Промышленная химия

Медь и ее сплавы водородной среде применять не рекомендуется.

Скорость коррозии - количество металла, разрушаемого в единицу времени с единицей геометрической поверхности металла. Зависит от концентрации и скорости движения раствора, состава и структуры металла, растворимости продуктов коррозии, от качества обработки поверхности МЕ, от Т и Р.

2 классическая схема производства контактной серной кислоты.

Существует два метода

1. нитрозный - 20 %

2. контактный - 80%

а. Обжиг серосодержащего сырья

Сырье: Сера, сульфиды металла, серосодержащие газы

4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃=8SO₂^

Ожиг проводится при температуре 800-850^оС, давление атм

б. очистка от примесей

Огарок, Мышьяк, селен, пары воды, серная кислота, туман от примесей очищают сухим способом в циклонах и электрофильтрах

в. контактное окисление SO₂ в SO₃

SO₂+0,5 O₂ = SO₃ +Q

5 слоёв катализатора, температура входа 400 ^оС, в качестве катализатора используется СВД (сульфованадидиамит), СВС ( сульфованадиселикогель)

г. абсорбция SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Исходный колчедан (пирит) поступает в обжиговую печь КС 2, в нижнюю часть которой вентилятором 1 подается воздух. Здесь пирит окисляется до SO₂ и Fe₂O₃ (огарок), который направляется в огаркохранилище. Газовая фаза (N₂, O₂, SO₂) поступает в котел-утилизатор 3, в котором за счет теплоты вырабатывается пар. Далее газы очищаются от пыли в циклоне 4 и электрофильтрах 5. Далее проводят мокрую очистку газа от остатков пыли (вредных для ванадиевых катализаторов) в промывных башнях 6 и 7, а также в мокрых электрофильтрах 8. Газ подается снизу колонны. Кислоту для орошения подают из сборника 20. Башня 6 представляет собой полую стальную колонну, внутри выложенную рольным свинцом, кислотостойкими материалами (полиизобутиленом, футерованную кислотостойким кирпичом), кислоту подают в коллекторы, расположенные на крышке башни, откуда она поступает в 10-20 распылителей. Башня 7 заключена в стальной корпус, заполнена кольцами Рашига (насадка) для увеличения поверхности контакта газа и жидкости .

Затем газ освобождается от влаги в сушильной башне 10, а от тумана серной кислоты и брызг в брызгоуловителе 11 . Очищенный и осушенный сернистый газ вентилятором 12 подается в контактное отделение. Газ перед контактным аппаратом 14 нагревают в теплообменнике 13 до температуры зажигания катализатора. Процесс окисления диоксида серы в триоксид протекает по реакции на ванадиевых катализаторах



Газ проходя слои катализатора окисляется, при этом он сильно разогревается, поэтому его охлаждают между слоями в выносных холодильниках. После контактного аппарата SO₃ направляют в олеумный 16, а затем в моногидратный 17 абсорберы. От брызг и серного тумана газ очищают в брызгоуловителе 11 и выбрысывают в атмосферу с содержанием 0,15-0,3 % SO₂.

1. Схема до вентилятора 12 работает при небольшом разряжении, а после вентилятора при небольшом избыточном давлении.

2. Олуемный абсорбер стоит по газу первым, т.к. здесь наибольшая концентрация SO₃.

3 какую фосфорную кислоту получают при разложении фосфатов кальция серной кислоты.

Экстракционную фосфорную кислоту получают разложением природных фосфатов:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 5nH2O = 5CaSO4 * n H2O + 3H3PO4 + HF

Взаимодействие фосфатов с серной кислотой - это гетерогенный, массообменный процесс с химической реакцией с образованием нерастворимого сульфата кальция.

Оптимальная температура процесса составляет 70 - 90С

В зависимости от типа осаждаемого сульфата различают 3 способа получения ЭФК:

1)дигидратный

2)полугидратный

3)ангидратный

также встречаются комбинированные способы(# 2-1).

Ценность ЭФК заключается в содержании в ней Р4О10.Из фосфатного сырья получают апатитовый концентрат с размерами частиц менее 15 мм и оптимальная температура составляет 70-90 С.

Наиболее распространён дигидратный способ, который осуществляется при t=65-80 С, получая при этом кислоту с содержанием до 30-32% Р2О5.

Полугитратный способ осуществляется при t=90-105 С, получая при этом кислоту с содержанием 50% Р2О5.

Ангидратный способ:

1. позволяет без упаривания получать кислоту содержащею более 50% Р2О5.

2. в процессе экстракции большая часть фтора выделяется в газовую фазу.

3. получаемая кислота меньше загрязняется сульфатом Са.

4. транспортные средства для перемещения сыпучих материалов.

Элеваторы -- машины, предназначенные для транспортирования сыпучих грузов по вертикальному или крутонаклонному (более 60° к горизонту) направлениям. Ковшовые элеваторы используют для транспорта разнообразных сыпучих материалов: колчедана, огарка, солей, апатитового концентрата, различных удобрений. Наклонные элеваторы, снабженные дырчатыми ковшами, служат для отделения твердой сильвинитовой руды от раствора и перегрузки ее из одного растворителя в другой. Широкое применение в промышленности получили более простые по конструкции вертикальные элеваторы, наклонные используются реже.

Достоинства ковшовых элеваторов -- малые габаритные размеры в плане, широкий диапазон производительности (5--600 м³/ч) и значительная высота подъема (до 60 м). Недостатки -- возможность остановки при перегрузке и необходимость равномерной подачи груза.

Элеваторы ковшовые вертикальные выпускают двух типов: ленточные (Л) и цепные (Ц) с ковшами четырех видов (глубокие -- Г, мелкие -- М, остроугольные-- О и скругленные -- С), ширина которых изменяется в пределах 100--1000 мм. Скорость движения ковшей может изменяться от 0,4 до 2,5 м/с.

пневмотранспорт

Системы пневмотранспорта используют для перемещения различных пылевидных и мелкозернистых материалов: апатитового концентрата, фосфоритной муки, молотых мела и известняка, флотационного колчедана, огарка, соды и многих солей.

В установках пневмотранспорта пылевидный пли зернистый материал перемещается по трубам струей воздуха.

К достоинствам таких установок относятся:

1. полная герметичность и надежность в работе;

2. пригодность для транспортировки пылевидных гигроскопичных и пожароопасных материалов;

3. незначительные потери транспортируемого материала,

4. простота устройства и компактность;

5. высокая скорость транспортирования,

6. возможность выполнения технологических операций (нагрев, сушка, охлаждение) одновременно с перемещением

7. значительная длина транспортирования (до 1800м).

Недостатки систем пневмотранспорта:

1. непригодны для транспортировки влажных, налипающих, высокоабразивных и кусковых материалов,

2. наблюдается значительный износ труб при перемешивании абразивных грузов

3. повышенный расход электроэнергии.

Пневматические установки делятся на:

1. всасывающие, или установки пневмотранспорта в разреженной фазе; в них груз перемещается по трубе при давлении воздуха меньше атмосферного (до 0,01 МПа);

2. нагнетательные, или установки пневмотранспорта в плотной фазе; транспортируемый материал перемещается сжатым воздухом с давлением до 0,8 МПа; химический оборудование компрессор машиностроение

3. смешанные, или всасывающе - нагнетательные, в которых часть трубопровода работает под разряжением, а часть под давлением;

4. гравитационный транспорт, где материал перемещается под уклон под действием силы тяжести, а устройства, аппаратов для очистки транспортирующего воздуха, воздуходувной машины - вакуум-насоса, воздуходувки или компрессора.

При выборе транспорта необходимо учитывать следующие факторы

1. величина частиц материала их свойства и температура, большое значение имеют такие показатели как способность материала к слипанию, к схватыванию и хрупкость

2. необходимая производительность установок

3. длина и направление пути и перемещения материала экологически показатели транспортного устройства различного типа

Сырье для производства азотной кислоты

Для разбавленной: аммиак, воздух, вода

Для концентрированной: аммиак, воздух, вода, кислород чистый

Азотную к-ту получают из аммиака, воздуха и воды. Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями катализаторной пыли и смазочного масла(при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака. Дальнейшая очистка происходит в фильтрах, состоящих из чечевицеобразных элементов, фильтрующим материалом в которых является хлопчатобумажная замша. Тонкой очистке аммиачно-воздушная смесь подвергается в фильтре с поролитовыми трубками.

Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной к-ты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Воздух очищают, как правило, в скруббере, орошаемом водой, затем в двухступенчатом фильтре.

Вода, используемая для технологических нужд, подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных в ней солей. Для получения реактивной азотной к-ты требуется чистый паровой конденсат, который дополнительно очищают от возможных примесей.

Классификация сырьевых источников в технологии неорганических материалов

Сырьё классифицируется по различным признакам

1. по происхождению.: минеральное, растительное, животное

2. по запасам : возобновляемые (воздух, вода), не возобновляемые (руды, минералы)

3. по агрегатному состоянию: твёрдые ( руды, мин.удобрения) , газообразные ( ПГ, воздух ), жидкости (нефть, уголь)

4. первичные и вторичные

5. природные и искусственные (кокс)

Сырьё применяемое в химической промышленности должно удовлетворять ряд требований

1. минимальные энергетические и материальные затраты на подготовку сырья к хим. превращениям

2. минимально число стадий переработки в конечный продукт

3. минимальное рассеивание искусственной энергии

4. возможна более низкая тем-ра , давление, расход энергии на изменении агрегатного состояния реагирующих веществ

2. Основные стадии производства аммиачной селитры (нитрат аммония) и их краткая характеристика.

Является концентрированным азотным удобрением, применяют в производстве взрывчатых веществ, минеральных удобрениях.

Получение NH₄NO₃:

t=180-220^oC; P=0.35-0.6 МПа

Для реакции (*) используют растворы 40-60% HNO₃ получают концентрированный раствор NH₄NO₃ далее его упаривают с использованием тепла реакции (*).Кол-во теплоты зависит от концентрации исходной азотной кислоты( чем меньше конц-ия кислоты, тем меньше выделяется теплота) чем выше конц-ия кислоты тем эффективнее протекает процесс:

1. Меньше воды в реакционной смеси.

2. чем выше конц-ия кислоты, тем больше выделяется теплоты.

3. чем выше конц-ия кислоты, тем больше выход готового продукта.

Самоиспарение раствора при атмосферном давлении .

Соковый пар при этом используют для дальнейшей упарки раствора от 80-99% основного вещества в целевом продукте в вакуум-аппаратах, что позволяет исключить процесс кипения раствора в зоне реакции. Отвод теплоты осуществляют в самом нейтрализаторе, в котором параллельно с нейтрализацией протекает процесс кипения и упарки раствора. Поэтому реактор назван ИТН(Использовании теплоты нейтрализации).

Для получения плава целевого продукта растворы упаривают в вакуум-выпарных аппаратах, используя соковый пар из аппаратов ИТН.

Весь NH₄NO₃ выпускают в гранулированном виде (гранбашни и аппараты кипящего слоя). На выходе из аппаратов газ, содержащий NH₃ и пыль абсорбируют 20% раствором NH₄NO₃.

Для производства NH₄NO₃ используют аппараты АС-72 и АС-72м

Производительность 1360-1575 тонн в сутки.

Используется процесс опудривания для уменьшения слежиаемости (вводят кондиционирующие добавки(#, полимерные, , и другие) в кол-ве 0,3-0,6%.)

На 1тонну продукта расходуется: NH₃ - 0.213т., HNO₃ - 0.793т., пар - 0,98 ГДж, электроэнергия - 28,6 кВт/час.

Установка пневмотранспорта. Схемы установок. Назначение

Системы пневмотранспорта используют для перемещения различных пылевидных и мелкозернистых материалов: апатитового концентрата, фосфоритной муки, молотых мела и известняка, флотационного колчедана, огарка, соды и многих солей.

В установках пневмотранспорта пылевидный пли зернистый материал перемещается по трубам струей воздуха. К достоинствам таких установок относятся: полная герметичность и надежность

работе; пригодность для транспортировки пылевидных гигроскопичных и пожароопасных материалов; незначительные потери транспортируемого материала, простота устройства и компактность; высокая скорость транспортирования, возможность выполнения технологических операций (нагрев, сушка, охлаждение) одновременно с перемещением и значительная длина транспортирования (до 1800м). Недостатки систем пневмотранспорта: непригодны для транспортировки влажных, налипающих, высокоабразивных и кусковых материалов, наблюдается значительный износ труб при перемешивании абразивных грузов и повышенный расход электроэнергии. Пневматические установки делятся на:

1. всасывающие, или установки пневмотранспорта в разреженной фазе; в них груз перемещается по трубе при давлении воздуха меньше атмосферного (до 0,01 МПа);

2. нагнетательные, или установки пневмотранспорта в плотной фазе; транспортируемый материал перемещается сжатым воздухом с давлением до 0,8 МПа;

3. смешанные, или всасывающе - нагнетательные, в которых часть трубопровода работает под разряжением, а часть под давлением

4. гравитационный транспорт, где материал перемещается под уклон под действием силы тяжести

В установке всасывающего типа (рис. 7.8, а) транспортируемый материал через загрузочное сопло 1 вместе с воздухом засасывается в трубопровод 2. Основное количество материала отделяется в разгрузителе 3 и через шлюзовой затвор 4 (например, секторный питатель) выгружается из системы. Циклон 5 и рукавный фильтр 6 служат для очистки транспортирующего воздуха от пыли, а вакуум-насос 7 засасывает воздух из атмосферы через сопло (рис. 7.8, б) и выбрасывает его в атмосферу. Такие установки удобно использовать для разгрузки вагонов и сбора материала из 2--4 точек в одно место. Расстояние транспортирования обычно составляет 15--20 м, реже 40--60 м.

Недостатки установок всасывающего типа: высокий расход энергии на транспорт вследствие низкой концентрации материала в воздухе (не более 10 кг/кг) и высокой скорости воздуха (20--30 м/с), а также попадание пыли в воздуходувную машину.

Установки нагнетательного типа (рис. 1 ,в) более экономичны, чем всасывающие. Благодаря большей плотности воздуха в них допускается концентрация твердого материала до 100 кг/кг и выше. Транспортируемый материал из бункера 9 через питатель 4 подают в трубопровод 2, в который поступает воздух из компрессора (воздуходувки) 8. После отделения материала в разгрузителе 3 и очистке от пыли в фильтре 6 воздух выбрасывают в атмосферу. В данном случае компрессор работает на чистом незапыленном воздухе. Перепад давления между концами транспортирующей сети может составлять 0,5-- 1,3 МПа, а расстояние перемещения груза достигает 1800 м. Нагнетательные установки могут подавать материал из одной точки (склада) в несколько адресов, например, транспортировать апатитовый концентрат в несколько цехов.

Установки пневмотранспорта с камерными насосами (рис. 7.8, г) наиболее экономичны, так как в них концентрация транспортируемого материала в воздухе может достигать 500 кг/кг. Эти установки используют для подачи разнообразных материалов на значительную высоту (60--100 м), например, для подъема апатитового концентрата от уровня земли в верхнюю часть силосного склада. Из бункера 9 винтовым питателем 12 транспортируемый материал додается в камеру через клапан 11. После заполнения камеры клапан автоматически закрывается и в камеру поступает сжатый воздух от компрессора 8, часть воздуха поступает через аэрирующее устройство 10. Взвесь материала в воздухе по трубопроводу 2 транспортируется в силосный бункер 13, который одновременно служит отделителем. Воздух очищается от пыли в фильтре 6 и выбрасывается в атмосферу. Камерный насос работает периодически, для повышения равномерности подачи, как правило, устанавливают два попеременно работающих насоса.

Экономичность и надежность работы устройств пневмотранспорта зависит от концентрации транспортируемого материала в воздухе и скорости воздуха в трубопроводе. Допустимая концентрация материала ц, (кг/кг воздуха) зависит от плотности и размера частиц, а также от системы пневмотранспорта.

Необходимую скорость транспортирующего воздуха можно принять по табл. 7.5, которая составлена на основании практических данных. Наибольшие значения рекомендуются для установок, работающих в разреженной фазе (всасывающих), а наименьшие -- для нагнетательных установок.

Особенности расчёта АВД

Цилиндрические обечайки, работающие под внутренним давлением. Исходными данными для расчета толщины стенки цилиндрической обечайки обычно являются внутренний диаметр, внутреннее давление, перепад температур по толщине стенки ЛТ и механические свойства материала сосуда при рабочей температуре стенки -- предел текучести п_т предел прочности при растяжении п_в.

При действии на цилиндрическую оболочку внутреннего давления или перепада температур в ней возникают три вида напряжений: тангенциальное - действующее по касательной к образующей цилиндра; осевое - направленное вдоль оси цилиндра, и радиальное - действующее перпендикулярно к окружности цилиндра.

Распределение напряжений го толщине стенки описывается уравнением Ляме. При внутреннем давлении радиальное сжимающее напряжение равно давлению среды у внутренней поверхности, уменьшаясь до нуля у наружной.

Осевое напряжение равномерно распределено по толщине стенки. Оно приводит к появлению дополнительных растягивающих усилий.

Расчёт на прочность Особенности имеются в связи с тем, что толщина стенки значительна и нельзя пренебрегать неравномерным распределением напряжения в радиальном направлении.

Напряжение которое действие на аппарат:

Осевое

Кольцевое

Радиальное

Кольцевые и осевые - растягивающие напряжения, а радиальное - сжимающее напряжение.

Осевое - равномерное распределено по толщине стенки

у = Р· R²_вн · (R²_в -R²_вн)

R_в - внешний радиус цилиндра

R_вн - внутр. Радиус цилиндра

Р- внутр. Давление

Радиальное - достигает наибольшей величины на внутренней стенке аппарата

у_r =-Р - условие выполняется на внутренней стенке аппарата

у_r = 0 - внеш. Стенка

Кольцевое - достигает наибольшей величины на внутр. стенке и рассчитывается:

у_{к вн} = Р · (R²_в +R²_вн)/( R²_в -R²_вн)

у_{к в} = Р · 2R_в

В действующих в настоящее время нормах расчета толщина стенки сплошной обечайки равна:

S= 0.5 · D_вн · (в-1) + С + С₁

D_вн - внутр диаметр

в -коэф. толстостенности

С - прибавка на коррозию

С₁ - конструкционная прибавка

в = D_в/ D_вн

D_в = в · D + 2C+ С₁

Lg в = P/ у · ц

ц - коэффициент прочности сварного шва

Для цельнокованых и многослойных аппаратов ц =1

Для штампосварных ц =0.95 (из низколегированных сталей)

Среднелегированных сталей - ц =0.85

Конструктивную прибавку С1 принимают в зависимости от технологии изготовления аппарата и допуска на разностенность и отклонение от внутр. и внеш. Диаметров

Толщина плоских и выпуклых днищ определяется по формуле:

S = 0.45 · D · vP/ [у] · ш) + С + С₁

ш - коэф. ослабления днища отверстия

ш = 1+ ?d_i/D

?d_i- максимальная сумма диаметров отврстия

Влияние температурных напряжений. Возникают в следствие неравномерного нагрева стенки толстостенного аппарата, когда температура внутри аппарата выше, чем снаружи, внутренние более нагретые слои металла, испытывают сжимающее действие со стороны более холодных внешних слоев. Поэтому на внутр. стенке появляется сжимающее напряжение, а на внешней - растягивающее.

Кольцевые температурные напряжения на внутренней и наружной поверхностях определяют по формулам Лоренса

Катализаторы синтеза метанола

Катализаторы синтеза метанола изготавливают на основе цинк хромовых катализаторов и медных, при этом высокотемпературные это цинк хромовые, потому что они менее подвержены отравлению, а низкотемпературные это медные катализаторы,

Для достижения максимальной производительности синтез метанола на цинк-хромовом катализаторе необходимо проводить при наибольших давлении и объемной скорости газов, при температуре около 360 °С, соотношении Н₂:СО = 4 и более мелком зерне катализатора.

1. Высокотемпературный синтез работает на Zn- Cr kt при Р= 25-35 МПа, t= 350-400°С . Эти kt менее подвержены отравлению.

2. Низкотемпературный синтез работает на медьсодержащих kt при Р= 5МПа, t= 220-280°С . Для этих kt контактными ядами являются: соед-я S, Cl, As,масла и т.д.

Cu-Zn-Al CuO-33% ZnO-27% Al₂О₃ -5,5%

Классификация минеральных удобрений

1. По происхождению:

-минеральные

-органические

-органо-минеральные

-бактериальные

МУ(искусственные удобрения)-выраб. на хим.предприятиях орг.вещ-ва, а также ископаемые продукты, главным образом минеральные соли. К ним относят и некоторые орг.вещ-ва, #карбамид.

Орг. Удобрения-содержат питательные элементы главным образом в составе орг.соединений и обычно являются продуктами естественного происхождения( навоз, торф, солома)

Органо-минеральные удобрения-смесь орг. и минеральных удобрений.

Бактериальные удобрения- содержат культуры микроорганизмов способствующих накоплению в почве усеваемых форм питательных элементов.

2. По срокам внесения:

основные(предпосевные)

припосевные

подкормки

3. По видам питательных элементов:

Азотные(NH₃, NH₄NO_3, (NH₄)₂SO₂ , NH₄NO₃, Ca(NO₃)₂ , NaNO₃, карбамид, карбамидоформальдегидное удобрение).

Фосфорные-суперфосфат простой, суперфосфат двойной, фосфоритная мука, фосфатные шлаки, дикальций фосфат, обесфторенный фосфат.

Калийные-KCl, K₂SO₄, смешанные калийные соли( KCl+NaCl)либо(KCl+MgSO₄).

Комплексные удобрения-суперфосфат аммонизированный, нитроаммофоска, нитрат калия, аммофос, магний-аммоний фосфат, диаммофос, нитроаммофос, нитрофоска, метафосфат аммония, аммофоска, полифосфат аммония.

Также могут быть магневые, борные и другие.

Основными формами азотных удобрения являются аммиачные, аммонийные( фосфат, хлорид, сульфат и другие), нитратные(селитры K,Na, Mg), амидные(карбамид, цианомид, Ca…).

Фосфорные(соли фосфорных кислот).

Калий входит в состав удобрений в форме солей(хлорид, сульфат, карбонат, фосфат, нитрат).

Питательные элементы содержащиеся в растениях и в почве, содержащие в количествах от несколько % до сотых долей( на сухое вещество) называются макроэлементы(N₂, P, K, Ca, Mg, Na).

Удобрения предназначенные для питания растенний в небольших колличествах называются микроудобрениями, а питательные элементы содержащиеся в них называются микроэлементами.

4. По агрохимическому значению:

-прямые удобрения-являются источником питательных элементов для расстений.

-косвенные-служащиеся для мобилизации находящихся в почве действующих веществ.(путём улучшения её хим., физ., биологических свойств).# известкование ( уменьшение кислотности).

5. По содержанию основных питательных элементов N, P, K.

Однокомпонентные(простые) содержат только один из основных элементов и комплексные 2 или 3 питательных элемента содержат(# KNO₃). По числу главных питательных элементов комплексные удобрения могут быть либо двойными( N-P, P-K, K-N), и тройными (N-K-P). Удобрения содержащие более 33% действ.веществ называют концентрированными, более 60% высококонцентрированными.

6. По конституции:

-смешанные -это механические композиции удобрения состоящие из разнородных частиц, получаемые простым смешением порошкообразных(кристаллических)или гранулированных однокомпонентных или сл.удобрений.

-сложные удобрения-это удобрения содержащие несколько питательных элементов, полученных в результате хим.реакции.

сложные удобрения могут быть и жидкими.

Удобрения в которых соотношения питательных элементов соответствует агротехническим требованиям(для почвы, определённой культуры-называют уравновешанными, а удобрения, все компоненты которых служат для питания растения-называют дисбаластные).

Многофункциональные-удобрения содержащие кроме питательных элементов, вещества оказзывающие спец.воздействие на почву и растения.

7. По агрегатному состоянию:

-твёрдые(порошковидные, крист., гранул. d>1мм).

-жидкие

-газообразные(CO₂ применяется в теплицах, под укрытиями).

8. По степени растворимости:

фосфорные удобрения делят:

-водорастворимые

-цитраторастворимые

-лимонорасворимые

-труднорастворимые

-нерастворимые

9. По лёгкости усвоения калия:

-водорастворимый калий

-обменный калий

-необменный калий

10. По «физиологическим» свойствам:

(неодинаковой степени использования анионов и катионов).

-физиологически-кислые

-физиологически-щелочные

-физиологически-нейтральные.

Технологическая схема производства концентрированной азотной кислоты

Исходная аммиачно-воздушная смесь образуется в смесителе 1 под давлением 0,6-0,8 МПа, затем окисляется в конверторе 2 при температуре 880-910 ⁰С. Тепло реакции окисления идет на получение пара в котле-утилизаторе 3 здесь и далее в подогревателе отходящих газов 4 нитрозный газ охлаждается сначала до 300 ⁰С, а затем в холодильнике 5 до температуры до температуры конденсации NHO₃. В 5 образуется 30-%-ая кислота и происходит осушка газа за счет конденсации большей части воды. Нитрозные газы (НГ) поступают в холодильник-окислитель 6, где основная масса оксида азота окисляется до диоксида (реакция более интенсивно, поскольку

А) температура ниже, чем в предыдущих теплообменниках

Б) вносится часть воздуха (регулируется степень окисления))

Здесь в 6 образуется 58-60%-ая HNO₃ , которая поступает в холодильники-конденсаторы 7 и 8 вместе с нитрозными газами, где смесь охлаждается рассолом до -20 ⁰С, образующийся при охлаждении димер N₂O₄ в присутствии HNO₃ не кристаллизуется, а остается в жидкой фазе (не забивает трубы). Полученная жидкая (сырая) смесь, состоящая из HNO₃+N₂O₄+N₂O₃+H₂O собирается в смеситель 9.

Газовая фаза состоящая, в основном из NO₂+N₂+O₂ из 8 поступает в тарельчатые колонны (на схеме не показаны) на абсорбцию по обычной схеме для получения 55%-ой азотной кислоты.

Сырую смесь подают в автоклав 11, где ее обрабатывают кислородом под давлением 5 МПа и при избытке N₂O₄ образуется 98-99% HNO₃ собирается в емкость 12, в которой давление сбрасывают до 0,1 МПа. В этот момент растворенные газы (N₂, O₂ и др.) выделяются в газовую фазу, N₂O₄ разлагается по обратной реакции до NO₂. Смесь этих газов смешивается с потоком газовой фазы из сборника 9 и газов из отбелочной колонны 14, конденсируется рассолом в теплообменнике 16 и возвращается в смеситель 9. Кислота из емкости 12 охлаждается рассолом с температуры 70-80 ⁰С до 0⁰С в холодильнике 13 и поступает в верхнюю часть отбелочной колонны 14. Охлаждение позволяет уменьшить унос паров HNO₃ с отходящими оксидами азота, выходящими из колонны и сократить ее количество в цикле. Из нижней обогреваемой части колонны 14 удаляется отбеленная (т.е. освобожденная от NO₂, имеющего коричневую окраску) кислота с концентрацией 98% и после охлаждения в холодильнике 15 собирается в емкость 17. Газ из колонны 14, имеющий высокое содержание NO₂, сильно охлаждается в 16 для образования жидкого димера N₂O₄ и сливается в смеситель 9.

В рассмотрено схеме в концентрированную азотную кислоту перерабатывается лишь часть оксидов азота, а остальное количество служит полуфабрикатом для получения разбавленной (50-55%-ую) азотной кислоты.

Оптимальный температурный режим контактного окисления SO2 в SO3 на ванадиевом катализаторе

Процесс окисления диоксида серы в трооксид протекает по реакции

SO₂ + 1/2O₂ = SO₃ + Q

на ванадиевых катализаторах при t=400-600 C

Газ проходя слои катализатора окисляется, при этом он сильно разогревается, поэтому его охлаждают между слоями в выносных холодильниках.

Основные технологические стадии в производстве кальцинированной соды аммиачным способом

1 очистка сырого рассола известково - содовым методом

(в рассоле содержат примеси CaCl₂ и MgCl₂)

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3v + 2 NaCl

MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg (OH)2v + CaCl2

Т=20 С

2 обжиг известняка

Проводят в известково - обжиговых печах (ИОП)

CaCO3 = CaO + CO2 - Q

Если t менее 700 С-парц Р мало

Если t>1200 С образ. Легкоплавкие соед.(Fe,Al) привод. К увеличению гидравлического сопротивления ИОП.

t=950-1150 С-рабочий интервал.

В качестве топлива:

СаСО3-40-120 мм(размер кусков)

кокс 30-80 мм

антрацит 50-100 мм

«орех» -25 мм

газы на выходе СО2, N2O2, H2S, SO2, ин. СО

3 подготовка известнякового молока

2CaO + n H2O = CaO + Ca(OH)2 +(n - 1) H2O

при 0 С 0,185 г СаО в 100г Н2О

при 100 С 0,077г СаО в 100г Н2О

Т_{гашения}=80-90 С

4, 5 - аммонизация рассола

4,5 - самые важные стадии производства.

Растворимость СО2 в растворах NaCl очень низкая.

Чтобы удержать СО2 в системе необходимо связать его хим. способом:

Создают парогазовую смесь (H2O-NH3)+CO2 t=58 С

Процесс протекает в несколько стадий, заканчивается обр-ем карбомата аммония, который в дальнейшем гидролизуется с обр-ем карбоната аммония.

NH3+H2O+CO2=NH4HCO3

2NH3+H2O+CO2=(NH4)2CO3

карбамат аммония

NH2COONH4+H2O=NH4HCO3+NH3

при образовании раствора насыщенного по иону кристаллизуется бикарбонат натрия.

(*)

суммарным итогом:

6 фильтрация бикарбоната натрия

Используют вакуум-фильтры различ. конструкции, кристаллы NaHCO3 отправляются в отделение кальцинации, а фильтров-ую жидкость в отдел регенерации NH3.

T_{процесса} поддерживается менее 45 C иначе реакция (*) пойдёт в обратном направлении.

7 регенерация аммиака

Происходит выделение водяного пара NH3, CO2 вся эта смесь возвращается в отдел абсорбции

2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + H2O

8 кальцинация гидрокарбоната натрия

2NaHCO3 - Na2CO3 + H2O + CO2

при Т = 140-150 С. Процесс ретура (возвращения) сухого готового продукта бразуется трона

соль трона -разлагается при 127 С

Растворимость СО2 в растворах хлорида натрия низкая и чтобы удержать его в системе необходимо связать его химическим способом. Создают парогазовую смесь. В этом случае протекает абсорбция СО2 при температуре 58С. Процесс протекает в несколько стадий и заканчивается образованием карбоната натрия.

Элеваторы

Элеваторы -- машины, предназначенные для транспортирования сыпучих грузов по вертикальному или круто - наклонному (более 60° к горизонту) направлениям. Ковшовые элеваторы используют для транспорта разнообразных сыпучих материалов: колчедана, огарка, солей, апатитового концентрата, различных удобрений. Наклонные элеваторы, снабженные дырчатыми ковшами, служат для отделения твердой сильвинитовой руды от раствора и перегрузки ее из одного растворителя в другой.

Ковшовой элеватор (рис. 7.6) состоит из вертикально-замкнутого тягового органа ленты (или цепи) 3 с закрепленными на нем ковшами 4. Лента огибает нижний натяжной барабан (или звездочку) 2 и верхний приводной барабан 8. Тяговый и грузонесущий элементы размещены в закрытом металлическом кожухе, который состоит из нижней части (башмака) 1, средних секций 6 и верхней части (головки) 7. Натяжение тягового органа чаще всего обеспечивает винтовое 11 или рычажное устройство. Внутри кожуха установлено направляющее устройство 10. Сыпучий материал подается через загрузочный патрубок (носок) 5 в ковши, поднимается и разгружается на верхнем барабане (звездочке) в верхний разгрузочный патрубок 9. Звездочки 12 обеспечивают отклонение цепи при самотечной разгрузке. Привод элеватора осуществляют от электродвигателя через редуктор. Привод снабжен остановом -- устройством, препятствующим обратному движению ленты (цепи) при выключении двигателя.

Достоинства ковшовых элеваторов -- малые габаритные размеры в плане, широкий диапазон производительности (5--600 м³/ч) и значительная высота подъема (до 60 м). Недостатки -- возможность остановки при перегрузке и необходимость равномерной подачи груза.

Элеваторы ковшовые вертикальные выпускают по ГОСТ 2036--77 двух типов: ленточные (Л) и цепные (Ц) с ковшами четырех видов (глубокие -- Г, мелкие -- М, остроугольные-- О и скругленные -- С), ширина которых изменяется в пределах 100--1000 мм. Скорость движения ковшей может изменяться от 0,4 до 2,5 м/с.

Пример условного обозначения цепного ковшового вертикального элеватора со скругленными ковшами шириной 800 мм: ЦС-800 ГОСТ 2036--77.

Выбор типа элеватора, типа ковшей, вида и скорости тягового органа, способа загрузки и разгрузки определяется свойствами транспортируемого материала. Так, для пылевидных сухих грузов (фосфоритная мука, сода, угольная пыль) рационально использовать быстроходные ленточные элеваторы (у=1,25--1,8 м/с) с глубокими расставленными ковшами; загрузка -- зачерпыванием, разгрузка -- центробежная. Для плохосыпучих, влажных, зернистых и пылевидных материалов (песок, соли, порошкообразный мел) применяют быстроходные ленточные и цепные элеваторы (и = 0,8--2,0 м/с) с мелкими расставленными ковшами. Для абразивных материалов (колчедан, огарок, кварцит, апатитовый концентрат) рекомендуются тихоходные ленточные и цепные конвейеры (и = 0,4--0,8 м/с) с сомкнутыми остроугольными ковшами, загрузка -- засыпанием, разгрузка -- самотечная направленная.

Для расчета ковшовых элеваторов необходимо определить емкость ковша Vg (м³) и мощность привода.

Способы защиты от коррозии

Наиболее надежным методом является применение материалов, устойчивых в данных условиях. При выборе материала необходимо учитывать не только его коррозионную стойкость, но и стоимость, а также доступность.

Двухслойные стали. Коррозионная аппаратура может быть изготовлена из двух слойного материала: внутренний слой, соприкасающийся с разрушающий средой, - из металла или сплава, устойчивый в данной среде; а наружный, несущий механическую нагрузку, - из углеродистых или конструкционных сталей.

Защитное покрытия. Основной материал корпуса, несущий механическую нагрузку. Может быть защищен от воздействия агрессивной среды следующими методами:

-нанесением пленки или сравнительно толстого слоя коррозионно-устойчивого материала;

-покрытием поверхности листами химически стойкого материала и обкладкой защищаемой поверхности футеровкой из штучных химически стойких изделий (кирпич) на химически устойчивом вяжущем

Защитное покрытие должно обладать высокой стойкостью непроницаемостью, устойчивостью к механическому и абразивному износу и к температурным напряжениям.

Пленочные покрытия из органических (лаки, краски, полимеры, каучуки) и неорганических материалов применяют для защиты от парогазовых сред, в том числе и от атмосферной коррозии.

Они наносятся:

1. Многослойной окраской лаками, красками с сушкой каждого слоя.

2. Гуммированием защищаемой поверхности из раствора каучука с последующей вулканизацией.

3. Газопламенным или вихревым напылением порошкообразных полимерных материалов с последующей сушкой и спеканием.

5. Нанесением шихты из порошкообразного материала с последующим спеканием в стекловидное покрытие.

Пленочное покрытие обладает низкой механической прочностью, низкая допустимая температура (кроме эмалей)

Усиленное защитное покрытие выполняется из термореактивных пластмасс (Фаолит и асбовинил) или из кислотостойкой замазки, которая при последующей термообработке или выдержке переходит в твердое состояние. Для увеличения механической прочности покрытия в сырую массу вводят металлическую сетку, приваленную к защищаемой поверхности точечной электросваркой. Листовое покрытие выполняется из листовых полимерных материалов, сырой или вулканизированной резины, которые крепятся к защищаемой поверхности клеем, либо специальными болтами.

Футеровка аппаратуры штучными кислотоупорными изделиями находит широкое применение в промышленности, особенно при высокой агрессивности среды.

Торкретирование - защитное покрытие на основе торкрет - раствора (смесь песка, кремний - фторид натрия и жидкого стекла). Образуется механически прочный слой, который обладает химической стойкостью ко многим агрессивным средам.

Латексных покрытий. Покрытия на основе водных коллоидных дисперсий каучукоподобных полимеров. Для создания бесшовного непроницаемого подслоя под футеровку. Обладает хорошей адгезией со многими материалами, в том числе и неметаллами. Используется при температуре не более 100 С.

Технологическая схема производства аммофоса

Экстракционная H₃ РО₄ нейтрализуется NH₃ непрерывным способом последовательно в нескольких реакторах 1. Вытекающая из последнего реактора пульпа поступает в распылительную сушилку 5, где она сушится дымовыми газами с t = 650 °С, получающимися в топке при сжигании газообразного топлива. Выходящие из сушилки дымовые газы имеют t = 100 °С и проходят для очистки от пыли циклон 6.

Высушенный порошкообразный аммофос непрерывно дозируется в двухвальный шнек-смеситель13, куда одновременно поступает также мелкая фракция готового продукта и пульпа аммофоса. Оттуда гранулированный аммофос поступает в барабанную сушилку 15. сушку осуществляют дымовыми газами 350 °С из топки . Высушенные гранулы рассеивают. Фракцию с размером зерен больше 4 мм измельчают и передают на рассев, мелкую фракцию с частицами меньше 1 мм возвращают вместе с пылью на грануляцию; фракцию с частицами 1-4 мм направляют на упаковку в качестве целевого продукта.

Пит. в-в в аммофосе может находиться: 10-12% N₂ ; 42-52% усваив. P₂О₅; 34-48% водорастворимого P₂О₅.

H₃ РО₄ + NH₃ = NH₄H₂ РО₄ (80%)

H₃ РО₄ + 2 NH₃ = (NH₄)₂ НРО₄ (5%)

Примеси (NH₄)₂ SО₄ ,фосфаты Fe, Al, Mg.

Особенности механического расчета АВД

Цилиндрические обечайки, работающие под внутренним давлением. Исходными данными для расчета толщины стенки цилиндрической обечайки обычно являются внутренний диаметр, внутреннее давление, перепад температур по толщине стенки ?Т и механические свойства материала сосуда при рабочей температуре стенки -- предел текучести или предел прочности при растяжении.

Материал сосуда подбирают в зависимости от температурного режима работы и способа изготовления аппарата, коррозионной активности среды. Расчеты выполняют либо по максимальным упругим напряжениям, либо по предельным нагрузкам.

Расчет на прочность сосудов и АВД имеют некоторые особенности, связанные с тем, что толщина стенки у них значительна и нельзя пренебрегать неравномерным распределением напряжения в радиальном направлении.

В цилиндрическом сосуде, закрытом с торцов крышками и находящийся под внутреннем давлением действуют:

- кольцевое напряжение

- осевое напряжение

- радиальное напряжение

Кольцевые и осевые - растягивающие напряжения, а радиальное - сжимающее напряжение.

Осевое - равномерное распределено по толщине стенки

у = Р· R²_вн · (R²_в -R²_вн)

R_в - внешний радиус цилиндра

R_вн - внутр. Радиус цилиндра

Р- внутр. Давление

Радиальное - достигает наибольшей величины на внутренней стенке аппарата

у_r =-Р - условие выполняется на внутренней стенке аппарата

у_r = 0 - внеш. Стенка

Кольцевое - достигает наибольшей величины на внутр. стенке и рассчитывается:

у_{к вн} = Р · (R²_в +R²_вн)/( R²_в -R²_вн)

у_{к в} = Р · 2R_в

В действующих в настоящее время нормах расчета толщина стенки сплошной обечайки равна:

S= 0.5 · D_вн · (в-1) + С + С₁

D_вн - внутр диаметр

в -коэф. толстостенности

С - прибавка на коррозию

С₁ - конструкционная прибавка

в = D_в/ D_вн

D_в = в · D + 2C+ С₁

Lg в = P/ у · ц

ц - коэффициент прочности сварного шва

Для цельнокованых и многослойных аппаратов ц =1

Для штампосварных ц =0.95 (из низколегированных сталей)

Среднелегированных сталей - ц =0.85

Конструктивную прибавку С1 принимают в зависимости от технологии изготовления аппарата и допуска на разностенность и отклонение от внутр. и внеш. Диаметров

Толщина плоских и выпуклых днищ определяется по формуле:

S = 0.45 · D · vP/ [у] · ш) + С + С₁

ш - коэф. ослабления днища отверстия

ш = 1+ ?d_i/D

?d_i- максимальная сумма диаметров отврстия

Влияние температурных напряжений. Возникают в следствие неравномерного нагрева стенки толстостенного аппарата, когда температура внутри аппарата выше, чем снаружи, внутренние более нагретые слои металла, испытывают сжимающее действие со стороны более холодных внешних слоев. Поэтому на внутр. стенке появляется сжимающее напряжение, а на внешней - растягивающее.

Кольцевые температурные напряжения на внутренней и наружной поверхностях определяют по формулам Лоренса

Виды конструкционных материалов

Конструкционные материалы, используемые в химическом машиностроении, делятся на 4 класса:

- стали

- чугуны

- цветные металлы и сплавы

- неметаллические материалы

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 1-2%, кроме того, в состав стали входят примеси кремния, магния, серы, фосфора.

По химическому составу делятся на несколько групп:

- углеродистая, обыкновенного качества

- углеродистые конструкционные

- легированные конструкционные и т.д.

Сталь углеродистая обыкновенная делится на несколько категорий (1,2,3,4,5,6). Чем больше номер категории, тем выше механическая прочность стали и ниже её пластичность.

По степени раскисления стали изготавливают:

- кипящие

- полуспокойные

- спокойные

Свойства углеродистой стали обыкновенного качества значительно повышается после термической обработки (спец.нагрев и закалка). Термическая обработка низкоуглеродистых сталей улучшает механические свойства стали и приносит значительный экономический эффект.

Спокойные стали - содержат минимальное количество оксида железа, что обеспечивает спокойное застывание стали в изложнице.

Кипящие стали - полностью не раскислены, поэтому при застывании из металла выделяются пузырьки СО, образующиеся за счет реакции оксида железа с углеродом стали. Эти стали обладают худшими механическими и технологическими показателями, но они наиболее дешевы.

Полуспокойные находятся в промежутке между ними.

Для улучшения физико-химических характеристик стали и придания им особых свойств (жаростойкость, кислотостойкость, жаропочность) в их состав вводят определенные легирующие добавки.

Чугуны. Серые чугуны представляют собой сплав железа, углерода и др. металлургических добавок кремния, магния, фосфора, серы. Содержание углерода=0,28-3,7%, при этом большая его часть находится в свободном состоянии (графит), около 0,8-0,9% находится в связанном состоянии в виде угментита (карбида железа). Свободный углерод выделяется в чугуне в виде пластинок, чешуек или зерен. По микроструктуре различают:

- чугун серый, в структуре которого углерод выделяется в виде пластинчатого или шаровидного графита.

- чугун белый, углерод выделяется в связанном состоянии.

- чугун отбеленный, в отливках которого внешний слой имеет структуру белого чугуна, а сердцевина - структуру серого чугуна.

- чугун половинчатый, в структуре которого углерод выделяется частично в связанном, а частично в свободном виде.

Детали из чугуна изготавливают методом литья земляных и металлических форм.

Серый чугун является ценным конструкционным материалом, т.к. имеет сравнительно низкую стоимость, он обладает хорошими механическими свойствами. Недостаток: низкая пластичность, поэтому ковка и штаммов серого чугуна даже в нагретом состоянии не возможна.

Марки серого чугуна содержат 2 числа: первое - характеризует предел прочности на растяжение; второе - предел прочности на изгиб.

Для получения качественного чугуна его модифицируют различными модификаторами, которые воздействуют на процессы кристаллизации низкого чугуна, изменяя его механические свойства.

Чугун бывает ковкий (пониженное содержание С и кремния) и высокопрочный (присадка магния или его сплавов). Ковкий отличается от серого пониженным содержанием углерода кремния, что делает его более пластичным, т.е. имеет возможность выдержать значительные деформации.

Цветные металлы и их сплавы. Применяют для изготовления машин и аппаратов, работающих со средами средней и повышенной агрессивности и при низких температурах. В химической промышленности в качестве конструкционных материалов используются:

Сырье для производства серной кислоты

Сырьем могут быть либо элементарная сера, либо серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы (сульфиды железа, сульфиды цветных металлов, сероводород)

Основные источники сырья: сера и серный колчедан (железный). Основной - это сера, также обходящиеся газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы SO2.

Методы очистки технологических газов. Классификация и краткая характеристика

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа, а также разрушающих аппаратуру.

Очистка отходящих промышленных газов является одной из важных технологических задач большинства химических производств. Поэтому разделение газовых неоднородных систем относится к числу широко распространенных основных процессов химической технологии.

В промышленных условиях пыль может образовываться в результате механического измельчения твердых тел (при дроблении, истирании, размалывании, транспортировке и т. д.), при горении топлива (зольный остаток), при конденсации паров, а также при химическом взаимодействии газов, сопровождающемся образованием твердого продукта. Получаемая в таких процессах пыль состоит из твердых частиц размерами 3--70 мкм (ориентировочно). Взвеси, образующиеся в результате конденсации паров (нефтяные дымы, туманы смол, серной кислоты и др.), чаще всего состоят из очень мелких частиц размерами от 0,001 до 1 мша

Различают следующие способы очистки газов:

осаждение под действием сил тяжести (гравитационная очистка);

осаждение под действием инерционных, в частности центробежных сил;

фильтрование;

мокрая очистка;

осаждение под действием электростатических сил (электрическая очистка).

1)отстаивание твёрдых частиц в газ-ой среде по принципу осаждения под действием сил тяжести в кап-ой жидкости

где -кол-во взвешенных частиц в исходном(загрязнённом) и очищенном газе кг/ч.

2)Действие пылеуловливателей такого типа основано на использовании инерц-х сил возникающих при резком изменении газового потока, которое сопровождается уменьшением скорости.

3)При очистки фильтрованием, газы, содержащие взвешенные твёрдые частицы проходят пористые перегородки, пропускающие газ и задерживающие на своей поверхности твёрдые частицы.

4)Для тонкой очистки газов от пыли применяют мокрую очистку-промывку газов водой или другой жидкостью. Осуществляется в мокрых пылеуловителях, либо на поверхности жидкой плёнки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости( плёночные или насадочные скрубберы), либо на поверхности капель(полые скрубберы, скрубберы Вентури)или пузырьков газа( барботажные пылеуловители).

Для очистки сильно запылённых газов (# технологических), используют барботажные пылеуловители. В этих аппаратах жидкость взаимодействует с газом, приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между жидкостью и газом и соответственно высокую степень очистки газа от пыли.

Степень улавливания пыли в барботажных аппаратах превышает 95-99% при низких эксплутационных расходах.

5)Электрическая очистка основана на ионизации молекул газа электрическим разрядом.

Технологическая схема производства камерного суперфосфата

Суперфосфаты являются широко распространенными фосфорными удобрениями. Удобрения по степени усвоения растениями различают - простой, двойной и обогащенный суперфосфат.

Простой суперфосфат. В промышленности выпускают моногидрат дигидрофосфата кальция ( простой суперфосфат) в виде порошка или зерен серого цвета. Порошкообразный суперфосфат гигроскопичен и сильно слеживается (кристаллизация моногидрата дигидрофосфата кальция из жидкой фазы). Менее слеживаемым является хорошо вызревший и охлажденный суперфосфат (что говорит о завершенности процесса кристаллизации). Нейтрализованный и гранулированный суперфосфат практически не слеживается.