Подготовка к ЕГЭ по химии 2021: 26(П)Общие научные принципы химического производства (получение аммиака, серной кислоты, метанола)

ПРОИЗВОДСТВО АММИАКА

АММИАК NH₃ - бесцветный газ с чрезвычайно острым, характерным, вызывающим слезы запахом

Схема производства аммиака включает следующие стадии:

Вспомогательный материал: катализатор (пористое железо)

1. Основной химический процесс: азотоводородную смесь получают парокислородной конверсией метана:

СН4 + Н2O(г) ↔ СО + ЗН2 — 207 кДж

2СН4+ O2 ↔ 2СО + 4Н2 + 70 кДж

СО + Н2O(г) ↔ СO2 + Н2 + 42 кДж

Газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора под давлением 15-106 Па с образованием 10—20% аммиака:

N2 + ЗН2 ↔ 2NН3 + 92 кДж

Данная реакция:

обратимая
экзотермическая
каталитическая
гетерогенная (катализатор – твердое вещество)

Оптимальные условия:

температура 400-500 0С
давление 15-30 МПа
катализатор – порошкообразное железо с примесью оксидов алюминия и калия

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

H2SO4 -бесцветная маслянистая жидкость без запаха плотностью 1,83 г/см3

Пагубно действует на растительные и животные ткани, отнимая от них воду, вследствие чего они обугливаются.

С водой смешивается во всех соотношениях, причём при разбавлении соединения водой происходит сильное разогревание, сопровождающееся разбрызгивание жидкости.

Одна из самых сильных кислот. В водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:

H2SO4 = 2 Н+ + SO42-

Раствор оксида серы (+6) SO3 в серной кислоте называется олеумом H2SO4∙SO3

ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ

S(самородная сера)
H2S(сероводород)
Cu2S, ZnS, PbS (цветные металлы)
CaSO4*2H2O (гипс)
FeS2 (пирит) – содержание серы 54,3%.

Вспомогательные материалы:

серная кислота (98%), катализатор — оксид ванадия (V).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА

I СТАДИЯ

Обжиг сырья (пирита) и получение оксида серы SO2.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

(минерал пирит)

Условия

1. Воздух, обогащенный кислородом.

2. t=8000 , теплота экзотермической реакции отводиться.

3. «Кипящий» слой (принцип противотока - увеличение площади соприкосновения).

4. Время обжига - несколько секунд, процесс непрерывный

ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ ДЛЯ II СТАДИИ

Прежде чем приступить ко II стадии SO2 очищают от пыли:

Циклон – от крупных частиц пыли.

Электрофильтр – от мелких частиц пыли

Осушить в сушильной башне – поглощается газ концентрированной серной кислотой

Нагреть до t=4000 в теплообменнике

ПРИНЦИПЫ II СТАДИИ (контактный аппарат)

2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + Q

1. Понижение температуры от 6000С до 4000С.

2. Повышение давления

3. Катализатор V2O5 на керамике.

4. Окисление в «кипящем слое» катализатора.

5. Противоточное движение.

6. Теплообмен.

Выход продукта 99,2%

III СТАДИЯ: ПОГЛОЩЕНИЕ СЕРНОГО ГАЗА (ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ БАШНЯ)

SO3+H2O=H2SO4+Q (t до 300оС)

1. Противоток газа и кислоты

2. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига)

3. Отводят продукты реакции

4. Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум (раствор SO3 в H2SO4)

ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Транспортируют в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали

Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой

ПОТРЕБЛЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

1. Производство минеральных удобрений.

2. Производство сульфатов (солей серной кислоты).

3. Производство синтетических волокон.

4. Черная и цветная металлургия.

5. Производство органических красителей.

6. Спирты, кислоты, эфиры(орг. вещества).

7. Пищевая промышленность(патока, глюкоза), эмульгатор (загуститель) Е513.

8. Нефтехимия(минеральные масла).

9. Производство взрывчатых веществ.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УЩЕРБ ПРОИЗВОДСТВА

При аварийных выбросах в атмосферу попадают соединения серы: SO2;SO3; H2S; H2SO4; Fe2O3(пыль)

ПОСЛЕДСТВИЯ: «закисление» почв и водоёмов, «металлизация» атмосферы

РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ:

1. Непрерывность технологического процесса;

2. Комплексное использование сырья;

3. Совершенствование технологического оборудования.

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА

Сегодня исходный синтез-газ (сингаз) для синтеза метанола получают в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья:

природного газа, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).

Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака. Поэтому производство метанола часто базируется на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака и поэтому является составной частью основного химического производства.

Примером такого смешанного производства являются ОАО "Невинномысский Азот", расположенное в г. Невинномысске (Ставропольский край) и НПО "Азот" в г. Новомосковске.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНОЛА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА.

1 стадия:

Конверсия природного газа в синтез-газ:

СН4 +Н2О = СО + 3Н2

метан синтез-газ

2 стадия:

Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода

Сырьем для синтеза метанола служит синтез-газ (CO + H2), обогащенный водородом:

Процесс осуществляют на цинк-хромовых и медьсодержащих катализаторах.

На отечественных производствах метанола в основном используют активный цинк-хромовый катализатор (3ZnO-ZnCr2О4) при 380—4000C и давлении 20 – 30 МПа.

Выбирая оптимальный температурный режим и величину давления, необходимо учитывать возможность образования побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров.

Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.

Таким образом, промышленный синтез метилового спирта включает три основные стадии:

1. получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ);

2. получение метилового спирта-сырца;

3. выделение и очистка метилового спирта (ректификация).

Из-за блокировщика рекламы некоторые функции на сайте могут работать некорректно! Пожалуйста, отключите блокировщик рекламы на этом сайте.