstępnej kalkulacji kosztów produkcji Dokonanie wstępnej weryfikacji koncepcji chemicznej, dobranie optymalnego wariantu z szeregu teoretycznie możliwych Obliczenie lub wyznaczenie doświadczalne właściwości fizykochemicznych czystych reagentów i ich mieszanin Doświadczalne przebadanie kinetyki wybranych przemian chemicznych i fazowych, wyznaczenie szybkości oraz równań kinetycznych dla wszystkich reakcji chemicznych, dobór katalizatorów

11 Dodatkowo należy brać pod uwagę następujące uwarunkowania: Ochronę środowiska Gospodarkę odpadami Dostępność energii, wody technologicznej i chłodzącej Gwarancję dostaw surowców Powiązanie nowej instalacji z innymi istniejącymi w kombinacie chemicznym Tendencje cen krajowych i zagranicznych Czystość patentową metody Sposób prowadzenia procesu (okresowy/ ciągły) Rachunek ekonomiczny

12 Koncepcja technologiczna Jest to określenie liczby, kolejności i rodzajów procesów podstawowych niezbędnych do prowadzenia produkcji

13 Wytwarzanie azotanu amonu (NH 4 NO 3 ) Przykład wariantów koncepcji metoda laboratoryjna wytwarzania azotanu amonu z amoniaku i kwasu azotowego jest podstawą rozwiązań przemysłowych zagadnienie sprowadza się do znalezienia ekonomicznych metod przemysłowych wytwarzania półproduktów

14 Wytwarzanie azotanu amonu Przykład wariantów koncepcji otrzymywanie amoniaku jako produktu ubocznego w gazowniach, a kwasu azotowego z saletry chilijskiej nie mogło rozwiązać zagadnienia wytwarzania związków azotowych w dużej skali i ma jedynie historyczne znaczenie

15 Przykład wariantów koncepcji Jakie surowce były najtańsze i najbardziej dostępne? NH 4 NO 3

16 Przykład wariantów koncepcji Czy możemy otrzymać azotan amonu z powietrza i wody???

17 Przykład wariantów koncepcji zagadnienia przemysłowej produkcji azotanu amonu polegały na : 1. wyeliminowaniu surowców możliwych do uzyskania w sposób bardzo ograniczony (amoniak z gazowni, saletra chilijska) i zastąpieniu ich surowcami głównymi, których zapasy są praktycznie nieograniczone (tlen, azot, woda) 2. znalezieniu takiego rozwiązania, w którym wykorzystuje się ciepło reakcji egzotermicznej amoniaku z kwasem azotowym dla odparowania roztworu azotanu amonu ( z wyeliminowaniem niebezpieczeństwa wybuchowego azotanu amonu)

18 Przykład wariantów koncepcji tworzenie tlenku azotu z tlenu i azotu przebiega w bardzo wysokiej temperaturze (temperatura w łuku elektrycznym ok o C) obliczenia termodynamiczne wartości stałej równowagi reakcji (a) wykazują, ze wydajność reakcji będzie niewielka, a zużycie energii na ogrzanie reagentów bardzo duże

19 Przykład wariantów koncepcji obliczenia termodynamiczne wykazują, że odwrócenie reakcji rozpadu azotynu amonu mogłoby nastąpić dopiero w warunkach, których nie można zrealizować w praktyce koncepcja jest nierealna!!!

20 Przykład wariantów koncepcji metoda ta stosowana jest w przypadku, gdy dysponujemy tanią energią elektryczną, która zużywana jest w dużych ilościach w procesie elektrolizy

21 Przykład wariantów koncepcji

22 Przykład wariantów koncepcji koncepcja otrzymywania azotanu amonu z amoniaku wytwarzanego przez syntezę z azotu i wodoru jest obecnie jedyną metodą stosowana w skali przemysłowej w koncepcji tej otrzymuje się tlenek azotu nie przez bezpośrednie łączenie tlenu z azotem, lecz drogą pośrednią przez kolejne wytwarzanie i utlenianie amoniaku przypadek ten ilustruje sformułowane powyżej twierdzenie, że wprowadzenie surowca pomocniczego (wodoru) umożliwia przeprowadzenie z dużą wydajnością reakcji (N 2 + O 2 ), której bezpośrednie przeprowadzenie jest utrudnione