- •Предисловие
- •Тема 1 общие понятия о химическом производстве
- •1.1. Химическая технология как наука
- •М акрокинетика
- •1.2. Связь химической технологии с другими науками
- •Химическая технология
- •1.3. История отечественной химической технологии
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2 компоненты химического производства
- •2.1. Сырье в химическом производстве
- •Химическое сырье, классификация
- •Кларки наиболее распространенных в земной коре элементов
- •2.2. Энергия в химической технологии
- •Энергетические ресурсы
- •2.4. Воздух в химической технологии
- •Химический состав сухого воздуха в приземном слое
- •Структура вредных выбросов промышленности России
- •Контрольные вопросы
- •Тема 3 критерии оценки эффективности химического производства
- •3.1. Технико-экономические показатели (тэп)
- •3.2. Структура экономики химического производства
- •Контрольные вопросы
- •Тема 4 системный подход в изучении химико-техноло-гического процесса
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Химико-технологическая система как объект моделирования
- •4.3. Операторы
- •Типовые технологические операторы
- •4.4. Матричное представление моделей
- •Матрица инценденций
- •Матрица смежности (связи)
- •4.5. Подсистемы хтс
- •4.6. Связи
- •4.7. Классификация технологических схем
- •4.8. Системный подход к разработке технологии производства
- •4.9. Оптимизация производства
- •Контрольные вопросы
- •Тема 5 общие закономерности химических процессов
- •5.1. Понятие о химическом процессе
- •5.2. Классификация химических реакций
- •5.3. Интенсификация гомогенных процессов
- •5.4. Интенсификация гетерогенных процессов
- •5.5. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
- •5.6. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
- •Контрольные вопросы
- •Тема 6 гетерогенный катализ
- •6.1. Общие положения катализа
- •6.2. Процессы абсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
- •6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
- •6.4. Основные требования к гетерогенным катализаторам
- •6.5. Основные структурные параметры гетерогенных катализаторов
- •6.6. Технологические свойства гетерогенных катализаторов
- •6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
- •6.8. Состав катализаторов
- •6.9. Приготовление катализаторов
- •Контрольные вопросы
- •Тема 7 гомогенный катализ
- •7.1. Кислотный (основной) катализ
- •7.2. Металлокомплексный катализ
- •7.3. Ферментативный катализ
- •Контрольные вопросы
- •Тема 8 химические реакторы
- •8.1. Принципы классификации химических реакторов
- •8.2. Принципы проектирования химических реакторов
- •8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
- •8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели (8.22) и (8.23) для частных случаев.
- •8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
- •8.5. Конструкции реакторов
- •Контрольные вопросы
- •Тема 9 производство серной кислоты
- •9.1. Способы производства серной кислоты
- •8.2. Сырье процесса
- •8.3. Промышленные процессы получения серной кислоты
- •Влияние параметров процесса на степень превращения so2 в so3
- •9.4. Пути совершенствования сернокислотного производства
- •Динамика использования различных источников сырья
- •Контрольные вопросы
- •Тема 9 производство аммиака
- •10.1. Проблема связанного азота
- •10.2. Получение азота и водорода для синтеза аммиака
- •10.3. Синтез аммиака
- •Контрольные вопросы
- •Тема 11 переработка нефти
- •11.1. Общие сведения о нефти
- •11.2. Классификация нефтей
- •11.3. Состав нефти
- •11.4. Нефтепродукты
- •11.5. Подготовка нефти на нефтепромыслах
- •11.6. Первичная переработка нефти
- •11.7. Пиролиз
- •11.8. Коксование
- •11.9. Каталитический крекинг
- •11.10. Каталитический риформинг
- •11.11. Гидроочистка
- •11.12. Производство нефтяных масел
- •Контрольные вопросы
- •Тема 12 переработка каменного угля
- •12.1. Показатели качества каменных углей
- •12.2. Классификация углей
- •12.3. Коксование каменных углей
- •Коксование
- •Тушение
- •Разгонка
- •12.4. Состав прямого коксового газа и его разделение
- •11.5. Переработка сырого бензола
- •12.6. Переработка каменноугольной смолы
- •12.7. Газификация твердого топлива. Процесс Фишера – Тропша
- •Контрольные вопросы
- •Тема 13 производство стирола
- •13.1. Получение этилбензола
- •13.2. Производство стирола дегидрированием этилбензола
- •13.1.3. Технологическая схема производства стирола дегидрированием этилбензола
- •Контрольные вопросы
- •Тема 14 производство этанола
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Тема 5. Общие закономерности химических процессов……………………..54
- •Тема 6. Гетерогенный катализ ……………………………………….................64
- •Тема 7. Гомогенный катализ……………………………………………………93
- •Тема 8. Химические реакторы…………………………………………………101
- •Тема 9. Производство серной кислоты……………………………………….123
- •Тема 10. Производство аммиака………………………………………………137
- •Тема 11. Переработка нефти…………………………………………………...146
- •Тема 12. Переработка каменного угля………………………………………..204
- •Тема 13. Производство стирола……………………………………………….213
- •Тема 14. Производство этанола………………………………………………..218
Тема 9 производство аммиака
10.1. Проблема связанного азота
Проблема производства аммиака тесно связана с более широким вопросом – проблемой «связанного» азота.
Известно, что соединения азота имеют огромное значение для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Промышленность использует их для производства азотной кислоты, полимеров, взрывчатых веществ, ракетных топлив, красителей, лекарственных препаратов. Сельскому хозяйству необходимы азотные удобрения.
Азот принадлежит к широко распространенным элементам, но основное его количество находится в свободном состоянии в атмосфере Земли, где его доля составляет 78 %. Кларк азота в земной коре равен всего 0,04 %.
Азот является незаменимым элементом для существования жизни на Земле. В составе живой клетки его доля равна 12–19 %.
Промышленные месторождения связанного азота известны в ограни-ченном количестве. Единственные в мире крупные месторождения натриевой и калиевой селитр (NaNO3 и KNO3) находятся в Чили. Hеудивительно, что взоры ученых давно были обращены на возможность фиксации атмосферного азота, энергия диссоциации которого составляет 940,5 кДж/моль. Азот – одно из самых устойчивых химических соединений.
В настоящее время известны три основных способа связывания азота из воздуха.
10.1.1. Цианамидный способ протекает при температуре 1000 оС:
СаС2 + N2 = CaCN2 + C + 301,5 кДж/моль 10.1)
и далее
СаСN2 +3H2O = CaCO3 + 2NH3 . (10.2)
Однако этот метод очень энергоемкий (104 кВт ч/т) и поэтому не получил широкого распространения.
10.1.2. Плазменный способ связывания азота основан на прямом взаимодействии N2 и О2 в условиях низкотемпературной плазмы (более 2200 К).
N2 + O2 = 2NO – 179,2 кДж/моль. (10.3)
В природе такой процесс наблюдается при грозовых разрядах.
Первый завод по этой технологии был пущен в 1904 г. В этом процессе атмосферный воздух пропускался через пламя электрической дуги. Из-за высокого расхода энергии и низкого выхода оксида азота (II) (менее 5 %) этот метод надолго был забыт.
Однако в последние десятилетия интерес к этому способу вновь возродился в виде плазмохимического процесса, осуществляемого в низкотемпературной воздушной плазме, с помощью новейших устройств – плазмотронов. Процесс протекает при 5000–10000 оС, давлении 2 МПа и времени контакта 10–4 с, что обеспечивает довольно высокую производительность установки. А комбинирование плазменной установки с магнитогидродинамическим генератором (МГД) позволит использовать вторичные энергоресурсы и обеспечивать возврат энергии.
10.1.3. Аммиачный метод связывания азота ранее считался наименее перспективным, но в настоящее время получил почти исключительное распространение. Процесс описывается следующей химической реакцией:
N2 +3H2 2NH3. (10.4)
В основу технологии получения аммиака синтезом азота с водородом легли многолетние исследования таких выдающихся ученых, как Оствальд, Нернст, Габер, Бош, Ле-Шателье и др. Последние трое получили Нобелевскую премию по химии за промышленное освоение и разработку процесса синтеза аммиака из азота и водорода.
Аммиачный метод в 2,5 раза менее энергоемкий, чем цианамидный и в 15 раз – чем дуговой.
Аммиак является важнейшим соединением азота и его промышленное производство является самым многотоннажным из всех азотсодержащих веществ. Разнообразие областей его использования иллюстрирует рис. 10.1.
Карбамид Жидкие минераль- Нитрат аммония Сульфат аммония
ные удобрения
Аммофос Карбонат аммония
АММИАК
Гербициды Мочевиноальдегид- ные ВМС
А зотная Полиуретаны Полиамиды Полиакрилонитрил кислота
Рис. 10.1. Области применения аммиака