Technologie chemických výrob
Technologie chemických výrob Literatura: Technologie chemických látek / František Hovorka, 2005 http://vydavatelstvi.vscht.cz/katalog/eprodukce/ Obecná chemická technologie, Jan Neiser, 1988 Chemická technológia,Stanislav Mocik, 1979 Industrial Inorganic Chemistry, Karl H. Büchel et. al
Technologie chemických výrob 2012 Voda
Voda • Lidské tělo obsahuje 70 % vody. • Rostliny mohou obsahovat až 90 % vody. • Průměrná spotřeba vody na obyvatele za rok (Německo) je 80 000 l.
1
Dělení vody podle místa výskytu v přírodě • • • •
Srážková voda Povrchová voda Podzemní voda Minerální voda
• -přírodní vody s obsahem minerálních solí nad 1 g.l-1, sycené CO2
• Mořská voda
Tvrdost vody Obsah solí kovů s větším oxidačním číslem než 1. Karbonátová tvrdost (přechodná) způsobená hydrogenuhličitany, lze ji odstranit varem Nekarbonátová tvrdost (trvalá) Způsobená převážně síranem, dusičnanem, chloridem vápenatým a hořečnatým. Celková tvrdost přechodná + trvalá
Druh vody Měkká Průměrně tvrdá Tvrdá Velmi tvrdá
Celková tvrdost (mmol.l-1) <1 1,0 až 1,5 1,5 až 3,0 >3
Technologie chemických výrob 2012 Stanovení znečištění vody organickými látkami • Chemická Spotřeba Kyslíku (CHSK) Množství kyslíku spotřebovaného k oxidaci přítomných organických látek ve vodě pomocí oxidačních činidel (KMnO4, K2Cr2O7).
Rozdělení vody podle způsobu použití • Pitná voda • Užitková voda • Odpadní voda
• Biochemická Spotřeba Kyslíku (BSK5) Množství kyslíku spotřebovaného mikroorganismy na biochemické reakce.
2
První čistírna vody v městě Paisley, Skotsko 1804 – John Gibb 1827 - James Simpson – pískový filtr
Pitná voda a její úprava • Vychází se z co nejméně znečistěné vody (povrchové vody) • Požadavky na pitnou vodu jsou dány zákonem č.258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví, vyhláška č. 252/2004 Zdravotně nezávadná, příjemná chuť, teplota 8 až 12°C, tvrdost 1,5 až 2,2 mmol.l-1
Výroba pitné vody • Odstranění hrubých nečistot • Odstranění drobných sedimentujících částic • Odstranění jemných nesedimentujících částic – rychlá filtrace • Odstranění železa a manganu • Desinfekce
Technologie chemických výrob 2012 Odstranění hrubých nečistot česlice – rošty a síta
3
Odstranění drobných sedimentujících částic 1) Sedimentace pomocí Dorrových usazováků
Odstranění drobných sedimentujících částic 2) Hřebenový usazováků
Odstranění drobných sedimentujících částic 2) Pomalá filtrace Pískové filtry o ploše více jak 2000 m2
Suspenze se zde přivádí do středu zespod (1). Částečky kalu klesají ke dnu. Pojížděcí plošina (9) je spojena jednak s hřebly pro kal (4) a současně se stěračem plovoucích nečistot (5), které jsou odtahovány (7). Vyčiřená kapalina odtéká přepadem (6) a usazený kal se z kalové jímky (3) odvádí podobným způsobem jako z kuželového usazováku (8).
Technologie chemických výrob 2012 Odstranění drobných sedimentujících částic 2) Tlaková filtrace
Odstranění jemných nesedimentujících částic – rychlá filtrace Čiření – přidáním síranu hlinitého (při pH 6,5 – 7,5) nebo železitého (při pH 8,5) vznikají příslušné nerozpustné hydroxidy - vločkový mrak – zachycení nesedimentující koloidní částice včetně mikroorganismů - koagulace Fe2(SO4)3 + 6 H2O Æ 2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O Æ 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4
4
Odstranění vločkového mraku
Odstranění vločkového mraku
Technologie chemických výrob 2012 Odstranění železa a manganu Hydrogenuhličitany a sírany Fe2+ a Mn2+ způsobují -trpkou chuť, zabarvení, tvorba bakterií Odstranění železa provzdušněním: 4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O Æ 4 Fe(OH)3 + 8 CO2 4 FeSO4 + O2 + 2 H2O + 4 Ca(OH)2 Æ 4 Fe(OH)3 + 4 CaSO4
Odstranění železa a manganu Odstranění manganu provzdušněním: 2 Mn(HCO3)2 + O2 + 2 H2O Æ 2 Mn(OH)4 + 4 CO2 2 MnSO4 + O2 + 6 H2O Æ 2 Mn(OH)4 + 2 H2SO4
Odstranění manganu pomocí manganových filtrů: 4 KMnO4 + 6 H2O Æ 4 KOH + 4 MnO(OH)2 + 3 O2 Mn(HCO3)2 + MnO(OH)2 + H2O Æ 2 Mn(OH)3 + 2 CO2 MnSO4 + MnO(OH)2 + 3 H2O Æ 2 Mn(OH)3 + H2SO4
5
Desinfekce = likvidace mikroorganismů 1) Chlorace nebo chloraminace Účinná látka je chlor a atomární kyslík
Cl2 + H2O Æ HCl + HClO HClO Æ H+ + ClOZbytková koncetrace chloru u spotřebitele je 0,1 až 0,3 mg.l-1 - odstranění mikroorganismů - oxidace Mg2+ a Mn2+ - chlorace síranu ammoného - chlorace uhlovodíků na halogenuhlovodíky - nežádoucí
Desinfekce = likvidace mikroorganismů 2)Ozonizace Účinná látka je atomární kyslík, který vzniká zaváděním ozonu do vody (0,2 až 3 g na m3)
3)Ozařování ultrafialovým zářením 4)Olygodinamie kovů Katadynový filtr – písek nebo aktivní uhlí nasycené stříbrem
Technologie chemických výrob 2012 Získávání pitné vody z mořské vody • Voda pokrývá 71 % zemského povrchu, z toho tvoří 97 % mořská voda. • Mořská voda obsahuje 3,5 hm. % rozpuštěných solí. • Pitná voda musí obsahovat méně než 0,1 hm.% rozpuštěných solí. V Saudské Arábii bylo v roce 1995 připraveno z mořské vody 1,9 .109 m3 pitné vody.
6
Získávání pitné vody z mořské vody • Vakuová destilace (60%) • Reverzní osmóza (35%) • Elektrodialýza (5%)
Vakuová destilace
Reverzní osmóza
Technologie chemických výrob 2012 Užitková voda a její úprava • •
Způsoby úpravy jsou závislé na účelu použití užitkové vody Stejné operace jako při úpravě pitné vody + další
• •
Změkčování vody Odplynění vody
Změkčování vody • Termické změkčování Odstranění hydrogenuhličitanu vápenatého ohřevem v tlakové nádobě na teplotu 105°C. – vznik nerozpustného uhličitanu
• Chemické vysrážení Srážedla: 5-10% roztoky Na2CO3, směs Ca(OH)2 a Na2CO3, NaOH doba srážení je 1 h při 80 – 100°C Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 Æ 2 CaCO3 + 2 H2O Ca(HCO3)2 + 2 NaOH Æ CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O CaSO4 + Na2CO3 Æ CaCO3 + Na2SO4 Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 Æ Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + 4 NaOH Æ Mg(OH)2 + 2 Na2CO3 + 2 H2O Zbytková tvrdost, 3 Ca2+ + 2 Na3PO4 Æ Ca3(PO4)2 + 6 Na+ 3 Mg2+ + 2 Na3PO4 Æ Mg3(PO4)2 + 6 Na+
7
Změkčování vody Výměna iontů
Odplynění vody •
Iontoměniče – polymerní pryskyřice s iontoměnnými skupinami katexy vyměňují kationty (-SO3H, -SO3Na) – regenerace promýváním s roztokem HCl nebo NaCl
Je-li užitková voda používána jako napájecí, pro parní kotle. • Za vysokých teplot dochází ke korozi zařízení vlivem rozpuštěného kyslíku • Rozpustnost plynů ve vodě klesá s rostoucí teplotou • Odstraňování kyslíku v desorpční koloně za sníženého tlaku • Chemické odstraňování pomocí hydrazinu (pro vysokotlaké parní kotle)
N2H4 + O2 Æ 2 H2O + N2
Technologie chemických výrob 2012 Odpadní voda a její čištění • Způsoby čištění závisí na druhu odpadní vody - splaškové odpadní vody - průmyslové odpadní vody
8
Splaškové odpadní vody
Splaškové odpadní vody Aerobní biologické čištění
Corg + O2 Æ CO2 Norg + 4 H+ Æ NH4+ Porg + 2 O2 Æ PO43-
Splaškové odpadní vody Anaerobní biologické čištění
Technologie chemických výrob 2012 Průmyslové odpadní vody
9
Technické plyny
Vodík 75 hm.%) • Nejrozšířenější prvek ve vesmíru (75 • Devátý nejrozšířenější prvek na zemi (1% 1 hm.%) • Světová spotřeba (1996, 400•109 m3 ~ 37•106 t) • Většina vyrobeného vodíku je přímo zpracována výrobcem, pouze asi 5% je obchodováno
Technologie chemických výrob 2012 Výroba vodíku • Parní reforming zemního plynu a nízkovroucích uhlovodíků • Parciální oxidace těžkých uhlovodíků (mazut, vakuový zbytek) • Zplyňování hnědého a černého uhlí • Elektrolýza vody a roztoků chlorid
10
Zplyňování hnědého a černého uhlí 80% světové produkce USA, Evropa 16% JAR, Indie 3%
• Tímto způsobem před 2. světovou válkou vyrábělo přes 90% vodíku (dnes jen 16%) C + H2O Æ H2 + CO C + ½O2 Æ CO • Tepelně samonosná reakce, 30% uhlí je spáleno k dosažení požadované teploty (800 až +1600°C)
Parní reforming zemního plynu a nízkovroucích uhlovodíků
Parní reforming zemního plynu a nízkovroucích uhlovodíků
CH4 + H2O Æ 3 H2 + CO 2CnH2n+2 + nH2O Æ 2(n+1) H2 + nCO CH4 + 2 O2 Æ CO2 + 2 H2O (exotermní – dodává teplo)
•
Rovnováha se posunuje ve prospěch vzniku vodíku: – Se vzrůstající teplotou
bez katalyzátoru reakce probíhá až nad 1200°C katalýza pomocí NiO na nosiči (Al2O3, MgO) (sloučeniny síry se předem odstraňují – katalytické jedy)
teplo se dodává přes stěny (max. 900°C) a částečným spálením methanu – Klesajícím tlakem
•
v praxi se používá tlak 3 – 5 MPa 3:1 Poměr vodní pára – methan je ……….
? ?
1-kompresor 2-trubkový katalytický reaktor (výhřev spalinami na 900°C, 4 MPa) -výstup 5-9 obj.% CH4 3-adiabatický katalytický reaktor (1000°C)výstup obsah methanu (0,5 obj.%) 4-kotle na výrobu páry 5-separátory páry
Technologie chemických výrob 2012 Parciální oxidace těžkých uhlovodíků (mazut, vakuový zbytek) 1-1300°C, 3MPa – štěpení uhlovodíků
2CnH2n+2 + nO2 Æ 2(n+1) H2 + 2nCO
Získanou plynnou směs je možno použít k dalším výrobám (amoniak, aldehydy, olefiny). Pro získání čistého vodíku je nutno směs dále zpracovat. 4-odstranění amoniaku, kyanovodíku, CO2 5- absorpce do roztoku aminopropanoátu draselného a následná desorpce- výstup 48% CO, 51% H2 a 1% CO2
Absopce / Desorpce Pohlcování / uvolňování rozpustných plynů přes fázové rozhraní do / z kapaliny Fyzikální či chemická absorbce Absorpční kolony: • S rozprašováním kapaliny • Probublávané • Patrové • Plněné Odlučovače kapek
11
Vypírací (stripovací) kolona Stripování je proces, kterým jsou z kapaliny odháněny proudem procházejícího plynu těkavé látky.
Přeměna CO Na vstupu směs CO a H2 Vysokoteplotní konverze = 350 až 380°C, Fe2O3 a Cr2O3 na výstupu 4 % CO Nízkotepelná konverze = 200 až 250°C, CuO, ZnO (velmi citlivé na přítomnost síry 0,1 ppm) na výstupu > 0.3% CO CO + H2O Æ H2 + CO2
Technologie chemických výrob 2012 Výroba vodíku elektrolýzou vody • Velmi nákladná – účinnost ~20%, měrná spotřeba na výrobu 1 normovaného m3 je ~ 5 kWh. • Získává se velmi čistý vodík – požití v potravinářství • Teplota 80°C, rozkladné napětí 2 V.
H2O Æ H2 + ½ O2
Použití vodíku • 56% výroba amoniaku • 25% rafinérské procesy (hydrokrakování) • 12% hydrogenace (ztužování tuků, výroba anilínu) • 7% ostatní (metalurgie, elektronika, sváření, palivo)
• Získávání vodíku při elektrolýze NaCl.
12
Kyslík a dusík
Kyslík a dusík
Dusík Kyslík
Jak se získávají ? Kyslík
Dusík
Hustota (0°C, atm. tlak)
1,429 g/l
1,251g/l
Hustota (0°C, atm. tlak)
1,429 g/l
1,251g/l
Bod varu
-183°C
-196°C
Bod varu
-183°C
-196°C
Použití
Oxidační procesy
Výroba amoniaku
Řezání a svařování kovů
Chladící médium
Medicinální kyslík
Potravinářství
Použití
Plnění žárovek
1 litr kapalného O2 odpovídá 840 litrům plyného O2 (20°C, atm.t.). Cena kyslíku (2001) byla 0.21 $/kg.
Technologie chemických výrob 2012 SLOŽENÍ VZDUCHU
13
PLYN N2 O2 Ar CO2 H2 Ne He Kr Xe
OBJ. % 78,03 20,99 0,933 0,030 0,010 0,0018 0,0005 0,0001 0,000009
HMOT. % 75,47 23,20 1,280 0,046 0,001 0,0012 0,0007 0,0003 0,00004
Zkapalňování vzduch Vysokotlaký, 20MPa
Středotlaký, 2 až 4 MPa
Destilace vzduchu Získává se Dusík s čistotou 99% Kyslík s čistotou 98,8% Vzácné plyny
Destilace vzduchu
? ?
?
Získává se Dusík s čistotou 99% Kyslík s čistotou 98,8% Vzácné plyny
Technologie chemických výrob 2012 Doprava plynů Ventilátory – doprava plynů s velmi malým poměrem stlačení Dmychadla – velká množství dopravovaného plynu, malý přetlak Kompresory – stlačování plynů na větší tlak
Vývěvy – snižování tlaku
14
Doprava plynů
Doprava plynů
Doprava plynů
Technologie chemických výrob 2012 Dvoustupňová rotační olejová vývěva
Doprava plynů
Jednostuňová olejová rotační vývěva – sací filtr – separátor (odlučuje olej ze stlač. vzduchu) – společný chladič oleje a stlač. vzduchu – olejový filtr – termostat oleje – rotor – lamela – ventil minimálního tlaku – olej – pojišťovací ventil
15
Membránová vývěva
Doprava plynů
Technologie chemických výrob 2012 Kompresory Copeland-Scroll spirálové
16
Doprava kapalin Odstředivá čerpadla
Doprava kapalin Hydrostatická čerpadla Pístové čerpadlo
Zubové čerpadlo
Průmysl síry Suroviny: • Elementární síra • Sulfidické rudy (FeS2) • Odpadní síra (plyny doprovázející zpracování zemního plynu, ropy uhlí)
Technologie chemických výrob 2012 Průmysl síry Suroviny: • Celosvětová produkce elementární síry je 34x106 tun (1993). • Z toho – 17x106 tun ze zemního plynu – 11x106 tun z ropy – 5x106 tun vytěžená elementární síra
• Světové zásoby síry 25x109 tun.
17
Průmysl síry Použití: • Výroba kyseliny sírové 85% • SO2, CS2, vulkanizační činidlo, P2O5, barviva
Fraschův způsob těžby síry
Získávání síry z H2S
Dnes na ústupu (pouze na dvou místech na světě)
Separace H2S ze syntézního plynu: – Fyzikální - vypírka methanolem při -30°C (odstranění CO2, H2S, HCN) – Chemická – ethanolaminy, uhličitan a hydroxid draselný (odstranění CO2, CO)
160°C, 25 MPa
Sorpce probíhá vždy za zvýšeného tlaku (3 -10 MPa) Plyny jsou s roztoku uvolňovány v desorpční koloně, kdy je roztok rozprašován za snížení tlaku (atm.)
Technologie chemických výrob 2012 Získávání síry z H2S
Separace H2S ze syntézního plynu
Konverze 60% Kat. Co –Mo, 300°C
Kat. Al2O3, 220°C Výtěžek síry > 95%
18
2 H2S + O2 Æ S2 + 2 H2O 2 H2S + SO2 Æ 3/8 S8 + 2 H2O
Výroba kyseliny sírové
Výroba kyseliny sírové
Světové produkce: 135 x 106 tun 100% kyseliny v roce 1993
Příprava oxidu siřičitého:
• Trend: mírný pokles
• Spalování síry (60% světové produkce) • Pražení sulfidických rud • Tepelný rozklad síranů
Oxidace SO2 na SO3 Reakce SO3 s vodou
Technologie chemických výrob 2012 Příprava oxidu siřičitého • Spalování síry
Příprava oxidu siřičitého Pražení sulfidických rud Z pyritu, fluidní pec 4 FeS2 + 11 O2 Æ 8 SO2 + 2 Fe2O3
S + O2 Æ SO2 Kapalná síra (150°C, t.t.115°C) se filtruje Rozprašuje se suchým vzduchem do pece při 800°C Dvojnásobný přebytek vzduch Odchází 10%ní SO2 ve směsi s kyslíkem a dusíkem
• Tepelný rozklad síranů 2 FeSO4.7H2O Æ 2 FeSO4.H2O + 12 H2O 2 FeSO4.H2O Æ Fe2O3 + 2SO2 + ½ O2 + 2 H2O
Připravené plyny se čistí
19
Čištění oxidu siřičitého
Příprava oxidu sírového Exotermní reakce
Suché čištění Odstranění prachových částic Elektrostatické odlučovače, cyklony, usazovací nádrže, filtry
Mokré čištění Prach, As2O3, mlha kyseliny sírové Skrápění zřednou a následně koncentrovanou kyselinou sírovou
SO2 + 1/2 O2 Æ SO3 Katalyzátor V2O5 nanesený na křemelině Teplota zážehu ~400°C 1. adiabaticky do 600°C (70% konverze) 2. 400°C, pomalé doreagování (98% konverze) -chlazení plynu
Technologie chemických výrob 2012 Absorbce oxidu sírového
Použití kyseliny sírové Výroba anorganických chemikálií HF, síran hlinitý, hnojiva Výroba organických produktů Barviva, výbušniny, mýdla, detergenty, plasty Roční produkce 135 miliónů tun (1993)
20
Použití kyseliny sírové
Průmysl dusíku • Amoniak, kyselina dusičná • Močovina, dusičnany, dusitany, amonné soli, dusíkaté vápno, hydrazin, hydroxylamin, aminy, nitrosloučeniny • Přírodní zdroje: ledky, plyny z karbonizace uhlí • Přírodní dusík
V ČR - Spolana Neratovice a Precheza Přerov - 234 000 tun v roce 2004
Technologie chemických výrob 2012 Amoniak
Výroba amoniaku T (°C)
Světová produkce v roce 1993 byla 112 miliónů tun. Výroba: Reakcí N2 + H2 (syntézní plyn)° (stejně je nazývána směs CO + H2 pro syntézu organických sloučenin) Při zpracování uhlí (1%<)
21
•
1913 – Haberova – Boschova metoda
N2 + 3 H2 Æ 2 NH3
• • • •
ΔHo = −92.4
exotermní reakce zmenšuje se objem plynu 400 - 500°C, 10 – 100 MPa konverze v jednom kroku ~20%
kJmol-1
Keq
300
4.34 x 10
–3
400
1.64 x 10
–4
450
4.51 x 10
–5
500
1.45 x 10
–5
550
5.38 x 10
–6
600
2.25 x 10
–6
Výroba amoniaku
Výroba amoniaku • Katalyzátor - α-Fe
• Katalyzátor - α-Fe 1) tavení, drcení, třídění magnetitu (Fe3O4) při 1500°C v elektrické peci tavení s promotory K2CO3 (zvýšení aktivity), CaO (odolnost proti katalytickým jedům), Al2O3, SiO2 (tepelná stálost), pórovitý katalyzátor Velikost částic 6 – 10 mm Fe3O4 + 4 H2 Æ 3 Fe + 4 H2O
• Katalytické jedy – Nevratné změny (síra, arsen) – Vratné (CO, CO2, O2)
• Čištění syntézního plynu
2)redukce
– Fyzikální - vypírka methanolem při -30°C (odstranění především H2S, případně HCN) – Chemická – ethanolaminy, uhličitan a hydroxid draselný (odstranění CO2, CO)
300 – 400°C, 7-30 MPa Moderní reaktory obsahují až 100 tun katalyzátoru. Při obsahu znečušťujících oxidů nižší než 10 ppm je životnost katalyzátoru 5 let
Technologie chemických výrob 2012 Výroba amoniaku • Čištění syntézního plynu (myšleno CO+H2) – Fyzikální - vypírka methanolem při -30°C (odstranění především H2S, případně HCN) – Chemická – ethanolaminy, uhličitan a hydroxid draselný (odstranění CO2, CO)
• Dočišťování – Absorpce v kapalném dusíku (odstranění CO2, H2O, uhlovodíků) (z 3 % na 0,1 %) – Hydrogenace katalyzovaná Ni (3 MPa, 300°C), (z 0,1 % na 0,0005 %) CO + 3H2 Æ CH4 + CO2 CO2 + 4H2OÆ CH4 + CO2
22
Výroba amoniaku • Složení syntézního plynu pro výrobu amoniaku • • • • •
H2 …….……74,0% N2…….…….24,7% CH4…………..1,0% Ar……...…......0,3% CO + CO2…...5 ppm
Výroba amoniaku
Technologie chemických výrob 2012 Výroba amoniaku • 1913 – Haberova – Boschova metoda • Středotlaký způsob – 30MPa, 500°C • Reaktor trubkový nebo etážový
23
Haberova – Boschova metoda
Fritz Haber
Carl Bosch
Technologie chemických výrob 2012 Použití amoniaku • 80% - meziprodukt při výrobě kyseliny dusičné a dusíkatých hnojiv • Výroba hydrazinu, chloraminu, hydroxylaminu, kaprolaktamu • Chladící médium • Potenciální motorové palivo • Léčba po zasažení kyselým jedem
24
Kyselina dusičná Použití • Výroba dusičnanů a dvousložkových hnojiv • Dusičnan sodný, oxidovadlo ve sklářství • Složka nitrační směsi • Koncentrovaná až 100% Výroba v ČR - Lovochemie, a.s., Lovosice, VCHZ Synthesia Pardubice
Výroba kyseliny dusičné Dvě fáze: 1) Oxidace amoniaku na NO 2) Oxidace NO na NO2 a jeho absorpce ve vodě
Oxidace amoniaku na NO 4 NH3 + 5 O2 Æ 4 NO + 6 H2O ΔH=-904 kJ.mol-1 Než Nežádoucí doucí reakce
4 NH3 + 3 O2 Æ 2 N2 + 6 H2O 4 NH3 + 4 O2 Æ 2 N2O + 6 H2O
•Plyn na vstupu = vzduch + amoniak (~10%) •Plyn na výstupu = •12% NO + 20% H2O + 5%O2, zbytek N2
kondenzuje při ochlazení plynu na 20°C
Technologie chemických výrob 2012 Oxidace amoniaku na NO 4 NH3 + 5 O2 Æ 4 NO + 6 H2O ΔH=-904 kJ.mol-1 Než Nežádoucí doucí reakce
4 NH3 + 3 O2 Æ 2 N2 + 6 H2O 4 NH3 + 4 O2 Æ 2 N2O + 6 H2O
•K potlačení nežádoucích reakcí lze dosáhnout kombinací několika faktorů: •Vhodnou dobou kontaktu plynu s katalyzátorem (~2.10-4 s) •Složení katalyzátoru (Pt s 5% Pd a Rh, síta z tenkých drátů 0,06 mm) •Tlak a teplota (800-900°C, vyšší teplota – ztráty Pt, běžně 0,1g na 1t 100% HNO3) •Tlak (atm. az 1,2 MPa, vyšší tlak přispívá k oxidaci NO a NO2)
25
Oxidace amoniaku na NO
Oxidace NO na NO2 a jeho absorpce ve vodě
Oxidace amoniaku na NO
Oxidace NO2 na N2O4 Získává se 50 - 70%ní HNO3 Koncentraci lze zvýšit zvýšením tlaku a snížením teploty použité při absorpčním procesu 2 NO + O2 Æ 2 NO2
oxidační kolony
2NO2 Æ N2O4
absorpční kolony
sekundární vzduch
12
ΔH=-114 kJ.mol-1
ΔH=-57 kJ.mol-1
N2O4 + H2O Æ HNO3 + HNO2
ΔH=-65 kJ.mol-1 9, 12 – oxidační kolony, 10, 11 – absorpční kolony
3 HNO2 Æ HNO3 + 2 NO + H2O
Technologie chemických výrob 2012 Hydroxylamin
Výroba 100%ní kyseliny dusičné N2O4 + H2O + ½ O2 Æ 2 HNO3 (75°C, 5 MPa)
• NH2OH • Výroba např. redukcí oxidu dusnatého: zkapalnění
• •
4 NH3 + 5 O2 Æ 4 NO + 6 H2O 2 NO + 3 H2 + H2SO4 Æ (NH3OH)2SO4 Hydroxylamonium disulfát
• Použití: – Více než 97% na výrobu kaprolaktamu
26
Uhličitan sodný
Výroba uhličitanu sodného
• Světová produkce v roce 1993 byla 31x106 tun. • Přírodní zdroje – trona Na2CO3·NaHCO3·2H2O (35% světové produkce) – Monohydrátový a semikarbonátový proces
• Způsob podle Solvaye Karbonatace nasyceného roztoku NaCl NH3 + CO2 + H2O Æ NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl Æ NaHCO3 + NH4Cl Krystalizací se oddělí nejméně rozpustný NaHCO3
Kalcinace = tepelné zpracování rud a dalších materiálů vedoucích k jejich tepelnému rozkladu, fázovému přechodu nebo odstranění těkavých složek.
Kalcinace (175°C) 2 NaHCO3 Æ Na2CO3 + CO2 + H2O
• Syntetická výroba
Z odpadního chloridu amonného se recykluje amoniak 2 NH4Cl + Ca(OH)2 Æ 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O
Technologie chemických výrob 2012 Výroba uhličitanu sodného
Uhličitan sodný - použití
NH3 + CO2 + H2O Æ NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl Æ NaHCO3 + NH4Cl
30% NaCl
2 NaHCO3 Æ Na2CO3 + CO2 + H2O
NH3
2 NH4Cl + Ca(OH)2 Æ 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O
• Výroba skla • Výroba chemikálií (především fosforečnany pro sklářský průmysl, hydrogenuhličitan a dusičnan sodný)
CO2
NH4Cl NaHCO3 Ca(OH)2 CO2
27
Na2CO3
• • • •
Zásadité neutralizační činidlo Mýdla Papír Metalurgie, čištění vody, textilní průmysl
Usazování
Rozdělování heterogenních směsí • • • • •
Usazování Oddělování změnou hybnosti Filtrace Oddělování účinkem odstředivé síly Oddělování v elektrickém poli
• Rozdělování suspenze – určujícím faktorem pro dělení je hustota kapaliny a hmotnost a velikost částic • Dělení emulze: určujícím faktorem je rozdíl hustot a mísitelost • Zařízení: • Gravitační usazovací komora • Dorrův usazovák
Technologie chemických výrob 2012 Oddělování změnou hybnosti
28
Filtrace
• Zejména pro dělení tuhých částic z plynu • Tuhé částice se pohybují společně s plynem, narážejí to překážky a klesají na dno zařízení
• Oddělování pevných částic od kapalin a plynů pomocí filtračního materiálu
• Zařízení: • Štěrbinový odlučovač
• Základní rozdělení: – tlakové – beztlaké
Filtrační nuč
Kalolis
Technologie chemických výrob 2012 – http://www.in-eko.cz/bmf_video_cz.html
Vakuový rotační bubnový filtr
29
1 – plášť bubnu s filtrační plachetkou, 2 – podélné přepážky, 3 – vnitřní plášť, 4 – snímací nůž, 5 – trubky, 6 – rozváděcí hlava, 7 – kruhový disk s otvory, 8 – míchadlo
Vakuový rotační diskový filtr
Tlaková filtrace
Tlaková filtrace-pískový filtr
Technologie chemických výrob 2012 Tlaková filtrace-pískový filtr
Rukávový filtr • K oddělení jemných tuhých částic z plynu
30
Oddělování účinkem odstředivé síly • Vírové odlučovače • Odstředivky
Vírový odlučovač • K oddělení jemných tuhých částic: – z plynu – cyklon
1 - znečištěný vzduch 2 - skleněný válec 3 - komora na prach 4 - vzduch zbavený prachu 5 - oddělování prachu ze zařízení
Technologie chemických výrob 2012 Vírový odlučovač • K oddělení jemných tuhých částic: – Kapaliny – hydrocyklon
31
Odstředivky
