Анализ и технологическая оценка химического производства

План

  1. Технология производства соляной кислоты
  2. Производство азотной кислоты
  3. Производство серной кислоты
  4. Производство полимеров
  5. Производство химических волокон
  6. Производство пластмасс
  7. Синтезы на основе ацетилена
  8. Подготовка угля к коксованию
  9. Получение синтезированного газа
  10. Список использованной литературы

1. Технология производства соляной кислоты

Соляная кислота—бесцветная жидкость, представляющая собой раствор хлористого водорода в воде. Она энергично растворяет многие металлы и их окислы. В технике применяется как соляная кислота, так и хлористый водород.

Хлористый водород используют для производства хлорорганических продуктов путем гидрохлорировании органических соединений, например этилена, ацетилена.

(Соляную кислоту применяют для получения хлоридов Zn, Ba. Mg, Са, Fe, A1 и т. д., для травления при пайке и лужении, и цветной металлургии (извлечение Pt, An), при гидролизе древесины, в производетве красителей, для гидрохлорировании органических соединении и т. д.

Процесс получения соляной кислоты имеет две стадии;

1) получение хлористого водорода;

2) абсорбция xлористого водорода водой.

Существуют два способа получения хлористого водорода: сульфатной и синтетический. Кроме того, в производстве; соляной кислоты используют хлористый водород, являющийся отходом при хлорировании насыщенных углеводородов

Сульфатный способ получения хлористого водорода основан на взаимодействии твердой поваренной соли с серной кислотой

2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2НС1 — Q.

Процесс синтеза проводят в муфельных печах при температуре 500—550° С, обогреваемых через стенку топочными газами. Концентрация хлористого водорода н газе от 30 до 50% НС1. Способ находит применение,но новых производств не организуют.

При синтетическом способе синтез хлористого водорода проводится по реакции

Н2 + С12—" 2НС1 + 184,33 кдж

Cyxoй хлор и водород при нормальных условиях и в темноте не реагируют между собой, но на свету или при нагревании в присутствии паров воды реакция взаимодействия их сопровождается взрывом.

Синтез проводят при избытке 5—10% водорода и высокой температуре в печи, корпус которой изготовляют из углеродистой или легированной стали, а крышку из асбеста. Нижняя часть печи (рис.1) выложена огнеупорным материалом. В ней помещена горелка, состоящая из двух концентрически расположенных стальных трубок. По наружной трубке в печь подается водород, а по внутренней — хлор. Которые на выходе из горелки смешиваются и спокойно реагируют; образуя факел горения с температурой 2000—2400° С.

Абсорбция хлористого водорода в воде идет с выделением большого количества тепла (образование гидратов), которого достаточно для нагревания кислоты до кипения. Для получения более концентрированной соляной кислоты необходим отвод тепла, так как растворимость хлористого водорода в воде с повышением температуры уменьшается.

Поглощение НС1 проводят в абсорберах с отводом тепла. Через стенку (изотермическая абсорбция) или с отводом тепла в результате испарения части воды (адиабатическая абсорбция).

Соляная кислота выпускается следующих сортов: техническая (27,5% НС1); синтетическая (31% НС1), ингибиторная (20% НС1) и реактивная (35—38% НС1, плотность при 20 °C равняется 1,17— 1,19 г/см3).

Кислоту перевозят и хранят в гуммироваявых стальных цистернах и контейнерах, в фаолитовых баках и контейнерах и в емкостях, изготовленных из керамики и стекла При введении в кислоту 1—3% ингибитора активность НС1 к стали снижается в 150—200 раз, поэтому ингибиторную кислоту перевозят в стальных нефутерованных цистернах.

2.Производство азотной кислоты

Безводная азотная кислота HNO3—тяжелая бесцветная жидкость плотностью 1520 кг/м3(при 15° С). Она замерзает при температуре —47° С и кипит при 85°С, При кипении HNO3 частично разлагается с выделением двуокиси азота. С водой HNO3 смешивается в любых соотношениях, выделяя тепло, а с двуокисью азота образует нитроолеум.

Концентрированная кислота не реагирует с алюминием, хромом и даже железом, поэтому аппаратуру для получения азотной кислоты готовят из xpoмоникелевых сталей, алюминия или из стали, футерованной кислотоупорной керамикой.

Получение слабой азотной кислоты имеет две стадии;

а) окисление аммиака до окиси азота N0;

б) переработка N0 в азотную кислоту.

Окисление аммиака проводятся при температуре 800—900°С в присутствии катализатора, изготовленного из сплава платины н родия (5—10%) в виде сеток, сплетённых из тонкой проволоки. Кроме платины, могут применяться менее активные катализаторы на основе окиси кобальта или железа с активирующими добавками. Аммиак может окисляться при 900 °C и безкатализатора, но в этом случае получаетсяне окись азота, а азот:

4NH3 + 3О2=2N3 + 6Н20 + Q.

Катализаторы очень чувствительны к примесям сероводорода, пыли и т, д., поэтому воздух перед смешением с аммиаком тщательно очищается. На рис. 2 показана схема контактного аппарата для окисления аммиака под атмосферным давлением. Аппарат имеет корпус цилиндрической формы в ней закреплены платино-радиовые сотки (3—4 шт.) и поролитовые трубки (из пористой керамики) для очистки воздушко-амиачной смеси от пыли. Для получения окиси азота в контактный аппарат подают смесь, содержащую 10—11%. Повышать содержание амиака нельзя, так как при 20° С смесь с содержанием 15—28% NH3 становится взрывоопасной. При прохождении cmcеcи через платиновые сетки аммиак окисляется с образованием N0. Степень окисления аммиака составляет 98%.

Контактные аппараты, работающие под давлением 1,5—10 am (9,81•104н/м2), мало отличаются от описанных выше, но в них имеется 16—20 сеток и аппаратура более толстостенная.

Переработка окиси азота в разбавленную азотную кислоту осуществляется следующим образом. Выходящие из контактного аппарата нитрозные газы охлаждаются, и окись азота N0 окисляется самопроизвольно кислородом:

2NO +О2 — > 2NO2 + Q.

Окисление NO в NO2 происходит очень медленно. Для увеличения скорости окисления необходимо понижать температуру (реакция аномальная, скорость растет при снижении температуры в отличие от других реакции) и испытать дарение (при увеличении давления с 1 до 10 am скорость возрастает в 100U раз). Поэтому окисление N0 в N02 и абсорбцию NO2 часто происходит в установках, работающих под давлением 1,5—10 am (0,15—1 Мн/м2), что резко сокращает объемы окислительно-абсорбционных башен.

Абсорбция двуокиси азота осуществляетсяводой по суммарному уравнению

3NO2+ Н2О — > 2НNО3 + NO + Q.

Нитрит натрия затем окисляется до нитрата натрия.

На рис. 3 показана принципиальная схема получения азотной кислоты при атмосферном давлении. Воздух и аммиак после очистки от примесей подаются в смеситель1, а затем в контактный аппарат 2. Для окисления амиака. Образовавшиеся нитрозные газы при температуре 800 °C выходят из аппарата и, пройдя котел-утилизатор 3, oхлаждаются до 250 °C и поступают в кожухотрубный холодильник4, где дополнительно охлаждаются до 30° С, В холодильнике начитаются окисление N0 до NO2 и конденсация пapoв, воды, при этом частично образуется HNO3

Из холодильника нитрозные газы направляются в абсорбционные насадочные башни 5, в которых окислы азота поглощаются водой; таких башен в системе б—8 шт. Прейдя последовательно через эти башни, газы поступают в окислительную башню б, где оставшаяся часть N0 окисляется в NO2 и затем, а башни щелочной абсорбции 7. Для поглощения N0 последняя башня орошается водой. Образовавшаяся слабая кислота охлаждается в холодильниках 8 и с помощью насосов 9 проходит последовательно противотоком газу все поглотительные башни. Кислота (50% HNO3) выводится из первой по ходу газа башни. Степень переработки окислов азота в азотную кислоту составляет 92%, а остальные окислы азота улавливаются в башнях щелочной абсорбции.

В установках, работающих под давлением 1,5—10 am (0,15— 1 Мн/м2} и по комбинированной схеме, степень поглощения окислов азота водой составляет 99%, а получаемая кислота более крепкая — 60—62%.

3. Производство серной кислоты

Моногидрат— серная кислота (100% H2SO4) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1830,3 кг/м3, кипящую при 296,2s С и атмосферном давлении и замерзающуюпри+10,45° С.

В технике серной кислотой называют не только моногидрат, но и растворы его в воде различной концентрации H2SO4 20. Раствор серного ангидрида SO4 в моногидрате называют олеумом H2SO4 + SO3.При применении, транспортировке и производстве необходимо знать температуры плавления и кипения серной кислоты. При повышении концентрации серной кислоты от 0 до 64,35° до 100% образуются шесть индивидуальных химических соединений (гидратов), которые в твердом виде взаимно нерастворимы, а образуют эвтектические смеси.

С увеличением концентрацииSO3 от 64,35% до 100% при кристаллизации образуются твердые растворы. Все сорта выпускаемой кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям, т. ё. концентрации, имеющие низкие температуры кристаллизации. Например, 75%-ная, 93,3%-ная серная кислота, олеум (SO3своб = 18,07%) имеют температуры кристаллизации, равные соответственно—41; —37,85; —17,05 G.

Серная кислота находит широкое применение в промышленности. Примерно половина производимой серной кислоты расходуется на производство удобрений и кислот. Она применяется для травления стальных изделий перед лужением, хромированием и т. п. очистки нефтепродуктов от непредельных и сернистых соединений, для производства ряда красителей, лаков и красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс, спиртов, ядохимикатов, синтетических моющих средств, искусственного шелка, в текстильной промышленности для обработки тканей или волокна перед крашением, а также дли производства крахмала, патоки и т. д.

Концентрированная серная кислота и олеум используют как водоотнимающее средства при производстве взрывчатых веществ (нитроглицерина, пироксила, тротила и др.). концентрировании азотной кислоты и т. д.

В связи с дальнейшим развитием промышленности и совершенство техники возникают новые отрасли потребления серной кислоты, поэтому ее производство с каждым годом растет (табл. 1).

Таблица 1 Производство серной кислоты в СНГ (в млн. т)

В промышленности серную кислоту получают нитрозным иконтактным способами. Независимо от способа производства сначала получают сернистый ангидрид SO2, который затем перерабатывают в серную кислоту.

4. Производство полимеров

Высокомолекулярные соединения получают из мономеров полимеризацией, сополимеризацией, поликонденсацией и методами привитой полимеризации и блокполимеризации.

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярных соединений в результате взаимодействия мономеров с двойными связями в молекуле между собой или взаимодействия гетероциклов с размыканием колец

При проведении полимеризации совмещают воздействие тепла и химических веществ (катализаторы или инициаторы). Процесс полимеризации может вызываться облучением мономера γ-лучами, лучами рентгена, токами высокой частоты и фотохимически.

На процесс полимеризации большое влияние оказывает температура, которая резко повышает или скорость роста цепи, или обрыв цепи полимера, что ведет к уменьшению молекулярного веса полимера и средней степени полимеризации, поэтому поддерживают оптимальную температуру процесса.

В описанных процессах полимеризации, как правило, образуются полимеры аморфной структуры с неупорядоченным пространственным расположением боковых групп вдоль оси макромолекулы.

Применение комплексных катализаторов, состоящих из металлоорганических соединений А1(С2Н5)3 и хлоридов металлов переменной валентности (TiCI2, TiCl4), обеспечивает получение полимеров со строго линейной структурой и симметричной пространственной ориентацией. Такие полимеры получили название стереорегулярных. Они имеют большую прочность, плотность, высокую температуру плавления и легко ориентируются при вытягивании.

В промышленности применяют блочную, эмульсионную, лаковую, капельную или бисерную полимеризации.

При блочном методе мономер, очищенный от примесей и смешанный с катализатором или инициатором, подается в форму (сосуд), где нагревается. Для получения полимера с высокими свойствами необходимо строго поддерживать температуру. Полимер, получаемый в виде блока листа и т. п., из-за перегрева реакционной массы неоднороден.

При эмульсионной полимеризации мономер смешивается с инициатором и эмульгатором и с помощью мешалок превращается в мельчайшие капельки, взвешенные в другой жидкости — обычно в воде. Полученные эмульсии нагреваются до температуры начала реакции, и процесс полимеризации мономера в каждой мельчайшей капельке проходит самостоятельно. При этом можно легко отводить тепло, выделяемое в процессе полимеризации, поэтому получаемый полимер более однороден. Но эмульгатор трудно отделить от полимера, что затрудняет получение бесцветных материалов.