- •1. Предмет химическая технология, ее содержание. Технологические и технико-экономические показатели химического производства.
- •2. Виды и классификация сырья. Подготовка сырья к переработке. Методы обогащения сырья. Безотходная технология.
- •3. Виды и источники энергии, применяемой в химических производствах. Экономия и пути рационального использования энергии и теплоты реакции. Топливно-энергетическая проблема и пути ее решения.
- •4. Использование воды в химической промышленности. Характеристика природной воды. Технология подготовки питьевой воды.
- •5. Технология подготовки промышленной воды. Методы умягчения и обессолевания воды. Очистка сточных вод.
- •12. Катализ. Типы важнейших каталитических процессов. Свойства твердых катализаторов. Промышленные контактные массы и аппараты.
- •13. Сырье сернокислотной промышленности и его комплексное использование. Типы печей для обжига колчедана. Оптимальные условия.
- •14. Контактный способ получения серной кислоты. Технологическая схема. Теоретические основы производства серной кислоты.
- •15. Сорта, свойства и применение серной кислоты. Перспективы развития производства серной кислоты.
- •16. Теоретические основы синтеза аммиака. Устройство колонны синтеза. Схема.
- •17. Синтез аммиака при среднем давлении. Технологическая схема. Пути совершенствования производства аммиака.
- •18. Теоретические основы синтеза азотной кислоты.
- •19. Производство азотной кислоты комбинированным способом. Технологическая схема.
- •20. Прямой синтез концентрированной азотной кислоты. Свойства и применение азотной кислоты.
- •21. Химизация сельского хозяйства. Роль химической промышленности в реализации продовольственной программы.
- •22. Классификация минеральных удобрений. Калийные удобрения. Получение хлорида калия из сильвинита.
- •23. Фосфорные удобрения, их классификация. Производство простого суперфосфата. Схема.
- •24. Концентрированные и сложные фосфорные удобрения. Производство двойного суперфосфата.
- •25. Производство азотных удобрений. Схема синтеза аммиачной селитры.
- •26. Производство карбомида. Техноогическая схема. Свойства и применение карбомида.
- •27. Фосфорная кислота, способы получения, их сравнение.
- •28. Производство кормовых продуктов для животных, микро-бактериальные удобрения.
- •29. Средства защиты растений (ядохимикаты) и стимуляторы роста.
- •31. Черные металлы. Сплавы на основе железа, их классификация и свойства.
- •32. Производства чугуна. Сырье, химические реакции, устройство доменной печи. Пути интенсификации доменного процесса. Технологическая схема производства.
- •33. Производство стали. Мартеновский процесс, кислородно-конверторный процесс и выплавка стали в электропечах. Схема процессов.
- •34. Производство алюминия. Получение глинозема из бокситов, электролиз глинозема. Свойства алюминия и его сплавов. Схема.
- •35. Производство силикатных материалов. Классификация, свойства и назначение, сырье. Типовые процессы технологии силикатов, типы реакторов. Схема. Производство керамики.
- •36. Стекла. Классификация, сырье. Стадии производства, способы фомования.
- •37. Производство портландцемента. Схема.
- •38. Коксование каменных углей. Сырье, устройство коксовой батареии, химизм процесса. Переработка твердого топлива.
- •39. Коксовый газ, его разделение и использование. Переработка прямого коксового газа, сырого бензола, каменноугольной смолы.
12. Катализ. Типы важнейших каталитических процессов. Свойства твердых катализаторов. Промышленные контактные массы и аппараты.
В химической промышленности и смежных с ней отраслях (нефтехимия и др.) более 90 % существующих и вновь вводимых технологий представляют каталитические процессы. Использование катализаторов позволяет интенсифицировать химико-технологические процессы, осуществлять превращения, которые не могут быть реализованы на практике без катализатора вследствие весьма высокой энергии активации, направлять процесс в нужную сторону, регулировать структуру и свойства производимых продуктов. Катализатор влияет только на скорость химической реакции и не влияет на термодинамику, лишь ускоряя достижение состоянии равновесия.
Каталитические процессы подразделяются на:
- гомогенные, в которых реагирующие вещества и катализатор составляет одну фазу;
- гетерогенные, в которых реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах;
- ферментативные, протекающие в биологических системах под воздействием ферментов;
- микрогетерогенные, протекающие в жидкой фазе с участием катализаторов в коллоидном состоянии.
В химической промышленности наиболее распространены гетерогенные каталитические процессы, в которой границей раздела фаз является поверхность твердого катализатора, находящегося в контакте с газообразной или жидкой фазой.
В химико-технологических процессах применяют не индивидуальные каталитически активные вещества, а контактные массы, представляющие сложные системы, состав и природа компонентов которых должны обеспечить наиболее эффективное и устойчивое протекание каталитического процесса. Контактная масса состоит из каталитически активного вещества (катализатора), активатора и носителя.
Природа гетерогенных катализаторов весьма разнообразна и зависит от типа катализируемых реакций. В качестве катализаторов используют, главным образом, металлы в свободном состоянии (платина, серебро, медь, железо) и оксиды металлов (цинка, хрома, алюминия, молибдена, ванадия). В тех случаях, когда в системе одновременно протекают две реакции, катализируемых различными веществами, применяют бифункциональные катализаторы, состоящие из двух соответствующих компонентов (оксид цинка и оксид алюминия в процессе дегидратации и дегидрирования этанола до бутадиена).
Активатором (промотором) называется вещество, вводимое в контактную массу для повышения активности катализатора и увеличение срока его действия. Активаторы обладают избирательным действием, поэтому природа зависит от природы катализатора.
Носителем (трегером) называется материал, на который наносят катализатор с целью увеличения его поверхности, придания массе пористой структуры, повышения её механической прочности и снижения себестоимости контактной массы. В качестве носителей в контактных массах используются пемза, асбест, силикагель, кизельгур, пористая керамика.
Контактные массы изготовляются методами:
-осаждения гидроокисей и карбонатов из растворов солей с последующим формированием и прокаливанием;
- совместным прессованием смеси компонентов с вяжущим веществом;
- сплавлением компонентов;
- пропиткой пористого носителя растворами катализатора и активатора.
Контактные массы формируют в виде гранул, таблеток или элементов различной конфигурации. Металлические катализаторы изготавливают и применяют в виде тонких сеток.
Свойства твердых катализаторов: активность, температура зажигания, селективность действия, устойчивость к ядам, пористость, механическая прочность, теплопроводность, доступность и дешевизна.
1. Активность катализатора называется мера ускоряющего воздействия его по отношению к данной химической реакции. Она определяется как отношение констант скоростей каталитической и некаталитической реакций.
2. Температурой зажигания катализатора называется минимальная температура, при которой процесс начинает протекать с достаточной для технологических целей скоростью. Чем выше активность катализатора, тем ниже температура его зажигания.
3. Селективность (избирательность) катализатора называется его способность избирательно ускорять одну из реакций, если в системе термодинамически возможно протекание нескольких реакций. Имеют большое значение: окисление аммиака в производстве азотной кислоты, различных процессах органического синтеза.
4. Пористость катализатора характеризует его удельную поверхность, влияет на поверхность контакта катализатора с реагентами. Чем больше поверхность контакта, тем выше скорость превращения веществ в целевые продукты в единицу времени.
5. Механическая прочность контактной массы должна быть такой, чтобы она не разрушилась под действием собственного веса в аппаратах с неподвижным слоем катализатора и неистиралась в аппаратах с движущимся слоем катализатора.
6. Устойчивость к контактным ядам. Отравление катализатора называется частичная или полная потеря его активности под воздействием незначительного количества некоторых веществ – контактных ядов.
Устройство контактных аппаратов.
Химические реакторы для проведения гетерогенно-каталитических процессов называются контактными аппаратами.
1. Контактные аппараты с неподвижным слоем катализатора: контактная масса в них размещена в несколько слоев на полках (полочные аппараты) или в трубах (трубчатые аппараты). Комбинация контактного аппарата с устройствами для отвода или подвода тепла называется контактным узлом. Недостатки: низкая производительность катализатора, трудность поддержания оптимального теплового режима, сложность конструкции, необходимость остановки контактного аппарата для замены отработанного катализатора.
2. Контактные аппараты с движущимся слоем катализатора. В них катализатор распыляется в движущемся потоке газа или жидкости и переносится вместе с ним. При этом для обеспечения противотока газ поступает в аппарат снизу, а катализатор сверху.
3. Контактные аппараты с псевдоожиженным слоем катализатора - контактный аппарат сопряжен с регенератором катализатора. Катализатор быстро теряет активность и требует непрерывной регенерации. Преимущества: возможность подачи реагентов с температурой ниже температуры зажигания катализатора; легкость регенерации и замена катализатора; оптимальный температурный режим работы аппарата; более полное использование внутренней поверхности зерен катализатора и, как следствие, высокая производительность его. Недостатки: быстрое истирание зерен катализатора и загрязнение продуктов реакции катализаторной пылью.
Рисунки уч. Соколова – рис. 11.1, 11.2, 11.3.