TECHNOLOGICKÉ PROCESY

transcript

Základy chemických technologií 2014

CHEMICKÉ PROCESY: TAKOVÉ TECHNOLOGICKÉ POSTUPY, PŘI

KTERÝCH DOCHÁZÍ K CHEMICKÉ PŘEMĚNĚ SUROVINY, VZNIKÁ

MEZIPRODUKT ČI FINÁLNÍ PRODUKT

PROBÍHAJÍCÍ CHEMICKÝ DĚJ JE CHARAKTERIZOVÁN CHEMICKOU

ROVNICÍ A MECHANISMEM, REAKČNÍMI PODMÍNKAMI, TĚMITO

CHARAKTERISTIKAMI SE ŘÍDÍ CELKOVÝ TECHNOLOGICKÝ REŽIM

KATALYTICKÉ PROCESY

VŠECHNY PROCESY VYUŽÍVAJÍCÍ ÚČINKU KATALYZÁTORU NA RYCHLOST

REAKCE

KATALYZÁTOR: SNIŽUJE AKTIVAČNÍ ENERGII REAKCE

NEMŮŽE REAKCI VYVOLAT, KDYŽ JE TATO

TERMODYNAMICKY NEMOŽNÁ

OVLIVŇUJE RYCHLOST PŘÍMÉ I ZPĚTNÉ REAKCE,

CHEMICKÁ ROVNOVÁHA SE NEMĚNÍ

KATALYZÁTORY: RŮZNĚ SELEKTIVNÍ

ENZYMY: NEJSELEKTIVNĚJŠÍ

KATALÝZA

1) HOMOGENNÍ: VÝCHOZÍ LÁTKY, MEZIPRODUKTY, PRODUKTY I

KATALYZÁTOR JSOU VE STEJNÉ FÁZI

2) HETEROGENNÍ: ZÚČASTNĚNÉ LÁTKY JSOU V RŮZNÝCH FÁZÍCH

PRŮMYSLOVÝ KATALYZÁTOR

1) VLASTNÍ KATALYTICKY AKTIVNÍ LÁTKA

2) NOSIČ: ODOLNÁ, LACINÁ LÁTKA S DOSTATEČNĚ VELKÝM POVRCHEM

(KŘEMELINA, SILIKAGEL, ALUMINA)

3) AKTIVÁTOR: ZVYŠUJE AKTIVITU KATALYZÁTORU

KATALYTICKÝ JED: SNIŽUJE ÚČINNOST KATALYZÁTORU, RUŠÍ PRŮBĚH

KATALÝZY

VÝROBA H2SO4

SUROVINY: SÍRA ELEMENTÁRNÍ-TĚŽENÁ 60%

REKUPEROVANÁ 40%

TĚŽBA SÍRY: USA, MEXIKO, RUSKO, POLSKO

NEROSTNÁ LOŽISKA MAJÍ OBSAH 10-70% SÍRY

ÚPRAVA: DRCENÍ, MLETÍ, FLOTACE→OBOHACENÍ NA 85%

ZBAVENÍ VODY ODSTŘEDĚNÍM

VYTAVENÍ V AUTOKLÁVU (150°C) →ČISTÁ SÍRA (99,7%)

SÍRA Z JINÝCH ZDROJŮ: ZE SULFANU (ROPA, ZEMNÍ PLYN)

PRAŽENÍ PYRITU

VÝROBA H2SO4 - POSTUPY

1) HISTORICKÝ: RETORTOVÝ – DESTILACE TZV. VITROLOVÝCH

BŘIDLIC (FeSO4) V KERAMICKÝCH NÁDOBÁCH

2) NITRÓZNÍ: HOMOGENNÍ KATALÝZA NITRÓZNÍMI PLYNY

3) KONTAKTNÍ: HETEROGENNÍ KATALÝZA KOVY NEBO JEJICH

V SOUČASNOSTI 90% SVĚTOVÉ VÝROBY

KONTAKTNÍ ZPŮSOB1) VÝROBA SIŘIČITÉHO PLYNU (SO2)

SPALOVÁNÍ SÍRY: S + O2 → SO2

PRAŽENÍ PYRITU: 4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 (VÝPRAŽKY) + 8 SO2

POKUD JE POTŘEBA, SIŘIČITÝ PLYN SE ČISTÍ – ELEKTROFILTRY,

ROZTOKEM H2SO4 VE VĚŽÍCH

ZAŘÍZENÍ: HOŘÁKOVÁ PEC NA SPALOVÁNÍ ROZTAVENÉ SÍRY

FLUIDNÍ PEC NA PRAŽENÍ PYRITU

VEDLEJŠÍ PRODUKT: VÝPRAŽKY – ŽELEZNÁ RUDA

SPALNÉ TEPLO – VÝROBA PÁRY

KONTAKTNÍ ZPŮSOB

2) OXIDACE SO2 NA SO3

2 SO2 + O2 2 SO3

REAKCE MÁ VYSOKOU AKTIVAČNÍ ENERGII A PROBÍHÁ POMALU

→ KATALÝZA

OPTIMÁLNÍ PRŮBĚH REAKCE: 10% SO2, 11% O2, 79% N2

KATALYZÁTOR: KONTAKTNÍ HMOTA

V2O5 NA KŘEMELINĚ NEBO SILIKAGELU

AKTIVÁTOR: K2O

ZAŘÍZENÍ: ETÁŽOVÝ NEBO TRUBKOVÝ REAKTOR

ČTYŘSTUPŇOVÝ ETÁŽOVÝ REAKTOR S VRSTVAMI KATALYZÁTORU

TRUBKOVÝ REAKTOR

KONTAKTNÍ ZPŮSOB

3) ABSORPCE SO3

H2O + SO3 → H2SO4

ZAŘÍZENÍ: ABSORPČNÍ VĚŽ S VÝPLNÍ Z ODOLNÉHO MATERIÁLU

ABSORPČNÍ MÉDIUM: 98,3% H2SO4 ???

TENTO ROZTOK MÁ NEJNIŽŠÍ TENZI VODNÍ PÁRY, SO3 MÁ TENDENCI

VYTVÁŘET KYSELINU V PARNÍ FÁZI, ČÍMŽ VZNIKÁ MLHA H2SO4,

KTERÁ JE ABSORPCÍ NEZACHYTITELNÁ

POTŘEBNÝ VZDUCH MUSÍ BÝT VYSUŠENÝ

ABSORPČNÍ VĚŽE

VÝROBA H2SO4 V ČR

VYRÁBÍ SE VÝHRADNĚ KONTAKTNÍM ZPŮSOBEM, SUROVINOU JE

VĚTŠINOU ELEMENTÁRNÍ SÍRA

ROČNĚ SE VYROBÍ ASI 230 000 TUN (ÚDAJ Z R. 2004)

NEJVĚTŠÍ VÝROBCI:

SPOLANA NERATOVICE

PRECHEZA PŘEROV

SYNTHESIA PARDUBICE

POUŽITÍ H2SO4

ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE CHEMICKÉHO PRŮMYSLU

PRŮMYSLOVÁ HNOJIVA – FOSFÁTY (PRECHEZA)

ANORGANICKÉ PIGMENTY ŽELEZITÉ ČERVENĚ, HNĚDĚ, TITANOVÁ BĚLOBA (PRECHEZA)

VISKÓZOVÁ VLÁKNA

VÝROBA NH3

NH3 VÝCHOZÍ LÁTKA PRO VŠECHNY OSTATNÍ SLOUČENINY DUSÍKU

KLASICKÉ ZDROJE (LEDKY) MAJÍ DNES UŽ MALÝ VÝZNAM

SUROVINY

SYNTÉZNÍ PLYN – SMĚS N2 A H2 1:3

N2: VZDUCH

H2: Z ORGANICKÝCH TECHNOLOGIÍ, NAPŘ. ODPADÁ PŘI

PARNÍM REFORMOVÁNÍ UHLOVODÍKŮ

H2 Z METHANU: t= 800-900°C, kat. Ni na alumině

kat. jed: S

CH4 + H2O → CO + H2

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

VÝROBA NH3

PRINCIP: PŘÍMÁ SYNTÉZA Z PRVKŮ (HABERŮV POSTUP, FRITZ

HABER, 1918 NOBELOVA CENA)

N2 + 3 H2 2 NH3 EXOTERMNÍ REAKCE

REAKCI PODPORUJE: NÍZKÁ TEPLOTA A VYŠŠÍ TLAK

OPTIMÁLNÍ PODMÍNKY PRO KATALYZÁTOR: 300-400°C

STUPEŇ KONVERZE: KOLEM 20%

SYNTÉZNÍ PLYN SE VEDE PŘES KATALYZÁTOR OPAKOVANĚ A VYROBENÝ

AMONIAK SE PRŮBĚŽNĚ ODSTRAŇUJE OCHLAZENÍM A KONDENZACÍ (TZV.

SYNTÉZNÍ OKRUH)

KATALYZÁTOR: ELEMENTÁRNÍ Fe AKTIVOVANÉ Al2O3 A K2O

KATALYTICKÉ JEDY: SLOUČENINY S a As, O2

VÝROBA NH3

ZAŘÍZENÍ: ETÁŽOVÝ REAKTOR

V PATRECH REAKTORU JSOU

ULOŽENY VRSTVY KATALYZÁTORU

VÝROBA NH3 V ČR

UNIPETROL PRAHA

POUŽITÍ: ZÁKLADNÍ SLOUČENINA N2

VÝROBA HNO3

MOČOVINA

HNOJIVA

PRŮMYSLOVÉ CHLADIVO

VÝROBA HNO3

HISTORICKÉ VÝROBY: Z LEDKU

ZE VZDUŠNÉHO N2 V ELEKTRIC. OBLOUKU

NEPOUŽÍVAJÍ SE

SUROVINA: NH3

PRINCIP: KATALYTICKÁ OXIDACE NH3 NA OXIDY DUSÍKU

NH3 → NO → NO2 + H2O → HNO3

PRO 1. REAKČNÍ KROK JE NUTNO POUŽÍT SELEKTIVNÍ KATALYZÁTOR,

ABY NEPROBÍHALY JINÉ (TERMODYNAMICKY VÝHODNĚJŠÍ) REAKCE

A JE NUTNO PŘESNĚ DODRŽOVAT TECHNOLOGICKÉ PODMÍNKY (TLAK, TEPLOTA)

VÝROBA HNO3

KATALYZÁTOR: Pt + Rh + Pd

KATALYZUJE OXIDACI NH3 NA NO VZDUŠNÝM KYSLÍKEM

VHODNÉ VLASTNOSTI KATALYZÁTORU (KOV) UMOŽŇUJÍ FORMOVAT

HO DO TVARU SÍT Z JEMNÝCH DRÁTKŮ A USPOŘÁDAT DO TVARU SÍT

REAKTOR: KONTAKTNÍ PEC

POČET SÍT V REAKTORU: 3-25

DALŠÍ REAKČNÍ KROKY PROBÍHAJÍ V ABSORPČNÍCH VĚŽÍCH

VÝROBA HNO3 V ČR

SYNTHESIA PARDUBICE

POUŽITÍ: PRŮMYSLOVÁ HNOJIVA - DUSIČNANY

BARVIVA - AZOBARVIVA

VÝBUŠNINY - NITROCELULÓZA

PESTICIDY

TECHNOLOGICKÉ PROCESY

Documents