Technologia chemiczna. Zajęcia 1

Transkrypt

1 Technologia chemiczna Zajęcia 1

2

3 Obecność na zajęciach Aktywność na zajęciach Zasady zaliczenia Dwa kolokwia (zaliczenie od 60%) Kolokwium I 6/ Kolokwium II 24/ Prezentacja (Omówienie procesów technologicznych na wybranych przykładach (synteza H 2 SO 4, NH 3, NaHCO 3, HNO 3,nawozyfosforowe)

4 Zasady zaliczenia Poszczególne komponenty Max ilość punktów obecność na zajęciach 10 aktywność 20 dwa kolokwia 80 prezentacje 30 suma 140

5 Cel projektu procesowego - Sporządzenie dokumentacji technologicznej pozwalającej na zaprojektowanie instalacji Zakres projektu procesowego 1. Opracowanie koncepcji chemicznej procesu (statyka i kinetyka chemiczna) Dobór właściwych reakcji Analiza termodynamicznych warunków ich realizacji Doświadczalna weryfikacja zebranych danych Określenie podstawowych parametrów procesu dla osiągnięcia maksymalnej wydajności

6 Zakres projektu procesowego 2. Opracowanie koncepcji technologicznej procesu Prace przygotowawcze zmierzające do praktycznej realizacji procesu produkcyjnego Bilans materiałowy i energetyczny Dobór aparatury Opracowanie schematu technologicznego 3. Opracowanie wstępnego uzasadnienia ekonomicznego Konieczność analizy efektów ekonomicznych wynikająca z postawionego celu - wdrożenia do przemysłu nowej technologii Wykonać wstępne rozeznanie ekonomiczne procesu, które obejmuje: Zestawienie wskaźników technicznych Analizę kosztu własnego produkcji

7 Treść projektu 1. Ogólna charakterystyka i zapotrzebowanie wyrobu 2. Światowe kierunki sposobów wytwarzania i rozwiązań technicznych 3. Charakterystyka proponowanej metody 4. Charakterystyka surowców 5. Charakterystyka produktu głównego i ubocznych 6. Charakterystyka odpadów i ścieków z omówieniem możliwości ich utylizacji, magazynowania, neutralizacji 7. Schemat ideowy 8. Indywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowych 9. Bilans materiałowy 10. Bilans cieplny 11. Opis procesu technologicznego 12. Schemat technologiczny 13. Materiały konstrukcyjne i ochrona przed korozją 14. Zestawienie aparatów i urządzeń 15. Harmonogram pracy aparatów 16. Kontrola produkcji 17. Wskaźnik zużycia surowców i energii 18. Zapotrzebowanie siły roboczej 19. Koncepcja przestrzennego rozmieszczenia aparatów i urządzeń 20. Zagadnienia BHP Koncepcja chemiczna Koncepcja technologiczna

8 Schemat ideowy Schemat ideowy inaczej schemat blokowy (block diagram) to graficzne przedstawienie procesu technologicznego, polegające na zestawieniu poszczególnych procesów i operacji jednostkowych w kolejności ich realizacji oraz wszystkich występujących strumieni masowych. Proces jednostkowy wyodrębniony zespół przemian fizycznych i chemicznych materii, charakterystyczny ze względu na zachodzącą reakcję chemiczną, np. procesy tj. sulfonowanie, nitrowanie, hydroliza, elektroliza itp... Operacja jednostkowa wyodrębniony zespół fizycznych przemian materii(bez reakcji chemicznej!!!), charakterystyczny ze względu na ich skutek, np. destylacja, rektyfikacja, absorpcja, mieszanie, homogenizacja, suszenie itp..

9 Elementy schematu ideowego

10 Schemat ideowy Ciągi procesów pomocniczych powinno się rozmieścić obok ciągu głównego lub na odrębnych arkuszach. Zwyczajowo pomija się proste operacje ogrzewania, chłodzenia, jedynie podaje się wymaganą temperaturę procesu lub operacji oraz ciśnienie. Strumienie masowe wchodzące rysuje się od góry natomiast wychodzące od dołu prostokątów oznaczających poszczególne procesy i operacje. Można również graficznie wyróżnić stan skupienia poszczególnych strumieni(ciekłe, gazowe, ciała stałe).

11 Otrzymywanie siarki metodą Clausa Spalanie siarkowodoru H2S + 1/2 O2 S + H2O H2S + 3/2 O2 Konwersja SO2 + H2O 2H2S + SO2 3S + 2H2O Dopalanie H2S + 3/2 O2 SO2 + H2O Rys. 2. Schemat ideowy otrzymywania siarki metodą Clausa, 1-gaz bogaty w siarkowodór, 2- powietrze z dmuchawy, 3gaz opałowy, 4- gazy spalinowe, 5- gazy poreakcyjne, 6- para nasycona, 7- gazy z wieży myjacej, 8- schłodzona ciekła siarka, 9- gaz po wykropleniu par siarki, 10- gaz z resztkami siarkowodoru, 11gaz niezawierający siarkowoodru, 12- siarka, 13- siarka zawracana do obiegu, 14- woda chłodząca, 15-99,6% siarka ciekła do platkowania

12

13 Zadanie 1 Narysuj schemat ideowy otrzymywania karbidu(cac 2 )

14 Surowcami do wytwarzania karbidu (CaC 2 ) są wapno palone i koks temp CaO+ 3C CaC 2 + CO 1. Surowce do produkcji karbidu poddawane są wstępnie procesowi rozdrabniania, za pomocą łamaczy szczękowych. Następnie surowce trafiają do zbiorników magazynowych, gdzie są odpowiednio przechowywane. Przygotowany i zmagazynowany surowiec pobierany jest za pośrednictwem przenośnika kubełkowego do zbiornika (silosa), a następnie w odpowiednich proporcjach dozowane zasuwą na przenośnik taśmowy do pieca. 2. Po załadunku pieca następuje włączenie prądu elektrycznego o natężeniu 100kA i napięciu V, temperatura w piecu wynosi st.c Po 2,5 h prąd zostaje wyłączony i następuje rozładunek pieca za pomocą ruchomego przenośnika taśmowego. 3. Gorący produkt zostaje schłodzony przeponowo parą wodną o temperaturze 100 st.c. Ochłodzony karbid często jest zbrylony, dlatego stosuje się dodatkowo rozdrabnianie większych kawałków produktu. 4. Rozdrobniony karbid o granulacji 2-8 mm pakowany jest do metalowych beczek i szczelnie zamykany.

15 Rys.1. Schemat ideowy otrzymywania karbidu 1-wapno palone (CaO,MgO), 2-wapno palone rozkruszone, 3-koks (C), 4-karbid, 5-gazy poreakcyjne (CO, H 2, CO 2, O 2 ), 6-para wodna, 7-przegrzana para wodna, 8-ostudzony karbid

16 Zadanie 2 Narysuj schemat ideowy otrzymywania amoniaku metodą Habera-Boscha

17 Substratami to syntezy są azot i wodór, reakcja przebiega zgodnie z równaniem: N 2 +3H 2 2NH 3 Metoda bezpośredniej syntezy amoniaku z azotu i wodoru została odkryta przez niemieckiego fizykochemika Fritza Habera i otrzymał on za to odkrycie w 1918 r. Nagrodę Nobla. Metoda ta została wykorzystana na dużą skalę przy użyciu katalizatorów i wysokiego ciśnienia przez Carla Boscha, chemika przemysłowego, który otrzymał za to Nagrodę Nobla w 1931 r. Jest to reakcja równowagowa i im wyższe jest ciśnienie i im niższa jest temperatura tym więcej amoniaku jest tworzone w reakcji. Obniżenie temperatury powoduje jednak znaczne spowolnienie reakcji. niezbędny jest zatem znalezienie optymalnej temperatury, przy której uzyskuje się akceptowalną szybkość tworzenia amoniaku oraz wydajność tej reakcji. W praktyce przemysłowej reakcja ta jest przeprowadzana przy ciśnieniu ok 200 do 400 atmosfer oraz temperatur wahających się pomiędzy 400 a 650 C. Mieszanina gazów jest sprężana do ciśnienia 250 at i trafia do konwentora z katalizatorem (Fe z promotorami np. K 2 O). Poreakcyjna mieszanina gazów opuszczająca konwentor chłodzona jest do temperatury -50 C. W tej temperaturze zachodzi skroplenie amoniaku. Pozostałą mieszaninę azotu i wodoru zawraca się na początek procesu.

18 Zadanie 3 Narysuj schemat ideowy otrzymywania kwasu salicylowego

19

20 Zadanie 4 Przedstaw schemat ideowy otrzymywania sody(węglanu sodu) metodą Solvay a

21 Metoda produkcji sody metodą Solvaya polega na wykorzystaniu ciągu następujących reakcji chemicznych: CaCO 3 CaO+CO 2 2NaCl+2NH 3 +2CO 2 +2H 2 O 2NaHCO 3 +2NH 4 Cl 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O-(kalcynacja) 2NH 4 Cl+CaO 2NH 3 +H 2 O+CaCl 2 co sumarycznie daje: CaCO 3 +2NaCl Na 2 CO 3 +CaCl 2 Z reakcji sumarycznej wynika, że surowcami są węglan wapnia i sól kamienna (chlorek sodu), amoniak jest surowcem pomocniczym, koks używany jako paliwo do wypalania wapna palonego z wapniaka. Proces wytwarzania sody amoniakalnej składa się z następujących głównych procesów i operacji: przygotowanie roztworów soli nasycanie solanki amoniakiem w celu otrzymania solanki amoniakalnej wypalanie wapna z kamienia wapiennego z jednoczesnym wytworzeniem gazów zawierającychco 2 nasycaniesolankiamoniakalnejco 2 (karbonizacja) oddzieleniekryształównahco 3 odługumacierzystego suszeniewilgotnegonahco 3 ijegorozkładtermiczny(kalcynacja) regeneracja NH 3 z ługów macierzystych przez zmieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie