PODSTAWY TECHNOLOGII OGÓŁNEJ wykład 1 TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU
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
nauki podstawowe są rozwijane przez ludzką ciekawość świata nauki stosowane stawiają sobie za cel rozwiązywanie konkretnych problemów
Nauką podstawową technologii chemicznej jest chemia ODKRYCIE NAUKOWE WYNALAZEK APLIKACJA
duża skala strona ekonomiczna zagadnienia aspekt środowiskowy
Fazy i etapy opracowywania technologii [Synoradzki, Wisialski, 2006]
Współczesne uwarunkowania projektowania procesowego Nowe materiały aparaturowe i konstrukcyjne Wykorzystanie komputerów Wzrastające wymogi ochrony środowiska Rosnące koszty energii
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
Koncepcja chemiczna procesu Dokonanie wyboru surowców i ustalenie szeregu przemian chemicznych i fizycznych zapewniających otrzymanie produktu.
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
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
Koncepcja technologiczna Jest to określenie liczby, kolejności i rodzajów procesów podstawowych niezbędnych do prowadzenia produkcji
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
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
Przykład wariantów koncepcji Jakie surowce były najtańsze i najbardziej dostępne? NH 4 NO 3
Przykład wariantów koncepcji Czy możemy otrzymać azotan amonu z powietrza i wody???
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)
Przykład wariantów koncepcji tworzenie tlenku azotu z tlenu i azotu przebiega w bardzo wysokiej temperaturze (temperatura w łuku elektrycznym ok. 3000 o C) obliczenia termodynamiczne wartości stałej równowagi reakcji (a) wykazują, ze wydajność reakcji będzie niewielka, a zużycie energii na ogrzanie reagentów bardzo duże
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!!!
Przykład wariantów koncepcji metoda ta stosowana jest w przypadku, gdy dysponujemy tanią energią elektryczną, która zużywana jest w dużych ilościach w procesie elektrolizy
Przykład wariantów koncepcji
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