161

нии указано наличие инертных примесей в свежей АВС, то до-

полнительно составляют уравнения и по инертным компонен-

там для блоков конденсации и сепарации I и II ступеней. Рас-

творимостью инертов в жидком аммиаке, поступающем в

сборник (танк), пренебрегают и считают, что в танковых газах

содержатся аммиак и АВС. Принять, что инертной примесью в

АВС является метан.

Рекомендуемая литература

Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Сороко В.Е., Вечная С.B., Попова Н.Н. Основы химической технологии. – Л.: Химия, 1986. – 296 с. Справочник азотчика. – М.: Химия, 1986. – 512 с.

Задание 3. Производство аммиачной селитры

Производство аммиачной селитры основано на процессе

нейтрализации азотной кислоты аммиаком. Химическая схема

процесса может быть описано уравнением:

NН3(г) + НNО3(ж) = NН4NО3(ж).

Технологическая схема производства аммиачной селитры

включает стадии нейтрализации, выпаривания, кристаллиза-

13

www.mitht.ru/e-library

ции, грануляции и классификации. Выделяющаяся в процессе нейтрализации теплота используется для частичного упарива-

ния раствора. Дальнейшее концентрирование раствора амми-

ачной селитры происходит на стадии выпарки. Полученный после выпаривания раствор аммиачной селитры охлаждают и направляют на стадию кристаллизации для получения плава

(кристаллов). Заключительной операцией является грануляция и классификация плава. В результате получают целевой про-

дукт в виде твердых гранул.

Исходные данные для расчета

www.mitht.ru/e-library

Методические рекомендации по выполнению расчета

Структурную блок-схему процесса можно свести к трём

блокам: нейтрализация, выпаривание, гранулирование.

По первому блоку составить три балансовых уравнения:

по азотной кислоте, аммиаку и воде.

Необходимо учесть потери аммиака и аммиачной селитры

с вторичным паром.

По второму блоку составляются уравнения по аммиачной

селитре и воде.

По третьему блоку «базисное» уравнение по селитре.

Принять количество продуваемого через башню–

гранулятор воздуха равным 12000 нм3/1000 кг целевого про-

дукта. Потери селитры с воздухом определяются содержанием

в нём NH4NO3 в виде пыли.

Рекомендуемая литература

Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.:Высш. шк., 1990. – 520 с. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности. / Авт.: М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.Н. Поляков и др. – М.: Химия, 1990. – 24 с. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Справочник азотчика. – М.:Химия, 1987. – 464 с. Кочетков А.А. Современные проблемы производства минеральных удобрений

.//ЖВХО им. Д.И. Менделеева. 1987. Т.32. № 4. С. 363-368.

15

www.mitht.ru/e-library

Задание 4. Производство азотной кислоты

Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак и воздух. Технологический процесс состоит из двух основных стадий: 1- окисление аммиака; 2- переработка нитрозных газов

(абсорбция).

На первую стадию поступает смесь аммиака и воздуха

(аммиачно-воздушная смесь – АВС), компоненты которой предварительно очищают и нагревают. В контактном аппарате

протекает ряд реакций, из которых основными являются:

Реакция (1) является целевой, а (2) – побочной.

Оксид азота (II) окисляется до оксида азота (IV):

Полученные нитрозные газы направляют в абсорбцион-

ную колонну (стадия абсорбции), туда же подают воду и воз-

дух. Химические процессы, протекающие в абсорбционной ко-

лонне, могут быть описаны следующим суммарным уравнени-

ем:

16

www.mitht.ru/e-library

Отходящие из колонны газы содержат небольшое количе-

ство оксидов азота и направляются на очистку в реактор ката-

литического восстановления. Процесс может быть описан

суммарным уравнением:

CH4 + 2NO = CO2 + N2 + 2H2O. (5)

В результате выхлопные газы состоят из азота, оксида уг-

лерода (IV), кислорода и паров воды.

Суммарная реакция образования азотной кислоты выра-

Исходные данные для расчета

17

www.mitht.ru/e-library

Методические рекомендации по выполнению расчета

Структурную блок–схему следует представить в виде че-

тырех блоков: получение АВС; окисление аммиака; абсорбция нитрозных газов; очистка отходящих газов. Содержание ком-

понентов газовых смесей удобно выражать количеством молей

(или киломолей): Nijk . В этом случае легко определять количе-

ство израсходованных и полученных веществ по соотношению коэффициентов уравнений реакций. Кроме того, состав всех газов задаётся в объемных единицах, которые совпадают с мольными. По блоку окисления аммиака составляют балансо-

вые уравнения по компонентам: NO, O2, N2 и H2O с учетом со-

ответствующих степеней превращения.

По блоку абсорбции составляют «базисное» уравнение баланса по азотной киcлоте, учитывая степень переработки нитрозных газов (уравнение 4); баланс по воде, учитывающий образование HNO3 по реакции 4, разбавление полученного продукта до заданной концентрации и содержание воды в вы-

хлопных газах, а также баланс по кислороду с учётом расхода по реакции 4 и содержания кислорода в выхлопных газах.

По блоку очистки – по выхлопным газам и метану. Коли-

чество выхлопных газов целесообразно выразить в мольных единицах.

18

www.mitht.ru/e-library

Рекомендуемая литература

Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Общая химическая технология: Учебник для химико–технологических специальностей. Т.2. Важнейшие химические, производства. / Авт.: Мухлёнов И.П., Авербух А.Я.. Кузнецов Д.А. и др. Под ред. И.П. Мухлёнова. –

М.: Высш. шк., 1984. – 264 с. Атрощенко В.И., Каргин С.И.

Технология азотной кислоты. – М.: Химия, 1970. – 496с.

Задание 5. Производство метилового спирта

Сырьем для синтеза метилового спирта (метанола) слу-

жит синтез–газ (смесь оксида углерода и водорода). В основе

процесса лежит обратимая экзотермическая реакция:

Одновременно протекает ряд побочных реакций, напри-

мер:

Свежий и циркулирующий газ смешиваются в смесителе

и поступают в колонну синтеза. После конденсации и отделе-

ния жидкого метанола–сырца в сепараторе газ возвращается в

смеситель. Во избежание накапливания инертных примесей в

19

www.mitht.ru/e-library

циркулирующем газе часть газа выводят из системы. Метанол

– сырец поступает на ректификацию. Содержание СН3ОН в ректификате составляет 99,5 % (по массе).

Процесс синтеза метилового спирта в зависимости от температурного режима работы катализатора может быть осу-

ществлен в двух вариантах:

а) высокотемпературный (катализатор 2,5ZnO·ZnCr2O4,

температура 370–420оС, давление 20–35 МПа);

б) низкотемпературный (катализатор ZnO·CuO·Al2O3 или

ZnO·CuO·Cr2O3,температура 250–300оС, давление 5–10 МПа)

Исходные данные для расчета

20

www.mitht.ru/e-library

Методические рекомендации по выполнению расчета

Структурную блок-схему системы свести к трем блокам

(смешение, синтез, конденсация и сепарация). При необходи-

мости включить четвертый блок – ректификация.

Для первого блока – смешение – составляют балансовое уравнение по СО. Суммируя количество молей (киломолей)

СО в свежем и циркулирующем газах, находят количество мо-

лей СО, поступающего в блок синтеза. Аналогично составляют балансовое уравнение по водороду.

Для второго блока – синтез – составляют два балансовых уравнения распределения поступающих на синтез СО и Н2.

Для третьего блока – конденсация и сепарация – состав-

ляют «базисное» уравнение, определяющее массу метанола– сырца.

В случае, если базис расчета дан на метанол–ректификат,

то составляют три уравнения (четвертый блок – ректифика-

ция), одно из которых для метанола–ректификата является «ба-

зисным».

Уравнение по инертным примесям (метану) составляют,

зная, что в условиях стационарного режима работы системы количество метана, вводимого со свежим газом и получаемого по реакции (2), равно количеству метана, выводимого с «от-

дувкой».

21

www.mitht.ru/e-library

Рекомендуемая литература

Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Баренгартен М.Г. Общая химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981. – 608 с. Тимофеев B.C., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992. – 432 с. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит.

изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с. Караваев М.М., Мастеров А.П. Производство метанола. – М.: Химия, 1973. – 160 с.

Задание 6. Производство этилового спирта

Этиловый спирт - продукт многотоннажного производст-

ва и широко применяется в качестве растворителя и сырья в

различных отраслях народного хозяйства: лакокрасочной, пар-

фюмерной, фармацевтической и пищевой промышленности, в

производстве хлороформа, взрывчатых веществ, синтетическо-

го волокна, бутадиена и других продуктов органического син-

теза.

В настоящее время для получения этилового спирта в

промышленности используется метод прямой парофазной гид-

ратации этилена в присутствии катализатора:

22

www.mitht.ru/e-library