Шпоры по OXT

ОХТ. Определение, требования, основные понятия. Физ-хим закономерности ХТП. Технология- наука о способах и процессах переработки сырья, в предметы потребления и средства производства. Способы и процессы переработки -ряд последовательных операций, проводимых с сырьем в машинах и аппаратах с целью получения из него заданного продукта. Технология 2-х видов: механическая и химическая (изменение физических свойств материалов) Химическая технология- наука о способах и процессах химической переработки

сырья (изменение химического состава и свойств веществ) Промышленность неорганических веществ включает в себя: 1. производство основных химических веществ: кислот, щелочей, солей, удобрений, 2. Производство тонких неорганических продуктов: реактивы, ппроводники, фармацевтика. 3. электрохимические проз-ва: хлор, щелочь, кислород, водород.

4. металлургия (черная, цветная, благородных и редких металлов) 5. производство силикатов: стекло, цемент, керамика. 6. производство минеральных красок и пигментов Органическая промышленность: 1. основной (тяжелый) органический синтез: спирт, кислоты, эфиры. 2. Полупродукты и красители 3. тонкий синтез: фармацевтика, кинофотореактивы 4. производство высокомолекулярных соединений-пластмассы, волокна. 5. переработка горючих материалов.

6. производство пищевых продуктов: переработка жиров, растительное масло. В настоящее время используют плазменно-химические процессы, фотохимические, радиационные. С целью повышения получения эффективности сырья и энергии, интенсификации процессов и снижения содержания вредных примесей в сточных водах и отходящих газах необходима разработка новых технологий, создание безотходных и малоотходных технологических схем. Космические технологии:

Космическое материаловедение- получение веществ в условиях невесомости. Мембранные технологии - производство и очистка продуктов. Требования к химической технологии. 1. малая энергоемкость 2. использование перспективных источников энергии. 3. безотходность и малоотходность 4. комплексное использование сырья 5. применение в разрабатываемых технологиях новейшие достижения науки и техники Все процессы хим.

Технологии сводятся к пятью основным группам: 1. гидродинамические (перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемещение в жидких средах) 2. тепловые (нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, теплообмен) 3. диффузионные или массообменные процессы – связаны с переходом вещества из одной фазы в другую 4. механические процессы 0 дробление, измельчение, грохочение, гранулирование 5. химические процессы- связаны с изменением хим. состава и свойств вещества.

Физико-химические закономерности химической технологии. Совокупность физических и химических процессов протекающих в технологическом оборудовании наз-ся ХТП. Стадии ХТП: 1. подвод реагирующих компонентов в зону реакции, подвод совершается молекулярной диффузией или конвекцией в двух или многофазных системах. Подвод совершается абсорбцией газов, конденсацией паров, плавлением или растворением твердых веществ. Абсорбция-поглощение газа всем объемом жидкости.

2. химические реакции – в системе протекают параллельно и последовательные реакции с образованием целевого основного) продукта, а также побочных продуктов. 3. отвод продуктов из реакционной зоны. Основные понятия: Производительность - кол-во выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени: P=B/t где Р-производ-ть, В-кол-во продуктов, τ-время. Максимально возможная производительность-мощность.

Для сравнения аппаратов и установок различного устройства и размеров в которых протекают одни и те же процессы вводится понятие интенсивность - это производительность отнесенная к единице размера аппарата: У=P/Vr У- интенсивность, Vr- объем реактора Расход сырья воды, энергии, реагентов отнесенный к единице целевого продукта называется расходным коэффициентом: β=Q/B где β-расходный коэффициент, Q-расход воды, энергии, В-кол-во целевого продукта

Степень превращения - отношение кол-ва реагента вступившего в реакцию к его исходному кол-ву. Для реакции типа А→R степень превращения компонента А это: XA=(NA0-NA)/NA0 NA0, NA – количество исходного реагента в начале и в конце процесса. Если А↔R, то XA*=(NA0-NA*)/NA0 где NA*- количество реагента А в состоянии равновесия. Выход продукта - отношение количества полученного целевого продукта к его

теоретическому количеству или количеству по стехиометрическому уравнению. Для реакции типа A→R η=NR/NRmax Селективность – отношение кол-ва целевого продукта к общему кол-ву получаемых продуктов. Для процесса типа: φR=NR/(NR+NS) Материальный и энергетический баланс. Качество продукции. Экономическая эффективность хим пр-ва.

При разработке ХТП проводятся расчеты для количественной оценки протекающей операции и для определения оптимальных параметров технологического режима. Расчеты материальных потоков обычно сочетаются с энергетическими расчетами. Для этого составляется мат. и энерг. баланс. 1. Мат. баланс. В основе - закон сохранения массы вещества, который гласит:во всякой замкнутой системе масса веществ вступивших во взаимодействие равна массе веществ получившихся в результате взаимодействия.

ΣBприхода=ΣBрасхода Для периодического процесса мат. баланс составляется в расчете на 1 операцию, для непрерывных – за единицу времени. Мат. баланс составляется по уравнению основной суммарной реакции. Он может быть составлен для одного вещества и для всех веществ участвующих в процессе. Баланс составляется для одной стадии или для всего процесса.

Так как учитываются только основные материальные потоки, мат. баланс может носить приближенный характер. При проектировании задаются массы целевого продукта. Массу сырья и побочных продуктов определяются по уравнению мат. баланса. 2. Энергетический баланс. В основе: закон сохранения энергии, который гласит: приход тепла в данной технологической операции равен расходу тепла: ΣQприхода=ΣQрасхода

Тепловой баланс составляется по данным мат. баланса с учетом тепловых эффектов химических реакций и физических превращений, а также с учетом подвода и отвода тепла. Качество продукции. Определяют чистотой или содержанием в них основного компонента. Производство и применение высокочистых и концентрированных продуктов повышает интенсивность процесса и качество конечной продукции. Качество продукции т.е. ее состав и свойства должны удовлетворять требованию

стандартов: (ГОСТ, ОСТ, ТУ(технические условия)) Экономическая эффективность химического производства. Зависит от: 1. мощности установки (цеха) на которой производится продукт 2. полноты использования достижений науки и техники при организации и оформлении данной технологии Экономическая эфф-ть характеризуется тремя основными показателями: 1. капитальные затраты 2. себестоимость продукции 3. производительность труда

Капитальные затраты - денежное выражение затрат при строительстве цеха или предприятия в целом. Себестоимость. Существует полная себестоимость - денежное выражение затрат предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции. Затраты предприятия связанные непосредственно с производством продукции наз-ся заводской себестоимостью, которая включает в себя: 1. сырье, полуфабрикаты, основные материалы. 2. топливо и энергия 3. зарплата основных производственных

рабочих 4. амортизация-отчисление на возмещение износа основных производственных фондов 5. цеховые расходы (содержание и текущий ремонт основных фондов, зарплата ремонтных и вспомогательных рабочих, затраты про содержанию и управлению цехом, охрана труда) 6. общезаводские расходы Заводская себестоимость + внепроизводственные расходы = полная себестоимость Производительность труда - кол-во продукции вырабатываемое одним рабочим в единицу времени.

Сырьевая и энергетическая подсистемы химической технологии. Методы обогащения. Вода и водоподготовка. Виды сырья: Минеральное сырье. 1. рудное сырье - породы содержащие металл 2. нерудное сырье - породы содержащие серу, фосфаты, калийные соли, поваренную соль. Сырье для получения кислот, удобрений, строительных материалов: 3. горючее минеральное сырье - уголь, нефть, газ, торф.

4. растительное и животное сырье -разделяется на пищевое и техническое (хлопок, лен). По степени экономической эффективности сырье делится на: А) балансовое (добывается в нстоящее время) Б) забалансовое (сырье не используется) Тенденции развития сырьевой базы. 1. изыскание и переработка отходов, разработка без и малоотходных технологий 2. комплексное использование сырья 3. замена пищевого сырья непищевым 4. применение концентрированного

сырья Методы обогащения Обогащение твердого сырья: Рассеивание (грохочение), дробление гравитационное, техническое, химическое, магнитная и воздушная сепарация, флотация. Флотация. 1. пленочная 2. масляная 3. пенная Обогащение жидкого сырья: упаривание, донасыщение, вымораживание, ректификация. Обогащение газовых смесей: 1. ступенчатая конденсация, постепенное снижение t0 смеси 2. полное сжижение

смеси с последующей ректификацией 3. разделение путем абсорбции, с последующей десорбцией. Вода и водоподготовка. Качество воды характеризуется жесткостью. Жесткость-2 вида: 1. временная (устраняемая) –гидрокарбонаты Mg и Ca 2. постоянная (не устранимая) – сульфаты, нитраты, хлориды Ca и Mg. Временная+постоянная = общая жесткость. Водоподготовка.

Сводится к следующим стадиям: 1. осветление воды- отстаивание с последующим фильтрованием Коагулянты Al2(SO4)3, FeSO4 (Коагуляция - слипание частиц с целью их осаждения). 2. умягчение воды -частичное или полное удаление солей кальция и магния (дистилляция) 3. ионирование воды (используют ионнобменные соли) 4. термическая деаэрация- длительное кипячение с целью удаления газов, растворимых в воде. Согласно современным теребованиям на предприятия внедрена система оборотного

водоснабжения-это зацикливание водяных потоков. Источники энергии: 1. традиционные: уголь, нефть, газ. 2. гидроэнергия 3. атомная энергетика Равновесие в процессах. Факторы, влияющие на равновесие. Равновесие в технологических процессах: G=H-TS=U+PV-TS=F+PV ∆G=∆H-T∆S ∆G=∆F+P∆V ∆G=-

∆F-P∆V ∆G<0-реакция прямая ∆G>0- реакция обратимая ∆G=0- система в равновесии Соотношение компонентов во взаимодействующих системах остается неизменным при сохранении внешних условий. если условия изменяются (t0, Р, с) равновесие смещается. Количественно состояние равновесия хим. Реакции определяется законом действующих масс, он гласит: при постоянной t0 и наличии равновесия отношение

произведений действующих масс продуктов реакции к произведению действующих масс исходных веществ есть величина постоянная. k- константа равновесия. aA+bB=cC+dD (2-ое -для идеальных газов). Для количественного определения влияния отдельных факторов на равновесный выход продукта, рассчитываются равновесные превращения при соответствующих условиях. Но качественно влияние отдельных факторов определить на равновесие можно на основе принципа смещения

равновесия (принцип Ле-Шателье). Динамический хар-р равновесия. В системе выведенной внеш. воздействием из состояния равновесия самопроизвольно происходит изменение, стремящиеся уменьшить это воздействие и привести систему к новому состоянию равновесия. 1. влияние температуры Для экзотермических реакций: с ↑ t0 сниж-ся константа равновесия,  для экзотермич. Процессов нужны по возможности низкие t0 по принципу

Ле-Шателье, при этом равновесие будет сдвигаться в сторону процесса идущего с выделением тепла (слева направо). При этом ↑ выход продукта. Низкие t0 благоприятны для выхода продукта ( процесс синтеза аммиака, титана ) Для эндотермических реакций с ↑ t0 константа равновесия ↑, т.е. ↑ равновесный выход продукта (диссоциация, крекинг титана) 2. влияние давления N2+3H2↔2NH3 (↑P) CH4→C+2H2 (↓P)

CO+H2O(г)→ CO2+H2 (давление не оказывает действие на систему) 3. влияние концентрации При ↑ концентрации исходных компонентов ↑ концентрация продуктов реакции. При ↓ концентрации исходных компонентов ↓ концентрация продуктов реакции. Для снижения концентрации продуктов реакции их выводят из системы по мере накопления, в результате, равновесие сдвигается слева направо как за счет уменьшения концентрации продуктов реакции, так и за

счет относительного увеличения концентрации исходных веществ. Продукты реакции химически связываются с другими веществами или переводятся в другое фазовое состояние: Увеличение выхода целевых продуктов за счет сдвига равновесия в результате увеличения концентрации исходных веществ. Любой технологический процесс необходимо рассматривать с двух точек зрения: 1) с точки зрения термодинамики опред. Условия максимального выхода продукта, максимального использования

сырья, мин. отходов (термодинамический анализ) 2) с точки зрения кинетики (рассматр. Механизм и определяют скорость процесса) кинетический анализ). Кинетика ХТП, V процесса. Кинетика ХТП: технологические процессы протекают в жидкостях и газах. ХТП нужно рассматривать с 2-х точек зрения: а) с т.з. взаимодействия отдельных молекул (микрокинетика) при реализации процессов в промышленных условияхнужно учитывать факторы связанные с макросостоянием

системы (макрокинетика) в частности, нужно учитывать объемы реакторов, скорость вращения мешалки, пути пересечения газов и потоков) Т.е. процессы связанные с диффузией реагентов в зону реакции и продуктов из реакционной зоны. б) выделение и реализация тепла; варианты нагрева реагирующих масс или отвода тепла. Факторы влияющие на скорость процесса: Цель ХТП: получение конечного продукта с минимальной себестоимостью.необходимо обеспечить минимальные расходные коэффициенты, для снижения расходного коэффициента по сырью.

Процесс ведется так, чтобы степень превращения (Х), выход продукта (υ) и селективность (φ) были максимально высокими и достигались в кратчайшее время. Скорость процесса должна быть максимально высокой. (1) (2) - уравнение Аррениуса Е- энергия активации k0- компонент (3) Таким образом, скорость зависит от температуры и концентрации реагирующих веществ. Скорость простой необратимой реакции описывается уравнением (3) при увеличении

температуры и при постоянной концентрации скорость такой реакции увеличивается очень быстро. При обратимой реакции р=р1-р2=k1CA-k2CR Отрицательное влияние t0-это увеличение потерь продукта, снижение прочности и химической стойкости реагентов, снижение степени превращения в экзотермических процессах. Влияние давления в давления в газовых системах скорость реакции пропорциональна давлению в степени равной порядку реакции при увеличении концентрации исходных реагентов.

Типы ХТП: - Гомогенные процессы проходят в кинетической области, общая скорость процессов определяется скоростью химических реакций: A→R dXA/dt=k(1-XA) Для увеличения скорости нужно увеличить концентрацию (XA). В реальных процессах, протекающих на макроуровне, нужно учитывать макросостояние системы, т.е. скорость перемешивания жидкости, способы подвода тепла ит.д. -

Гетерогенные процессы - реагирующие вещества в разных фазах, подвод их к поверхности раздела фаз и массообмен между фазами совершается молекулярной и конвективной диффузией, которая накладывается на основоной процесс.в любои гетерогенном процессе существует 3 основных одновременно протекающих процесса: 1. диффузия исходных веществ к границе раздела фаз 2. химическая реакция 3. диффузия продуктов реакции из реакционной смеси Скорость гетерогенного процесса зависит как от скорости хим.

Реакции так и от скорости диффузионных и иных процессах, с учетом макросостояния системы. В общем случае скорость определяется следующим уравнением: R=kFΔc r-скорость гетерогенного процесса k-коэф-т скорости процесса F- поверхность контакта фаз ∆с- движущая сила процесса k включает в себя ряд факторов влияющих на скорость процесса, общая скорость гетерогенного процесса определяется скоростью наиболее медленной

(лимитирующей) стадией процесса. Лимитирующей стадией может быть: 1. химическая реакция 2. диффузия 3. одновременно химическая реакция и диффузия В 1 скорость диффузии значительно выше скорости хим. Реакции, процесс протекает в кинетической области. Во 2 случае скорость хим. Реакции выше, чем скорость диффузии, процесс протекает в диффузионной области.

В 3 случае скорость и стадии соизмеримы, процесс протекает в смешанной (переходной) области. Зависимость скорости гетерогенного процесса от t0: I- область кинетическая, скорость химической реакции мала, мы сможем ее увеличить с повышением t0. II- область смешанная. III- область диффузионная. В общем случае для кинетической области это функция kкин=(k1, k2, kпоб) k1, k2-константа прямой и обратной реакции kпоб- константа побочной реакции kдиф=f(D1,

D2….D’1, D’2) D1, D2-константы диффузии исходных веществ D’1, D’2- продукты из реакционной зоны Kсм=f(k1, k2, kпоб D1, D2….D’1, D’2) Поверхность контакта фаз Скорость диффузии можно увеличить за счёт увеличения поверхности контакта фаз, за счёт совершенствования аппаратурного оформления процесса Г-Ж а) скруббер Жидкость смачивает насадку, газ проходит через насадку и соприкасается с жидкостью.

Поверхность жидкости, т.е. поверхность контакта фаз F тем больше, чем больший объём насадки приходится на единицу объёма пропускаемого газа, чем меньше размер насадки и чем более развита её поверхность б) противоточная насадочная колонна F=0,3/ρR ρ-плотность ж-ти R-радиус капель в) В случае применения барботажных и пенных аппаратов, то поверхность контакта фаз служит поверхность пузырьков

газа. Поверхность F тем больше, чем меньше размер пузырьков и чем выше слой жидкости. Г-Т а) полочный реактор Газ соприкасается с тв реагентом, наход. на полках. б) Измельченный реагент распыляется, пов-ть зерна – пов-ть контакта фаз. в) аппарат КС. Тв. реагент – на перфорированной полке. Поверхность контакта фаз F тем больше, чем меньше частицы зернистого материала и чем выше слой материала.

Движущая сила процесса ΔС=С0-Сзр (в зоне реакции) В газ. сист: ΔP=Pr-P* Pr – парц. давл-е исх компонента, P* - равновесное давл-е исх реагентов у поверхности ж-ти. Каталитические процессы Катализ изменение скорости химической реакции под воздействием веществ, кот участвуют в процессе и остаются после его окончания химически неизменными.

Положительный катализ – увеличение скорости реакции, отрицательный – замедление. Катализатор не влияет на равновесие химической реакции и другие термодинамические характеристики. Увеличивая в равновесной степени скорость прямой и обратной реакции, он способствует скорейшему достижению равновесия при данных условиях. Характеристики: 1) активность катализатора 2) температура зажигания - это линия температура реагирующей смеси, при которой катализатор начинает работать и процесс идёт

с достаточной скоростью 3) селективность катализатора – в сложных процессах, где термодинамически возможно образование нескольких продуктов, катализатор ускоряет только одну целевую реакцию 4) отравление катализатора – это частичная или полная потеря его активности, в результате действия посторонних примесей. При обратимом отравлении, активность катализатора восстанавливается после удаления каталитических ядов, при необратимом – не восстанавливается. Активность катализатора может снижаться при осаждении на нём

продуктов реакции или пыли, при механическом разрушении под воздействием высоких температур Гетерогенный катализ Стадии: 1)внешняя диффузия реагирующих веществ из объёма к поверхности катализатора через пограничный газовый слой 2)внутренняя диффузия реагентов в порах зерна катализатора 3)активированная адсорбция веществ на поверхности катализатора с образованием непрочных соединений так называемых активированных комплексов 4)перегруппировка атомов с образованием поверхностных комплексов продукт-катализатора 5)десорбция

продуктов с поверхности 6) внешняя диффузия продукта в порах зерна катализатора 7) внешняя диффузия от поверхности катализатора в объём Для стадии 3 необходимо чтобы зёрна катализатора имели максимальную поверхность. Это достигается путём уменьшения размеров зёрен и увеличению пористости зерна или носителя. Кинетика гетерогенного каталитического процесса. В уравнении скорости процесса гетерогенного катализа учитываем скорость всех стадий, имеет место лимитирующая стадия.

В данном случае активное действие катализатора обусловлено предварительной адсорбцией реагирующих веществ на его поверхности (стадии 3-5). Это оказывает большое влияние на общую скорость гетерогенного катализа. Абсорбция – самопроизвольный процесс, который сопровождается убылью энергии и связан с выделением тепла. Бывает: 1)физическая 2)химическая (хемосорбция) В каталитическом процессе хемосорбция должна быть обратимой, так как активные центры катализатора должны непрерывно возобновлять свою деятельность по отношению

к реагентам. Необратимая означает отравление катализатора. Интенсивность каталитического процесса определяется временем контакта реагирующих веществ с катализатором. t=Vk/V Vk- объём катализатора V- объём реакционной смеси, проходящей через катализатор в единицу времени Величина обратная времени контакта – S - объёмная скорость S=1/t В каталитических процессах при увеличении объёмной скорости снижается степень превращения исходных

веществ, но увеличивается интенсивность процесса. При увеличении объёмной скорости выше критической величины происходит резкое снижение степени превращения, наблюдается так называемый проскок реагента и производительность процесса резко падает. Химические реакторы Это аппарат, в котором осуществляются ХТП. Требования к промышленным реакторам: 1)максимальная производительность и интенсивность работы 2)высокий выход продукта и наибольшая селективность

процесса, они обеспечиваются оптимальными параметрами технологического режима. Каталитический реактор должен обеспечить наибольшую эффективность применения катализатора. С повышением объёмной скорости степень превращения снижается и интенсивность процесса возрастает. В циклических схемах преимущество отдают интенсивности, а в схемах с открытой цепью – высокой степени превращения при наибольшей селективности. 3) минимальные энергозатраты на перемешивание и транспортировку

реагента 4)лёгкая управляемость процессом, устойчивость режима и безопасность работы. Эти условия обеспечиваются рациональной конструкцией реактора и минимальными колебаниями параметров технологического режима. В этих условиях можно обеспечить автоматизацию технологических процессов 5)низкая себестоимость изготовления и ремонта реактора- достигается простотой конструкции и применением дешёвых конструкционных материалов. Классификация реакторов 1. характер операций, протекающих в реакторе 2.

режим движения реакционной среды 3. тепловой режим 4. фазовое состояние реагента Периодический реактор – характеризуется единовременной загрузкой реагентов, продолжительность рабочего цикла складывается из рабочего времени (время химической реакции) и вспомогательного времени (время загрузки исходных реагентов и выгрузки конечной продукции РИСУНОК В любой момент времени при интенсивном перемешивании концентрация реагентов одинакова во всём

объёме реактора и изменяется во времени по мере протекания химической реакции. Реакторы эти просты по конструкции, требуют небольшого вспомогательного оборудования. В промышленности используются в малотоннажных производствах и для получения дорогостоящих продуктов. Реактор непрерывного действия. Применяется понятие условное время пребывания реагентов в системе (время контакта) t=Vr/V0 Vr- объём реактора Vo-объём реакционной смеси 2 типа реакторов:

1) идеального вытеснения 2) идеального смешения В аппарате происходит перемешивание и наблюдается резкое изменение концентрации исходного реагента при входе в реактор в результате мгновенного смешивания поступающей смеси с реакционной массой находящейся в реакторе. При недостаточной степени превращения исходных реагентов устанавливается каскад реакторов. Реакторы с различным тепловым режимом Каждый тип реактора может работать в трёх тепловых режимах:

1. адиабатический – в реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой и тепло химической реакции полностью расходуется на изменение температуры реакционной смеси 2. изотермический – путём подвода или отвода тепла в реакторе поддерживается постоянная температура в течении всего процесса 3. политропный – температура в реакторе не постоянна, часть тепла подводится или отводится из реакционной смеси Устройство реактора Теплообменный реактор РИСУНОК Аппарат с внутренними змеевиками

РИСУНОК Кожухотрубчатый теплообменник РИСУНОК Химико-технологические системы - это совокупность взаимосвязанными технологическими потоками аппаратов, в которых осуществляется последовательные технологические операции с целью получения продуктов заданных как СЫРЬЁ=>1=>2=>3=>ПРОДУКТ 1 – подготовка сырья 2 – химические превращения 3 – выделение и очистка продуктов Иерхаическая структура ХТС СХЕМА 1 – типовые технологические процессы;

2 – ХТС соответствующие цехам и участкам; 3 – сложные ХТС, отвечающие производствам целевых и промежуточных продуктов; 4 – химическое предприятие в целом. Состояние ХТС зависит от конструкционных параметров и параметров технологического режима. Конструкционные параметры – геометрические ха-ки элементов системы. Параметры технологического режима – совокупность параметров внутри эл-та, влияющих на

V процесса, выход и качество продукта. Модели ХТС 2 вида: математическая и обобщённая Математическая – формализ. представленная система, позволяющая анализировать её мат. методом. Математические модели разделяются на символические и иконографические Обобщённые – дают общее представление о функционировании ХТС, об элементах, исходном сырье, промежуточных и конечных продуктов.

Иконографические – представление ХТС в графическом изображении, такая модель осуществляется в виде схем: 1) принципиальная – показывает технологические связи между основными подсистемами 2) технологическая схема показывает способы соединения элементов, последовательность операций. Каждый аппарат или агрегат изображён рисунками по возможности в масштабе. Параллельно работающие аппараты показывают как один аппарат, потоки газа и жидкости идут слева направо.

Технологическая схема с открытой цепью состоит из аппаратов, через которые основные материальные потоки проходят один раз. Если степень превращения в одном аппарате не достаточна, то устанавливают последовательно несколько однотипных аппаратов. Циклическая схема предусматривает многократное возвращение в один и тот же аппарат всех реагирующих масс или одной из фаз в гидрогенном процессе до достижения заданной степени превращения исходных веществ Производство минеральных удобрений.

Соляные месторождения. Удобрения – вещества, необходимые для улучшения питания растений и увеличения плодородия почв. Классификация: 1. По происхождению: минеральные удобрения, органические, органо-минеральные. 2. По назначению: прямые (непосредственно источник питания), косвенные (улучшение физ. св-в почв). 3. По составу: N,P,K +микроэлементы. N входит в состав аминокислот. NH4NO3 (аммиачная селитра), NH4OH (аммиачная вода), (NH)2CO (карбамид),

NHNO3 K оказывает воздействие на обмен веществ. KCl, K2SO4, KNO3, K2O (усваиваемая форма). P. Усваиваемая форма P2O5. Ca(H3PO4)2H2O – суперфосфат. - Простые (1 питательный компонент) - Сложные: химические и туково-смешанные. 4. По техническим свойствам: получение удобрений в крупно-кристаллическом и гранулированном виде. - слеживаемость (лучше использовать крупные кристаллы).

Соляные месторождения В основном руды хлорного типа (сильвинит, карналлит, бишофит (KCl*MgCl2*6H2O)). Месторождения: Белоруссия (Сторобинское месторождение), Украина (Калужское месторождение), Германия (Ганновер), Франция (Эльзас), Африка (Марокко), Канада (Саскачеванское месторождение), Россия (Верхнекамское). Верхнекамское: 20 млрд тонн в пересчете на

K2O, протяженность с севера на юг – 100 км, з-в – 40 км, общая S – 3500. Слои (сверху вниз): 100 м – покровная соль, 90 м – карналлитовая соль, 30 м – сильвинитовая соль, 2-4 км – подстилающая каменная соль. Сильвинитовая зона: 1. Пласт АБ 2. Пласт красный 1 3. кр. 2 4 кр3 (Рабочие слои 1 и 3) (таблица)

Флотационный метод получения KCl. Процесс, основанный на различной смачиваемости минералов водой. Стадии метода: 1. Подготовка руды. а) дробление руды до размеров частиц 15 мм (роторные дробилки, валковые, молотковые и т.д.). б) измельчение исх руды до размеров частиц, обеспечивающих разделение механической смеси минералов (1-3 мм). Измельчение сухое и мокрое (в маточных растворах). Также проводится классификация (наклонные виброгрохоты, дуговые сита, гидроциклоны).

2. Обесшламливание измельченной руды (удаление тонкодисперсных глинисто-карбонатных примесей). Способы: а) флотационный, б) гидравлический, в) флотогидравлический. а) при измельчении руды верхнекамского месторождения до размера частиц <3мм суспензия разделяется в гидроциклонах с d=750 мм. Слив гидроциклонов с содержанием 75-80% шлама направляется в гидросепараторы. Пески дополнительно обесшламливаются на следующих стадиях.

Сгущенный отмытый шлам идет на складирование. 3. Флотационное разделение минералов руды (основная сильвиновая флотация). Разделение KCl и NaCl. Вероятность процесса флотации определяется произведением нескольких вероятностей: столкновение частицы с пузырьком, закрепление чатсицы на пузырьке, удерживание частицы. Для интенсификации и регулирования процесса флотации применяются флотореагенты трех основных типов: 1 – собиратели (коллекторы) способствуют гидрофобизации поверхности частиц сильвина (KCl) и их прилипанию

к пузырьку воздуха. Собиратели – это катионоактивные и аполярные высокомолекулярные органические соединения, в т.ч. ацетаты или хлориды алифатических аминов (10-22 ат С), а также парафиновые, нафтеновые и ароматические УВ. Модификаторы – снижают сорбцию собирателей на поверхности минералов, флотация которых нежелательна, коагулируют (флокулируют) глинистый шлам. Неорганические в-ва – р-ры кремниевой кислоты, поли и метафосфаты

щелочных металлов. Органические в-ва – в-ва на основе полиакриламида (ПАА). Пенообразователи – способствуют увеличению дисперсности пузырьков и устойчивости пены, дополнительно гидрофобизируют поверхность флотируемых частиц. Сосновое масло, высшие спирты. Оборудование – многокамерные флотационные машины. Схема флотационной камеры рисунок Блок-импеллер по боковой трубе засасывает атмосферный воздух, который

в форме мелких пузырьков выходит в нижней части флотационной камеры, пузырьки воздуха сталкиваются с частицами сильвиновой руды, подаваемой во флотационную камеру. Зерна сильвина сталкиваясь с пузырьками поднимаются на поверхность, образуя слой минерализованной пены (пенный продукт). Минерализованная пена(множество агрегатов пузырек-частица) по мере накопления удаляется пеногонами флотационной машины. Частицы NaCl, остающиеся в камере (камерный продукт) по мере накопления

удаляются из нее. Флотационные машины основной флотации состоят из 6-8 флотационных камер. Процесс флотации состоит из нескольких стадий: а) основная флотация (первичное разделение руды на концентрат и хвосты); б) перечистная флотация (повторное обогащение чернового концентрата для повышения содержания KCl в нем); в) контрольная флотация (дополнительная очистка хвостов для уменьшения потерь KCl с отвалом); г) обезвоживание суспензии, сгущение и фильтрование; д) переработка влажного концентрата

в готовый продукт; сушка. Оборудование – трубы сушилки ТС, печи КС. Для мелких фракций применяются гранулирование продукта – валковый пресс. Достоинства флотационного метода – малая энергоемкость, меньшая коррозия оборудования. Недостатки – низкое качество продукта, невозможность комплексного использования сырья, чувствительность процесса к составу руды. Галлургический способ производства.

Известен с 1861 г (Германия). Доля выпуска на этот метод 15%. Используется в хим пром и как составная часть сложных удобрений (KNO3). Способ основан на различной растворимости минералов руды с изменением температуры. (график зависимости растворимости от температуры) Принципиальная схема получения KCl галлургическим способом. (схема) 1. Подготовка исходной руды.

Дробление, измельчение. 2. Происходит выщелачивание KCl из сильвинита благодаря его бОльшей растворимости в горячей жидкости. В отделение растворения подается подготовленная исходная руда и растворяющий целок, насыщенный NaCl и ненасыщенный KCl. Процесс растворения происходит при t щелока 114-1170. На процесс растворения влияют следующие факторы: хим и гранулометрический состав руды, крупность руды,

подаваемой на растворение. Состав руды: +5мм – не более 10% -5 +0,25 – не менее 85% -0,25 – не более 5% Выщелачивание происходит в 3-х растворителях, работающих по комбинированной прямоточно-vs-точной схеме. Оборудование: шнэковые растворители со спиральной мешалкой на горизонтальном валу. (рисунок мешалки) Мешалка служит для перемешивания суспензий и перемещения твердой фазы. Расход тепла компенсируется подачей острого пара и подогревом щелока под давлением.

Нерастворившийся NaCl (галитовый отвал) удаляется при помощи наклонных элеваторов с перфорированными ковшами. Это позволяет целоку возвращаться обратно в р-ль. Длина 1-го и 2-го р-ля 21,5 м, 3-го (шнековые мешалки) – 11,5 м, d нижней части 2,76 м. V вращения мешалки 8 об/мин. Общее время растворения 20 мин. Отделение осветления Горячий насыщенный щелок после отделения содержит следующие примеси: галитовые

отходы, NH4Cl и нерастворимый остаток, глинисто-карбонатные примеси, которые подлежат удалению. Отделение соляного глинистого шлама осуществляется путем отстаивания раствора. Оборудование: 6-конусные отстойники. (рисунок отстойников) В первых 2-х корпусах осаждаются > тяжелые солевые частицы, в 4-х последующих – тонкодисперсный глинистый шлам. D=1/a a – размер частицы в см. Кроме того, для осаждения шламов применяются отстойники типа

Брандэс (рисунок) Для интенсификации процесса сгущения глинистых частиц используются коагулянты на базе ПАА. Вакуум-кристаллизация. Вытакающий из отстойников насыщенный щелок имеет t=950. Щелок охлаждается с 95 до 250 в 14-ступенчатой ВКУ. На пути из р-ля в ВКУ щелок частично охлаждается (11495). В процессе охлаждения со 110 до 95 из р-ра выпадает некоторое количество

NaCl. Происходит самоочищение насыщенного р-ра. Далее р-р попадает в ВКУ. Воснове процесса ВК лежит принцип самоиспарения, при котором испарение части р-ля (воды) и охлаждение щелока достигается в результате кипения его под вакуумом. В системе происходит постоянное снижение t и давления от 1 ступени к последней. В результате этих процессов происходит пересыщение р-ра и кристаллизация из него

KCl. Процесс кристаллизации складывается из 2-х основных стадий: 1 – зародышеобразование, 2 – нарастание кристаллической массы на образовавшихся зародышах. Чем> плавным является перепад t и p от ступени к степени ВКУ, тем > конечный размер кристаллов в образующемся кристаллизате. Давление создается вакуумным насосом и системой паровых инжекторов.

Паровоздушная смесь из корпусов ВКУ поступает в поверхностные конденсаторы (ступени 1-8) для подогрева маточного р-ра или на поверхностные конденсаторы (9-14) для возвращения в процесс. Оборудование ВК: вертикальные и горизонтальные вакуум-корпуса. (рисунок) 1 – корпус, 2 – паровоздушные трубы, 3 – переточные трубы, 4 – вертикальная перегородка с отверстием для перетока щелока, 5 – рамная мешалка, 6 – редуктор, 7 – электродвигатель.

Длина корпусов 8-12 м, d=3м. Горизонтальные корпуса снабжены машалками для перемеш-я суспензии. Переток суспензий из корпуса в корпус осуществляется по переточным трубам. Из 14 ступени суспензия кристаллов KCl направляется в приемный бак, далее на сгущение. Маточный щелок поступает в поверхностные конденсаторы, нагревается теплом растворного пара до 65-700. Далее нагрев щелока до 116 производится в трубчатых паровых нагревателях.

5. обезвоживание. Суспензия крист KCl направляется в 6-конусный отстойник. После отстаивания маточный щелок направляется на подогрев, а KCl на дальнейшее обезвоживание, которое проводится на центрифугах до влажности продукта 5-8%. 6. Сушка KCl и получение готового продукта с влажностью 0,5-1%. Трубы-сушилки или печи КС. Vs-точная промывка шламов с целью снижения потерь

KCl с отвала. Преимущества галлургического споcоба возможность получения высококачественного продукта с содержанием KCl 98-99%. Извлечение полезного компонента из сырья достигает 89-92%. Возможно использовать комплексное сырье и переработанный низкокачественный продукт. Недостаткивысокие энегрозатраты, коррозия оборудования. Производство магния. 1)ρ=1,73гсм3 ,tпл=6500С , tк=11070С

Mg+H2O→MgO+H2↑. На воздухе окисляется и тус- кнеет. Активен с H2O, O2. Основные производители:США,Канада,Франция,Норвеги я, Германия. Применение: с Ae,Zn,Mn.ρMgсплавов=1,7-1,83гсм 3. 2)Ракетостроение,косм.техника,авиация,ма шиностроение. Магн.сплавы не магнитны и не искрят при трении и ударе. 3)Легирование Mg сплавов. 4)Чёрная металлур-ия-про-во особых марок чугуна.

Цветная метал-ия-восстановление соед-ий Ti,Cr. Протекторная защита и аноды химических источников тока. Магниевое сырьё. Магнезит MgCO3 Хлориды: KCℓ•MgCℓ2•6H2O-карна ллит Доломит MgCO3•CaCO3 MgCℓ2•6H2O-бишофит •В состав природного карналлита входят:MgCℓ-24%, KCℓ-19%, NaCℓ-24%, H2O-30% , HерастOстаток-до 3%. В пром-ти наиболее распространены технол.схемы получения

Mg, основанные на электролизе расплава MgCℓ2 , схемы различают по след. признакам: 1)состав исх-го сырья и методы его первичной переработки 2)состав и физ-ие свойства сырья исп-го для электролиза(схема питания электролизёров) Сырьём для электролит.метода явл-ся обогащ. карналлит получаемый перекристаллиза- цией природного карналлита.(Ависма,СМЗ). Синтетич.карналит получают конверсией CℓMg растворов.

Схема обогащения карналлита и получение магния Природный карналлит ↓ Дробление и измельчение до крупности 6-8мм. ↓ Растворение ↓ Суспензия (раствор MgCℓ2, KCℓ), взвесь NaCℓ↓ ↓ Сгущение и фильтрация ↓ ↓ шлам

NaCℓ ↓ Щёлок (MgCℓ2, KCℓ) ↓ Промывка ↓ Кристаллизация в ВКУ с 95-450С ↓ Отвал Суспензия карналлита ↓ Уплотнение в отстойниках ↓ Сгущенная суспензия ↓ Фильтрация на центрифугах ↓ Обогащенный карналлит ↓

Первая стадия обезвоживания ↓ Обезвоженный карналлит ↓ Вторая стадия обезвоживания ↓ Безводный расплав карналлита ↓ Электролиз ↓ ↓ ↓ Отработанный Mg–евый электролит (75% KCl) Mg Cl Обезвоживание карналлита 1)KCℓ•MgCℓ2•6H2O=KC& amp;#8467;•MgCℓ2•2H2O+4H2O 2)KCℓ•MgCℓ2•2H2O=KC& amp;#8467;•MgCℓ2+2H2O

Первая стадия осущ-ся во вращающихся печах или в печах кипящего слоя. Стальной барабан длиной 25-45м, d=2.2-3.5м, по длине печи расположены 3 бандажа, которые упираются на опорные ролики. Печь имеет уклон 20 в сторону разгрузки. Это обеспечивает перемещение карналлита при вращении печи со скоростью 0,8-1,3 обмин. Внутри печи имеются перегибающие устройства приваренные по спирали.

Обогащённый карналлит поступает в расходный бункер откуда с помощью метателя непрерывно загружается в холодный конец печи. В горячий конец вентилятором подаётся воздух смешанный с топочными газами, температура газов на входе в печь 550-5800С температура обезвоженного карналлита на выходе 200-2500С. Материал подхватывается перегибающим устройством и пересыпается сверху вниз к печи, что улучшает его контакт с горячими топочными газами и препятствует образованию комков.

По мере продвижения по длине печи карналлит постепенно теряет влагу. В 1 половине барабана происходит сушка карналлита(потеря физ.влаги) на 2 половине потеря кристаллиз.воды(потеря крист.влаги).Обезвоженный карналлит из печи поступает на грохот, крупные куски подаются на дробилку, а основная масса подается транспортёром на 2 стадию обезвоживания. Газы выходящие из печи подв-ся пылеулавливанию в пылевой камере и циклоне.

Степень очистки 90-95%. Газы из циклона подаются на скруббер орошаемой водой раствор из скруббера содержащий хлористый водород поступает на нейтрализацию, очищенный газ выбрасывается в атмосферу. Уловленная пыль присоед-ся к обезв.карналлиту и направляется на 2-ую стадию обезвоживания. Обезвоживание в печах КС. Печь КС представляет собой шахту из стального листа, внутри печь футирована шамотным кирпичом на высоту кипящего слоя. Снаружи аппарат теплоизолирован минер.ватой, верх печи несколько

расширяется для уменьшения скорости газового потока и уменьшение выноса пылевых фракций. Беспровальная подина собрана из листов жаропрочной стали газораспределительные колпачки препятствуют просыпанию карналлита под решетку при прекращении подачи газа.При прекращении падина имеет 0 от места загрузки к месту выноса, что обеспечивает перемещение карналлита к месту выгрузки. Под впадиной расположены 3 газораспред. камеры к каждой из которых примыкает ток.

Топливо прир.газ. Топочные газы смешиваются с воздухом. Температура топ. газов в 1 камере 400-4500, во 2-ой 450-4700. Рабочее пространство печи разделено на 3 камеры обогащ. карн. загружается с помощью забрасывателя в 1 камеру, идёт процесс подсушки карналлита tк=125-1500. Во 2-ой камере превращение 6-ти водного в 2-х водный t=160-1800С.

В 3-ей камере идёт дегидротация 2-х водного карналлита. Степень обезвоживания карналлита в печи КС выше чем во вращающейся печи (соотв-но 94-95, против 85-90). Причём процесс гидролиза карналлита в печи КС менее интенсивен. Высота КС в печи 700-1000мм, давление под решёткой 6-8кПа. В первой камере не исключена грануляция мат-ла, которая сопр-ся образованием окатышей(оплавленные куски

диаметром до 300мм). Образование их обусловлено наличием мат-ла р-ра в последующих камерах карналлит измельчается и возрастает его потери за счет пылеуноса. Необходимо обеспечить достаточный уровень пылеулавливания. Аппаратами 2-ой стадии явл-ся стационарная непрерывная печь(в наст. время не применяется). Хлораторы. Х-аппарат для получения безводного карналлита путём хл. его расплава в присутствии

C. В хлораторе совмещены процессы расплавление и обезвоживание карналлита, хлорирования остаточ.воды и окиси Mg и очистки безводного карналлита от тв. примесей. Хлоратор состоит из 3-х отделений плавильника А, 1-2 реакц. камер Б,В-миксера расположенных в одном кожухе. Плавильник в верхней части хлоратора отделён от реакц-ых камер сплошным перекрытием и гориз. перегородкой с отверстиями.

От миксера плавильник отделён вертик. перегородкой сверху в плавильник введены стальные электроды. Реакц.камеры разделены вертик. стенкой с соеденит.каналом. Камеры разделены решетчатыми полками на верхнюю и нижнюю зоны. В ниж. зоне расположено выпускное отверстие с леткой. Миксер соединёнс реакц. камерой переливным каналом.

Сверху в миксере размещены электроды, внизу выпускная летка. Тв.обезв.карналлит и измельчённый нефтекокс загружают в плавильник при расплаве карналлит теряет основную часть воды и частично нейтрализуется с образованием окиси Mg. В плавильнике поддерживается постоянный уровень расплава т.к по мере загрузки и расплавления карналлита расплав непрерывно переливается черезпорог в верхнюю часть реакционной камеры.

Окись Mg(MgO) находится в расплаве во взвешенном состоянии и также переходит в реакц. камеру. По переточным каналам расплав перетекает из верхней зоны в среднюю затем в нижнюю. В ниж. зону под давлением поступает хлоровоздушная смесь (анодный газ магниевых электролизёров с соед.Cℓ 65-75%. Пузырьки Cℓ проходят чз расплав перемешивают его и соприкасаются с окисью Mg частицами воды и т.д. Безводный карналлит перетекает по переливному каналу в миксер в кот. расплав

накапливается до опред.уровня. Очищенный от тв. примесей безводный карналлит сливают чз летку в ковки и отправляют на электролиз. Шлам периодически сливают из миксера и после отстоя тв. осадка переливают в короба.