Реферат: Анализ и технологическая оценка химического производства

Министерство образования инауки Украины

Восточноукраинскийнациональный университет им.ДаляРЕФЕРАТна тему: «Анализ и технологическая оценка химическогопроизводства»

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

Проверил:                                                      Хаустова А.В.

Луганск 2002г.

План

 

1. Технологияпроизводства соляной кислоты

2. Производствоазотной кислоты

3. Производствосерной кислоты

4. Производствополимеров

5. Производствохимических волокон

6. Производствопластмасс

7.Синтезы на основе ацетилена

8.Подготовка угля к коксованию

9.Получение синтезированного газа

1. Технологияпроизводства соляной кислоты

Солянаякислота—бесцветная жидкость, представляющая собой раствор хлористого водорода вводе. Она энергично растворяет многие металлы и их окислы. В техникеприменяется как соляная кислота, так и хлористый водород.

Хлористыйводород используют для производства хлорорганических продуктов путемгидрохлорировании органических соединений, например этилена, ацетилена.

/>(Соляную кислотуприменяют для получения хлоридов Zn, Ba. Mg, Са, Fe, A1 и т. д., длятравления при пайке и лужении, и цветной металлургии (извлечение Pt, An), при гидролизедревесины, в производетве красителей, для гидрохлорировании органическихсоединении и т. д.

Процессполучения соляной кислоты имеет две стадии;

1) получениехлористого водорода;

2) абсорбция xлористоговодорода водой.

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

Сульфатныйспособ получения хлористого водорода основан на взаимодействии твердойповаренной соли с серной кислотой

2NaCl+ H2SO4 = Na2SO4 + 2НС1 —Q.

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

При синтетическомспособе синтез хлорис­того водорода проводится по реакции

Н2 +С12—» 2НС1 + 184,33 кдж

Cyxoй хлор и водородпри нормальных условиях и в темноте не реагируют между со­бой, но на свету илипри нагревании в присут­ствии паров воды реакция взаимодействия ихсопровождается взрывом.

Синтез проводятпри избытке 5—10% водорода и высокой температуре в печи, корпус ко­торойизготовляют из углеродистой или легированной стали, а крышку  из асбеста.Нижняя часть печи (рис.1) выложена огнеупорным материалом. В ней помещенагорелка, состоящая из двух концентрически расположенных стальных трубок. Понаружной трубке в печь подается водород, а по внутренней — хлор. Которые навыходе из горелки смешиваются и спокойно реагируют; образуя факел горения стемпературой 2000—2400° С.

Абсорбцияхлористого 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 температурыуменьшается.

Поглощение НС1проводят в абсорберах с отводом тепла. Через стенку (изотермическая абсорбция)или с отводом тепла в результате испарения части воды (адиабатическаяабсорбция).

Соляная кислотавыпускается следующих сортов: техническая (27,5% НС1); синтетическая (31% НС1),ингибиторная (20% НС1) и реактивная (35—38% НС1, плотность при 20°С равняется1,17— 1,19 г/см3).

 Кислотуперевозят и хранят в гуммироваявых стальных цистер­нах и контейнерах, вфаолитовых баках и контейнерах и в емкостях, изготовленных из керамики и стеклаПри введении в кислоту 1—3% ингибитора активность НС1 к стали снижается в150—200 раз, поэтому ингибиторную кислоту перевозят в стальных нефутерованныхцистернах.

2.Производствоазотной кислоты

    Безводная азотная кислота HNO3—тяжелаябесцветная жидкость плотностью 1520 кг/м3(при 15° С). Оназамерзает при темпе­ратуре —47° С и кипит при 85°С, При кипении HNO3 частично разла­гаетсяс выделением двуокиси азота. С водой HNO3 смешивается влюбых соотношениях, выделяя тепло, а с двуокисью азота образует нитроолеум.

/> <td/> />
Концентрированнаякислота не реагирует с алюминием, хромом и дажежелезом, поэтому аппаратуру для получения азотной кислоты готовят из xpoмоникелевыхсталей, алюминия или из стали, футерованной кислотоупорной керамикой.

Получение слабойазотной кислоты имеет две стадии;

а) окислениеаммиака до окиси азота N0;

б) переработкаN0 в азотную кислоту.

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

4NH3 + 3О2=2N3 + 6Н20 + Q.

Катализаторыочень  чувствительны к примесям сероводорода, пыли и т, д., поэ­тому воздухперед смешением с аммиаком тщательно очищается. На рис. 2 показана схемаконтактного аппарата для окисления аммиака под атмосферным давлением. Аппа­ратимеет корпус  цилиндрической формы в ней закреплены платино-радиовые сотки (3—4шт.) и поролитовые трубки  (из порис­той керамики) для очисткивоздушко-амиачной смеси от пыли. Для получения окиси азота в контактный аппаратподают смесь, содержащую 10—11%. По­вышать содержание амиака нельзя, так какпри 20° С смесь с содержанием 15—28% NH3 становитсявзрывоопасной. При прохождении cmcеcи через платиновыесетки аммиак  окисляется с образованием N0. Степень окисления аммиакасоставляет 98%.

Контактныеаппараты, работающие под давлением 1,5—10 am (9,81•104н/м2), мало отличаются от описанных выше, но в них имеется16—20 сеток и аппаратура более толстостенная.

  Переработкаокиси азота в разбавленную азотную кислоту осуществляется следующим образом.Выходящие из контактного аппара­та нитрозные газы охлаждаются, и окись азота N0окисляется самопроизвольно кислородом:

2NO +О2  — > 2NO2 + Q.

Окисление NO в NO2 происходиточень медленно. Для увеличения скорости окисления необходимо понижатьтемпературу (реакция аномальная, скорость растет при снижении температуры вотличие от других реакции) и испытать дарение (при увеличении давления с 1 до10 am скорость возрастает в 100U раз). Поэтомуокисление N0 в N02 и абсорбцию NO2 частопроисходит в установках, работающих под давлением 1,5—10 am (0,15—1 Мн/м2),что резко сокращает объемы окислительно-абсорбционных башен.

Абсорбциядвуокиси азота осуществляетсяводой по суммарному уравнению

3NO2+ Н2О - > 2НNО3 + NO + Q.

/> <td/> />
Нитритнатрия затем окисляется до нитрата натрия.

На рис. 3показана принципиальная схема получения азотной кислоты при атмосферном давлении.Воздух и аммиак после очистки от примесей подаются в смеситель1, а затем вконтактный аппарат 2. Для окисления амиака. Образовавшиеся  нитрозныегазы при темпе­ратуре 800°С выходят из аппарата и, пройдя котел-утилизатор 3,oхлаждаются до 250°С и поступают в кожухотрубныйхолодильник4, где дополнительно охлаждаются до 30° С, Вхолодильнике начитают­ся окисление N0 до NO2 и конденсация пapoв, воды, приэтом частично образуется HNO3

    Из холодильника нитрозные газынаправляются в абсорбционные насадочные башни 5, в которых окислы азотапоглощаются водой; таких башен в системе б—8 шт. Прейдя последовательно черезэти башни, газы поступают в окислительную башню б, где оставшаяся часть N0окисляется в NO2 и затем а башни щелочной абсорбции 7. Для поглощенияN0 последняя башня  орошается водой. Образовавшаяся слабая кислота охлаждаетсяв холодильниках 8 и с помощью насосов 9 проходит последовательно противотокомгазу все поглотительные башни. Кислота (50% HNO3) выводится изпервой по ходу газа башни. Степень переработки окислов азота в азотную кислотусоставляет 92%, а остальные окислы азота улавливаются в башнях щелочнойабсорбции.

В установках,работающих под давлением 1,5—10 am (0,15— 1 Мн/м2}и по комбинированной схеме, степень поглощения окислов азота водой составляет99%, а получаемая кислота более крепкая — 60—62%.

3. Производствосерной кислоты

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

В технике сернойкислотой называют не только моногидрат, но и растворы его в воде различнойконцентрации H2SO4 +Н20.Раствор серного ангидрида SO4 в моногидратеназывают олеумом H2SO4 + SO3.При применении,транспортировке и производстве необходимо знать температуры плавления и кипениясерной кислоты. При повышении концентрации серной кислоты от 0 до 64,35° до100%  образуются шесть индивидуальных химических  соединений (гидратов),которые в твердом виде взаимно нерастворимы, а образуют эвтектические смеси.

/>С увеличениемконцентрацииSO3 от 64,35% до 100% прикристаллизации образуются твердые растворы. Все сорта выпускаемой кислоты имеютконцентрации, близкие к эвтектическим смесям, т. ё. концентрации, имеющиенизкие температуры кристаллизации. На­пример, 75%-ная, 93,3%-ная сернаякислота, олеум (SO3своб = 18,07%) имеюттемпературы кристаллизации, равные соответственно—41; —37,85; —17,05 G.

Серная кислотанаходит широкое применение в промышленности. Примерно половина производимойсерной кислоты расходуется на производство удобрений и кислот. Она применяетсядля травления стальных изделий перед лужением, хромированием и т.п. очисткинефтепродуктов от непредельных и сернистых соединений, для производства рядакрасителей, лаков и красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс,спиртов, ядохимикатов, синтетических мою­щих средств, искусственного шелка, втекстильной промышленности для обработки тканей или волокна перед крашением, атакже дли про­изводства крахмала, патоки и т. д.

Концентрированнаясерная кислота и олеум используют как водоотнимающее средства при производствевзрывчатых веществ (нитро­глицерина, пироксила, тротила и др.).концентрировании азотной кислоты и т. д.

В связи сдальнейшим развитием промышленности и совершенство  техники возникают новыеотрасли потребления серной кис­лоты, поэтому ее производство с каждым годомрастет (табл. 1).

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

/>

В промышленностисерную кислоту получают нитрозным иконтактным способами. Независимо отспособа производства сначала по­лучают сернистый ангидрид SO2, который затемперерабатывают в серную кислоту.

4. Производствополимеров

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

Полимеризация —процесс образования высокомолекулярных сое­динений в результате взаимодействиямономеров с двойными связями в молекуле между собой или взаимодействиягетероциклов с размы­канием колец

/>

При проведенииполимеризации совмещают воздействие тепла и химических веществ (катализаторыили инициаторы). Процесс полиме­ризации может вызываться облучением мономераγ-лучами, лучами рентгена, токами высокой частоты и фотохимически.

На процессполимеризации большое влияние оказывает температу­ра, которая резко повышаетили скорость роста цепи, или обрыв цепи полимера, что ведет к уменьшениюмолекулярного веса полимера и средней степени полимеризации, поэтомуподдерживают оптимальную температуру процесса.

В описанныхпроцессах полимеризации, как правило, образуются полимеры аморфной структуры снеупорядоченным пространственным расположением боковых групп вдоль осимакромолекулы.

Применениекомплексных катализаторов, состоящих из металлоорганических соединений А1(С2Н5)3и хлоридов металлов переменной валентности (TiCI2, TiCl4), обеспечиваетполучение полимеров со строго линейной структурой и симметричнойпространственной ори­ентацией. Такие полимеры получили названиестереорегулярных. Они имеют большую прочность, плотность, высокую температуруплавления и легко ориентируются при вытягивании.

В промышленностиприменяют блочную, эмульсионную, лаковую, капельную или бисерную полимеризации.

При блочномметоде мономер, очищенный от примесей и смешанный с катализатором илиинициатором, подается в форму (сосуд), где нагревается. Для получения полимерас высокими свойст­вами необходимо строго поддерживать температуру. Полимер,полу­чаемый в виде блока листа и т. п., из-за перегрева реакционной массынеоднороден.

При эмульсионнойполимеризации мономер сме­шивается с инициатором и эмульгатором и с помощьюмешалок пре­вращается в мельчайшие капельки, взвешенные в другой жидкости —обычно в воде. Полученные эмульсии нагреваются до температуры начала реакции, ипроцесс полимеризации мономера в каждой мель­чайшей капельке проходитсамостоятельно. При этом можно легко от­водить тепло, выделяемое в процессеполимеризации, поэтому полу­чаемый полимер более однороден. Но эмульгатортрудно отделить от полимера, что затрудняет получение бесцветных материалов.

Лаковаяполимеризация осуществляется в раство­рителе, смешивающемся с мономером ирастворяющем образующийся полимер. Из полученного раствора полимер выделяютпутем испарения растворителя или осаждением, или раствор может использоваться икачества лака. Кроме того, полимеризацию можно проводить в раство­рителе, вкотором растворяется мономер, но не растворяется полимер. Образующийся полимервыпадает в твердом виде и отделяется фильтро­ванием. При этом получаютсяполимеры однородного состава, так как удается поддерживать определеннуютемпературу процесса.

При капельной(суспензионной) полимери­зации используются инициаторы, растворимые в мономере,но не растворимые в воде. Полимеризация проходит самостоятельно в каж­дойкрупной капле мономера размером от 0,05 до 0,3 см в отличие от размера капли(от 103 до 104 см) при эмульсионной полимеризации.Образовавшийся полимер в виде твердых частичек, не растворимых в воде,осаждается.

Если приполучении полимеров участвуют два различных ненасы­щенных мономера, то такойпроцесс называется сополимеризацией. Метод сополимеризации позволяет увеличитьчисло высокомолекуляр­ных соединений, широко варьировать свойства получаемыхпродуктов. Процессы сополимеризации аналогичны процессам полимеризации.

Образованиеполимеров из мономеров при проведении процессов полимеризации илисополимеризации происходит без выделения по­бочных продуктов.

Поликонденсация— процесс образования высокомолекулярных сое­динений — полимеров путем реакцииполиконденсации, с образова­нием полимеров и выделением побочных продуктов (H2O, эфиры, NH3 СО2 идр.). В реакцию поликонденсации вступают как одноимен­ные мономеры, содержащиедве различные реакционные группы, например аминокислоты (процессгомополиконденсации), так и мо­номеры различного химического состава (процессгетерополиконденсации).

Приполиконденсации образующиеся полимеры могут иметь как линейное (полиамиды,полиэфиры, поликарбонаты), так и трехмерное строение (аминопласты, фенопласты).Скорость процесса поликонден­сации и молекулярный вес полимера зависят отскорости вывода обра­зующегося в процессе реакции побочного продукта, оттемпературы, концентрации реагирующих компонентов. Поликонденсацию прово­дяткак с использованием катализаторов (аминопласты, фенопласты), так и без них(полиамиды). Процесс поликонденсации можно прово­дить в расплаве, по лаковомуспособу и на поверхности двух фаз.

Поликонденсациюв расплаве осуществляют при температуре 200—280°С в реакторе в атмосфереинертного газа. В конце процесса для полного удаления низкомолекулярных соедине­нийв реакторе создается высокий вакуум. Этим способом получают полимеры вотсутствие растворителя.

Поликонденсацияв растворе (мономеры раство­ряются в растворителе) проходит при малыхскоростях, так как могут образовываться циклические соединения, и тогдазатрудняется удале­ние низкомолекулярных продуктов реакции.

Полимеризация наповерхности  раздела фаз проводится в несмешивающихся жидкостях, при этомвзаимо­действие мономеров между собой происходит быстро при низких тем­пературах,так как выделяемые продукты выводятся из сферы реак­ции. Образующиесявысокоплавкие полимеры имеют высокий молеку­лярный вес. Такой способ полученияполимера можно совместить с переработкой полимера в изделие.

Кроме основныхметодов получения высокомолекулярных соедине­ний, находят применение методыблок- и привитой полимеризации.

В техникевысокомолекулярные соединения являются основой для получения синтетическихполимерных материалов. Большое зна­чение из полимерных материалов имеютпластические массы, каучук и резина, химическое волокно, пленочные материалы,лаки, целлю­лоза и др.

5.Производствохимических волокон

Волокнаминазывают тела, длина которых во много раз превышает очень малые (микроны)размеры их поперечного сечения.

По происхождениюволокна делят на природные натуральные и химические.

Химическиеволокна разделяют на искусственные, получаемые из природных полимерныхсоединений, и синтетические, получаемые из полимеров. Особую группу составляетстеклянное волокно.

Искусственныеволокна делят на целлюлозные (вискозные, медно-аммиачные, ацетатные) и белковые(казеиновые, соевобовые), а син­тетические — на карбоцепные и гетероцепные. Ккарбоцепным волокнам относят: хлорин, нитрон, политен, виньон, саран, винол идр., а к гетероцепным — полиамидные, полиэфирные, полиуретановые и др.

Для полученияхимических волокон применяются различные ме­тоды, имеющие много общего; новместе с тем каждый метод имеет и свои особенности. Независимо от применяемогосырья технология изготовления волокон складывается из следующих стадий:

а) получениеисходного материала;

б) приготовлениепрядильной массы;

в) формированиеволокна;

г) отделка.

Высокомолекулярныесоединения, применяемые для получения волокон, должны иметь высокую степеньчистоты, растворяться или

плавиться.

Получениеисходных материалов для изготовления синтетических волокон состоит из синтезаполимера — смолы, а для получения искусственного волокна необходимо отделениепримесей от природных полимеров.

Приготовлениепрядильной массы для формирования волокон состоит из растворения полимеров врастворителях (спирте, Щелочи, ацетоне и др.) или расплавления смолы.Приготовленный раствор или расплав перед поступлением на формование очищаютфильтрованием от примесей (примеси снижают прочность) и освобо­ждают отпузырьков воздуха. В случае необходимости в раствор или в расплав вводяткрасители ддя придания волокну окраски, мато­вости и т. д

Формованиеволокна осуществляют по мокрому и сухому способам прядения из раствора и посухому способу — из расплава. Независимо от способа формования приготовленнуюпрядильную мас­су продавливают через фильеру (нитеобразователь), имеющую до25000 отверстий диаметром от0,04ли< и выше. Образовавшиеся тонкие струйкираствора или нити расплава охлаждают или химически об­рабатывают.

К искусственнымволокнам относятся вискозные, ацетатные, медно-.аммиачные и др. Вискозноеволокно находит наибольшее применение в технике. Для получения вискозноговолокна прядильный раствор готовят из листов целлюлозы, обрабатываемой растворомедкого нат­ра (18—20%), в результате чего образуется щелочная целлюлоза

/>

 6.Производство пластмасс

Пластическиемассы делят на простые (ненаполненные) и сложные (композиционные). Основупластических масс составляет высокомо­лекулярное соединение — смола, котораяпри нагревании и давлении переходит в пластическое состояние, формуется подвоздействием внешних сил и после охлаждения сохраняет полученную форму.

Простыепластмассы получают только из одной смо­лы, например полиэтилена.     

Сложные пластмассысостоят из смолы, наполните­лей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов,отвердителей и др. Смола, являясь связующим веществом, придает смесипластичность и формуемость.

Наполнителиснижают стоимость пластмассы, придают или усили­вают определенные механическиеи диэлектрические свойства, сни­жают горючесть изделий, улучшают внешний вид ит. п. В качестве наполнителей применяют порошковые (древесная, кварцевая мука,графит, тальк, асбест и др.) и волокнистые (ткани, асбестовое волокно и др.)материалы.

Пластификаторыповышают пластичность, эластичность компози­ции, но при увеличении ихколичества прочность на разрыв и сжатие резко снижается. В качествепластификаторов используют малолету­чие вещества (камфору, касторовое масло,дибутклфталаты. трикре-зилфосфат). Красители придают пластическим массамжелаемую ок­раску. Они должны хорошо смешиваться и совмещаться со смолой ивыдерживать воздействие температуры, воды и т. п., сохраняя цвет как в процессеформования, так и при применении изделия.

Отвердители —вещества, способные превращать линейную струк­туру полимера в результатесшивания макромолекул в трехмерную структуру. К ним относятся уротропин,гексаметилентетрамин и др.

Кромеперечисленных веществ, в состав сложной пластмассы вво­дят стабилизаторы,способствующие сохранению первоначальных свойств; смазки, облегчающиепрессование; порошкообразователи — для получения пено- и поропластов.     

Пластическиемассы (пластмассы) имеют низкую плотность (900— 1750 кг/м3), высокиемеханические и хорошие электроизоляционные свойства, высокую водостойкость,теплостойкость и химическую стой­кость, красивый внешний вид и т. д. Стоимостьнекоторых пластиче­ских масс не превышает стоимости цветных, а в некоторыхслучаях и черных металлов при расчете на 1 м3 материала. Такиетехнико-эконо­мические преимущества пластических масс перед другими материала­миобусловили широкое их применение. Но пластмассы имеют низкую теплостойкость(60—300° С), подвержены «старению», что снижает их свойства.

Промышленностьвыпускает большое количество синтетических смол и пластмасс на их основе,поэтому для примера рассмотрим тех­нологию получения и свойства наиболееважнейших смол и пластмасс на их основе.         

Полимеризационныесмолы для получения пластмасс используют без наполнителей. Они термопластичны,обладают хорошими диэлек­трическими свойствами, высокой ударной прочностью(кроме полисти­рола), химически стойки, но большинство из них имеет низкуютепло­стойкость.

/>

Сырьем дляполучения полистирола является стирол (С6Н5СН=СН2).Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами.Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

/>

7.Синтезы наоснове ацетилена

Ацетилен СН=СН — газ,легко вступающий в самые различные химические реакции с образованием многочисленныхсоединений, ис­пользуемых при получении волокон, каучуков, смол и т. д.Например, из ацетилена получают ацетальдегид, этиловый спирт, бутадиен,этил-ацетат, хлористый винил, винилацетат, хлоропрен, акрилонитрил и др. Ониспользуется для получения высоких температур (3200° С) при сварке и резкеметаллов.

Ацетиленполучают путем обработки карбида кальция водой (СаС2 + 2Н2О->Са(ОН)2 + С2Н2) или путемтермоокислительного крекинга при 1400—1500°С различныхуглеводородов (СН4, С2Н4 и до.)

/>

Для примерарассмотрим синтез ацетальдегидана основе ацети­лена.   

Ацетальдегид СНзСНО —альдегид уксусной кислоты, летучая жидкость с резким запахом, хорошосмешивается с водой и спиртом. Он используется для получения уксусной кислоты.

/> <td/> />
Впромышленности ацетальдегид по одной из схем (рис.5) получают следующимобразом. Очищенный от примесей ацетилен, сме­шанный с циркуляционным газом,непрерывно подается в гидрататор 1, в котором находится нагретая до80—100° С жидкость, содержащая сульфаты железа и ртути (в 1 л Н2О200 е H2S04, 0,4 г Hg, 40 гокислов железа). Ацетилен, барботируя через жидкость, переходит в ацетальде­гидпо реакции:

СН = СН + Н2О--> СНзСНО + 1416 кдж.

Степень переходаацетилена в ацетальдегид составляет 50—60%. Газы, содержащие ацетальдегид, ацетилени примеси, поступают на охлаждение сначала в холодильник2, где частичноконденсируются пары воды, и конденсат возвращается в гидрататор 1, а затем вхоло­дильник 3, где конденсируются пары ацетальдегида и воды, собирае­мые всборнике 5 и направляемые на ректификацию (на схеме не пока­зано).

Газы, содержащиеацетилен, поступают в колонну 4, орошаемую водой, где из них извлекаютсяостатки ацетальдегида, и снова возвра­щаются в процесс. Для очистки оборотногогаза от окислов углерода и азота часть его (10%) непрерывно отбирается из циклаи направляется на очистку. Выход ацетальдегида составляет примерно 96% от тео­ретического.Так как пары ртути и ее соединения ядовиты, начинают применяться не ртутныекатализаторы в виде окислов Zn, Mg,Ni, Со, Cr.

Уксусная кислота находитприменение в текстильной, фармацев­тической, парфюмерной промышленности, дляполучения сложных эфиров, в производстве ацетилцеллюлозы, уксусного ангидрида,аце­тона, ацетатного шелка, каучука, пластических масс и т. д.

Раньше кислотуполучали сухой перегонкой древесины, броже­нием этанола, а в настоящее время —окислением ацетальдегида или гидратацией кетона.

Окислениеацетальдегида кислородом воздуха происходит в при­сутствии солей марганца притемпеатуре 60—70° С. Так как надуксусная кислота может взрываться, топарогазовая смесь разбавляется азотом. Образование СНзСООН идет по следующейсхеме:

/>

Для очистки отпримесей синтетическую кислоту подвергают пе­регонке. Техническая кислота послеперегонки содержит 97—99% СНзСООН, 0,1—0,5% НСООН, 0,5—2% Hp.

Безводнаяуксусная кислота плотностью 1049 кг/м3 (20° С) засты­вает при 16,6° С, кипит при 118,1° С. Она хорошо смешивается сво" дои и многими органическими жидкостями. При попадании на кожувызывает ожоги.

8. Подготовкаугля к коксованию

Коксование—процесс сухойперегонки каменных углей при их нагревании до 900—1050° С без доступа воздуха.В результате слож­ных физических и химических превращений образуется твердый,спекшийся продукт — кокс и прямой коксовый газ.

Кокс используютв металлургии, литейном производстве, для по­лучения электродов, карбидакальция и т. д.

Прямой коксовыйгаз содержит каменноугольную смолу, сырой бензол и другие продукты, поэтому егоперерабатывают с получением ценных химических веществ.

Сырьем дляполучения кокса служат спекающиеся (коксующиеся) угли марки К, которых в недрахземли содержится мало Для расши­рения сырьевой базы для коксования применяютсмесь — шихту, состоящую из коксующихся углей и углей других марок, мало содер­жащихсеры и фосфора, которые при коксовании остаются в коксе и снижают егокачество.  

Передпоступлениемна коксование угли тонко измельчаются— зерен размером менее3 мм должно быть 85—90%.

Процесскоксования осуществляется в коксовой печи, представ­ляющей собой камеру,выложенную огнеупорным (динасовым) кирпи­чом. Камеры по 60—70 шт. соединяютсямежду собой в коксовые ба­тареи; между ними имеются пространства (простенки), вкоторых сжи­гается генераторный или коксовый газ. Температура в простенках печидостигает 1400° С. Так как огнеупорный кирпич и уголь являют­ся плохимипроводниками тепла, а для получения кокса требуется на­греть шихту до 900—1050°С, камеры делают в виде узких каналов — шириной — 0,4 м, длиной — 13—14 м,высотой — 4, 4,5 м. В камеру загружают до 15 т угля.                   

/> <td/> />
На рис. 6показана схема коксовой камеры. Она имеет две тор­цовые стороны — коксовую,куда выталкивается из камеры кокс (коксовый пирог), и машинную — для ввода вкамеру коксо-выталкивателя 5, представляющего собой пластину с размерами,немного мень­шими, чем у сечения камеры. При коксовании машинная и коксоваястороны камеры плотно закрываются дверцами / и 2. В своде камеры имеютсяотверстия, через которые загружается шихта с помощью за­грузочного вагона сбункерами 4, течки которых устанавливаются над отверстиями в сводекамеры. Вагон перемещается по рельсовому пути, расположенному над коксовымикамерами, и обслуживает десят­ки камер. После загрузки шихта в камереразравнивается, загрузоч­ные отверстия закрываются и начинается процесскоксования.

Для отводапаро-газовой смеси из камеры стояк 3 соединяется с газопроводом.

/>На рис. 7показана схе­ма нагревания шихты в каме­рах коксовой батареи (попе­речныйразрез) с перекидным над сводами камер  ходом топочных газов. Воздух, по­ступающийна горение го­рючих газов, предварительно нагревается в регенераторах 4и смешивается с газом, по­ступающим из отверстий 3 в простенках 2,расположенных между камерами /. В прос­тенке 2 происходит сгораниегазообразного топлива, и го­рячие дымовые газы огибают камеру, подогревают ее сдругой стороны и уходят че­рез регенераторы тепла в ды­мовую трубу.

Через каждые20—30 мин поток газа и воздуха переключают на нагретые топочными газамирегенераторы и поток газов обогревает обратную сторону камеры.Этообеспечивает равномерный нагревка­меры с обеих сторон. Назаводах применяют различные системы обо­грева камер; пребывание шихты в камере13—17 ч. Выделяющийся при коксовании в камерах прямой коксовый газотсасывается возду­ходувкой и подается на переработку.

По окончаниипроцесса коксования разгрузка камерпроводитсяпоочередно. Послеразгрузки камеры торцовые стороныее закрывают­ся и цикл работыповторяется.

Из 1 тшихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем следующиепродукты, кг:

/>

Переработка прямогококсового газа

/> <td/> />
Парогазовуюсмесь, выходящую из коксовой камеры, называют прямым коксовым газом. В 1 м3газа, кроме Н2, СН4, СО и газообраз­ных углеводородов,содержится: смолы 80—130 г, бензольных углево­дородов 30—40 г,аммиака 8—13 г, сероводорода и других сернистых соединений 6—25 г,цианистых соединений — 0,5—1,5 г, паров воды 250—450 г, твердыхчастиц 15—35 г. Такой газ подвергают пере­работке по схеме, приведеннойна рис. 8.

Прямой коксовыйгаз, выходящий из камеры при температуре 700—800° С, поступает в газосборник /,где охлаждается до 80° С во­дой; при этом из газа частично конденсируется смолаи твердые вещест­ва. Для дополнительного выделения смолы газ охлаждают вхолодиль­нике 2 до 20—30° С. Сконденсировавшаяся смола и надсмольнаявода из газосборника 7 и холодильника 2 поступают в сборник 3,где разделяются на три слоя: нижний — твердые вещества, средний — смола»верхний — надсмольная вода. В надсмольной воде содержится аммиак. Дляокончательного выделения из газа туманообразной смолы газ из холодильника 2поступает в электрофильтр 4, где из него выделяет­ся смола, стекающая всборник 3. Для продвижения прямого коксо­вого газа через системуаппаратов очистки применяется турбогазодувка 5. Пройдя турбогазодувку,газ нагревается в подогревателе 7 до 60— 70° С и поступает в сатуратор 6 —аппарат барботажного типа, в ко­тором находится 76—78% H^SO^. Аммиак,содержащийся в газе, реа­гирует с HoS04 с образованием сульфатааммония;

/>

Образовавшийсясульфат аммония выпадает в осадок, отделяется от раствора, сушится ииспользуется в качестве удобрения. Затем газ охлаждается до 20—25° С вхолодильнике 9 и поступает в башни с на­садкой 8, орошаемыекаменноугольным маслом (фракция при перегон­ке смолы, кипящая при 230—300° С),которое извлекает из газа бен­зол, толуол, ксилол и др.

Раствор сырогобензола подвергается перегонке, в результате чего отгоняется бензол и егогомологи, а масло после охлаждения снова возвращается на орошение башен 8.Освобожденный от примесей кок­совый газ называется обратным. Он очищается отсоединений серы. Обратный коксовый газ в основном состоит из водорода (54—59%),метана (23—28%), окиси углерода (5—7%), углеводородов (2—3%) и примесей: азота(3—5%), углекислоты (1,5—2,5%), кислорода (0,3— 0,8%). Теплота сгорания его16750—17200 кдж/м3.

Коксовый газ каквысококалорийное топливо применяют для полу­чения высоких температур вметаллургии, стекловарении, коксова­нии; его используют в качестве сырья вхимической промышленности для получения водорода, сажи, ацетилена и т. д.

               9. Получениесинтезированного газа

Химическиеметоды переработки нефти проводят при высоких тем­пературах без катализатора(термический крекинг), при высоких тем­пературах в присутствии катализатора(каталитический крекинг), в присутствии водорода, при высокой температуре идавлении (гидро­крекинг) и др. Благодаря высокой температуре происходитрасщепле­ние молекул углеводородов. Кроме того, в результате вторичных про­цессовобразуются молекулы новых соединений, которые не содержат­ся в нефти или в нефтепродуктах.

Рассмотримпроцесс расщепления составляющих нефти при нагре­вании на примерах.

При нагреваниинефти сначала расщепляются углеводороды парафи­нового ряда с длинной цепью

/>

По мереповышения температуры разрыв цепи углеводородов сдви­гается к краю цепи, вплотьдо метана СН4, т. е. С14Н30 àС13Н26 + СН4, апри температуре выше 820° С метан разлагается на углерод и водород СН4--> С + 2Н2

Нафтеновыеуглеводороды при нагревании дегидрируются, обра­зуя ароматические углеводороды:

/>

Ароматические  углеводородыболее устойчивы к нагреванию, по­этому они почти не изменяются. Непредельныеуглеводороды, образующиеся в процессе распада, в значительной степени вступаютв реак­цию полимеризации или циклизации, образуя ароматические и дру­гиесложные соединения. Чем выше температура крекинга, тем выше скорость реакции ибольше образуется газообразных продуктов. При­менение давления

/> <td/> />
затрудняетпроцесс расщепления и благоприятно влияет на вторичные реакции. Крекинг ведутдля получения бензина и газов.

Термическийкрекинг в смешанной фазе (жидкой и паровой) прово­дят под давлением до 70 am при температуре350—500° С. На рис.9 показана схема крекинга мазута. Мазут насосом 1 подает­сяна одну из нижних тарелок ректификационной колонны 2, где сме­шивается стяжелой фракцией. Затем смесь подается в трубчатую печь 3, гденагревается до температуры 470—480° С. Из средней части колонны 2выводится более легкокипящая фракция, которая нагрева­ется в трубчатой печи 4до 500—510°. Давление в печах поддержива­ется 50—70 am (5—7 Мн/м2).Продукты крекинга из печей 3 и 4 про­ходят редукционный вентиль 5и поступают в испаритель 6, где проис­ходит отделение паров от крекингостатка, который выводится из испарителя. Пары из испарителя направляются вректификационную колонну на разделение. Пары бензина и газы проходятконденсатор 7 и сепаратор 8, где они разделяются.

Выход продуктовпри крекинге следующий: крекинг-бензин 30— 35%, крекинг газы 10—15%,крекинг-остаток 50—56%. Крекинг газы содержат этилен, пропан, пропилен, бутан,бутилен и др. Они служат ценным сырьем для синтеза органических соединений.Крекинг-остаток служит котельным топливом.

Парофазныйкрекинг — пиролиз проводят при температуре 670— 720° С и атмосферном давлении. Впроцессе пиролиза жидкие продук­ты обогащаются ароматическими соединениями, агазы — непредель­ными углеводородами. Пиролиз проводится с целью получениясырья для химической промышленности.

Каталитический крекинг проводится в паровой фазе при 450-500е С и давлении 0,5-1,0 am (0,05-0,1 Мн/м2)в присутствии алюмо-силикатных катализаторов, представляющих собой твердыевысоко. пористые вещества. Катализаторы адсорбируют углеводороды и наповерхности происходят реакции расщепления. Одновременно мот проходить реакцииароматизации. При каталитическом крекинге наряду с жидкими продуктами(вы. ход бензина — 70%) образуются газы (12—15%) и кокс (4—6%) Коксоткладывается на поверхности катализатора и снижает его активность. Длявыжигания кокса через катализатор при температуре 550— 600 С пропускаютвоздух.                          

В печи 1подаваемое на крекинг сырье нагревают до 350—360°С и затем направляют в реактор 2, в которыйиз бункеpa 3 поступает зернистый катализатор. Поддействием собственного веса катализатор опускается в низ реактора и передпоступлением в  регенератор (самотеком) обрабатывается паром. Продуктыкрекинга  из реактора 2 направляются на разделение в ректификационную ко­лонну(на схеме не показана). Для регенерации катализатора сверху в регенератор 4воздуходувкой 5 подается воздух, который реагирует с коксом, расположенным наповерхности катализатора, очищая его. Образовавшиеся дымовые газы выводятсяснизу генератора. Из нижней части регенератора 4 катализаторзахватывается сжатым воз­духом, подаваемым воздуходувкой 7, и по трубе 6направляется в бун­кер 3 и снова возвращается в реактор 2.

Для уменьшенияотложений кокса на катализаторе применяют крекинг под давлением в присутствииводорода. Такой процесс получил название риформинга. Наибольшееприменение риформинг находит с платиновыми, хромовыми и молибденовымикатализаторами. Для риформинга используют фракции легких нефтепродуктов.Процесс проводится под давлением 40—70 am(4—7 Мн/м2) при температуре480—520° С.

В процессериформинга происходит образование ароматических  углеводородов, которыеулучшают качество бензинов. Газы риформинга содержат СН4, C2H6, С3Н8,С4Н10. Их используют для синтеза органическихсоединений.

Списокиспользованной литературы

1. Баринов Н.А.Технология металлов. Металлургиздат.1963

2. Сидоров И.А.Основы технологии важнейших отраслей промышленности, Москва, “высшая школа”,1971

3. Кован В.М. (идр.) Основы технологии машиностроения “Машиностроение”, 1965

4. НикифоровВ.М. (и др.) Технология важнейших отраслей промышленности, ч.1, изд. ВПШ при ЦККПСС, 1959

5. ДанилевскийВ.В. Технология машиностроения.

   “Высшая школа”, 1965

       Если Вам пригодился мой реферат, сообщите мне об этом, будуВам очень признателен!

My E-mail: talk2000@mail.ru