WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Системи технологій і екологічні проблеми хімічної промисловості - Реферат

Системи технологій і екологічні проблеми хімічної промисловості - Реферат

Початок першої світової війни значно загострив потреби в азотній кислоті, яка була особливо необхідною Німеччині, блокованій Антантою. Німецькі хіміки Фріц Габер і Карл Бош завершили багаторічні пошуки видатних хіміків свого часу — здійснили синтез аміаку за тією простою реакцією, з якої ми почали цю тему. Але це не було просто. Треба було визначити термодинамічні умови перебігу реакції і знайти відповідні параметри процесу і каталізатори.

Свідченням значення цього видатного науково-технічного досягнення для прогресу цивілізації є визнання його вченим світом — Ф. Габер і К. Бош були удостоєні Нобелівської премії. Принципи технології синтезу аміаку, розроблені цими вченими, не змінилися до нашого часу в системі технологій отримання азотних добрив й описані в кожному підручнику з хімії. Значно змінилися апаратурне оформлення і параметри процесу.

У сучасному технологічному процесі синтезу аміаку найчастіше тиск у системі підтримують близьким до 30 МРа, а температуру 400 ... 500°С. У зв'язку з високими тиском і температурою конструювання й виготовлення апарата синтезу аміаку становить складну проблему.

Перші апарати — колони синтезу виготовляли із стальних заготовок у Німеччині після першої світової війни на військових заводах Круппа за такою технологією, як і для крупнокаліберних гарматних стволів. З часом розміри колон збільшувались і змінювалась технологія їх виготовлення. Сучасна колона синтезу — це великогабаритний апарат каталітичного синтезу аміаку безперервної дії (рис. 62). Унизу до колони надходить азотно-воднева суміш, а згори виходять продукти реакції — аміак (близько 20%) і вихідні реагенти (Н2 і N2), які не прореагували. Після відокремлення аміаку водень і азот знову повертаються в колону синтезу.

Технічна характеристика

Виробництво за добу, t 1360

Внутрішній діаметр, мм:

корпусу колони 2400

теплообмінника 1000

Робочий тиск, kgs/sm2 32

Максимально допустима температура стінки корпусу, С 250

Внутрішній об'єм корпусу, м2 96,6

Загальна висота колони, мм 31450

Маса оснащеної колони, t 510

Колона синтезу аміаку:

1 — теплообмінник;

2 — верхнє днище колони;

3 — рулоновані блоки центральної обичайки корпусу;

4 — внутрішня насадка з каталізатором;

5 — нижнє днище колони;

6 — вхідний штуцер;

7 — вихідний штуцер

Рис. 62. Колона синтезу аміаку

Опрацьовуючи наведені далі розрахунки матеріальних потоків і матеріального балансу, користуйтесь методикою аналогічних розрахунків з попередніх розділів: 1.2.3 (стехіометрія) та 3.2.1 і 3.2.2.

Обчислення матеріального балансуосновних стадій процесу синтезу 1 t аміаку

За реакцією N2 + 3 H2 2 NH3;

молярні маси: 28 3  2 = 6 2  (14 + 3) = 34;

потрібно азоту (N2):

Об'єм N2 за н. у. за формулою становитиме: 820 kg : 1,25 kg/m3 = = 656 m3, де 1,25 kg/m3 — густина азоту за н. у.

Потрібно H2 : ;

;

об'єм 1t

Добування N2 для синтезу 1 tNH3.

Витрати повітря для добування 0,82 визначимо з умови, що вміст N2 у повітрі становить 75 % (об'ємних разом з інертним газом).

або за масою: 830 m3  . Як побічний продукт матимемо: О2 : 1,07 – 0,82 = 0,25 або за об'ємом:

Добування Н2. Для добування 0,18 t водню (Н2) електролізом потрібно води: ; води. При цьому матимемо як побічний продукт кисень:

кисню.

Матеріальний баланс процесу:

Надходить

Отримуємо

kg

%

kg

%

Повітря

1070

40

Аміак

1000

40

Вода

1620

60

Кисень з повітря

250

77

Кисень з води

1440

53

Усього

2690

100

Усього

2690

100

Схему матеріальних потоків синтезу аміаку показано на рис. 63.

Рис. 63. Схема матеріальних потоків і відходів виробництва аміаку

Зважаючи на високу ціну електроенергії, у сучасному виробництві аміаку водень отримують не електролізом, а конверсією природного або коксового газу на нікелевому каталізаторі за реакцією:

.

Дальша очистка водню від шкідливих домішок сірковмісних сполук, які не беруть участі в реакції, зв'язана з певними проблемами еколого-економічного характеру.

Іншим видом багатотоннажних відходів хімічної промисловості є водні суспензії хлоридів кальцію і натрію у виробництві соди, які накопичуються в так званих "білих морях" (див. 3.1.2).

Гази (SO2, NmOn, NH3, Cl2), пил і токсичні органічні речовини хімічних заводів з дощем утворюють стійкі сполуки з компонентами грунту, знижуючи його продуктивність. Значною мірою це залежить від складу грунтів: перегній і вапно (СаО) помітно нейтралізують шкідливий вплив хімічних відходів, а глини накопичують токсичні речовини. Виявлено, що такі грунти можуть згодом проявлятись як десорбери токсичних речовин, отруюючи сільськогосподарську продукцію і тварин.

Насамкінець спинімося ще на одній екологічній проблемі, зв'язаній з хімічною промисловістю, — руйнуванні озонового шару атмосфери. Схему утворення озону (О3) див. у (2.1.2), а його руйнування за даними сучасної науки можливе завдяки викидам в атмосферу хлору, фтору й оксидів азоту. За наявності цих сполук в атмосфері можливе руйнування озону через реакції фотодисоціації:

А


зотний цикл

1) O + NO O2 + NO;

2)NO + O3 NO2 + O2;


O + O3 O2 + O2;

(cумарна реакція)

Хлорний цикл

1) Cl + O3 ClO + O2;


2) O + ClO Cl + O2;


O + O3 O2 + O2;

(сумарна реакція)

Багаторазове повторення таких циклів призводить до порушення рівноваги між природними процесами утворення і руйнування озону в атмосфері. Розрахунки, зроблені за допомогою математичного моделювання, дають змогу прогнозувати, що в останнє десятиліття ХХ ст., якщо викиди фреонів не збільшуватимуться, а концентрація монооксиду азоту (NO) буде близькою до 0,2 %, то кількість озону на висоті 10 km збільшиться на 25 %, а на висоті 40 km зменшиться на 40%.

Слід зазначити, що наукове обгрунтування явищ зміни концентрації озону в атмосфері сьогодні є скоріше гіпотетичним. Експериментальні спостереження свідчать, що в районах, які майже не зазнають антропогенного навантаження, концентрація озону становить 60—130 mg/m3, а у великих індустріальних регіонах улітку може досягати 300—400 mg/m3 і навіть за виникнення смогу (див. рис. 27) 1000 mg/m3 . Збільшення концентрації озону в тропосфері в 2 рази призводить до підвищення середньої температури приземного шару повітря на 0,7С, що може спричинятись до несприятливих змін клімату.

Зрозуміло, що причини згубного впливу хімічної промисловості на природу передовсім зумовлюються недосконалістю технологій, бажанням якнайбільше і якнайшвидше взяти від природи необхідне, не заплативши їй відповідної ціни. За раціональної організації виробництва, запровадження технологій знешкодження відходів, замкненої системи водозабезпечення і автоматизованого контролю, хімічне виробництво може бути не тільки збалансованим з природними процесами, а й сприяти вирішенню екологічних проблем інших галузей економіки. Але це вже тема наступного розділу.

Література

  1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

Loading...

 
 

Цікаве