Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология. Учебно-методическое пособие
.pdf
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Учебно-методическое пособие
Составитель А. В. Клементьева
Ай Пи Ар Медиа
Москва
2022
УДК 66
ББК 35
Х46
Рецензенты:
Шинкарь Е. В. — д-р хим. наук, проф. кафедры
органической, биологической и физколоидной химии
Астраханского государственного технического университета;
Мажитова М. В. — д-р биол. наук, доц., зав. кафедрой химии
Астраханского государственного медицинского университета
Минздрава России
Х46 Химическая технология : учебно-методическое пособие / составитель А. В. Кле-
ментьева ; Астраханский государственный университет. — Москва : Ай Пи Ар Медиа,
2022. — 146 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-1439-8
Учебно-методическое пособие содержит необходимый материал для проведения
лабораторно-практических и семинарских занятий по химической технологии, в том
числе работ по количественному анализу некоторых элементов в металлах и сплавах.
Издание включает программу дисциплины, теоретические основы количественного
анализа некоторых материалов, методики проведения эксперимента, их теоретическое
обоснование, контрольные задачи и вопросы; перечень тестовых заданий по изучаемым
темам.
Учебно-методическое пособие предназначено для проведения лабораторнопрактических и семинарских занятий по дисциплине «Химическая технология», изучаемой студентами, обучающимися по направлению подготовки 04.03.01 «Химия» и специальности 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-1439-8 © Клементьева А. В., составление, 2019
© Астраханский государственный университет,
Издательский дом «Астраханский университет», 2019
© Оформление. ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...............................................................................................................4
ГЛАВА I. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ» ......................................................................6
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ .......................................................... 11
1. ФЛОТАЦИОННОЕ ОБОГАЩЕНИЕ .......................................................... 11
Работа 1. Флотационное обогащение медной сульфидной руды .................. 12
2. ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ ................................................... 14
Работа 2. Определение кремния ...................................................................... 14
Работа 3. Определение фосфора ...................................................................... 17
3. РАЗДЕЛЕНИЕ СОЛЕЙ ЗА СЧЕТ
ИХ РАЗЛИЧНОЙ РАСТВОРИМОСТИ .......................................................... 21
Работа 4. Выделение хлорида калия из сильвинита и его анализ .................. 21
4. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛЕЙ ДЕЙСТВИЕМ КИСЛОТ
НА МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ......................................................................... 24
Работа 5. Анализ суперфосфата ...................................................................... 24
5. АНАЛИЗ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА............................................................... 28
Работа 6
1. Определение влажности твердого топлива ................................................. 28
2. Определение количества летучих веществ в топливе ................................ 29
3. Определение зольности твердого топлива .................................................. 30
6. АНАЛИЗ ВОДЫ И ЕЕ УМЯГЧЕНИЕ МЕТОДОМ
ИОННОГО ОБМЕНА И СОДОВО-ИЗВЕСТКОВЫМ
МЕТОДОМ ....................................................................................................... 32
Работа 7. Определение жесткости воды .......................................................... 33
Работа 8. Умягчение воды методом ионного обмена
и известково-содовым методом ....................................................................... 38
7. СИНТЕЗ И КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
ВЕЩЕСТВ ........................................................................................................ 41
Работа 9. Получение фенолформальдегидных смол ...................................... 42
Работа 10. Определение азота, серы, хлора, фтора в полимерах .................. 44
ГЛАВА III. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ................ 47
Тема 1. Анализ твердого топлива .................................................................... 47
Тема 2. Технический анализ воды ................................................................... 55
Тема 3. Анализ руд, сплавов, металлов ........................................................... 63
Тема 4. Анализ продуктов неорганических производств ............................... 76
Тема 5. Анализ органических веществ............................................................ 88
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ........................................................................................ 96
ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ ................................................................... 141
ВОПРОСЫ К ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ .................................................... 142
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 145
3
ВВЕДЕНИЕ
Учебный курс «Химическая технология» входит в цикл обще-
профессиональных дисциплин. Методологической основой изучения
курса являются основные научные методы исследования химикотехнологических процессов, базирующихся на закономерностях протекания химических и фазовых превращений, равновесий, сохранения
энергии и массы в сложных реагирующих системах, исследование
процессов и явлений химической технологии.
Данное учебно-методическое пособие является необходимым
дополнением к литературе, рекомендованной студентам при
изучении дисциплины «Химическая технология» после прохождения
основных химических дисциплин, таких как общая, неорганическая,
физическая и аналитическая химия. Химическая технология
знакомит студентов с принципом применения химических знаний,
полученных при изучении других основных курсов по различным
разделам химии для производства основных продуктов химической
промышленности.
Предлагаемое пособие является систематизированным сборником
заданий, вопросов и задач (с примерами решений) для студентов, обучающихся по программе бакалавриата по направлению подготовки
«Химия» и по специальности «Фундаментальная и прикладная химия».
Задания и упражнения составлены на основе материала, который
изучается в курсе химической технологии и прикладной химии, и подобраны в соответствии с профессиональной направленностью курса.
В пособие включены:
программа курса;
теоретические основы анализа;
методики выполнения лабораторных работ;
вопросы и задачи для самостоятельного решения по техниче-
скому анализу твердого топлива, техническому анализу воды, разделению солей, флотационному обогащению природных руд, синтезу
и качественному анализу высокомолекулярных веществ, а также
по контролю основных органических и неорганических веществ;
тестовые задания по изучаемым темам.
В предлагаемых автором заданиях отражена связь между неор-
ганической, аналитической, органической химией и методами физико-химического анализа, что должно содействовать эффективной ор-
4
ганизации самостоятельной работы студентов, закреплению теоретических знаний и умений в курсе химической технологии.
Каждому разделу пособия предшествует краткое теоретическое
введение, в котором приводятся все необходимые расчеты и примеры
решения задач.
В конце пособия приводится список основной литературы, не-
обходимой студентам химических специальностей для наиболее эффективной подготовки к лабораторно-практическим занятиям по дисциплине «Химическая технология».
5
ГЛАВА I. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
Тема 1. Введение. Научные принципы
химико-технологических процессов
Основные понятия и определения химической технологии. Ма-
териальный и энергетический балансы. Балансовые характеристики.
Выход продукта. Способы увеличения выхода продуктов для различных химических процессов. Скорость химического процесса. Способы увеличения скоростей химических реакций: увеличение движущей
силы процесса, увеличение константы скорости химических реакций,
увеличение межфазной поверхности раздела. Применение давления в
химической промышленности. Методы организации химикотехнологических процессов. Процессы непрерывные и периодические; прямоточные и противоточные. Способы взаимного перемешивания исходных реагентов. Катализ. Типы каталитических процессов.
Механизм катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Сырье в
химической промышленности. Принципы рационального использования сырья. Способы обогащения минерального сырья. Измельчение
твердых материалов. Теоретические основы пенной флотации. Равновесие на границе раздела фаз. Условия флотации материалов. Флотореагенты для пенной флотации: коллекторы, регуляторы, пенообразователи и их назначение.
Тема 2. Сырье, вода, энергия
Сырье в химической промышленности: твердые материалы –
шихта, полужидкая смесь – пульпа, вязкая или малотекучая – шлам.
Качество сырья (состав и свойства) как характеристика химикоэкономических показателей производства. Методы обогащения сырья: физические (механический, термический, электромагнитный, метод гравитационного обогащения), химические (метод избирательного растворения, метод разложения химическими реагентами, обжиг),
физико-химический (флотационный). Основные химикоэкономические показатели (выход концентрата, степень извлечения,
степень обогащения).
Самое большое потребление воды приходится на химическую
промышленность. Основной показатель качества природных вод –
жесткость; зависимость этого показателя от содержания солей кальция и магния, обусловливающих кальциевую и магниевую жесткость.
6
Определение карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной)
жесткости воды, вызванной присутствием гидрокарбонат-, сульфат- и
хлорид-ионов. Степени выражения жесткости воды. Определение
суммы карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Окисляемость воды как косвенный показатель содержания в воде органических веществ. Методы умягчения или обессоливания воды: термические, химические и физико-химические. Применение для умягчения воды ионитов (катионитов и анионитов), емкость поглощения ионов, рабочая динамическая объемная емкость катионита, расчет определяемых величин.
Тема 3. Производство серной кислоты
История развития сернокислотного производства, его роль в хи-
мической промышленности. Теоретические основы химикотехнологического процесса: физико-химическая сущность процессов
производства серной кислоты; химизм и характер, основные факторы,
влияющие на скорость основных химических реакций, выход получаемого продукта и его себестоимость; выбор оптимального технологического режима, аппаратурное оформление процессов. Технологические схемы производства; устройство и принцип действия каждого
аппарата, его назначение и всей технологической схемы. Основные
научные принципы производства, его интенсификация, мероприятия,
направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды,
технико-экономические показатели. Достижения и перспективы развития производства.
Тема 4. Производство аммиака и азотной кислоты
Источники соединений азота, проблема и основные способы
фиксации атмосферного азота (дуговой, цианамидный, аммиачный,
биологический), свойства молекулярного азота. Теоретические основы
синтеза аммиака из азота и водорода. Физико-химическая сущность
процесса, основные факторы, влияющие на увеличение скорости обратимой реакции синтеза аммиака (температура, давление, концентрации
реагирующих веществ и продуктов реакции, катализаторы процесса).
Оптимальные условия синтеза аммиака при среднем давлении.
Устройство колонны синтеза и всей схемы производства аммиака.
История развития азотнокислотного производства. Сырье в произ-
водстве азотной кислоты. Физико-химические основы протекающих
химических реакций, основные факторы, влияющие на проведение ре-
7
акций синтеза азотной кислоты. Основные стадии химикотехнологических процессов. Вывод оптимальных условий проведения
каждой стадии производства. Сущность гетерогенного катализа, применяемые катализаторы процесса. Устройство отдельных аппаратов и всех
технологических схем производства разбавленной и концентрированной азотной кислоты. Прямой синтез концентрированной азотной кислоты. Перспективы развития азотнокислотной промышленности.
Тема 5. Производство минеральных удобрений
Происхождение, агрохимическое значение, состав минеральных
удобрений. Количества питательных элементов, входящих в состав
минеральных удобрений, растворимость в воде и почвенных растворах. Естественные и искусственные удобрения, минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные удобрения. Прямые
удобрения, включающие питательные элементы (азот, фосфор, калий); косвенные удобрения, улучшающие физические, химические
и биологические свойства почв. Простые (содержащие один питательный элемент) и комплексные (содержащие несколько питательных элементов в различных сочетаниях) минеральные удобрения.
Смешанные и сложные, концентрированные и неконцентрированные,
водорастворимые, нерастворимые и цитраторастворимые, кислые,
щелочные и нейтральные удобрения. Производство простого и двойного суперфосфата. Физико-химическая сущность процессов, основные оптимальные условия проведения и аппаратурное оформление
протекающих процессов. Азотные удобрения. Калийные удобрения.
Производство аммофосов и нитрофоски.
Тема 6. Силикаты
Стекло, сырье в силикатной промышленности, стеклообразова-
тели. Процессы, происходящие при варке стекла. Вещества, получаемые при варке стекла. Печи, применяемые в стекловарении. Соединения, которые наиболее полно характеризуют состав портландцемента
и гипса. Бетон, его состав. Аппараты, в которых осуществляется обжиг известняка. Установки для улавливания и очищения оксида углерода (IV), получаемого в производстве извести.
Тема 7. Металлургия
Сырье в производстве чугуна и сталей; железная руда, кокс,
коксовый газ, флюсы. Восстановители, используемые в процессе вы-
8
плавки чугуна. Раскислители, применяемые при выплавке стали.
Устройство доменной печи, химизм процессов, происходящих в каждом отделе домны, оптимальная температура. Томасовский и бессемеровский способы выплавки стали; мартеновский способ. Преимущество выплавки сталей в электропечах. Основное сырье для получения глинозема и нефелина, способ получения алюминия в промышленности. Технологическая схема получения глинозема по методу
К.И. Байера (из бокситов). Аппараты и условия осуществления выщелачивания диаспоровых бокситов. Технологическая схема получения
глинозема методом спекания (метод Талеура). Метод получения
криолита. Процесс электролиза глинозема, расплавленного в криолите. Производство электролитического алюминия в промышленности
электролитическим методом и хлорированием.
Тема 8. Нефть и ее переработка
Превращения ароматических углеводородов, вступающих в ре-
акцию при образовании кокса в процессе термического крекинга
нефтепродуктов. Сырье для получения нефтяного кокса. Основные
условия протекания процессов коксования нефтепродуктов. Условия
проведения каталитического крекинга нефтепродуктов в отличие от
термического крекинга. Образование олефинов и ароматических углеводородов. Условия гидроочистки дизельного топлива. Метод,
применяемый для депарафинизации масел. Основные аппараты технологической схемы перегонки нефти. Крекинг на алюмосиликатных
катализаторах, распространенный в нефтеперерабатывающей промышленности. Катализаторы риформинга, используемые против
отравления сернистыми газами. Схема каталитического крекинга
с «кипящим» слоем катализатора. Схема каталитического крекинга
с движущимся катализатором.
Тема 9. Синтетические и искусственные
высокомолекулярные соединения
Производство пластмасс из синтетических смол. Составные ча-
сти пластмасс. Термопластичные смолы, получаемые цепной полимеризацией. Полиэтилен высокого (ВД) и низкого (НД) давления: механизм реакции, сравнительная характеристика полиэтилена ВД и НД.
Основные условия протекания эмульсионной радикальной полимеризации стирола, изотактического полипропилена. Эмульгаторы эмульсионной сополимеризации. Назначение пластификаторов в пластиче-
9
ских массах. Фенолформальдегидные смолы, термопластичные
и термореактивные. Их строение и свойства. Теоретические основы
получения новолачных и резольных смол (механизм реакции, влияние
катализатора, соотношение компонентов реакции). Пластмассы
на основе новолачных и резольных смол. Их получение, свойства,
применение в машиностроении. Аппараты для получения бутадиенстирольного каучука.
Тема 10. Твердое и газообразное топливо
Характеристика ископаемых углей: горячая масса, влага, мине-
ральные вещества. Технический анализ углей: определение содержания влаги, золы, летучих веществ, нелетучего осадка, серы, теплотворная способность. Воздушно-сухое и абсолютно сухое топливо.
Применение гравиметрии при анализе твердого топлива на влажность, зольность и количество летучих веществ. Основные виды твердого топлива (природные угла). Коксование топлива, требования
к каменным углям, технологические факторы, от которых зависит
скорость коксования каменных углей. Интенсификация добычи и переработки твердого топлива. Мероприятия по охране окружающей
среды на предприятиях коксохимической промышленности.
Тема 11. Основной органический синтез
Промышленный органический синтез. Сырьевая база. Основные
продукты. Особенности синтеза органических соединений. Производство ацетилена. Физико-химические основы процесса. Сырье. Термоокислительный пиролиз и электропиролиз. Конструкционные особенности реакторов. Переработка ацетилена. Производство этилена
и пропилена. Физико-химические основы процесса дегидрирования
углеводородов. Сырье. Методы выделения и очистки этилена и пропилена. Синтезы на основе алкенов. Производство бутадиена-1,3
и изопрена. Физико-химические основы процесса. Сырье. Катализаторы. Двухступенчатый процесс производства. Производство формальдегида на основе метанола. Физико-химические основы процесса. Катализаторы. Применение формальдегида. Производство этанола
гидратацией этилена. Физико-химические основы процесса. Технологические схемы и катализаторы. Применение этанола. Производство
фторированных углеводородов. Тетрафторэтилен. Фреоны. Применение фторированных углеводородов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]