TCh seminarium 1 - Katedra Technologii Chemicznej
Transkrypt
TCh seminarium 1 - Katedra Technologii Chemicznej
Technologia chemiczna Zajęcia 1 Zasady zaliczenia • Obecność na zajęciach • Aktywność na zajęciach • Dwa kolokwia (zaliczenie od 60%) – Kolokwium I – 6/7.12.2012 – Kolokwium II – 24/25.01.2012 • Prezentacja (Omówienie procesów technologicznych na wybranych przykładach (synteza H2SO4, NH3, NaHCO3, HNO3, nawozy fosforowe) Zasady zaliczenia Poszczególne komponenty Max ilość punktów obecność na zajęciach 10 aktywność 20 dwa kolokwia 80 prezentacje 30 suma 140 Cel projektu procesowego - Sporządzenie dokumentacji technologicznej pozwalającej na zaprojektowanie instalacji Zakres projektu procesowego 1. Opracowanie koncepcji i kinetyka chemiczna) chemicznej procesu (statyka • Dobór właściwych reakcji • Analiza termodynamicznych warunków ich realizacji • Doświadczalna weryfikacja zebranych danych • Określenie podstawowych parametrów procesu dla osiągnięcia maksymalnej wydajności 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 Treść projektu 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Schemat ideowy Indywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowych Bilans materiałowy Bilans cieplny Opis procesu technologicznego Schemat technologiczny Materiały konstrukcyjne i ochrona przed korozją Zestawienie aparatów i urządzeń Harmonogram pracy aparatów Kontrola produkcji Wskaźnik zużycia surowców i energii Zapotrzebowanie siły roboczej Koncepcja przestrzennego rozmieszczenia aparatów i urządzeń Zagadnienia BHP Koncepcja technologiczna Ogólna charakterystyka i zapotrzebowanie wyrobu Światowe kierunki sposobów wytwarzania i rozwiązań technicznych Charakterystyka proponowanej metody Charakterystyka surowców Charakterystyka produktu głównego i ubocznych Charakterystyka odpadów i ścieków z omówieniem możliwości ich utylizacji, magazynowania, neutralizacji Koncepcja chemiczna 1. 2. 3. 4. 5. 6. 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.. Elementy schematu ideowego 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). 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 Zadanie 1 Narysuj schemat ideowy otrzymywania karbidu (CaC2) Surowcami do wytwarzania karbidu (CaC2) są wapno palone i koks CaO + 3C 1. 2. 3. 4. temp CaC2 + CO 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. Po załadunku pieca następuje włączenie prądu elektrycznego o natężeniu 100kA i napięciu 100-250V, temperatura w piecu wynosi 1800-2100 st.C Po 2,5 h prąd zostaje wyłączony i następuje rozładunek pieca za pomocą ruchomego przenośnika taśmowego. 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. Rozdrobniony karbid o granulacji 2-8 mm pakowany jest do metalowych beczek i szczelnie zamykany. Rys.1. Schemat ideowy otrzymywania karbidu 1-wapno palone (CaO,MgO), 2-wapno palone rozkruszone, 3-koks (C), 4-karbid, 5-gazy poreakcyjne (CO, H2, CO2, O2), 6-para wodna, 7-przegrzana para wodna, 8-ostudzony karbid Zadanie 2 Narysuj schemat ideowy otrzymywania amoniaku metodą Habera-Boscha • Substratami to syntezy są azot i wodór, reakcja przebiega zgodnie z równaniem: N2+3H2 2NH3 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. K2O). 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. Zadanie 3 Narysuj schemat ideowy otrzymywania kwasu salicylowego Zadanie 4 Przedstaw schemat ideowy otrzymywania sody (węglanu sodu) metodą Solvay’a • • • • • • • • • Metoda produkcji sody metodą Solvaya polega na wykorzystaniu ciągu następujących reakcji chemicznych: CaCO3 → CaO + CO2 2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O - (kalcynacja) 2NH4Cl + CaO → 2NH3 + H2O + CaCl2 co sumarycznie daje: CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2 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 zawierających CO2 nasycanie solanki amoniakalnej CO2 (karbonizacja) oddzielenie kryształów NaHCO3 od ługu macierzystego suszenie wilgotnego NaHCO3 i jego rozkład termiczny (kalcynacja) regeneracja NH3 z ługów macierzystych przez zmieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie