68. Производство диаммонийфосфата, особенности технологии. Требования на даф

Наименование показателя	Норма
1. Массовая доля общих фосфатов, %	47 ± 1
2. Массовая доля общего азота, %	18 ± 1
3. Массовая доля воды, %	1,5 ± 0,3
4. Гранулометрический состав Массовая доля гранул размером: менее 1 мм, %, не более от 1 до 6 мм, %, не менее менее 6 мм, %	3 97 100
5. Статическая прочность гранул, МПа (кгс/см2), не менее	3,0 (30)
6. Рассыпчатость, %	100

Технологическая схема производства диаммонийфосфата

Удобр-е ДАФ сост из 85-90% диам-са и 10-15% ам-са. Оно менее расп-но из-за сложн технологии. Для пр-ва ДАФ пригодна только ЭФК из аппатита. Тех сх. В трубчатых реакторах 3 (2шт) подается жид NH3 и частично нейтр-ая ЭФК с добавлением серной кис-ы из сборника 1. Температура смеси сост 50 гр. Сер к-та дозир-ся 25 м3 на 340 м3 ЭФК. Из тр реак вых пульпа с мол отн NH3:ФК= 1,45, влажн 10-15% и t = 130-170гр. Пульпа подаётся в аммонизатор-гранултор (АГ) и распыливается на завесу ретура. АГ раб под разряж 20Па. Для продолж-я нейтр фосфорную кислоту в АГ под-ся жид NH3. Из АГ выход пульпа с мол соот 1,7-1,85, влаж 2,5% и темп 90гр и напр в сушильный барабан. В СБ потоки пульпы из АГ и тр реак 4 смеш-ся и суш-ся топоч газами, подав-ми из топки 5. СБ раб под разряж. Потоки могут подав-ся раздельно. Из СБ вых-т гранулы ДАФ с мол отн 1,7-1,85, влажн 1,5 % и 90град, кот-ый элеватором (10) подается в классификатор 11. Товарная фракция подается в холод-к ''КС''. Готовый продукт обрабатывается маслом и напр-ся на склад. Мелкие гранулы и продукт из дробилки , а т/ж пыль ДАФ из циклонов подается на конвеер 15. Газы, образующиеся в процессе очищаются от пыли ДАФ и направляются на абсорционную очистку.

Абсор-р большой абсорции орошается частично нейтрализованной фосфорной кислотой из сборника 22. Далее газ проходит брызгоуловитель и выбрасывается в атм-ру. Вода из брыз-ля сбрас-ся в сборник очищенных стоков 26. Паро-газовая смесь из трубчатого реактора 3 вместе с пульпой поступает в АГ. Эта смесь в АГ объединяется с подсас-м воз-м, в рез-те образуется газо-возд смесь, которая направляется в сист малой абсорбции. Газ из системы малой аб-и напр в брызгоул-ль 30 и выбр-ся вентил-м 33 в атмосф ч/з выхл трубу 200м.

ОХТ

1. Привести расчет величин δн и δg для I ступени паровой конверсии природного газа.

Первая ступень паровой конверсии ПГ протекает по реакциям:

СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂ Н = 206 кДж (1)

СН₄ + СО₂ = 2СО + 2Н₂ Н = 248 кДж (2)

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ Н = -41 кДж (3)

Тепловой эффект реакции находится как разность между стандартными энтальпиями продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрии:

где - тепловой эффект реакции при стандартных условиях (Т = 298 К; р = 101325 Па), кДж; - стандартная мольная энтальпия образования вещества, кДж/моль, табл. значения; n_i и n_j - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции при исходных и конечных веществах. Энтальпия простых веществ равна нулю.

Энтропия химической реакции находится как разность между стандартными энтропиями продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрии:

Энтропия простых веществ не равна нулю.

Энергия Гиббса определяется разностью между энтальпией H и произведением энтропии S на термодинамическую температуру Т.

Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При G<0 – процесс идет в прям направлении, G>0 – процесс идет в обратном направлении, G=0 – устанавливается равновесие.

№2. Дать полную характеристику трубчатой печи, как реактору паровой конверсии природного газа. Материал трубчатой печи.

1. по хар-ру пр-са: обратим, равновесн.

2. по фаз сост-ву: гетерог каталитич.

3. по тепловому эфф-ту в трубном пространстве – эндотермич ,межтрубном - экзотермич.

4. по Т - высокотемпера-й.

5. по Р – повыш.

6. по степ перемеш-я –РИВ(реактор идеал вытеснения).

7. по Т режиму: адиабатический.

8. по времени – непрерыв .

Материал – жаропрочная легирующая сталь Х20Н25С2.

№3. Ускоряющее действие катализаторов в результате изменения реакционного пути для эндо- и экзотермич-х р-ий.

Катализ - избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов), который многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий. Кt – в-во, кот-е ускоряет протекание реакции, идущие с малой скоростью. При отсутствии кt-ов наиболее эффективным фак­тором, служащим для повыш-я скорости хим. р-ии, явл-ся темп-­ра: чем выше темп-ра, тем больше активных столкновений, тем больше скорость хим-го взаим-вия в-в.

Но для обратимых экзотермических реакций увел-ние темп-ры снижает выход продуктов р-ции (принцип Ле-Шателье). Это противоречие разрешается прим-нием кt-ов. Последние при данных температурных условиях, не оказы­вая никакого влияния на выход продуктов реакции, очень силь­но изменяют ее скорость (как прямую, так и обратную). Сле­д-но, чем > кt ускоряет р-цию, тем > произв-ть апп-та при той же т-ре.

Кt-ры бывают положительные и отрица­тельные(ингибиторы): 1-е увел-ют скорость р-ции, 2-е умен-ют. На ско­рость р-ции сильное влияние оказывает природа самого кt-ра, его структура, добавки к нему (акти­ваторы) и т. Д. Кроме того, состав реаг-щих в-в, посторонние примеси в них и т. п. также сильно влияют на каталитическую способ­ность данного Кt-ра.

Мех-м пр-сса без Кт: А+В=[AB]^* - промежут-е нестойкое соед-ие.

Мех-м пр-сса с Кт: А+В+Кт=[A…B…Кт]^*=AB+Кт

1) кт-р ускоряет только термодинамически возм-ые для протекания р-ции. 2) не влияет на состоя-е равн-я, ускоряет и прям и обрат р-цию. 3) при гетерог катализе Кт и реагенты нах-ся в разных фазах, а р-ция идет на пов-ти раздела фаз (внутри кт-ра).4.) Проявление каталитического действия выражается в умен-ии энергии активации Еа предэкспоненциального множителя ko под влиянием Кт 5) кт-р участвует в образ-и промежуточ прод-в, изменяет число стадий, кажд имеет свою Еа, но макс-ная из них не превышает Еа при некаталитеч-ом протекании р-ции. Он умен-ет Еа и k0, а чем < Еа тем больше ск-ть.

Чем < Еа,тем < Т пр-са, т.е практич позволяет вести пр-с при более низ т-рах.

Кинетическое ур-ие в общем виде:

аА+вВ=dD

r=K*C^a_A*C^b_B ; ,без Кт: К=k₀*e^-Ea/RT; с Кт: К=k₀*e^-Eakt/RT

След-но, Еаkt<Ea, значит константа скорости реакции с Кт> чем без него.

№4. Дать полную характеристику конвертору монооксида углерода, как реактору. Материал конвертора.

СО +Н₂О ↔СО₂ +Н₂ +41.70кДж

1)по хар-ру пр-са в апарате: обратимая; равновесная

2) по фаз составу: гетерог.-каталитический (обязательное присутствие Kt -

для 1 ступ примен-ют среднетемпер-ый Fe-Cr , на 2 ступ низкотемпер-ый Zn-Cr-Cu Kt.)

3) по тепловому эф-ту: экзотермич.

4) по темп-ре: среднетемп-й. (темпер-ра 1ступ=480-530°С, темп-ра 2 ступ=400-450°С)

5) по давл-ию: (3,3Мпа) – повыш.

6) по гидро-динам-ой структуре (по степ перемеш-я): РИВ (реактор идеал вытеснения)

7) по темпер-ому режиму: ап-ат работает в адиобатич-ом режиме

8) по режиму работы: непрерыв.

Материал - сталь легирован хром, никель, титан.

Задача: Равнов-е реакции конверсии СО:

lgК=2485,5/Т+1,565*lgТ-0,066*10^-3*Т+0,207 *10⁵/ Т² –6,946.

Напишите эту р-цию, рассч-те К при 400гр.

Расчет: СО+Н2ОСО2+Н2О, Н = -41. Т=400+273=673 К. lgК = 1,0829 К=12,103.

№5. Дать полную характеристику абсорберу и регенератору, как реакторам очистки конвертированного газа от диоксида углерода. Материал реакторов.

Характеристика абсорбера как реактора очистки конвертированного газа от диоксида углерода:

1) по характеру пр-са - обратимый, равновесный пр-сс;

2) по фазов состоянию - гетерогенный (г-ж);

3) по тепловому эффекту - экзотермич. р-ция;

4) по темп-ре - низкотемпературный;

5) по давлению - повышенное (2,8 МПа);

6) по гидро-динам-ой структуре (по степ перемеш-я) реактор идеального вытеснения (РИВ);

7) по темпер-му режиму – политермический в целом. Если тарельчатый, то на тарелках – изотермич, если насадочный, то на насадке - адиабатич;

8) по режиму работы - непрерывный.

Материал - углеродистая сталь.

Характеристика регенератора как реактора очистки конвертированного газа от диоксида углерода:

1) по характеру пр-са - обратимый, равновесный пр-с;

2) по фазов состоянию - гетерогенный;

3) по тепловому эффекту - эндотермич. р-ция;

4) по темп-ре - низкотемпературный;

5) по давлению - повышенное;

6) по гидро-динам-ой структуре (по степ перемеш-я) реактор идеального вытеснения (РИВ);

7) по темпер-му режиму политермический.

Материал – низколегированная сталь 16ГС.

№6. Влияние Т и Р на скорость и степень превращения обратимой экзо-й р-ии с-за NH3. ЛОТ.

Синтез аммиака из N2 и Н2: N2+3 Н22NH3, Н= - 92 относ-тся к числу равнов-х обратимых реакций, протекающих с выделением тепла и уменьш-м объема. Согласно принц Ле-шателье, равновесие реакции синтеза аммиака смещ-ся вправо с повышением Р и понижением t. Синтез NH3 без примен-я кат-ра даже при высок t протек-т медленно. В произв-х услов-х для получ-я требуем-й скор-ти реакции синтез NH3 ведут при t-х не ниже 400-500гр и при участии твердых кат-в.

Скор-ть обратим-й реакции синтеза ам-ка опис-ся урав-ем: U=k*Р³_H2Р_N2 Для увелич-я скор-и необходимо  k и Р. Константа скор-ти реакции k опис-ся уравнением Аррениуса: k=k0*e^-E/RT. Из анализа ур-я видно, что с  Т (даже незначительно) возрастает конст ск-ти. Для выбора оптимал условий проц-са необх-мо совместно учит-ть кинетику и равновесие.

Т.о. для реакции синтеза NH3 установлены след-е зав-ти:

k

K^*

Графически перемножая эти графики получим:

U

T

T

Tопт

T

Кривая U=f(T) построена из условия, что степень превращения Х во всем диапазоне изменен-я тем-р явл-ся постоянной. Если с измен тем-ры меняется степень превращ-я Х (пример - синтез аммиака), то получаем серию кривых в координатах U и T. ЛОТ – линия, связ-я максимумы отдельных кривых. Оптимал-ми наз-ся темпер-ры, при кот обеспеч-ся максим-ные ск-ти проведения ХТП для достижения заданных степеней превращ-я.

U

T

Х3

Х1

Х2

Р2

Р1

Р3

U1

U2

U3

Критерием оптимизации служит максим-я ск-ть реакции или макс-ная степень превращ-я.

№7. Стадии гетерогенного катализа, область протекания процесса.

Стадии гетерогенного катализа:

1) диффузия реагирующих веществ из ядра потока к поверхности зерен катализатора;

2) диффузия реагентов в порах зерна катализатора;

3) активированная адсорбция (хемосорбция) веществ на поверхности катализатора с образованием поверхностных непрочных хим. соединений – активированных комплексов: реагенты - катализатор;

4) перегруппировки атомов с образованием поверхностных комплексов: продукт - катализатор;

5) десорбция продукта с поверхности;

6) диффузия продукта в порах зерна катализатора;

7) диффузия продукта от поверхности зерна катализатора в ядро потока.

Общая скорость гетерогенного каталитического процесса определяется относительными скоростями отдельных стадий и может лимитироваться наиболее медленной из них. Иногда наиболее медленной стадией является оказывается одно из химических взаимодействий на поверхности катализатора, а иногда диффузионные процессы.

В зависимости от определяющей стадии различают каталитические процессы, происходящие в кинетической, внешнедиффузионной и внутридиффузионных областях. Область протекания процесса.

В кинетической области константа скорости процесса не зависит от коэффициентов диффузии. В кинетической области протекают процессы на малоактивных катализаторах с малыми размерами зерен и крупными порами при турбулентном режиме потока реагентов и при сравнительно низких температурах. Увеличение скорости каталитических процессов в кинетической области достигается повышением температуры. Общая скорость процесса определяется соотношением скоростей 3-5 стадий катализа.

Во внешнедиффузионной области (лимитирует 1 и 7 стадия) скорость процесса определяется коэффициентами диффузии реагентов и продуктов реакции. Во внешнедиффузионной области протекают процессы на высокоактивных катализаторах, обеспечивающих большую скорость хим. р-ций. Для ускорения применяют высокие линейные скорости потока реагентов, т.е. создают турбулизацию потока.

Во внутридиффузионной области общая скорость процесса лимитируется скоростью диффузии реагентов (продуктов) в порах зерен катализатора. Эта область характерна для проведения катализа в фильтрующем слое катализатора. Можно ускорить уменьшением размера зерен катализатора и увеличением радиуса пор. Однако при увеличении размеров пор уменьшается их количество и внутренняя поверхность → надо находить оптимальную структуру, при которой поры достаточно широки для полного использования внутренней поверхности при выбранном размере зерен.