31

Министерство образования и науки Украины

Восточноукраинский национальный университет

им.Даля

РЕФЕРАТ

на тему: «Анализ и технологическая оценка химического производства»

Выполнил: студент группы УП-211 Зарубин Е.А.

Проверил: Хаустова А.В.

Луганск 2002г.

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

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°С 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.

К
онцентрированная 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°С и без катализатора, но в этом случае получается не 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•10⁴ н/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 осуществляется водой по суммарному уравнению

3NO₂+ Н₂О - > 2НNО₃ + NO + Q.

Н
итрит 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°С выходят из аппарата и, пройдя котел-утилизатор 3, oхлаждаются до 250°С и поступают в кожухотрубный холодильник 4, 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 296,2^s С и атмосферном давлении и замерзающую при +10,45° С.

В технике серной кислотой называют не только моногидрат, но и растворы его в воде различной концентрации H₂SO₄ +Н₂0. 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 концентрации SO₃ 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 (SO_3своб = 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 и контактным 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.