1. Proces technologiczny-dobór fizykochemiczny reakcji chemicznych
·ð Proces technologiczny
Jest to zorganizowany zbiór procesów i operacji jednostkowych, w których surtowiec przetwarzany jest w produkt.
Podczas tego procesu surowce ulegajÄ… przemianom fizycznym lub/i chemicznym. Przebieg procesu opisuje siÄ™ takimi
wielkościami jak:
- warunki (parametry) procesu: T, p, c, V, m
- postęp procesu (stopieo przemiany), dynamika procesu
- wynik procesu (wydajnośd produkcyjna, strumieo produktu, sprawnośd energetyczna)
·ð Ocena jakoÅ›ciowa - Kierunek reakcji chemicznych
Wpływ różnych czynników (T, p, c) na położenie równowagi opierają się na prawie działania mas oraz regule
przekory Le Chateliera- Brauna. Według tej reguły zmiany położenia równowagi układu znajdującego się w stanie
równowagi następują w takim kierunku, który spowoduje zmniejszenie się wpływ dokonanej zmiany. Na przykład
doprowadzenie do układu ciepła, a więc podwyższenie temperatury układu, wywołuje przesunięcie się położenia
równowagi w kierunku odpowiadającym reakcji endotermicznej, zużywającej ciepło, a więc przeciwdziałającej
wzrostowi temperatury układu. Z kolej dla reakcji amoniaku
N2 + 3H2 = 2NH3
Podwyższenie ciśnienia spowoduje przebieg reakcji w kierunku związanym ze zmniejszeniem objętości.
·ð Ocena iloÅ›ciowa
Ilościowe określenie zmian położenia równowagi w zależności od temperatury, ciśnienia i stężeo początkowych jest
bardziej skomplikowane. W przypadku reakcji przebiegających między gazami potrzebna jest znajomośd stałej
równowagi Kp.
Stała równowagi jest związana ze zmianą entalpii swobodnej reakcji relacją:
"G- zmiana entalpii swobodnej
DðG =ð -ðRT ln K
p
"H- zmiana entalpii reakcji
DðG =ð DðH -ðTDðS
"S- zmiana entropii reakcji
·ð SzybkoÅ›c reakcji
A B
dca
r =ð -ð
dt
2.Szybkośd reakcji chemicznych, metody zwiększania
A B
dca
r =ð -ð
dt
Sposoby zwiększenia szybkości reakcji:
- podwyższenie temperatury (często jednak możemy z tego korzystad tylko w ograniczonym zakresie ze
względu na zmniejszenie się wydajności ze wzrostem temperatury reakcji np. egzotermiczne reakcje
gazowe)
- katalizatory ( jako czynnik obniżające energię aktywacji reakcji, a wskutek tego umożliwiające jej
przeprowadzenie w niskiej temperaturze , aby położenie równowagi było jeszcze w wystarczającym
stopniu przesunięte w stronę pożądanych produktów reakcji)
- rozwinięcie powierzchni reagentów
- podwyższenie stężenia reagentów i usuwanie produktów reakcji
3. Proces technologiczny  ogólne zasady technologiczne przy projektowaniu procesów technologicznych
1) Zasada najlepszego użytkowania surowców (możliwie pełne wykorzystanie składników surowca,
ograniczenie odpadów).
2) Zasada najlepszego użytkowania energii (ograniczenie jej zużycia do ilości niezbędnych, eliminacja strat
ciepła, wykorzystanie energii powstającej w trakcie procesu).
3) Zasada najlepszego użytkowania aparatury (aparatura pracuje z odpowiednią wydajnością, uzyskiwanie
zdolności produkcyjnej przy jak najniższym koszcie aparatury).
4) Zasada umiaru technologicznego- realizacja procesu zgodna z zasadami ochrony środowiska, minimalizacja
ilości odpadów, warunkami lokalizacji, zdolności produkcyjnej instalacji itp.
+ Produkcja nastawiona na zysk i opłacalnośd!
4. Operacje i procesy jednostkowe.
Elementy wspólne, powtarzające się w wielu procesach technologii chemicznej.
Procesy o charakterze fizycznym i fizykochemicznym określa się jako operacje jednostkowe.
·ð PrzepÅ‚yw pÅ‚ynów.
·ð Sedymentacja
·ð Filtracja
·ð Rozdrabnianie ciaÅ‚ staÅ‚ych
·ð Mieszanie
·ð Przewodzenie ciepÅ‚a
·ð Promieniowanie cieplne
·ð Ogrzewanie i chÅ‚odzenie
·ð Wrzenie i kondensacja
·ð Przenikanie masy
·ð Destylacja
·ð Rektyfikacja
·ð Absorpcja
·ð Ekstrakcja
·ð Suszenie
Procesy o charakterze ściśle chemicznym a więc z udziałem reakcji chemicznych to procesy jednostkowe chemiczne:
·ð spalanie i utlenianie w wysokich temperaturach
·ð zgazowanie
·ð reakcje gazowe bez udziaÅ‚u kontaktu
·ð reakcje gazowe kontaktowe
·ð reakcje miÄ™dzy gazami i cieczami
·ð zobojÄ™tnianie
·ð podwójna wymiana w roztworach
·ð podwójna wymiana miÄ™dzy fazÄ… staÅ‚Ä… i ciekÅ‚Ä…
·ð wymiana jonowa
·ð prażenie i wypalanie
·ð redukcja w wysokich temperaturach
·ð elektroliza
·ð procesy elektrotermiczne
5.Proces technologiczny - opracowanie projektu procesowego.
Etapy opracowywania procesu technologicznego:
1) Założenie techniczno-ekonomiczne inwestycji: ustalenia określające cel, program, podstawowe dane i
parametry charakteryzujÄ…ce wymagania, koszty w zakresie wystarczajÄ…cym do opracowania projektu
technicznego.
2) Projekt techniczny: dokumentacja w formie graficznej modelowej, zestawienie liczbowych opisów,
dotyczących wykonania wszystkich prac, dostaw, czynności urządzeo- umożliwiające realizację. Powinien on
obejmowad następujące zagadnienia:
·ð CharakterystykÄ™ i zapotrzebowanie wyrobu
·ð Stosowane w Å›wiecie metody produkcji i kierunki rozwoju technologii.
·ð CharakterystykÄ™ proponowanej metody
·ð Warunki lokalizacji
·ð CharakterystykÄ™ surowców, produktów, odpadów, możliwoÅ›ci utylizacji, neutralizacji, skÅ‚adowania
·ð Schemat ideowy
·ð Parametry procesów i operacji jednostkowych.
·ð Opis procesu technologicznego
·ð Schemat technologiczny
·ð Bilans materiaÅ‚owy i cieplny
·ð MateriaÅ‚y konstrukcyjne i ich konserwacja.
·ð Zestawienie aparatów i urzÄ…dzeo, harmonogram pracy aparatów, ich rozmieszczenie przestrzenne
·ð Wskaz
niki zużycia surowców i energii
·ð Zapotrzebowania siÅ‚y roboczej
·ð Zagadnienia BHP.
6.Podstawowe cechy procesów periodycznych oraz realizowanych w sposób ciągły
W procesach periodycznych poszczególne fazy procesu przebiegają kolejno w tym samym aparacie lub zespole
aparatów. W aparaturze ciągłej każdy proces jednostkowy przebiega w oddzielnym aparacie .W każdym miejscu
aparatury przebiega stale ten sam proces i panują w zasadzie te same warunki przepływu, temperatury, ciśnienia i
stężenia reagentów. W instalacjach o ruchu ciągłym każdy z aparatów musi byd zdolny do ciągłego ruchu ponadto
wielkośd poszczególnych aparatów musi byd tak dobrana, aby czas operacji był jednakowy.
Procesy periodyczne (okresowe) Procesy ciągłe
1) Surowce wprowadza siÄ™ i produkty wyprowadza siÄ™ 1) Surowce wprowadza siÄ™ i produkty wyprowadza
porcjami (szarżami). się w sposób ciągły.
2) W czasie opróżniania i napełniania proces ulega 2) Proces toczy się jednocześnie z wprowadzeniem
przerwaniu (czas jałowy). surowców i odprowadzeniem produktów.
3) Operacje i procesy jednostkowe przebiegają kolejno 3) Wszystkie stadia procesu przebiegają w różnych
w jednym aparacie. częściach aparatów lub w różnych aparatach.
4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury 4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury
zmieniają się w czasie. pozostają stałe.
7. Przemysł chemiczny a środowisko.
Zrównoważony rozwój to taki rozwój, który zaspokaja potrzeby współczesnych bez naruszania możliwości
zaspokajania potrzeb przyszłych pokoleo.
Geneza zasady zrównoważonego rozwoju:
·ð Globalizacja problemów ochrony Å›rodowiska- transgraniczny transport zanieczyszczeo
·ð Wzrost populacji ludnoÅ›ci Å›wiata a dostÄ™pne zasoby
·ð Zapewnienie wyżywienia- rolnictwo- przemysÅ‚ nawozowy
·ð Ochrona ekosystemów- warunki życia dla flory i fauny, naturalne obszary leÅ›ne, wodne
·ð Bezpieczeostwo energetyczne- surowce energetyczne, wpÅ‚yw wytwarzania energii na Å›rodowisko
·ð Wzrost produkcji przemysÅ‚owej- niemożnoÅ›d zaspokojenia potrzeb drogÄ… konwencjonalnego uprzemysÅ‚owienia
·ð Urbanizacja- umiejscowienie punktowe powstawania Å›cieków i odpadów komunalnych
AGENDA XXI- Globalny program działania na XXI wiek.
o Organizacja biznesu i przemysłu w osiągnięciu trwałego i zrównoważonego rozwoju.
o Wzrost odpowiedzialności za skutki działalności przemysłowej.
o Wprowadzenie systemów produkcyjnych, technologicznych i procesów, które gwarantują racjonalne
wykorzystanie zasobów i zmniejszenie ilości odpadów
o Promocja czystszej produkcji.
Czystsza produkcja- strategia prowadząca do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju.
Działania techniczne i organizacyjne mające na celu eliminację lub ograniczenie krótko- i długotrwałego, szkodliwego
oddziaływania na środowisko. Działania obejmują nie tylko odpady, lecz również surowce, materiały pomocnicze i
energię, a także sam produkt.
Ä…ð Czystsza produkcja zakÅ‚ada staÅ‚e stosowanie strategii zapobiegania zanieczyszczeniu Å›rodowiska w
odniesieniu zarówno do procesu wytwarzania jak i stosowania produktu.
Ä…ð Czystsza produkcja koncentruje siÄ™ na zmniejszeniu oddziaÅ‚ywania wyrobu na Å›rodowisko naturalne
poprzez ocenę cyklu życia produktu od wydobycia surowców do koocowego składowania zbędnego, czy
też zużytego produktu
Ä…ð Czystsza produkcja obejmuje ochronÄ™ zasobów surowców i energii, eliminacjÄ™ surowców toksycznych,
redukcję ilości i zmniejszenia toksyczności wszystkich odpadów
Ä…ð Cele czystej produkcji osiÄ…gane sÄ… nie tylko przez usprawnienia technologiczne, ale i sposobu myÅ›lenia o
wyrobie w aspekcie ochrony środowiska i celów jakie chcemy osiągnąd poprzez ten produkt
8.Zintegrowane zapobieganie i kontrola zanieczyszczeo (IPPC):
Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC)-
- zapewnienie zintegrowanego zapobiegania i kontroli zanieczyszczeo w celu zapewnienia kompleksowej
ochrony środowiska
- przepisy dyrektywy obowiązują nowe instalacje, natomiast dla istniejących przewidują okres przejściowy
(2007r.)
- pozwolenie zintegrowane- obejmuje łączny wpływ instalacji na środowisko (limity ilościowe i właściwości
czynników wprowadzanych do środowiska)
- pozwolenia sektorowe- pozwolenia na wprowadzenie gazów do atmosfery, ścieków, wytwarzanie
odpadów, emisji hałasu
9, 10. Woda do celów technologicznych, zasoby, wymagania, przygotowanie
Woda jest surowcem zużywanym w ogromnych ilościach w gospodarstwach domowych, przemyśle, rolnictwie,
energetyce.
Zasoby wód:
- wody deszczowe
- wody podziemne (płytkie i głębokie
- morza i oceany
- wody powierzchniowe śródlądowe (rzeki, jeziora, zbiornik)
Wymagania:
·ð Klasa czystoÅ›ci
I  do spożycia, do zaopatrzenia przemysłu gdzie wymagane, środowisko ryb łososiowatych
II  hodowla zwierzÄ…t, kÄ…piel, inne ryby
III  nawadnianie pól, zaopatrzenie przemysłu
·ð TwardoÅ›d wody- wÅ‚aÅ›ciwoÅ›d wywoÅ‚ana obecnoÅ›ciÄ… wapnia i magnezu.
TradycyjnÄ… twardoÅ›d wody w Europie okreÅ›la siÄ™ przy pomocy niemieckich stopni twardoÅ›ci (ºN).
1ºN =10 mg CaO/ 1dm3
Woda miÄ™kka: 0  8 ºN
Woda Å›rednio twarda: 8  16 ºN
Woda twarda: 16  30 ºN
Woda bardzo twarda: >30 ºN
Zmiękczanie  usuwanie wpływu substancji powodujących twardośd, może byd prowadzona metodami fizycznymi i
chemicznymi
ZmiÄ™kczanie termiczne - (tylko dla twardoÅ›ci wÄ™glanowej  przemijajÄ…cej) podgrzewanie do temp. 70- 90 ºC, a
strącone osady oddziela się na odstojnikach, połączone z odgazowaniem.
Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 MgCO3 +H2O + CO2
Zmiękczanie chemiczne:
Ä…ð sodÄ…:
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 CaCO3“! + 2 NaHCO3
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3“! + Na2SO4
Ä…ð wapnem i sodÄ…
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3“! + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 Mg(OH)2“! + 2CaCO3“! + 2H2O
MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2“! + CaSO4
CaSO4 + Na2CO3 CaCO3“! + Na2SO4
Ä…ð fosforanami
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2“! + NaHCO3
3CaSO4 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2“! + 3Na2SO4
Ä…ð jonitami, np. kationitami pracujÄ…cymi w cyklu sodowym
Usuwanie krzemionki: (krzemionka tworzy kamieo kotłowy) filtracja przy stosowaniu specjalnej masy filtracyjnej
CaCO3 MgO (tlenek magnezu wiąże krzemionkę w krzemian magnezu)
Odgazowanie wody- usuwanie O2 i CO2
o odgazowanie termiczne  ogrzewanie parÄ… wodnÄ… do wrzenia
o odgazowanie chemiczne  usuwanie tlenu hydrazynÄ…
N2H4 + O2 N2 + 2 H2O
Demineralizacja - za pomocą jonitów realizuje się przez kolejne lub jednoczesne użycie kationitu pracującego w cyklu
wodorowym i anionitu w cyklu wodorotlenowym.
Odsalanie wody morskiej:
·ð destylacja
·ð wymrażanie
·ð elektroliza
·ð odwrócona osmoza- koszt niższy niż metoda destylacyjna.
11. Metody pozyskiwania i przygotowania surowców do produkcji.
Surowce  materiały z których na drodze procesów technologicznych otrzymuje się określone produkty. Dany
materiał może byd surowcem w jednym procesie, produktem w innym.
Surowce naturalne - są surowcami mineralnymi lub wytwarzanymi w drodze fotosyntezy, głównie w odpowiednich
uprawach (drzewa kauczukowe, trzcina cukrowa, burak cukrowy, drzewa iglaste i liściaste)
Surowce wtórne  odpady z innych procesów
Najważniejsze znaczenie dla przemysłu chemicznego mają pierwiastki:
C, H, O, S, N, Na, K, P, CL, CA
Rudy to minerały, których wydobycie jest opłacalne w określonych warunkach ekonomicznych i technicznych, np.
rudy miedzi > 1% Cu, rudy żelaza >25 % Fe, rudy renu >0.0002 % Re.
Surowce mineralne:
- energetyczne
- metaliczne (rudy, piryty, markazyty, boksyty...
- niemetaliczne
- chemiczne
- solne
- siarkonośne
- fosforonośne
-skalne
- wapienie
-ziemie okrzemkowe
- kwasoodporne skały ogniotrwałe
- kamienie szlachetne
- wody mineralne
12. Metody pozyskiwania i przygotowania surowców do produkcji.
Surowce przemysłu nieorganicznego pozyskuje się poprzez wydobycie rud ze skorupy ziemskiej, przeważnie
metodami górniczymi. Rudy zawierają zwykle obok minerału użytecznego domieszki lub wtrącenia skał, najczęściej
krzemianowych, określanych jako złoże lub skała płonna. Aby podnieśd wartośd użytkową rudy (zwiększyd zawartośd
pożądanego surowca) prowadzi się proces wzbogacania.
ROZDRABNIANIE - polega na stopniowym rozdrabnianiu materiału i rozdzielaniu na koncentrat i odpady na
podstawie różnic we własnościach fizycznych. Stopieo rozdrobnienia to stosunek wielkości ziaren przed i po
rozdrobnieniu. Rozróżnia się:
-rozdrabnianie wstępne (łamanie)  na sucho
-rozdrabnianie średnie  na sucho
-rozdrabnianie drobne (mielenie)  często na mokro  eliminacja pyłów
Działanie maszyn rozdrabniających da się sprowadzid do takich działao jak: zgniatanie, ścieranie, rozbijanie,
rozłupywanie, ścinanie oraz ich kombinacje
Rozdrabnianie jest operacją jednostkową, związaną z dużym zużyciem energii, które jest proporcjonalne do
przyrostu powierzchni materiału, jaki nastąpił w wyniku rozdrabniania.
KLASYFIKACJA - (rozdział minerałów według grubości ziarna)
- odsiewanie na sitach płaskich lub bębnowych (bryły grube i średnie)
- separatory powietrzne i hydrauliczne (frakcje drobne)
Klasyfikacja hydrauliczna  zmielony materiał wysypuje się do długiego koryta, przez które przepływa woda z
określoną prędkością. Grube ziarna opadają na dno koryta blisko miejsca wsypu, drobniejsze uniesione prądem
wody osiadają dalej. Ustawiając na dnie przegrody, można otrzymad frakcje materiału wg grubości ziarna.
FLOTACJA
Służy do rozdzielania drobno zmielonych minerałów. W procesie flotacji wykorzystuje się siły napięcia
powierzchniowego wody, które ulegają dużym zmianom pod wpływem odczynników flotacyjnych. Ze względu na
różnice w budowie kryształów poszczególnych minerałów zmiany te są odmienne dla poszczególnych składników
rudy, co znajduje wyraz w stopniu ich zwilżalności. Ścisłą miarą zwilżalności jest kąt zwilżania (kąt=0 dla minerałów
całkowicie zwilżalnych w danym układzie; im większy kąt tym gorzej zwilżalne).
W aparatach flotacyjnych zawiesinę wodną zmielonego minerału (ziarna poniżej 1mm) poddaje się energicznemu
mieszaniu i napowietrzaniu. Dobrze zwilżające się ziarna opadają na dno, z
le zwilżające się ziarna minerału
użytecznego wypływają na powierzchnię i tworzą pianę. Aparaty łączy się zwykle w zespoły w taki sposób, że piana
(koncentrat) z poprzedniego aparatu jest materiałem wejściowym dla następnego. Po odwodnieniu piany uzyskuje
siÄ™ koncentrat flotacyjny.
Odczynniki flotacyjne
·ð Kolektory  odczynniki zwiÄ™kszajÄ…ce kÄ…t zwilżania ciaÅ‚ staÅ‚ych
·ð Pianotwórcze  zwiÄ™kszajÄ… trwaÅ‚oÅ›d piany flotacyjnej przez obniżenie napiÄ™cia powierzchniowego cieczy (np.
olej sosnowy, kwas krezolowy)
·ð Aktywatory i depresory  sÅ‚użą do regulowania zdolnoÅ›ci flotacyjnej różnych minerałów przy selektywnej
flotacji; potęgują lub obniżają możliwośd adsorpcji kolektorów
Na przebieg flotacji duży wpływ ma odczyn środowiska  pH.
AGLOMERACJA
Po procesie wzbogacania rudy są silnie rozdrobnione. By móc je użytkowad najczęściej trzeba je uformowad w
większe kawałki, czyli podad aglomeracji. Sposoby przeprowadzania aglomeracji:
·ð prażenie do spieczenia  nastÄ™puje nadtopienie materiaÅ‚u i zlepienie czÄ…stek przez pojawiajÄ…cÄ… siÄ™ fazÄ™
ciekłą
·ð aglomeracja sferyczna  polega na użyciu cieczy wiążącej, nie mieszajÄ…cej siÄ™ z wodÄ…, np. oleju mineralnego.
Powoduje ona tworzenie się w wyniku mieszania kulistych aglomeratów o znacznej trwałości, dających się
Å‚atwo oddzielid od cieczy przez sÄ…czenie.
13. Gazy techniczne, metody skraplania gazów.
Do gazów technicznych zaliczamy te gazy, których otrzymywanie, magazynowanie i przesyłanie zostało opanowane
w takim stopniu, że mogą one znajdowad się w obrocie handlowym. Ze względu na sposób magazynowania i
przesyłania odróżniamy gazy sprężone, skroplone i rozpuszczone pod ciśnieniem. Gazy sprężone skraplają się w
niskich temperaturach. Gazy przechowuje się w zbiornikach ciśnieniowych.
Do gazów technicznych zalicza się tlen, azot, hel, argon, dwutlenek węgla, metan, acetylen.
Skraplanie gazów
Najwyższą temperaturą, w której można skroplid gaz pod działaniem ciśnienia, jest temperatura krytyczna (aby
skroplid gaz trzeba go schłodzid poniżej temperatury krytycznej). Temperatury krytyczne gazów są zwykle znacznie
niższe od temperatury otoczenia, co wymaga stosowania odpowiednich sposobów chłodzenia.
·ð metoda Lindego  polega na wykorzystaniu zjawiska Joule a-Thomsona wystÄ™pujÄ…cego przy dÅ‚awieniu gazów
·ð metoda Claude a  obniżanie temperatury gazu poprzez rozprężenie gazu w rozprężarce tÅ‚okowej
·ð metoda Kapicy  podobnie jak wyżej, tylko rozprężenie w rozprężarce wirnikowej
·ð metoda Claude a-Heylandta  do obniżenia temperatury stosowane jest rozprężenie gazu w rozprężarce
tłokowej oraz dławienie
We wszystkich tych metodach gaz najpierw jest sprężany i ochładzany czynnikiem chłodzącym. Może się to odbywad
wieloetapowo.
14. Technologia skraplania powietrza.
Powietrze to w 99 % tlen i azot, niecały 1 % to gazy szlachetne, CO2, H2.
Praktyczne procesy skraplania powietrza obejmujÄ…:
1) sprężanie, połączone zwykle z chemicznym i mechanicznym oczyszczaniem oraz suszeniem
2) schładzanie, polegające na odprowadzaniu ciepła przez odpływające z aparatury zimne gazy; jednocześnie
usuwa siÄ™ resztki CO2 i wilgoci
3) skraplanie, zachodzące w wyniku dalszego obniżenia temperatury dzięki rozprężaniu z wykonaniem pracy w
rozprężarce (proces izoentropowy) lub w zaworze dławiącym z wykorzystaniem zjawiska Joule a-Thomsona
(proces izentalpowy)
Obieg Lindego
Sprężony w sprężarce gaz, po ochłodzeniu wodą, wchodzi do wymiennika ciepła, a następnie do zaworu dławiącego,
w którym następuje rozprężanie, pociągające za sobą spadek temperatury i częściowe skroplenie. Nieskroplona
częśd gazu uchodzi przez wymiennik ciepła ochładzając gaz przed zaworem dławiącym i trafia ponownie do
sprężarki. W najlepszym przypadku w urządzeniach pracujących według cyklu Lindego skrapla się kilkanaście procent
powietrza wchodzącego do aparatury. W instalacjach, w których stosuje się rozprężanie adiabatyczne lub mieszane
(metoda Claude a lub Heylandta), skrapla siÄ™ do 25% wprowadzonego powietrza.
Skroplone powietrze można rozdzielid na składniki za pomocą kolumny rektyfikacyjnej. Z równowag cieczpara można
przewidzied możliwości rozdziału i czystośd składników.
15. Sorpcyjna metoda rozdziału gazu koksowniczego.
W krajach produkujących koks hutniczy wytwarza się także dużo gazu koksowniczego.
Skład: wodór ok. 55 %, metan ok. 27 %, CO, azot, ww, tlen.
Wyodrębnienie wodoru polega na kolejnym wymrażaniu coraz niżej wrzących składników, do momentu pozostania
gazowego wodoru. Proces przebiega w nastepujący sposób: gaz koksowniczy chłodzi się w chłodziarce amoniakalnej
(-45 C), wprowadza się do instalacji, chłodzi się przez frakcję metanową i mieszankę wodór/azot (-100 C). W
wymienniku kolejnym chłodzi się tymi samymi czynnikami oraz frakcją CO i wydziela się frakcja etylenowa (-145 C).
W następnym wymienniku skrapla się metan, który razem z gazem kieruje się do skraplacza (-190 C). Gaz ze
skraplacza kieruje się do płuczki azotowej, gdzie oddziela się CO. Tak uzyskana mieszanka azotu i wodoru może byd
po oczyszczaniu kierowana do produkcji amoniaku.
Gaz koksowniczy może byd też użyty jako paliwo po usunięciu z niego amoniaku, smoły węglowej i benzolu.
Surowy gaz koksowniczy odprowadzany jest z komór rurociągami i kierowany do wstępnego chłodzenia, które
powinno spowodowad obniżenie temperatury od ok. 700°C do 80-90°C. NastÄ™puje przy tym częściowe wykroplenie
par smoły i pary wodnej. W skroplinach wodnych rozpuszcza się znaczna częśd (ok. 75%) amoniaku zawartego w
surowym gazie koksowniczym. Po oddzieleniu tych skroplin i małych ilości wykroplonej smoły gaz ochładza się dalej
do temperatury 25°C. W czasie tego chÅ‚odzenia skrapla siÄ™ główna masa smoÅ‚y.
Po usunięciu głównej masy smoły pozostają jeszcze w gazie jej drobne kropelki oraz nieco pyłu, a także amoniak i
benzol. W celu odpylenia i odsmolenia gaz przepuszcza się przez elektrofiltry pracujące pod napięciem 60-70kV.
Pozostałe ok. 25% amoniaku wydziela się z gazu poprzez absorpcję w 8% roztworze kwasu siarkowego  amoniak
reaguje z kwasem z wytworzeniem siarczanu amonowego.
Następnym zadaniem technologicznym jest wydzielenie benzolu z odsmolonego i pozbawionego amoniaku gazu
koksowniczego. Benzol usuwa się poprzez absorpcję w oleju płuczkowym. Po desorpcji z tego oleju, surowy benzol
kieruje się do dalszej przeróbki, a oleju używa się ponownie do absorpcji.
16. Paliwa stałe, charakterystyka, klasyfikacja.
Naturalne paliwa stałe dzielą się na drewno, torf, w. brunatny, w. kamienny, antracyt. Paliwa stałe (torf, węgiel
brunatny i kamienny) należą do paliw kopalnych. Powstały one w odległych epokach geologicznych z materiału
roślinnego, stanowiąc akumulację energii słonecznej. Budowa i skład chemiczny paliw stałych, a zwłaszcza węgla,
jest zróżnicowana ze względu na ich genezę. Materiał roślinny z którego powstał węgiel zmieniał się w kolejnych
okresach geologicznych zarówno pod względem morfologicznym jak i pod względem składu chemicznego.
Podstawowymi pierwiastkami budującymi węgiel są: C, H, O, N, S oraz mikropierwiastki.
Głównymi składnikami grupowymi węgla z punktu widzenia użytkowego są:
·ð substancja organiczna
·ð substancja mineralna - balast
·ð wilgod - balast
Systematyka oraz klasyfikacja węgla i torfu
W celu oceny przydatności węgla do celów technologicznych określa się:
·ð typ wÄ™gla
·ð stopieo czystoÅ›ci (zawartoÅ›d popioÅ‚u)
·ð sortyment (wielkoÅ›d ziaren)
W Polsce klasyfikuje się węgiel kamienny według typów biorąc pod uwagę:
·ð zawartoÅ›d części lotnych
·ð spiekalnoÅ›d wg Rogi
·ð wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci dylatometryczne
·ð ciepÅ‚o spalania
17. Koksownictwo, gazownictwo.
Podczas ogrzewania paliw stałych bez dostępu powietrza zachodzi proces pirolizy, zwany dawniej suchą destylacją
albo destylacją rozkładową. Proces ten wykorzystywany jest w koksownictwie oraz gazownictwie.
1) Koksownictwo
Głównym produktem koksowni jest koks  podstawowy reagent i nośnik energii cieplnej w procesie wielkopiecowym
wytwarzania surówki żelaza oraz w produkcji żeliwa w piecach odlewniczych. Koks jest też niezbędny do produkcji
karbidu i wytwarzania gazu do syntezy metodą okresową. Surowcem do produkcji koksu są węgle kamienne:
·ð gazowy
·ð gazowo  koksowy
·ð orto-, meta- i semikoksowy
Stosuje się mieszanki tych węgli.
Wytwarzanie koksu odbywa się w ogniotrwałych komorach baterii koksowniczych. Komory o kształcie wydłużonego
prostopadłościanu ogrzewa się przeponowo po obu stronach długości ścian bocznych za pomocą systemu kanalików
grzewczych. W komorach koksowniczych zachodzi proces wysokotemperaturowego odgazowania węgla (ok.
1000°C). Proces koksowania trwa 12-25h. Gotowy koks wypycha siÄ™ z komory koksowniczej na wóz gaÅ›niczy i oziÄ™bia
wodÄ…, po czym odbywa siÄ™ sortowanie. Podczas pirolizy z komory wydobywa siÄ™ surowy gaz koksowniczy,
zawierający lotne (gazowe i ciekłe) produkty koksowania.
Produkty koksowania: (+wydajnośd w % masowych w stosunku do suchego węgla)
·ð koks 70-80
·ð smoÅ‚a 2,5-4,5
·ð woda pogazowa 3-5
·ð amoniak 0,2-0,4
·ð benzol 0,8-1,4
·ð gaz koksowniczy 12-18(280-380m3/t)
Najważniejszym produktem koksowni jest koks wielkopiecowy. Główne wymagania dotyczą wysokiej wytrzymałości i
małej ścieralności w wysokiej temperaturze. Dalsze wymagania dotyczą jednolitego uziarnienia, małej zawartości
popiołu i siarki oraz części lotnych.
Gaz koksowniczy często zużywany jest do ogrzewania komór koksowniczych lub do przerobu na gaz do syntezy.
2) Gazownictwo
W gazowniach realizuje się ten sam co w koksowniach proces odgazowania węgla, jednakże głównym produktem w
tym przypadku jest gaz, a koks stanowi wartościowy produkt uboczny.
Podstawowym surowcem przetwarzanym w gazowniach są węgle kamienne gazowe oraz gazowo-płomienne,
bogate w części lotne.
Obecnie w gazowniach stosuje się przeważnie piece komorowe o ruchu okresowym lub ciągłym. Wytworzony koks
gasi się parą wodną i usuwa w sposób ciągły. W wyniku reakcji pary wodnej z koksem powstaje gaz wodny, który
miesza się z gazem węglowym. Piec ogrzewa się gazem generatorowym, podgrzewanym podobnie jak powietrze,
ciepłem gazów spalinowych uchodzących z kanałów grzewczych.
Koks gazowniczy ma małą wytrzymałośd.
Ilośd otrzymanego gazu i jego skład zmienia się w szerokich granicach, zależnie od typu pieców i sposobu ich
prowadzenia. Najczęściej gaz ten jest gazem z odgazowania węgla, jak gaz koksowniczy, lecz stanowi mieszaninę
tego gazu z gazem wodnym z gaszenia koksu i innymi gazami.
Głównymi składnikami gazu koksowniczego są: wodór, metan, azot.
Surowy gaz poddaje się oczyszczaniu. Poprzez chłodzenie usuwa się skondensowaną parę wodną i smołę. Amoniak
usuwa się poprzez absorpcję w wodzie. Siarkowodór i cyjanowodór usuwa przez przepuszczenie przez masę
czyszczącą, nadającą się do regeneracji. czynnym składnikiem jest wodorotlenek żelaza (III). Stosuje się też mokre
metody odsiarczania. Zwykle usuwa się też benzole (mieszaninę benzenu i homologów) przy pomocy oleju
smołowego. Gaz z gazowi został obecnie wyparty przez magistralne sieci gazowe.
18.Zgazowanie paliw stałych
Øð Celem zgazowania jest przeprowadzenie paliw staÅ‚ych w gazy palne dla celów komunalnych i
przemysłowych,
Øð Zgazowanie wÄ™gla w generatorach za pomocÄ… powietrza daje gaz powietrzny, parÄ… wodnÄ… gaz wodny,
powietrzem i parÄ… wodnÄ…  gaz generatorowy.
Øð generator pionowy jest urzÄ…dzeniem z rusztami schodkowymi z paliwem wprowadzanym od góry
(odprowadzanie gazu również w tej części aparatu)
Øð wskaz
nikiem procesu zgazowania jest wydajnośd termiczna. Określa się ją jako iloraz wartości opałowej gazu
do energii wniesionej do generatora (paliwo, sprężone powietrze, para)
Øð generatory: ciÅ›nieniowe, fluidalne, odciekowe, przystosowane do zasilania pyÅ‚em wÄ™glowym,
W generatorze od dołu można wyróżnid :
Øð strefÄ™ żużla  usuwanie popioÅ‚u i żużla,
Øð strefÄ™ utleniania  reakcje spalania,
Øð strefÄ™ redukcji wÄ™gla z parÄ… wodnÄ…
Øð strefÄ™ odgazowania  oddzielenia wÄ™glowodorów oraz gazów a także suszenie i podgrzewanie Å›wieżo
załadowanego węgla.
Reakcje przebiegajÄ…ce w generatorach:
Øð CO + 0,5O2 = CO2
Øð C + 0,5O2 = CO
Øð CO2 + C = 2CO
Øð CO + 0,5O2 = CO2
Øð C + H2O = H2 + CO
Øð C + 2H2O = 2H2 + CO2
Øð CO + H2O = H2 + CO2
Øð H2 + 0,5O2 = H2O
Øð C + 2H2 = CH4
Øð CO + 3H2 = CH4 + H2O
Podziemne zgazowanie węgla:
a) metoda opływowa  wydzieloną chodnikami (poziomymi i pionowymi) bryłę węgla odpala się od spodu i
intensywnie napowietrza i zbiera powstajÄ…ce gazy.
b) metoda filtracyjna  odwierty z koncentrycznymi rurami, przez jedna tłoczy się powietrze zgazowuje
po przebiciu gazu do innych zbiera gazy.
19. Gaz powietrzny, generatorowy.
Stosowane do celów opałowych, głównie przemysłowych. Posiadają małą wartośd opałową.
Gaz powietrzny to gaz otrzymany ze zgazowania paliwa stałego powietrzem. W zależności od sposobu zgazowania
zawiera w różnych proporcjach CO, CO2, N2
Øð C + O2 = CO2
Øð 2C + O2 = 2CO
Øð 2CO + O2 = 2CO2
Øð CO2 + C = 2CO
Gaz generatorowy to gaz otrzymywany przez zgazowanie paliwa stałego mieszaniną pary wodnej i powietrza. W
zależności od sposobu prowadzenia procesu zawiera: CO, CO2, N2, H2, CH4
Øð C + O2 = CO2
Øð 2CO + O2 = 2CO2
Øð CO + H2O = H2 + CO2
Øð C + H2O = H2 + CO
Øð C + 2H2 = CH4
Øð O2 + 2C = 2CO
Øð CO2 + C = 2CO
Øð C + 2H2O = 2H2 + CO2
Øð H2 + 0,5O2 = H2O
Øð CO + 3H2 = CH4 + H2O
Øð CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
Obecnie gaz powietrzny i generatorowy tracą na znaczeniu na rzecz paliw płynnych.
20. Oczyszczanie gazów przemysłowych:
Odpylanie gazu (usuwanie zawiesin ciał stałych):
1. metody mechaniczne- sedymentacja, siły ciężkości i odśrodkowe
2. metody mokre- przemywanie wodÄ…
3. przepuszczanie gazu przez filtry
4. metody elektrostatyczne
5. metody soniczne- koagulacja pod wpływem fal dz
więkowych
Odsiarczanie gazu:
1. węglem aktywnym- za pomocą masy cząsteczek
2. etanoloaminy- absorpcja ciśnieniowa i regeneracja parą wodną (duża wydajnośd)
3. metanolem- absorpcja fizyczna w niskich temp.
Konwersja tlenku węgla:
CO + H2O = H2 + CO2
21. Przemysł azotowy  baza surowcowa.
Główne produkty przemysłu azotowego: kwas azotowy, azotany, mocznik
Wodór pochodzi z:
·ð zgazowania paliw staÅ‚ych/ciekÅ‚ych
·ð konwersji gazu ziemnego
·ð elektrolizy wody/solanki
·ð poÅ‚spalania metanu
Azot do syntezy pochodzi z powietrza atmosferycznego przez oddzielenie tlenu:
·ð na drodze fizycznej (skroplenie, rektyfikacja powietrza)
·ð na drodze chemicznej (zwiÄ…zanie tlenu w procesie wytwarzania gazu do syntezy)
22.Synteza amoniaku:
Reakcja syntezy amoniaku z pierwiastków ("H = -46 kJ/mol)
½ N2 + 3/2 H2 = NH3
Niska temperatura i wysokie ciśnienie sprzyjają przebiegowi reakcji w kierunku tworzenia amoniaku. Jest to reakcja
egzotermiczna przebiegająca ze zmniejszaniem się objętości.
Instalacje syntezy amoniaku ze względu na projektowane ciśnienie pracy:
- niskociśnieniowe 10- 20 MPa
- średniociśnieniowe 20- 45 MPa
- wysokociśnieniowe 60- 100 Mpa
Reakcje syntezy amoniaku przebiegają w obecności katalizatora. Katalizator: żelazo (redukcja tlenków żelaza w
stosunku 1:1, 1 Fe2+ do 1 Fe3+), zawierające promotory zwiększające ich aktywnośd i trwałośd (Al2O3, K2O, CaO).
ZawartoÅ›ci tlenków to 3- 7. Katalizator może pracowad w temp. 380- 550 ºC. Dodatek tlenku magnezu pozwala na
pracÄ™ katalizatora do 600 ºC. Katalizator żelazowy jest wrażliwy na  zatrucia (zanieczyszczenia): O2, H2O, CO, CO2.
Mechanizm procesu syntezy tłumaczy się chemisorpcją na powierzchni katalizatora:
N2 + 2Fe = 2Fe-Nads
H2 + 2Fe = 2Fe- Hads
Nads + Hads = NHads
NHads + Hads = NH2ads
NH2ads + Hads = NH3ads
NH3ads = NH3desorp
23.Synteza mocznika:
Mocznik - CO(NH2)2 - amidowy związek azotu, znajduje zastosowanie jako nawóz azotowy, składnik pasz, w
produkcji tworzyw sztucznych, klejów, żywic, lakierów, barbituranów.
Proces przebiega według równania:
2NH3 + CO2 = CO(NH2)2 + H2O
Reakcja dwustopniowa, najpierw tworzy siÄ™ karbaminian amonu:
2NH3 + CO2 = NH4-O-C=O(-NH2) "H= - 142,1 kJ/ mol
Który przechodzi w mocznik:
NH4-O-C=O(-NH2) CO(NH2)2 + H2O "H= 32,0 kJ/ mol
Reakcja przebiega w fazie ciekÅ‚ej, w temperaturze 170- 220 ºC i ciÅ›nieniu 15- 30 MPa.
Po użyciu 3-4 krotnego nadmiaru NH3 w stosunku do CO2 uzyskuje się 80% stopieo przemiany.
Praktycznie zawsze stosuje się recyrkulację reagentów. Innym problemem jest korozja materiału, z którego
zbudowany jest reaktor- stosowane są wykładziny z cyrkonu, tytanu i jego stopy.
!!!Do syntezy mocznika nie stosuje się katalizatorów!!!
Instalacje do syntezy mocznika:
Øð instalacje bez zawracania amoniaku i dwutlenku wÄ™gla
Øð instalacje z częściowym lub caÅ‚kowitym zawracaniem
Wykorzystanie:
- wysokoazotowy nawóz (46 % azotu)
- do tworzyw sztucznych, żywic, klejów
- składnik pasz dla bydła
24.Wytwarzanie kwasu azotowego.
Kwas azotowy przerabia się na azotany (nawozy, materiały wybuchowe, otrzymywanie nitrozwiązków i azotanów
organicznych. Proces wytwarzania kwasu azotowego HNO3 z amoniaku zachodzi w trzech stadiach:
a.) Utlenianie amoniaku tlenem z powietrza do tlenku azotu wobec kontaktu platynowo-rodowego (siatki wykonane
z drutów o średnicy 0,06- 0,076 mm, zawierające 93% Pt i 7% Rh)
Głównymi produktami utleniania amoniaku są N, NO i H2O:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Reakcje utleniania, prowadzone przy kontakcie platynowo-rodowym, utleniajÄ… do NO nawet 98% amoniaku
b.) Utlenianie NO do NO2
Z reaktora utleniania amoniaku odbiera siÄ™ gaz zawierajÄ…cy ok. 10% NO i 6%, reszta to para wodna i azot.
2NO + O2 = 2NO2
2 NO2 = N2O4
Szybkośd utleniania tlenku azotu wzrasta z obniżeniem temperatury. Reakcja ta należy więc do wyjątków ponieważ
większośd reakcji przebiega szybciej tym szybciej im wyższa jest temperatura. Ponieważ reakcja przebiega ze
zmniejszeniem objętości więc zgodnie z regułą La Chateliera, podwyższenie ciśnienia sprzyja przesunięciu
równowagi w prawo. Korzystne jest więc prowadzid utlenianie NO w możliwie niskiej temperaturze i pod
zwiększonym ciśnieniem
c.) Absorpcja tlenków azotu w wodzie (wieże absorpcyjne)
2 NO2 = N2O4
N2O4 + H2O HNO3 + HNO2
3 HNO2 HNO3 + 2NO + H2O
Sumarycznie:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
Z podwyższeniem ciśnienia równowaga przesuwa się w kierunku tworzenie HNO3, a z podwyższeniem temperatury
w kierunku wydzielania NO2. Kolumny absorpcyjne mają więc na każdej półce wężownicę, przez która przepływa
woda chłodząca. W ten sposób odbiera się ciepło egzotermicznej reakcji NO2 z H2O.
Trójtlenek azotu reaguje z wodą według schematu:
3 N2O3 + 3H2O 6HNO2
6 HNO2 2 HNO3 + 4NO + 2 H2O
Sumarycznie:
3 N2O3 + H2O 2 HNO3 + 4 NO
W reakcjach odtwarza siÄ™ tlenek azotu, z
ródło strat azotu i zanieczyszczenia NOX do atmosfery. Wysokie ciśnienie
absorpcji sprzyja ich ograniczeniom, a także jest korzystne dla otrzymywania bardziej stężonych roztworów kwasu.
Instalacje przemysłowe do wytwarzania kwasu azotowego:
·ð Utlenianie i absorpcja pod ciÅ›nieniem atmosferycznym (instalacje bezciÅ›nieniowe)
·ð Utlenianie pod ciÅ›nieniem atmosferycznym, absorpcja pod ciÅ›nieniem 0,3- 0,5 MPa
·ð Utlenianie i absorpcja pod ciÅ›nieniem 0,3- 0,5 MPa (instalacje półciÅ›nieniowe)
·ð Utlenianie pod ciÅ›nieniem 0,3- 0,5 MPa, absorpcja pod ciÅ›nieniem 0,9- 1,0 MPa.
·ð Utlenianie i absorpcja pod ciÅ›nieniem 0,9- 1,0 MPa (instalacje ciÅ›nieniowe).
W instalacjach bezciśnieniowych otrzymuje się kwas 45 %, a w ciśnieniowych ponad 60%.
25. Bezpośrednia synteza stężonego kwasu azotowego.
Otrzymywanie stężonego kwasu azotowego (~100%) przez bezpośrednią syntezę.
Realizacja teoretycznej reakcji sumarycznej:
NH3 + 2 O2 HNO3 + H2O
Aby otrzymad stężony kwas azotowy z układu trzeba usuwad H2O, co jest realizowane w  chodnicach
huraganowych dzięki szybkiej kondensacji pary wodnej (schłodzenie strumieniem chłodnego powietrza). Następnie
otrzymuje się czterotlenek azotu poprzez utlenianie NO tlenkiem technicznym, a sumaryczną reakcję można zapisad
równaniem:
2N2O4 + 2H2O + O2 4HNO3
26. Otrzymywanie siarczanu amonu
Siarczan amonu (NH4)2SO4 - produkt uboczny przy oczyszczaniu gazu z odgazowaniem węgla w koksowniach i
gazowniach. Gazy zawierające amoniak przepuszcza się przez płuczki, do których dopływa w sposób ciągły 80%-owy
kwas siarkowy. Absorpcja amoniaku następuje w nasyconym roztworze siarczanu amonowego, zawierającym kwas
siarkowy. Kryształy soli odpuszcza się okresowo, oddziela się od ługu macierzystego w wirówkach i suszy.
Na podobnej zasadzie działają instalacje do produkcji siarczanu amonowego z amoniaku syntetycznego lub
odpadkowego z produkcji mocznka albo kaprolaktamu. Siarczan amonowy można również otrzymad w reakcji
podwójnej wymiany z siarczanem wapniowym
CaSO4 + 2 NH3 + H2O+CO2 (NH4)2SO4 + CaCO3 "H= -130 kcal
Metoda ta pozwala zagospodarowad siarczan wapniowy, nawóz taki zawiera jeszcze CaCO3 (wapnowanie gleb)
27. Otrzymywanie azotanu amonu, saletrzaku.
Azotan amonu otrzymuje siÄ™ przez neutralizacjÄ™ kwasu azotowego gazowym amoniakiem:
NH3(g) + HNO3(c) NH4NO3(st) "H= - 34,8 kcal
Czysta sól topi się w temp.170 st.C. W podwyższonej temp. (ok.185 st.C) zaczyna się termiczny rozkład azotanu
amonowego wg równao:
NH4NO3 N2O + 2 H2O
2NH4NO3 2 N2 + O2 + 4 H2O
W pewnych warunkach rozkład ten może mied charakter wybuchu- wysoka temperatura, ciśnienie...
Azotan amonu wykorzystywany jest jako składnik materiałów wybuchowych i jako nawóz w postaci granulowanego
azotanu amonu i saletrzaka ( azotan amonu zmieszany z wapniakiem).
Egzotermiczną reakcję zobojętniania kwasu azotowego amoniakiem można przeprowadzid w instalacjach:
Øð z wykorzystaniem ciepÅ‚a pod ciÅ›nieniem atmosferycznym
Øð z wykorzystaniem ciepÅ‚a pod ciÅ›nieniem podwyższonym
Øð z wykorzystaniem ciepÅ‚a pod ciÅ›nieniem obniżonym
W wyniku odparowania wody do powietrza następuje zatężenie roztworu azotanu amonu.
Roztwór azotanu amonu poddaje się odparowaniu w aparatach wyparnych do uzyskania 95- 98% stopu, który
poddaje siÄ™ granulacji lub krystalizacji.
Granulowany z wapniakiem azotan amonu nosi nazwÄ™ saletrzaka (zawiera 20- 27,5% mas. N). Wykorzystana jest do
tego granulacja mechaniczna wieżowa. Gotowy produkt ze względu na właściwości i zagrożenia magazynuje się i
transportuje w ściśle określony sposób.
28.Otrzymywanie azotanu sodu
Azotan sodu na ogół jest wykorzystywany do celów nawozowych poprzez wykorzystanie saletry chilijskiej
pochodzenia naturalnego. Wydobywaną sól, która poza 30% azotanu sodu zawiera również: azotan potasu KNO3,
siarczan sodu Na2SO4, siarczan wapnia CaSO4, siarczan magnezu MgSO4, chlorek sodowy NaCl, przerabia siÄ™ poprzez
oddzielenie siarczanów jako siarczan wapnia i krystalizację.
Otrzymuje się go działając kwasem azotowym(V) na węglan sodu:
Na2CO3 + 2HNO3 2NaNO3 + H2O + CO2Ä™!
29. Otrzymywanie saletry wapniowej
Saletra wapniowa (saletra norweska) Ca(NO3)2 ð 4 H2O. Powstaje w:
a) reakcji wapniaka z kwasem azotowym:
2HNO3 + CaCO3 Ca(NO3)2 + H2O + CO2
b) w metodzie otrzymywania nawozów wieloskładnikowych poprzez rozkład surowca fosforowego kwasem
azotowym i oddzielenia w niskich temperaturach. Ze względu na higroskopijnośd stosuje się dodatek NH4NO3 i
krystalizuje z Ca(NO3)2 NH4OH ðH2O.
Produkcja jest droga i obecnie niewielka.
30. Surowce technologiczne w produkcji związków fosforu
Surowce fosforowe:
·ð skaÅ‚y pierwotne: fluoroapatyt- Ca10(PO4)6F2 (jony fluorkowe zastÄ™pujÄ… Cl-, OH-, CO32-)
·ð skaÅ‚y wtórne: frankolit i kolomanit Ca10(PO4)6 ð[F2(OH)2,CO3]. Niektóre fosforyty jony fosforowe i wapniowe
zastępują innymi, a także na skutek udziału w procesach koncentracji organizmów zwierzęcych pojawia się w ich
układach znaczna ilośd substancji organicznej.
Rzadziej występujące apatyty tworzą złoża o znaczeniu gospodarczym w Górach Chybioskich na półwyspie Kola. Inne
apatyty sÄ… eksploatowane w Brazylii i RPA.
Fosforyty występują częściej i znaczenie gospodarcze mają złoża występujące w: USA, Maroko, Tunezja, Algieria,
Rosja, Kazachstan, wyspach Oceanu Spokojnego i Indyjskiego.
Fosforyty polskie: na północnych obrzeżach Gór Świętokrzyskich ( Rachów, Annopol, Chałupki). Obecnie nie
eksploatowane (od 1967 r).
31. Otrzymywanie fosforu elementarnego
Z odmian alotropowych fosforu największe znaczenie ma fosfor biały i czerwony.
- Fosfor biały - łatwopalny, samozapalny, toksyczny
- Fosfor czerwony  bezpostaciowy, nietoksyczny, temp. zapłonu = 200-400 C
Otrzymywanie fosforu białego:
Fosfor biały otrzymywany jest przez redukcję fosforanów (apatytów i fosforytów) za pomocą węgla i krzemionki.
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = ½ P4 + 5 CO + 3 CaSiO3
Reakcja przebiega w temperaturze 1400- 1600 ºC. Krzemionka wypiera bezwodnik fosforowy z fosforanu wapnia i
wiąże tlenek wapnia. Reakcja przebiega w dwu stadiach:
Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 = 3 CaSiO3 + P2O5
P2O5 + 5 C = ½ P4 + 5 CO
Proces przebiega w całkowicie zamkniętym piecu (by nie dopuścid do spalania się fosforu) w którym umieszcza się
elektrody grafitowe.
Surowcem mogÄ… byd fosforyty lub apatyty (nawet ubogie), a z
ródłem C jest koks lub antracyt, a krzemionką żwir
kwarcytowy.
Otrzymywanie fosforu czerwonego:
Przerób fosforu białego na fosfor czerwony:
Proces przeprowadza się metodą ogrzewania fosforu białego, bez dostępu powietrza w naczyniach ciśnieniowych w
temperaturze 260 ºC.
Pozostałości fosforu białego usuwa się przez przemywanie NaOH z którym fosfor biały reaguje znacznie szybciej niż
fosfor czerwony.
P4 + 3 NaOH + 3 H2O = PH3 + 3 NaH2PO2
32.Metody termiczne otrzymywania kwasu fosforowego:
Termiczne metody otrzymywania kwasu fosforowego polegajÄ… na spalaniu fosforu do bezwodnika fosforowego ,a
następnie jego uwodnieniu. Reakcja spalania fosforu przebiega zgodnie z równaniem:
P4 + 5 O2 = P4O10 "H= -5950 kcal/kg
Jest to reakcja silnie egzotermiczna.
Podczas spalania fosforu w niewystarczającej ilości powietrza tworzą się niższe tlenki fosforu ,które w czasie
adsorpcji w wodzie tworzą kwasy podfosforawy i fosforawy. Dlatego do spalania fosforu stosuje się około
dwukrotny nadmiar powietrza.
Absorpcja bezwodnika fosforowego w wodzie przebiega z wydzieleniem ciepła
P4O10 + 6 H2O = 4 H3PO4 "H=-3730 kcal/kg
Absorpcja powinna byd prowadzona w odpowiednim zakresie temperatur. W temp. wysokich (800-1000oC) tworzÄ…
się kwasy meta lub pirofosforowy, który dopiero po ochłodzeniu ulega powolnemu uwodnieniu do kwasu
fosforowego. Przy temperaturze gazów 150-200C otrzymuje się najbardziej stężony kwas. Poniżej 100C kondensuje
się w czasie absorpcji większośd pary wodnej zawartej w gazach, dzięki czemu otrzymuje się kwas rozcieoczony.
Przy adsorpcji prowadzonej w wodzie większośd (80-90%) tworzącego się kwasu fosforowego uchodzi z absorbera w
postaci mgły,którą możemy skondensowad w elektrofiltrach specjalnej konstrukcji , bądz
też skroplid przez
przepuszczenie przez zwężkę Venturiego. Znacznie mniejsze ilości mgły oraz bardziej stężony kwas otrzymuje się
przy absorpcji prowadzonej w roztworze kwasu fosforowego.
Øð Metoda termiczna jednostopniowa polegajÄ… na bezpoÅ›rednim spalaniu gazów poreakcyjnych uchodzÄ…cych z
pieca fosforowego w nadmiarze powietrza. Niezbędne ciepło uzyskuje się ze spalania koksu. Pary tlenku ze
względu na tendencję do tworzenia mgieł nie absorbuje się w wodzie lecz w stężonym kwasie fosforowym. Przy
pracy tymi metodami otrzymuje się kwas zanieczyszczony spalając przy tym bezużytecznie razem z fosforem
również i tlenek węgla. Koszty inwestycyjne są jednak niższe, bo odpada koniecznośd budowy aparatury do
kondensowania, oczyszczania i magazynowania fosforu białego.
Øð Metoda termiczna dwustopniowa polega na poddawaniu spalaniu oczyszczonego fosforu biaÅ‚ego, dziÄ™ki czemu
otrzymuje się kwas fosforowy o znaczniej większej czystości, a gazy pokondensacyjne zawierające tlenek węgla
mogą byd zużytkowane jako gaz palny.
Do spalania fosforu białego stosuje się najczęściej palniki, jakich używa się w przypadku spalania fosforu
stopionego. Spalanie ciekłego fosforu nastręcza pewne trudności polegające na tym,że stopiony fosfor biały,
zwłaszcza w wyższych temperaturach ,ulega szybkiej przemianie w fosfor czerwony, który może spowodowad
zatkanie palnika lub zanieczyszczanie kwasu fosforowego ,zwłaszcza przy złym wymieszaniu fosforu z
powietrzem. Użycie palnika odpowiedniej konstrukcji zaopatrzonego w płaszcz chłodzony cyrkulującym kwasem
zapobiega tworzeniu się fosforu czerwonego i zapewnia dobre rozpylenie wypływające ciekłego fosforu i
wymieszanie z powietrzem. Tlenek absorbowany jest w kwasie. Otrzymuje się kwas o bardzo dużej czystości (85%
zima, 75% lato) zawiwerający wyłącznie kwas fosforowy.
33.Wytwarzanie kwasu fosforowego przez rozkład surowca fosforowego kwasem siarkowym
Przez działanie kwasu siarkowego w podwyższonej temperaturze na zmielone fosforany mineralne otrzymuje się
kwas fosforowy w myśl następującej reakcji:
Ca5F(PO4)3 +5 H2SO4+ 5n H2O =3 H3PO4 + HF + 5 CaSO4*n H20
Powstający w czasie ekstrakcji fluorowodór reaguje z krzemionką zawartą w surowcu fosforowym
SiO2 + 4 HF= SiF4 + 2 H2O
Częśd powstającego SiF4 ulatnia się ,częśd reaguje z fluorowodorem ,tworząc kwas fluorokrzemowy
SiF4 +2 HF = H2SiF6
Do roztworu kwasu fosforowego przechodzi (pod postaciÄ… H2SiF6) ok. 75% fluoru pierwotnie zawartego w surowcu
fosforowym ,toteż ekstrakcyjny kwas fosforowy zawiera ok. 0,8-1,5 % fluoru.
Równocześnie zachodzi rozkład innych minerałów wchodzących w skład surowca fosforowego. Po pewnym
czasie z roztworu kwasu fosforowego wytrÄ…ca siÄ™ FePO4*2H2O ,co powoduje znaczne straty fosforu. Dlatego
fosforyty zawierające Fe2O3 powyżej 12 % zawartości P2O5 nie nadają się do bezpośredniego przerobu na
ekstrakcyjny kwas fosforowy. Do roztworu owego kwasu przechodzą także zanieczyszczenia zawarte w kwasie
siarkowym.
Siarczan wapniowy wytrąca się najpierw zawsze pod postacią półhydratu (metoda półwodzianowa n=0.5).
Półhydrat ulega następnie przemianie w gips (metoda dwuwodzianowa n=2) lub anhydryt (metoda anhydrytowa
n=1) w zależności od temperatury i stężenia kwasu fosforowego.
Stosowane procesy w skali przemysłowej klasyfikowane są jako:
Øð Proces dwuwodzianowy DH
Øð Proces półwodzianowy z rekrystalizacjÄ… HRC
Øð Proces półwodzianowy HH
Øð Proces półwodzianowy/ dwuwodzianowy HDH
Øð Proces dwuwodzianowy/ półwodzianowy DH/ HH
Problemy w produkcji kwasu:
Øð odprowadzanie ciepÅ‚a
Øð materiaÅ‚y konstrukcyjne (korozja)
Øð tworzenie siÄ™ piany
Øð opary zawierajÄ…ce zwiÄ…zki fluoru wymagajÄ… wymywania
Øð fosfogips  wielkotonowy odpad, trudny do zagospodarowania.
34.Kombinowane metody wytwarzania kwasu fosforowego  wady i zalety.
Proces Zalety Wady
HRC + czysty fosfogips  duża objętośd reaktorów
+ jednostopniowa filtracja  zanieczyszczenia kwasu
+ sprawnośd fosforanowa ~ 97%  wtórne strącanie zawiesin
+ P2O5 w kwasie 30- 32%  wysokie wymogi dla niektórych
+ dobra filtrowalnośd reaktorów
HDH + najczystszy fosfogips  dwustopniowa filtracja
+ P2O5 w kwasie 40- 52%  wyższe wymagania surowcowe
+ zanieczyszczony kwas- F, Al.  wysokie wymogi dla materiałów
+ sprawnośd fosforanowa >98% reaktorowych
DH/ HH + czysty fosfogips  dwustopniowa filtracja
+ sprawnośd fosforanowa ~98%  trudny transport fosfogipsu
+ P2O5 w kwasie 30- 32%  duży koszt instalacji
35. Oddziaływanie przemysłu związków fosforu na środowisko .
Związki fosforowe mogą byd powodem eutrofizacji zbiorników wodnych poprzez doprowadzanie dużych ilości P
przez spływy powierzchniowe związane z erozją wodną, z drugiej strony mogą byd z
ródłem metali ciężkich w glebie.
Fosforany decydują w dużej mierze o rozwoju planktonu a więc o tzw. zakwitach wód. Przyczyniają się do masowego
rozwoju glonów głównie w wodach stojących.
Kwas fosforowy- główne zagrożenia w eksploatacji dla ochrony środowiska:
o emisja do atmosfery gazowych związków fluoru
o emisja pyłów
o ścieki z oczyszczania emitowanych gazów zawierające związki fosforu i fluoru
o składowanie odpadowego fosfogipsu (na tonę wprowadzanego z surowcem P2O5 otrzymuje się 4-5.5
tony suchego odpadu; zawiera nieprzereagowany P2O5, ma odczyn kwaśny, zawiera składniki
uboczne surowca jak np. lantanowce, pierwiastki promieniotwórcze)
o radioaktywnośd
Związki fosforu pochodzą głównie ze ścieków, odpływających z miast i osiedli wiejskich. W glebach ulegają one
sorpcji chemicznej i tylko nieznaczna ich ilośd (najczęściej 50-150 g/ha) odpływa do wód powierzchniowych. Duży
udział (50%) w zanieczyszczeniu wód przez fosforany stanowią detergenty, zawierają one około 15% związków
fosforu. W Polsce nie ma niestety zakazu stosowania środków piorących, produkowanych na bazie fosforanów.
36. Nawozy fosforowe.
Nawozy fosforowe - nawozy mineralne, których głównym składnikiem jest fosfor, makroelement w odżywianiu
roślin, składnik białek, fityny, także organicznych kwasów nukleinowych ortofosforanów i metafosforanów.
·ð Superfosfat zwyczajny:
Otrzymywany w procesie DH kwas musi byd zatężony do 55-75% kwasu, realizuje się to w wyparkach grafitowych.
Dawniej superfostat otrzymywano z mączki kostnej, dziś z surowców mineralnych.
2Ca5F(PO4 )3 +ð 7H2SO4 +ð 3H2O ®ð 7CaSO4 +ð 3[ðCa(H2PO4 )2 * H2O]ð+ð 2HF
Proces przebiega w dwóch etapach:
Ca5F(PO4 )3 +ð 5H2SO4 +ð 2,5H2O ®ð 5[ðCaSO4 *0,5H2O]ð+ð 3H3PO4 +ð HF
Ca5F(PO4 )3 +ð 7H3PO4 +ð 5H2O ®ð 5[ðCa(H2PO4 )2 * H2O]ð+ð HF
Wytworzenie superfostatu obejmuje:
x suszenie i mielenie fosforytów
x rozcieoczanie kwasu siarkowego
x mieszane fosforytów z kwasem, absorpcja gazów
x tężenie SF w komorze
x rozdrabnianie stężałego SF
x dojrzewanie SF
x rozdrabnianie
·ð Superfosfat potrójny:
Nie zawiera balastu CaSO4, zawiera do 5% P2O5 w nawozie, wymaga kwasu z 40% P2O5 (najlepiej 55%).
Ca5F(PO4 )3 +ð 7H3PO4 +ð 5H2O ®ð 5[ðCa(H2PO4 )2 * H2O]ð+ð HF
·ð Dwufosfat (precypitat):
Fosforyty można również roztwarzad w kwasie azotowym lub solnym. Otrzymuje się w ten sposób roztwory
zawierające azotan lub chlorek wapnia. Często kwas fosforowy oddziela się od pozostałych składników przez
strÄ…canie wodoroortofosforanu wapnia CaHPO4 *2H2O (tzw. precypitat lub dwufosfat). Po wysuszeniu
dwufosfat jest białym proszkiem o zawartości ponad 30% P2 05 .
·ð Termofosfaty:
Øð ZawierajÄ…ce pewne zwiÄ…zki przyswajalne dla roÅ›lin, powstaÅ‚e w procesach stalowniczych albo przez reakcjÄ™
fosforytów z sodą, siarczanami sodu, potasu lub magnezu albo przez odfluorowanie apatytów
Øð Szkliste, o których przyswajalnoÅ›ci decyduje struktura szklista. Termofosfaty te powstajÄ… na przykÅ‚ad przez
stapianie fosforytów lub apatytów z krzemianami magnezu.
Niektóre termofosfaty można otrzymywad zarówno przez spiekanie, jak i stapianie surowców.
Polifosforany amonowe będące półproduktem do otrzymywania kompleksowych nawozów ciekłych, wytwarzano z
kwasu superfosforowego. Polifosforan potasowy ( (KPO3) ) wytwarza się przez rozkład chlorku potasu kwasem
fosforowym.
37.Wytwarzanie nawozów wieloskładnikowych .
Zawierają więcej niż jeden składnik odżywczy. Nawozy wieloskładnikowe są nawozami złożonymi albo
kompleksowymi, jeśli są wytwarzane w reakcji chemicznej, mieszanymi, jeśli powstają przez mechaniczne
wymieszanie składników.
Nawozy dwuskładnikowe azotowo-fosforowe otrzymuje się przez zobojętnianie kwasu fosforowego za pomocą
amoniaku- powstają wówczas dwu- i jednowodorofosforany amonowe- lub przez roztwarzanie fosforytów albo
apatytów w kwasie azotowym. W pierwszym przypadku produktem są fosforany amonowe, w drugim otrzymuje się
nitrofosfaty.
Fosforany amonowe. Amofos.
Mieszanina soli amonowych kwasu ortofosforowego jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym nawozem fosforo-
azotowym (NP.). Sole te otrzymuje się przez zobojętnienie kwasu fosforowego amoniakiem.
NH3( g) +ð H3PO4(c) ®ð NH H2PO4(s)
4
2NH3( g ) +ð H3PO4(c) ®ð (NH )2 HPO4(s)
4
Czysty dwuwodofosforan amonowy zawiera 12% N i 61% P2 05 a wodorofosforan amonowy  21% N i 53% P2 05 . SÄ…
to bezbarwne sole rozpuszczalne w wodzie.
W Polsce została opracowana bezodpadowa metoda wytwarzania nawozów wieloskładnikowych. Metoda ta polega
na rozkładzie surowców fosforanowych mieszaniną siarczanu amonowego i kwasu siarkowego, co zapewnia
zmniejszenie zużycia kwasu siarkowego o 25% w porównaniu z metodami tradycyjnymi:
Ca5F(PO4 )3 +ð (NH4 )2 SO4 +ð 4H2SO4 +ð10H2O =ð 5[ðCaSO4 *2H2O]ð+ð 2NH4H2PO4 +ð H3PO4 +ð HF
Rozkład surowca fosforanowego w obecności jonów amonowych umożliwia otrzymywanie roztworu
porozkładowego składającego się głownie z fosforanów amonowych i kwasu fosforowego, który to roztwór zawiera
do 40% P2 05 . Po odfiltrowaniu fosfogipsu poddaje się go w całości jednostopniowej konwersji za pomocą NH3 i
CO2 :
CaSO4 *2H2O +ð 2NH3 +ð CO2 +ð aq =ð CaCO3 +ð (NH4 )2 SO4 +ð aq
otrzymując kredę nawozową i 40%-owy roztwór siarczanu amonowego. Po odfiltrowaniu kredy częśd tego roztworu
zawraca się do etapu rozkładu surowca fosforanowego, a częśd skierowuje wprost do wytwórni nawozowej. Tutaj
miesza się go z roztworem porozkładowym, poddaje amonizacji, dodaje sól potasową i otrzymuje granulowany
nawóz wieloskładnikowy NPK typu 15:15:15 lub 13:16:16.
Nitrofosfaty.
Najbardziej rozpowszechniona metoda- metoda Odda. Wg tej metody fosforyty rozpuszcza siÄ™ w kwasie azotowym.
Z otrzymanego w ten sposób roztworu wymraża się częśd azotanu wapnia i przerabia dalej na saletrę wapniową.
Pozostały roztwór zobojętnia się amoniakiem, powstaje wówczas mieszanina dwufosfatu, azotanu amonowego oraz
dwu- i jednowodorfosforanu amonowego w stosunku molowym:
3,5NH4NO3 +ð1,5CaHPO4 +ð 0,25NH4H2PO4 +ð 0,25(NH4 )2 HPO4
Przez domieszanie chlorku potasu w ostatniej fazie produkcji otrzymuje się w ten sposób nawóz pełny, zwany
 Nitrofoska .
38) Emisja związków fluoru w przemyśle fosforowym.
Fluor pochodzi z surowca fosforowego Ca5(PO4)3F. y
ródłem HF jest rozkład surowca fosforowego kwasami
mineralnymi, np. siarkowym
Ca5F(PO4)3 +5 H2SO4+ 5n H2O =3 H3PO4 + HF + 5 CaSO4*n H20
HF reaguje z zawartÄ… w surowcu krzemionkÄ…
SiO2 + 4 HF= SiF4 + 2 H2O
SiF4 +2 HF = H2SiF6
Nieprzereagowany HF znajdujący się w gazach odlotowych jest absorbowany wodą. W ten sposób związki fluoru
docierają do ścieków.
Innym z
ródłem związków fluoru jest odfluorowanie surowca parą wodną
Ca5F(PO4)3 +H2O = 2 Ca3(PO4)2 + Ca4P2O9 + 2HF
Kwas fluorowodorowy:
Ä…ð ZwiÄ…zki fluoroorganiczne:
Fluoroweglowe(CCl3F;CCl2F2;CH2Cl2)
Fluoroaminy
Polimery fluoroorganiczne
Kwas fluorokrzemowy:
Ä…ð Nieorganiczne zwiÄ…zki fluoru:
Fluorokrzemian sodu
Fluorek wapnia
Fluorki metali ciężkich i radioaktywnych
NaHF2+KHF2
39) Otrzymywanie kwasu fluorokrzemowego.
H2SiF6 jest produkowany glównie jako produkt uboczny przy produkcji kwasu fluorowego z apatytu i fluoroapatytu.
Kwas fosforowy i fluorowodorowy są wyzwalane z minerału przy użyciu kwasu siarkowego (VI). Czesc HF reaguje z
koleji z krzemianami które są nieuniknionym elementem mineralnego wsadu by dac krzem tetra fluidalny. Stąd
można założyd ze krzem tetra fluidalny raguje dalej z HF. Wtedy proces można określid jako:
Ca5F(PO4)3 +5 H2SO4+ 5n H2O =3 H3PO4 + HF + 5 CaSO4*n H20
SiO2 + 4 HF= SiF4 + 2 H2O
SiF4 +2 HF = H2SiF6
H2SiF6 może byd również produkowany przez traktowanie krzemu XF4 z HF.
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
SiO2 + 4 HF= SiF4 + 2 H2O
SiF4 +2 HF = H2SiF6
40) Otrzymywanie kwasu fluorowodorowego.
Otrzymywany przez działanie kwasem siarkowym VI na minerał fluoryt (fluorek wapnia) w naczyniu z platyny lub
ołowiu:
CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2HF
Posiada ostry zapach, drażni drogi oddechowe. Ciekły HF oraz jego stężone roztwory powodują trudno gojące się
rany. Rozcieoczone roztwory również są bardzo niebezpieczne, gdyż przenikają bez uczucia bólu przez skórę i tkanki
miękkie, atakując bezpośrednio chrząstki i kości. Fluorowodór, nawet w bardzo niskich stężeniach, jest silnie
rakotwórczy.
W postaci cieczy przechowywany w butlach stalowych, miedzianych lub srebrnych.
41. Siarka, surowce do produkcji kwasu siarkowego
Siarka jest jednym z głównych surowców chemicznych.
Surowce siarkonośne:
- siarka rodzima
- siarczki metali
- siarczany
- zasiarczony gaz ziemny
- gazy przemysłowe
Wydobywanie i wzbogacanie siarki rodzimej.
·ð metoda górnicza- pozyskiwanie pÅ‚ytko zalegajÄ…cego urobku i wytapianie siarki kosztem spalania znacznej jej
części
·ð metoda Frasha- w odwierty wkÅ‚ada siÄ™ urzÄ…dzenie skÅ‚adajÄ…ce siÄ™ z 3 części koncentrycznych rur, którymi
tłoczy się w złoże przegrzaną wodę, która topi siarkę w najbliższym otoczeniu odwiertu i jej wypływanie na
powierzchnię na zasadzie działania pompy mamutowej. Charakteryzuje się niskim stopniem wykorzystania
złoża (25- 60%), dużym zapotrzebowaniem energii ( na 1Mg siarki zużywa się 0,3 Mg ropy) pozwala
natomiast uzyskad bardzo czysty surowiec ( co najmniej 99,5% )
·ð metoda flotacyjno- filtracyjna: stosowana dla rud z kopalni odkrywkowych, po zmieleniu na rzadko rudÄ™
poddaje się kilkustopniowej flotacji, koncentrat odwadnia się przez wirowanie a następnie rafinuje się przez
wytapianie i przesączanie w ciśnieniowych filtrach komorowych uzyskując produkt o zawartości 99,9 % S).
Produktem ubocznym jest tzw. kek o zawartości ok. 50% S.
·ð metoda ekstrakcyjna- siarkÄ™ wymywa siÄ™ roztworem siarczku amonu, uzyskujÄ…c wieosiarczek amonu.
Wielosiarczek amonu rozkłada się przerz ogrzewanie pod ciśnieniem. Siarkę oddziela się od wody i
rekrystalizuje.
Stopieo wykorzystania złoża w Polsce dzięki płytkiemu zaleganiu złóż wynosi 40- 60%.
Siarka z gazu ziemnego.
Stosowana dla gazów zanieczyszczonych siarkowodorem. Gaz poddaje się odsiarczaniu przy użyciu metanolo- amin a
zanieczyszczony CO2 i H2O i węglowodorami siarkowodór utlenia się metodą Clausa na kontakcie z aktywowanego
boksytu.
3H2S + 3/2 O2 3S + 3H2O
reakcja przebiega w 2 etapach:
H2S + ½ O2 SO2 + H2O
2H2S + SO2 3S + 2 H2O
42. Kwas siarkowy, podstawy technologiczne wytwarzania kw. siarkowego
Kwas siarkowy (H2SO4)
Najważniejszy, produkowany i używany w największych ilościach produkt przemysłu nieorganicznego.
Monohydrat- kwas o składzie H2SO4
Oleum- roztwory SO3 w H2SO4 (20%, 60%, 80%)
Mocny kwas, silny utleniacz. Stężony jest dobrym środkiem suszącym, odwadniającym.
Materiały do budowy aparatur i zbiorników dla kwasu siarkowego:
-ołów (95% w temp. otoczenia, do 80% w temp. podwyższonej)
-ołów twardy (stop ołowiu z antymonem odporny na niższe stężenia, lecz o lepszych właściwościach mechanicznych)
-żeliwo (odporne na stężony 90- 99% kwas siarkowy, nieodporne na roztwory rozcieoczone i oleum)
-żeliwa z dodatkiem Ni lub Cr- do wyrobu armatur odpornych na kwas
-stal węglowa- odporna na działanie kwasu o wyższych stężeniach i oleum
-kwasoodporne materiały ceramiczne
-stale chromowo- niklowe, guma, polimery i tworzywa organiczne- odporne na działanie rozcieoczonego kwasu
Proces technologiczny polega na:
1) spalaniu siarki elementarnej w powietrzu lub prażeniu siarczków
S + O2 + 3,76 N2 SO2 + 3,76 N2 "H= -293 kJ/ mol
4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2 "H= -3360 kJ/ mol
3 FeS2 + 8 O2 Fe3O4 + 6 SO2 "H= -2409 kJ/ mol
2 CaSO4 + C 2CaO + 2 SO2 + CO2 "H= 578 kJ/ mol
(Proces rozkładu realizowany jest w atmosferze obojętnej, pozbawionej O2 i CO. Gazy opuszczające piec mają
około 8% SO2, produktem dodatkowym jest klinkier cementowy, który po zmieleniu z dodatkiem gipsu jest
pełnowartościowym cementem portlandzkim).
2) utlenianiu SO2 do SO3 różnymi metodami
2SO2 + O2 2SO3
3) absorpcji w wodzie lub w kwasie siarkowym
43.Kwas siarkowy - metoda nitrozowa
Polega na utlenianiu SO2 za pomocą tlenków azotu. Tlenki azotu (NO2 i N2O3) rozpuszczone w kwasie siarkowym
tworzą, tzw. nitrozę: NOHSO4, której termiczny rozkład prowadzi do otrzymania produktu. Aktualnie mechanizm
uważa się za bardziej złożony i według Malina można w nim wyróżnid:
-ð AbsorpcjÄ™ gazu w cieczy:
SO2 + H2O H2SO3
O2 + 2NO 2 NO2
-ð Reakcje w fazie ciekÅ‚ej:
NOHSO4 + H2O H2SO4 + HNO2
NO + NO2 + H2O 2 HNO2
H2SO3 + 2 HNO2 H2SO4 + 2 NO + H2O
2 NOHSO4 + H2O 2 H2SO4 + NO + NO2
-ð Reakcje w fazie gazowej:
2NO + O2 2 NO2
Metoda komorowa- oparta na wykorzystaniu urządzeo typu komór wykonanych z ołowiu, pierwotnie do
przeprowadzenia w fazie gazowej reakcji utleniania tlenku azotu, o której sądzono, że stanowi czynnik ograniczający
szybkośd procesu.
Metoda wieżowa- rozbudowa i zwiększenie ilości wież (Glovera i Gay-Lussaca) kosztem komór na skutek
stwierdzenia, że istotnym ograniczeniem szybkości jest szybkośd rozpraszania ciepła reakcji, co doprowadziło do
rozbudowy komór, systemu ich zraszania, a także zastosowania wypełnienia.
44. Kwas siarkowy  metoda kontaktowa
Metoda kontaktowa polega na tym, że dwutlenek siarki utleniany jest do trójtlenku na kontakcie (katalizatorze).
SO2 + ½ O2 ---kat---> SO3 "H= -95,9 kJ/ mol
Katalizatory:
·ð Platyna- bardzo szybko ulega zatruciu
·ð V2O5- optymalny katalizator (aktywowany tlenkami sodu, potasu, krzemionkÄ…). Ze wzglÄ™du na mniejszÄ…
wrażliwośd na zatrucia kontakty wanadowe wyparły platynowe.
Dla katalizatora aktywowanego potasem:
KVO3 + SO2 KVO2SO3 KVO2 + SO3
KVO2 + ½ O2 KVO3
Trucizny kontaktów platynowych:
Chlor, chlorowodór, selen, siarkowodór, arszenik, para wodna.
Trucizny kontaktów wanadowych:
Arszenik- 100 razy mniej  zatruwa niż kontakt platynowy.
!Zatrucie katalizatora polega na zablokowaniu miejsc aktywnych!
Absorpcja SO3:
SO3 + H2O H2SO4 "H= -132 kJ/ mol
W praktyce ze względu na tworzenie się mgieł kwasu siarkowego nie stosuje się absorpcji SO3 w wodzie, ale w
stężonym kwasie siarkowym (97,7- 98,75 H2SO4)
W przypadku wytwarzania oleum (20%) realizowana jest absorpcja w kwasie wyjściowym zawierającym 98,3 %
H2SO4. Aby ograniczyd straty SO3 stosowane jest ponadto intensywne chłodzenie.
45. Emisja SOx w technologii związków siarki:
Mimo stosowania różnych metod usprawniających otrzymywanie kwasu siarkowego (np. instalacje dwustopniowe)
przemysł kwasu siarkowego emituje gazy odlotowe zawierające SOx.
Sprawnośd metody kontaktowej:
a) Instalacje jednostopniowe (1 proces kontaktowy + 1 absorpcja)- stopieo przemiany SO2 do SO3 98%,
zawartośd SOX w gazach 0,15- 0,20 %.
b) Instalacje dwustopniowe (dwuetapowe)- stopieo przemiany SO2 do SO3 99,5%, zawartośd SOX w gazach
odlotowych 0,05%.
c) Instalacje trójstopniowe- pierwsza w 1997 - trzykrotne kontaktowanie S02 i trzykrotna absorpcja
wytworzonego SO3 . Uzyskiwany stopieo całkowitej konwersji jest wyższy dzięki wykorzystaniu kinetycznych
możliwości trzystopniowego kontaktowania.
Do usuwania SOx z gazów odlotowych stosuje się:
x metodÄ™ amoniakalnÄ…
H2O + 2NH3 + SO3 = (NH4)2SO4
x metodÄ™ katalizy roztworowej
x metodÄ™ wapniakowÄ… (produktem jest gips)
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4
CaCO3 + SO3 = CaSO4 + CO2
x metodÄ™ magnezytowÄ…
MgO + SO2 = MgSO3
x sita molekularne (calkowite zatrzymanie związków siarki)
Stosuje się także aparaturę zatrzymującą mgłę i porwane krople kwasu (odemglacze siatkowe, filtry włókniste).
Stosuje się instalacje z zastosowaniem tlenu technologicznego (nawet do 100x mniejsza objętośd gazów odlotowych)
46. Nawozy, znaczenie, tendencje rozwoju technologii otrzymywania
Nawozy - substancje używane w uprawie roślin (nawożenie) celem zwiększenia wysokości i jakości plonowania dzięki
wzbogaceniu gleby w składniki pokarmowe niezbędne dla roślin i polepszeniu jej właściwości.
Klasyfikacja agrochemiczna (uwzględnia potrzeby roślin)
Pochodzenie
- sztuczne (mineralne)
- naturalne (organiczne)
Sposób działania
- pośredni
- bezpośredni
Szybkośd działania
- wolno
- szybko
Ilośd składników
- jednoskładnikowe
- wieloskładnikowe
Rodzaj składnika
- składniki główne
- zawierajÄ…ce mikroelementy
Stan skupienia
- stałe
- płynne
- zawiesinowe
Okres stosowania
- przedsiewne
- siewne
Klasyfikacja stosowana przez wytwórców
Rodzaj składnika głównego
- azotowe
- fosforowe
- potasowe
Ilośd składników
- jednoskładnikowe
- wieloskładnikowe
Sposób łączenia składników
- mieszane (składniki wymieszane fizycznie)
- złożone (składniki połączone w sposób chemiczny)
Żywa roślina potrzebuje wielu pierwiastków. Jedne pochodzą z wody, dwutlenku węgla (fotosynteza), inne z gleby,
które roślina czerpie przez korzenie. Z plonami roślin usuwa się z gleby te pierwiastki. Aby temu zapobiec stosuje się
nawożenie gleb, uzupełniając te pierwiastki.
Nawozy stałe mają szereg wad, takich jak utrudnione wytwarzanie (suszenie, granulacja, pylenie), trudny transport i
przechowywanie, ograniczone możliwości komponowania składu, niewygodne dozowanie, zbrylanie się. Dlatego
obecnie przechodzi się na produkcję i stosowanie nawozów płynnych i zawiesinowych, które nie posiadają
powyższych wad, są prostsze w produkcji, wygodniejsze w stosowaniu, można stwierdzid, że technologia nawozów
płynych i zawiesinowych stanowi BAT względem nawozów stałych.
47. Wpływ nawożenia na środowisko
Nawozy oddziałują na właściwości gleby oraz wód gruntowych i powierzchniowych. Nawozy to rozpuszczalne sole,
które są wprowadzane w dużych ilościach. Nadmiar soli niekorzystnie wpływa na właściwości fizyczne gleby.
Składniki nawozowe powodują zachwianie równowagi biologicznej wód. Nadmierny rozwój organizmów wodnych to
wyczerpanie tlenu i zamieranie życia (eutrofizacja).
Częśd nawozów nie jest przez rośliny pobierana, co prowadzi albo do silnego związania ich przez glebę, albo
wypłukania przez opady, co jest skutkiem strat i obniżenia żyzności gleby w tym zmęczenia gleb czyli obniżenia się
urodzajności gleby
Długotrwała kumulacja niektórych substancji toksycznych może doprowadzid do przekształcenia gleb w biologiczne
pustynie. W przypadku gromadzenia się tych składników w ściekach i zbiornikach wodnych, przyczyniają się do ich
eutrofizacji.
Nadmierne wprowadzenie do gleby nawozów mineralnych powoduje:
a) naruszenie równowagi jonowej wzmagające ubytek składników. Następuje np. intensywna wegetacja roślin i
związane z tym zwiększone pobieranie również innych składników zawartych w glebie, albo - przez koncentrację
jonów i zakwaszające ich działanie - nasilają się; procesy wymywania składników z gleby;
b) zanik zdolności przyswajania przez rośliny innych niezbędnych do życia składników odżywczych, np. miedzi w
wyniku nadmiaru azotu, fosforu, potasu;
c) degradacjÄ™ struktury gleby;
d) zatrucie środowiska substancjami toksycznymi
48. Wskaz
niki do analizy techniczno-ekonomicznej przemysłowych procesów elektrochemicznych
Do prowadzenia elektrolizy konieczne jest: z
ródło prądu, elektrolizer, elektrolity, elektrody.
Wskaz
niki oceny procesów:
1) Wydajnośd prądowa
2) Stopieo przereagowania
3) Wydajnośd materiałowa procesu
4) Jednostkowe zużycie energii
5) Wydajnośd energetyczna
6) Wydajnośd przestrzennoczasowa
!Wydajnośd przestrzennoczasowa kosztem wydajności prądowej!
Na wydajnośd prądową wpływają takie czynniki jak gęstośc prądu (w zakresie optymalnej gęstości), materiały
elektrodowe (najlepiej jak działają katalitycznie), stężenie elektrolitu (im wyższe tym wyższe przewodnictwo, niższe
spadki), temperatura (ma mały wpływ na szybkosc, a duży na wydajnośd prądową), warunki hydrodynamiczne
(mieszanie dobrze wypływa).
49. Zasady procesu i metody produkcji chloru, wodorotlenku sodu poprzez elektrolizÄ™ roztworu chlorku sodowego
Wodny roztwór chlorku sodu zawiera jony Na+ Cl- H+ OH-. Stosuje się elektrody z metali (np. stali), grafitu lub rtęci
od tego zależy redukcja na katodzie.
Na elektrodach zachodzÄ… nastepujÄ…ce reakcje:
K) 2H2O + 2e = 2OH- + H2 (stalowa/grafitowa)
xHg + Na+ +e = NaHgx (rtęciowa)
A) 2Cl- = Cl2 +2e (w każdej metodzie)
W przestrzeni katodowej tworzy się roztwór NaOH, przestrzeo katodowa i anodowa muszą byd rozdzielone
membraną jonowymieną, aby zapobiec reakcjom ubocznym (tworzenie się produktów ubocznych zmniejsza
wydajnośd procesu).
Dla metody rtęciowej (katoda rtęciowa) wydziela się na katodzie sód, a nie wodór. Produkt ten przenosi się do
zbiornika z wodÄ… i otrzymuje b. czysty NaOH.
NaHgx + H2O = NaOH + 1/2H2 + xHg
Aby uzyskad jak największą wydajnośd prądową należy stosowad następujące zasady:
- jak największe stężenie NaCl
- utrzymanie optymalnej temperatury (ok. 70C)
- rozdzielenie przestrzeni anodowej i katodowej membranÄ… jonowymiennÄ…
- stosowanie optymalnej gęstości prądu
Metoda elektrolitycznego otrzymywania chloru, wodoru i wodorotlenku sodu stanowi BAT względem innych metod
stosowanych dawniej. Charakteryzuje się dużym wykorzystaniem energii elektrycznej (ponad 90%) i minimalną
emisją odpadów (wszystkie 3 produkty to wartościowe surowce przemysłu chemicznego).
50. Przemysł sodowy i solny, produkty i zastosowanie.
Przemysł solny to przetwórstwo surowców soli sodowych i potasowych.
Produkty przemysłu solnego:
x sól warzona  produkt spożywczy i dla przemysłu spożywczego
x siarczan sodowy (Na2SO4) (naturalny, dzięsięciowodny)
x sole potasowe  KCl, K2SO4
Przemysł sodowy to wytwarzanie sody.
Soda znalazła zastosowanie do produkcji wodorotlenku sodu, farb, środków piorących, klejów, w przemyśle
papierniczym, metalowym, szklarskim i spożywczym. Aktualnie produkcja wynosi 15 mln t/rok.
Soda jest również jednym z najdawniejszych produktów przemysłu nieorganicznego. W 1971 uruchomiono we
Francji pierwszą fabrykę sody według metody Leblanca, którą zastosowano i zmodernizowano w Anglii.
Obecnie sodę wytwarza się głównie amoniakalną metodą Solvaya.
Na2CO3- węglan sodowy- soda, soda amoniakalna
Inne produkty przemysłu sodowego:
x Na2CO3 " 10 H2O- sól dziesięciowodna, soda krystaliczna (soda do prania)
x NaHCO3- wodorowęglan sodu- soda oczyszczona, bikarbonat.
x NaHCO3 " Na2CO3 " 2 H2O- półtorawęglan sodowy, dwuwęglan trójsodowy, soda śnieżna.
x NaOH- wodorotlenek sodu, soda żrąca, soda kaustyczna.
Duże ilości sody znajdują się w jeziorach sodowych w postaci soli podwójnej.
Na2CO3 " NaHCO3 " 2 H2O tzw. trony. TowarzyszÄ… jej domieszki innych soli. W Stanach Zjednoczonych wykorzystuje
się pokłady tej soli w produkcji sody.
Metody produkcji:
- Metoda produkcji sody- Leblanca
- Metoda produkcji sody- Solvaya
- Modyfikacja metody Solvaya tzw. metoda Dual
51. Metoda Leblanca.
Metoda produkcji sody tą metodą przebiega 2- stopniowo według reakcji:
2 NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2 HCl
Na2SO4 + 2 C + CaCO3 Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Działamy kweasem siarkowym na sól kamienną, prażymy w piecach obrotowych z węglem i kamieniem wapiennym.
Otrzymany stop ługujemy wodą uzyskując roztwór sody, a po odparowaniu tego roztworu otrzymujemy sodę
krystaliczną. W tej metodzie powstają gazy zawierające chlorowodór i uciążliwe odpady stałe wydzielające
siarkowodór.
HCl (g) absorbowano w H2O, a HCl (c) utleniano do Cl2 metodą mokrą Weldona, przy użyciu MnO2 w alkalicznym
roztworze lub kontaktową metodą Deacona, przy kontakcie z powietrzem. Rozwiązano również problem hałd CaS.
Przez działanie CO2 wypierano z CaS siarkowodór. Siarkowodór następnie, poprzez spalenie go w powietrzu w
obecności boksytu, spalano do siarki.
Metoda dziÅ› praktycznie nie stosowana.
52. Metoda Solvaya.
Solvay był założycielem istniejącego do dziś koncernu chemicznego produkującego sodę według jego metody.
Metoda opiera się na następujących reakcjach:
1) Rozkład termiczny:
CaCO3 CaO + CO2
2) Karbonizacja:
2 NaCl + 2 NH3 + 2 CO2 + 2 H2O = 2 NaHCO3 + 2 NH4Cl
3) Kalcynacja (prażenie):
2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
4) Regeneracja NH3:
2 NH4Cl + Ca(OH)2 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O
5) Reakcja sumaryczna:
CaCO3 + 2 NaCl Na2CO3 + CaCl2
Z reakcji sumarycznej wynika, że surowcami są jedynie wapniak i sól kamienna, natomiast amoniak jest reagentem
pomocniczym, krążącym w technologii. Ze względu na jego obecnośd metodę tę nazywa się metodą AMONIAKALN
.
Na proces wytwarzania sody amoniakalnej składają się następujące główne operacje i procesy:
·ð Przygotowanie roztworu soli (solanki)
·ð Nasycenie solanki amoniakiem w celu otrzymania solanki amoniakalnej
·ð Wypalenie wapna z kamienia wapiennego z jednoczesnym wytworzeniem gazów zawierajÄ…cych CO2
WadÄ… jest wytworzenie CaCl2 jako odpadu.
Zalety metody amoniakalnej Solvaya w porównaniu z metoda Leblanca:
- lepsza jakośd produktu
- dwukrotnie mniejsza ilośd surowców wprowadzona do procesu w celu uzyskania takiej samej ilości sody
- czterokrotnie mniejsze zużycie energii.
Polska ma dobre warunki do produkcji sody ze względu na występowanie bogatych i łatwo dostępnych złóż
głównych surowców: soli kamiennej i wapienia. Obecnie czynne są dwie duże wytwórnie sody- w Inowrocławiu i w
Janikowie.
53. Metody wytwarzania sody- metoda Dual
Metoda Dual jest modyfikacjÄ… metody Solvaya.
Polega na tym, że chlorku amonowego w ługach po krystalizacji nie rozkłada się , lecz wydziela się go jako produkt
gotowy. Amoniak spełnia w tym przypadku w dalszym ciągu rolę reagenta pomocniczego, ale nie znajduje się już w
obiegu, tylko jest jednym z surowców do sprzężonej produkcji sody i chlorku amonowego.
W procesie Dual amoniak zużywa się do wytwarzania chlorku amonowego, nie zachodzi wiec potrzeba używania
wapna, wobec czego trzeba na wapno znalez
d inne zastosowania lub pobierad CO2 nie z pieców wapiennych, lecz z
innego z
ródła. Celowe jest na przykład powiązanie instalacji Dual z synteza amoniaku w celu wyzyskania CO2 po
konwersji gazu do syntezy.
Istotnym zagadnieniem w procesie Dual jest utrzymanie bilansu wodnego w związku z recyrkulacją roztworów.
Roztwory te zawierają chlorek amonowy i wywierają silne działanie korozyjne, dobór materiałów do budowy
aparatury sprawia większe trudności niż w klasycznej metodzie Solvaya.
54. Oddziaływanie na środowisko procesu wytwarzania sody.
Jakośd wybranych surowców oraz położenie geograficzne zakładów produkcyjnych mają bezpośredni wpływ na
skład, ilośd i obróbkę ścieków. Główne wpływy procesu Solvaya na środowisko, to emisje CO2 do atmosfery oraz
emisje wodne związane ze ściekami z  destylacyjnego stadium procesu.
W niektórych miejscach  z powodu długotrwałych operacji związanych z sodą amoniakalną oraz objętości i składu
szlamu podestylacyjnego (nieorganiczne chlorki, węglany, siarczany, zasady, amoniak i zawiesiny cząstek stałych, w
tym metale ciężkie pochodzące z surowców)  usuwanie ścieków podestylacyjnych jest znaczącym problemem
ekologicznym, jeżeli nie jest właściwie zarządzane.
Szlam podestylacyjny jest kierowany do środowiska wodnego w celu całkowitego rozproszenia (w większości dotyczy
to instalacji sody amoniakalnej usytuowanych nad morzem) lub  po rozdzieleniu cieczy/substancji stałej (głównie w
przypadku śródlądowych instalacji sody amoniakalnej)  wychodząca klarowna ciecz jest kierowana do odbiornika
wodnego.
Podczas formułowania wniosków w sprawie BAT dla produkcji sody amoniakalnej za pomocą procesu Solvaya,
rozpoznano następujące główne zagadnienia środowiskowe dla sektora:
·ð ograniczona wydajnoÅ›d materiaÅ‚owa procesu Solvaya z powodu trudnych do opanowania ograniczeo równowag
chemicznych, z czym wiąże się bezpośrednie oddziaływanie produkcji sody amoniakalnej na środowisko
·ð wpÅ‚yw jakoÅ›ci używanych surowców (w tym zawartoÅ›ci metali ciężkich), zwÅ‚aszcza wapienia, na ogólne
oddziaływanie produkcji sody amoniakalnej na środowisko
·ð stosunkowo duża objÄ™toÅ›d Å›cieków wyprowadzanych z procesu do Å›rodowiska wodnego
·ð Å‚adunek zawieszonych czÄ…stek staÅ‚ych w Å›ciekach, w tym metali ciężkich pochodzÄ…cych z surowców, oraz
ograniczone możliwości oddzielenia ich od ścieków we wszystkich zakładach produkujących sodę amoniakalną.
Najlepsza opcja zarządzania zależy od warunków lokalnych, jednakże w kilku miejscach stosuje się całkowite
rozproszenie bez jakiegokolwiek oddzielenia zawieszonych cząstek stałych.
55. Metody wytwarzania sody bezwodnej, krystalicznej, ciężkiej, śnieżnej, oczyszczonej.
Soda bezwodna - otrzymuje się ją z sody naturalnej. Np. w Stanach Zjednoczonych znajduje się wielkie pokłady sody
naturalnej w postaci minerału trona- NaHCO3*Na2CO3*2H2O. Pokłady te eksploatuje się sposobem górniczym i
przerabia na sodÄ™. Proces polega na:
·ð rozdrobnieniu żelaza na ziarna 3mm,
·ð rozpuszczaniu na gorÄ…co,
·ð sedymentacji i odfiltrowaniu zanieczyszczeo,
·ð krystalizacji próżniowej,
·ð oddzieleniu osadu wodorowÄ™glanu sodowego na wirówkach,
·ð kalcynacji
Soda otrzymana w ten sposób jest czystsza od sody otrzymanej metodą Solvaya- zawiera mniej żelaza i chlorków.
Znacznie niższe są też koszty produkcji.
Soda krystaliczna Na2CO3*10H2O- Węglan sodowy tworzy kilka wodzianów. Znaczenie techniczne mają sole
dziesięciowodna i jednowodna. Sodę krystaliczną otrzymuje się przez periodyczną krystalizację 30%-owego,
gorÄ…cego roztworu sody. Soda ta znajduje zastosowanie przede wszystkim w gospodarstwie domowym (soda do
prania).
Soda ciężka- jest to soda bezwodna o dużym ciężarze nasypowym dochodzącym do 1200 kg/mł, tj. 2 razy większym
niż u zwykłej sody bezwodnej. Znajduje zastosowanie głównie w przemyśle szklarskim. Otrzymywanie sody ciężkiej
polega na przeprowadzeniu zwykłej sody bezwodnej w jednowodną w krystalizatorach, z następującą po tym
powtórną kalcynacją. Kalcynację przeprowadza się w takich samych suszarniach, jak w przypadku zwykłej sody
bezwodnej, pracujących przy znacznie większym obciążeniu, co prowadzi do powstawania trwałych cząstek o
wymiarach 0,2-3mm. Soda ciężka zajmuje znacznie mniej miejsca przy transporcie i składowaniu niż soda
amoniakalna. Inną postacią handlową jest soda granulowana (perełkowa), wytwarzana przez niektóre amerykaoskie
fabryki sody.
Soda śnieżna- dwuwęglan trójsodowy Na2CO3*NaHCO3*2H2O nazwa pochodzi od tego, że dwuwęglan trójsodowy
krystalizuje w postaci długich cienkich igieł, które upodabniają produkt do płatka śniegu. W przyrodzie sól ta
występuje w osadach jezior sodowych. Wytwarzana także fabrycznie, znajduje zastosowanie w przemyśle
włókienniczym (pranie wełny, jedwabiu) i gospodarstwie domowym. Posiada właściwości pośrednie między
właściwościami roztworów sody i wodorowęglanu sodowego. Roztwór wejściowy do produkcji sody śnieżnej
otrzymuje się przez częściowy rozkład wodorowęglanu parą, stosunek węglanu do wodorowęglanu powinien
wynosid więcej niż 3:1. Przy schładzaniu tego roztworu krystalizuje dwuwęglan trójsodowy. Kryształy odsącza się na
filtrach próżniowych i po wysuszeniu uzyskuje się sodę śnieżną.
Soda oczyszczona- wodorowęglan sodowy znajduje zastosowanie głównie do celów spożywczych i
farmaceutycznych. Wodorowęglan sodowy otrzymywany wprost przez karbonizację solanki nie nadaje się do tych
celów ze względu na zbyt dużą zawartośd zanieczyszczeo. Sodę oczyszczona otrzymuje się przez karbonizację
(wysycanie dwutlenkiem węgla) roztworu sody otrzymywanego przez rozkład zawiesiny surowego wodorowęglanu
sodowego:
2NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2
Na2CO3 + H2O + CO2 2NaHCO3
Strącające się kryształy wodorowęglanu sodowego oddziela się, przemywa na wirówkach i suszy w strumieniu
dwutlenku węgla w takiej temp. ,aby nie wywoład rozkładu soli. Zanieczyszczenia pozostają głównie w ługu
macierzystym.
56. Otrzymywanie wodorotlenku sodu z sody kalcynowanej.
Wodorotlenek sodowy jest substancją stałą, bezbarwną. Jest drugim obok sody bezwodnej wielkotonażowym
produktem przemysłu sodowego. Występuje w postaci ługu sodowego i stałej sody żrącej.
Kaustyfikacja sody należy do reakcji podwójnej wymiany
Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3 “!
Stopieo przemiany sody w wodorotlenek sodowy zależy od stosunku rozpuszczalności Ca(OH)2 (rośnie) i CaCO3
(maleje). Między reagentami ustala się równowaga, węglan wapnia jako mniej rozpuszczalny strąca się, natomiast
wodorotlenek wapniowy stopniowo przechodzi do roztworu.
Ze względu na duże koszty, odparowanie kaustyfikacji poddaje się roztwory sody o dośd dużym stężeniu Na2CO3,
przemiana następuje wówczas w 86%. Sodę nie zużytą w reakcji oddziela się podczas zatężania otrzymanego
 słabego  ługu. Aparatura do kaustyfikacji nosi nazwę aparatury Dorra. Aparatura składa się z dwóch zespołów
aparatów: mieszalników, służących do przeprowadzania reakcji i odstojników, służących do oddzielania i
przemywania osadu. Oddzielenie odbywa siÄ™ przez wielokrotnÄ… dekantacjÄ™ klarownej cieczy znad osadu.
57. Przemysł solny  surowce:
W przyrodzie najważniejsze złoża solne to pokłady soli sodowych (sól kamienna) i potasowych.
Pokłady soli kamiennej i soli potasowych występujące w przyrodzie są pochodzenia osadowego (krystalizacja soli
rozpuszczonych w wodzie morskiej). W Polsce pokłady soli występują: na Podkarpaciu, Górnym Śląsku, Wale
Pomorskim w postaci słupów solnych.
Pozyskiwanie surowców solnych:
a) Metoda górnicza
b) Mokry sposób komorowy- wymywanie i drążenie chodników strumieniem wody oraz przerób solanki.
c) Saliny morskie- tężenie
d) Elektroliza wody morskiej
e) Odsalanie wody morskiej metodÄ… destylacji
f) Tężenie
g) Eksploatacja morza otworami wiertniczymi.
Krystalizacja- proces rozdziału substancji stałych od ciekłych wykorzystująca stężenie substancji rozpuszczonej od
rozpuszczalności substancji w danych warunkach, po osiągnięciu pewnego stopnia przesycenia.
58.Otrzymywanie soli warzonej (NaCl):
Sól warzona próżniona  produkt spożywczy jako oczyszczona sól kamienna (99.9 % NaCl)
Otrzymywanie:
a. Odparowanie solanki w płaskich panwiach- 40-60 cm głębokości, panwie o powierzchni ok. 100 m2 ogrzewane
od spodu spalinami. Opadające na dno kryształy usuwa się okresowo.
b. Otrzymywanie w wyparkach próżniowych- solankę oczyszcza się z zawiesin i czynników tworzących kamieo
kotłowy; szeregowo połączona bateria wyparek próżniowych pracująca pod zróżnicowanym podciśnieniem,
współpracująca z odstojnikami zasilającymi filtr próżniowy lub wirówkę; sól krystalizuje, kryształy suszy się
gorÄ…cym powietrzem.
c. Wyparki z recyrkulacjÄ… i klasyfikacjÄ…  do otrzymania soli grubej
d. Sól z wód kopalnianych  odparowanie wód kopalnianych w wielostopniowej instalacji.
59.Otrzymywanie chlorku potasu, soli potasowych:
Układ NaCl- KCl- H2O wykorzystywany w produkcji KCl charakteryzuje się:
·ð Zbliżonymi rozpuszczalnoÅ›ciami obu soli w temperaturze otoczenia.
·ð RozpuszczalnoÅ›d NaCl prawie nie zależy od temperatury, a rozpuszczalnoÅ›d KCl wzrasta ze wzrostem
temperatury
·ð W roztworze nasyconym obiema tymi solami rozpuszczalnoÅ›d NaCl zmniejsza siÄ™ niewiele i maleje
nieznacznie ze wzrostem temperatury.
Otrzymywanie soli potasowych z sylwinitu
Najpierw sylwinit rozdrabniany jest na młynach młotkowych. Następnie wykorzystuje się różnice zmian
rozpuszczalności KCl i NaCl z w zależności od temperatury (rozpuszczalnośd NaCl prawie nie zależy od temperatury, a
rozpuszczalnośd KCl wzrasta ze wzrostem temperatury). Sole surowe rozpuszcza się w roztworach nasyconych NaCl
w temperaturze 100 C. W warunkach tych rozpuszcza siÄ™ jedynie KCl, a NaCl nie przechodzi do roztworu. Otrzymany
roztwór chłodzi się intensywnie- chłodzenie próżniowe, wieże Estnera (konstrukcyjnie chłodnie kominowe). Do
oddzielenia soli stosuje się odstawanie, odsączanie, filtrację próżniową.
Otrzymywanie soli potasowych z karnolitu (KCl*MgCl2*6H2O)
Jest to metoda całkowitego rozpuszczenia. Surowy karnolit rozpuszcza się w roztworach po krystalizacji. NaCl słabo
się rozpuszcza i jest oddzielany jako substancja stała. Roztwór schładza się w wtedy krystalizuje KCl, który się
oddziela, a roztwór odparowuje się. A
ug z tej krystalizacji wykorzystuje siÄ™ do produkcji MgCl2 i Br2.
Metody flotacji - stały chlorek potasu przechodzi do piany. Otrzymany koncentrat zawiera do 98% KCl, a resztę
stanowi NaCl.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
notatki zagadnienia
00 Notatki organizacyjne
Filozofia religii cwiczenia dokladne notatki z zajec (2012 2013) [od Agi]
notatki tw 5
notatki finanse pierwsze zagadnienia
Etyka ogólna i zawodowa notatki
notatki do wykładów dla kursantów
gotyk notatki
Notatki metodyka geomatyki
Anatomia i fizjologia notatki Anatomia i fizjologia zwierzÄ…t
MetStatChemb notatki

więcej podobnych podstron