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