ZES TAW I

1.

Omówić izotermę CaO-P2O5.Kiedy układ osiąga punkt eufeniczny(?) i jakie fazy wówczas występują ?

2.

Schemat ideowy otrzymywania HNO3 stężonego – reakcje i parametry operacji i procesów jednostkowych.

Kontaktowe utlenianie amoniaku

↓

Wydzielenie nadmiaru wody

↓

Utlenianie w gazach NO do NO

2

↓

Dotlenianie resztek NO za pomocą

stężonego HNO

3

↓

Ochładzanie gazów i stęż. kwasu

przed absorpcją

↓

Absorpcja NO

2

w stęż. kwasie azotowym

↓

Desorpcja NO

2

z nitroleum

↓

Otrzymanie ciekłego dimeru

N

2

O

4

↓

Synteza HNO

3

w autoklawie

↓

Bielenie HNO

3

4NH

3

+ 5O

2

= 4NO + 6H

2

O siatki platynowe, 850

0

C

2 HNO

3

+ NO = 3NO

2

+ H

2

O, wieże utleniające, 55-60% HNO

3

Temp. ok. 8

0

C

Temp. ok. 80

0

C

Chłodzenie solanką, tem -8 - -10

0

3.

Schemat ideowy produkcji siarki z H2S metodą Clausa – reakcje i parametry poszczególnych etapów

Stężony siarkowodór przerabia się na siarkę na kontakcie z aktywowanego boksytu.

Spalanie siarkowodoru w kotle-utylizatorze H

2

S + 3/2O

2

= SO

2

+ H

2

O

↓

Aparaty kontaktowe z boksytem 2H

2

S + SO

2

= 3S + 2H

2

O

↓

Wykroplenie ciekłej siarki

↓

Usunięcie SO

2

↓

Atmosfera

ZES TAW II

1.

Podać bilans napięciowy i energetyczny dla otrzymywania Al. Na jakie wskaźniki ma on wpływ ?

Bilans energetyczny elektrolizera:
U

s

= U

śr

∙ h

Uśr = Ut + Ue + U

A

+ U

K

+ Uo +U

eA

h- ilość płyt
Ue – spadek napięcia na elektrolizerze 35%
U

A

– napięcie na anodzie 13%

U

K

- napięcie na katodzie 10%

Uo – napięcie na oczyszczeniu 2%
U

eA

- napięcie efektu anodowego 2%

Efekt anodowy – gwałtowny wzrost napięcia na elektrolizerze wywołany brakiem zwilżalności anody.
Wskaźniki procesu elektrolizy na 1kg Al.
Zużycie: Al

2

O

3

~ 1,9 t , masy anodowej ~0,52t, kriolitu~0,05t, energii elektrycznej 15000 kWh, wydajność prądowa 0,87, wydajność

energetyczna 0,5.

2.

Schemat ideowy otrzymywania Cu metodą ogniową, reakcje i parametry.
A) Prażenie rud siarczkowych

↓

B) Wytapianie kamienia miedziowego

↓

C) Otrzymywanie miedzi czarnej (surowej)

↓

D) Rafinowanie ogniowe miedzi czarnej w piecach płomiennych

↓

E) Biegunowanie

↓

99%Cu

A) Przejście chalkopirytu w Cu

2

S oraz części żelaza w FeS

B) Temp. 1500

0

C

Cu

2

S + 2Cu

2

O = 6Cu + SO

2

2Cu + FeS = Cu

2

S + Fe

Cu

2

O + FeS = Cu

2

S + FeO, Jeżeli jest Malo FeS to część Cu przechodzi do żużla w wyniku reakcji: Cu

2

O +SiO

2

=

Cu

2

O∙SiO

2

C) Stopiony kamień miedziowy wlewa się do konwertora i przedmuchuje powietrzem o ciśnieniu 1 atm.

2FeS + 3O

2

+ 2SiO

2

= 2FeO∙SiO

2

+2 SO

2

Cu

2

S + 3/2O

2

= Cu

2

O + SO

2

Cu

2

O + FeS = Cu

2

S + FeO, następnie usuwa się FeS i zachodzą reakcje:

Cu

2

S + O

2

= 2Cu + SO

2

Cu

2

S + 3/2O

2

= Cu

2

O + SO

2

Cu

2

S + 2Cu

2

O = 6Cu + SO

2

D) Utlenienie i przeprowadzenie do żużla oraz odparowanie przez wdmuchiwanie powietrza domieszek metali:

Cu

2

O + M e = 2Cu + M eO

Cu

2

S + 2Cu

2

O = 6Cu + SO

2

3.

Schemat ideowy otrzymywania H2SO4 z siarki rodzimej, parametry procesu, reakcje, warianty technologiczne.

M etody wydobywania siarki:

Flotacyjno-filtracyjna wstępnym stadium jest flotacja, po której uzyskuje się

koncentrat zawierający ponad 80% siarki. Koncentrat odwadnia się na filtrach
próżniowych. Rafinacja polega na stopieniu i oddzieleniu siarki przez sedymentację lub
sączenie (140-155

0

C)

Ekstrakcyjna siarkę wymywa się ze wstępnie odwodnionej rudy za pomocą

siarczku amonu. Złoże po ekstrakcji przemywa się świeżym roztworem siarczku amonu i
wodą a następnie r-r rozdziela się przez ogrzewanie pod ciśnieniem na ciekłą siarkę, parę
wodną, amoniak i siarkowodór. Siarkę oddziela się od wody i poddaje krystalizacji. Z
gazów i pary wodnej powstaje na nowo siarczek amonu. Siarka jest bardzo czysta
(99,9%).

Frasha polega na przewierceniu nakładu i opuszczeniu rurociągów złożonych z

trzech koncentrycznych rur w odległości kilkudziesięciu metrów jeden od drugiego.
Rurami tymi wprowadza się do pokładu wodę pod ciśnieniem, przegrzaną do temp 165

0

C,

która topi siarkę w najbliższym otoczeniu odwiertu, oraz sprzężone i ogrzane powietrze,
które wydobywa stopioną siarkę na powierzchnię na zasadzie pompy mamutowej. Siarka
zastyga na powierzchni.

ZES TAW III

1.

Kolumna Hoblera, opisać warunki w poszczególnych częściach.

Kolumna Hoblera to kolumna z wypełnieniem, podzielona na dwie części. W górnej części tzw. saturatorze, amoniak absorbuje się w roztworze
azotanu amonowego, zawierającym kwas azotowy. Następuje tu całkowite zobojętnienie kwasu azotowego i rozpuszczenie się amoniaku w
znacznym nadmiarze. Alkaliczny roztwór spływa długą rurą syfonową do drugiej części kolumny – skrubera. U dołu rury syfonowej następuje

mieszanie się amoniakalnego ługu z kwasem azotowym wprowadzonym w nadmiarze. Tworzy się tu najwięcej azotanu amonowego. Gorący
kwaśny roztwór od góry zasila skruber. W przeciwprądzie do roztworu płynie powietrze. W wyniku odparowania wody do powietrza następuje
zatężenie roztworu azotanu amonowego. Znaczna część ciepła reakcji wykorzystuje się do odparowania roztworu. Kwaśny roztwór w części
odpuszcza się do zbiorników końcowej neutralizacji, a w części pompuje do saturatora.

2.

Schemat ideowy otrzymywania HNO3 z syntezą amoniaku, podaj stężenia na każdym etapie.

3.

Schemat otrzymywania kwasu fosforowego metodą ekstrakcyjną. Temperatura 70

0

C

Reakcja ogólna:
Ca

3

(PO

4

)

3

F + 5H

2

SO

4

+ mH

2

O+n H

2

SO

4

= (n+3) H

3

PO

4

+ 5 CaSO

4

∙n H

2

O + HF

ZES TAW IV

1.

chemat ideowy otrzymywania sody metodą Solvaya. Podać reakcje, warunki procesu i omówić na tym przykładzie zasadę
maksymalnego wykorzystania surowca + chyba coś o karbojonowaniu.

CaCO

3

= CaO + CO

2

2NaCl +2NH

3

+2CO

2

+2H

2

O=2NaHCO

3

+2NH

4

Cl

2NaHCO

3

= Na

2

CO

3

+CO

2

+ H

2

O

M ieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie.

Amoniak zawracany do nasycenia

2NH

4

Cl + CaO = 2NH

3

+ H

2

O + CaCl

2

Reakcja ogólna CaCO

3

+ 2NaCl= Na

2

CO

3

+ CaCl

2

Amoniak nie zużywa się w reakcji.

Max wykorzystanie produktów w metodzie Solvaya: Jako produkt po karbonizacji
otrzymujemy związki amonowe. Amoniak możemy odzyskać z wodorotlenku i węglanów
przez ogrzewanie roztworu do 70

0

C. Chlorek rozkłada się pod działaniem wodorotlenku

wapnia. Zregenerowany amoniak jest zawracany i używany ponownie do nasycenia solanki.

2.

Warunki termodynamiczne i kinetyczne utleniania SO2 do SO3.

2SO

2

+O

2

=2SO

3

279 kJ/mol

Proces prowadzi się na katalizatorze V

2

O

5

w temperaturze 1780

0

C.

Najlepsza wydajność wraz ze wzrostem ciśnienia i obniżeniem temperatury. Aby przyspieszyć reakcję stosuje się katalizatory, które
ocenia się pod względem: aktywności, selektywności, powierzchni właściwej, wytrzymałości mechanicznej i termicznej, odporności
na starzenie, odporności na zatrucia.

3.

Schemat otrzymywania trój polifosforanu sodu.

3K

3

PO

4

+2,5 Na

2

CO

3

+ n H

2

O= 2Na

2

HPO

4

+(n+2,5)H

2

0+CO

2

Dehydratacja:

4Na

2

HPO

4

+2NaH

2

PO

4

=2Na

4

P

2

O

7

+Na

2

H

2

P

2

O

7

+3H

2

O T=100

0

C

2Na

4

P

2

O

7

+2NaH

2

P

2

O

7

=2Na

5

P

3

O

10

+H

2

O T=400

0

C

2N

2

O

4

+O

2

+H

2

O=4HNO

3

ZES TAW V

1.

Omówić syntezę HCl i kwasu solnego.

metoda: 2NaCl + H

2

SO

4

 (T 500) Na

2

SO

4

+ 2HCl spiekanie

metoda: C

6

H

6

+ Cl

2

 C

6

H

5

Cl chlorowanie zw. organicznych

H

2

+ Cl

2

 2HCl synteza

Cl

2

+ hγ  2Cl

Cl + H

2

 HCl + H

H + Cl

2

HCl + Cl

HCl tworzy azeotrop – 20% wag HCl w 107

o

C- proces adiabatyczny

Synteza chlorowodoru jest r. łańcuchową. Może być inicjowana sposobem technicznym lub fotochemicznym. Doprowadza się substraty do

strefy r. z odpowiednimi prędk., pierwotnie były używane aparaty kwarcowe, obecnie metalowe i mieszane. W aparacie metalowym ciepło
odprowadza się przez płaszcz wodny. Komora spalania ma stosunkowo duże wymiary tak aby płomień nie mógł zetknąć się ze ścianą komory
Gazy w odpowiednim stosunku zwykle z nadmiarem H

2

doprowadza się osobno i miesza w palniku. Otrzymany chlorowodór absorbuje w

wodzie tworząc HCl || dobrze rozpuszcza się w wodzie, absorpcja może być izotermiczna i adiabatyczna. Izotermiczna- ciepło odprowadza się
przez chłodzenie przeponowe. Ciepło jest oddawane przez dobrze przewodzące materiały węgla lub grafitu uszczelnionego. Aby otrzymać kw.
stęż. i całkowicie wymyć chlorowodór z gazów należy utrzymać niską T gazu i duże zużycie H

2

O do chłodzenia. Adiabatyczna- ciepło

odprowadza się jako ciepło parowania H

2

O. T wzrasta, kwas wrze i ciepło wydziela się w postaci pary. Nie musi być zbudowany z dobrze

przewodzących materiałów.

2.

Schemat ideowy produkcji kwasu siarkowego z blendy cynkowej. Wypisać reakcje i parametry, wymienić zastosowaną aparaturę.

Jest podstawowym surowcem do produkcji cynku, a otrzymywany przy tym kwas siarkowy stanowi produkcję uboczną

2ZnS + 3O

2

 2ZnO + 2SO

2

Faza stała (ZnO) ma większą obj. od fazy zanikającej (ZnS) i powstając na pow. ziarn tworzy warstwę blokującą dostęp tlenu do ich wnętrza.

Wszystkie r. są egzotermiczne, więcej ciepła wydziela się przy prażeniu pirytu.

Ruda ZnS,PbS>rozdrabnianie i mielenie>flotacja>1)-konc.galenowy(79%Pb);2)konc.Zn(zaw.Zn61%)>utl.koncentratu(ZnS+1,5O2-
>ZnO+SO2)>1)7%SO2 do prod H2SO4;2)prażonka(technicznyZnO)>1)redukcja(ZnO+C->Zn+CO-prod.ZnO;2)ługowanie(ZnO+H2SO4-
>ZnSO4+H2O)>oczyszczanie r-ru>rozdział faz>1)szlamy;2)elektroliza>prod.ZnO

3.

Schemat ideowy przeróbki surowców fosforonośnych kwasem siarkowym.

Kw siarkowy + surowiec fosforonośny

ZES TAW VI

1.

Schemat otrzymywania chloru metodą membranową – podaj reakcje i opisz.

2NaCl+H

2

0=2NaOH+H

2

+Cl

2

Podstawowe reakcje elektrolizy

H

2

O=H

+

+Cl

2

(K) 2H

+

+2e=H

2

(A)4OH

-

-4e=2H

2

0+O

2

Met membranowa: polimery jednowymienne (polielektrolity) na bazie kw
nadfluorosulfonowego; 1) duża selektywność (praktycznie nie przepuszczają
anionów), 2)mały opór elektryczny (małe napięcie w elektrolizerze i małe
zużycie en) 3)długie okresy pracy, 4)znaczna odporność mechaniczna

2.

Otrzymywania Al2O3 metodą Grzymka.

- otrzym. Al

2

O

3

z sur., które nie są boksytami. Sur. zaw. dużo krzemionki i tl. żelaza.

1 Spiekanie surowców glinonośnych z kamieniem wapiennym (dehydratacja i rozpad minerałów, rozpad CaCO3; reakcja CaO z

mieneralami)
Al

2

O

3

2SiO

2

2H

2

0=(T) Al

2

O

3

+SiO

2

+2H

2

O

CaCO

3

=Ca0+CO

2

XCaO+yAl

2

O

3

+5CaO3Al

2

O

3

+CaOAl

2

O

3

2CaO+SiO

2

=β2CaOSiO

2

(CaSiO

4

)

β CaSiO

4=

γCa

2

Si0

4

(675c)

2 ługowanie spieków

*5CaO3Al

2

O

3

+ Na

2

CO

3

+ H

2

O= 6NaAlO

2

+5CaCO

3

+ NaOH

3 usuniecie krzemionki 160C

2NaSiO3+ NaAlO

2

+Ca(OH)2=CaOAl2O3SiO2 6NaOH

karbonizacja glinianu
NaAlO

2

+NaOH+ CO2+H2O=Al.(OH)3 + Na2CO

3

+H2O

5 kalcynacja i regeneracja
2Al(OH)

3

=2AlO+3H

2

O (1200C)

3.

Otrzymywanie związków azotowych z gazu ziemnego, opisać konwersję metanu.

Temperatura500C
Szybkość reakcji jest tym większa im wyższa temperatura oraz stosunek H

2

O/ CH

4

CH

4

+H

2

O=CO+3H

2

CH

4

+2H

2

O=CO

2

+4H

2

CH

4

+0,5O

2

= CO+2H

2

CO+H

2

O=CO

2

+H

2

Reakcje uboczne: CH

4

+ CO

2

= 2CO+2H

2

CH

4

+ CO

2

=4CO+2H

2

O

CH

4

=C+2H

2

Proces konwersji metanu prowadzony jest w piecu opalanym metanem, w

komorze pieca znajdują się rury kontaktowe wypełnione kontaktem niklowym.
Powstały po procesie CO utlenia się w konwersji normalno temperaturowej
(kat:tl.żelaza, Tl.chromu), lub niskotemperaturowej (kat:tl.chromu i miedzi)

ZES TAW X

1.

Podać i opisać aparaturę do produkcji kwasu azotowego za pomocą azotanu magnezu.

Rozcieńczony kwas HNO3( 55-65%) dopływa do kolumny destylacyjnej która równocześnie jest zraszana Mg(NO)3 (70%). Kolumnę ogrzewa

się parą wodną i odprowadza się opary HNO3(87%) do drugiej kolumny destylacyjnej,
gdzie dochodzi do rozdziału na kwas 99% HNO3 oraz 75% który zawracamy zpowrotem
do pierwszej kolumny. U dołu tej kolumny odprowadza się ok. 55-65% Mg(NO3)2 W
celu odparowania części wody i zawrócenia zpowrotem do procesu już jako 70% roztwór.

2.

Podać schemat ideowy otrzymywania kwasu fosforowego metodą ekstrakcyjną.

Główna reakcja to Ca

5

(PO

4

)

6

F + m H

2

O+ H

2

SO

4

+ n H

3

PO

4

 CaSO

4

*mH

2

O + HF

+ (n+3) H

3

PO

4

3.

Metody otrzymywania siarki.

A. flotacyjno-rafineryjna:

B. Frasha: Umieszcza się 3 rury w otworze wiertniczym. Pomiędzy rurę zewnętrzną a środkową wprowadza się parę wodną o temp. 160st
C. Pod jej wpływem siarka się topi(112-temp top. S) i wypływa razem z powietrzem wtłaczanym rurą wewnętrzną pod ciśnieniem

C .Clausa- utlenianie stęż. H2S: H2S+ 3/2 O2SO2 + H2O SO2+2 H2S 3S+ 2H2O

D. ekstrakcyjna:
rozdrabnianie rudy
wymywanie S roztworem (NH4)2S
kolejne przemywanie wodą i stez (NH4)2S

powstają wielosiarczany HN4, które rozkładają się pod wpływem T, p
otrzymujemy ciekłą siarke, pare wodną, H2S, NH3
oddzielenie siarki
krystalizacja

ZES TAW XI

1.

Schemat ideowy otrzymywania NH3 z gazu ziemnego. Szczegółowo scharakteryzować metody odsiarczania.

Odsiarczanie:

M etoda mokra- absorcja 20-40 g/N*m3 H2S

M etoda sucha- adsorpcja węglowodorów 7,5g/N*m3

Metoda kombinowana pozwala na dogłębne usuniecie H2S

2.

Podać etapy przeróbki boksytów na Al2O3. Scharakteryzować metody równoległe i szeregowe.

Boksyty składają się głównie z Al2O3 ale również z SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO stosunek Al2O3/SiO2= alfa( moduł krzemionkowy) Decyduje on o
tym czy należy użyć metody Bayera czy spiekania. Alfa<7 metoda spiekania(szeregowo) alfa> 7 metoda bayera (równolegle)

Ogólnie:
1.Rozdrobnienie boksytu, prazenie w celu usunięcia wody i rozkładu subst. Organicznych (450), mielenie
2. ługowanie r-rem NaOH w temp.200*C pod cisnieniem 0,4-2,5 MPa
3. rozdział r-ru glinianu sodowego od szlamu czerwonego
4. rozkład glinianu do wodorotlenku
5. kalcynacja wodorotl.glinu

M etoda Bayera:
Rozkład glinianów NaAl(OH)4= NaOH+ Al(OH)3
Kalcynacja: 2 Al.(OH)3alfa Al2O3 + 3H2O
M etoda spiekania: różni się tym od metody Bayera ze przed ługowanie spiekamy rozdrobniony boksyt z CaCO3 i Na2CO3:
Al2O3+ Na2CO3 2NaAlO2+ CO2
SiO2+ 2CaCO3 Ca2SiO4 +2CO2
Fe2O3+ Na2CO3Na2O*Fe2O3 + CO2
Spiek poddaje się ługowaniu wodą:
2NaAlO2+ CO2+3H2O 2Al(OH)3 + Na2CO3

3.

Omówić aspekty termodynamiczne i kinetyczne konwersji SO2 do SO3.

SO2+1/2 O2 SO3 H= -95,9kJ

Stała ciśnieniowa: Kp= p

SO3

/ p

SO2

*p

O2

^

1/2

Stopień przemiany x=

2

1

pO

Kp

Kp



Stopień przemiany w stanie równowagi zależy od składu gazów i zmniejsza się ze wzrostem SO2 w gazie, a wzrasta przy wzroście zawartości
tlenu i przy wzroście ciśnienia ogólnego. Z reguły La Chateliera wynika że najlepszą wydajność przemiany tlenków można osiągnąć w niskich

temp im pod zwiększonym ciśnieniem W niższych temp wpływ ciśnienia jest niewielki dlatego nie buduje się instalacji kontaktow ych
pracujących pod ciśnieniem.

ZES TAW XII

1.

Schemat ideowy otrzymywania mocznika z gazu ziemnego, podać reakcje i parametry.

odsiarczony

Konwersja: 973-1073K p=3-3,5Mpa kat Ni/Al2O3

CH4 +H2O CO + 3H2

CH4+ 2H2OCO2 + 4H2

CO+H2) CO2+ H2

Synteza mocznika:p=14-25MPa t= 140-200stC

2NH3+CO2NH4COONH2

NH4COONH2 CO(NH)2 + H2O

3.Podaj i opisz schemat instalacji do absorpcji S O3 w celu otrzymania kwasu

siarkowego i oleum.

1-chłodnica

2- kol.absorpcyjna

3-zbiornik

4-pompa

Gaz z chłodnicy jest transportowany do wież absorp . Gdzie w pierwszej jest zraszany 20% oleum. Jest to reakcja egzo, zatem doprowadza
się taka ilość oleum żeby stez nie przekroczylo 1,5 raza początkowego. Aby utzrymac 20% stez dodaje się 98% kwasu siarkowego, a
nadmiar oleum się odprowadza. Drugą wieze zrasza się 98% H2SO4 i absorbuje się resztki SO2 z pierwszej kolumny. Aby utrzymac 98%
stez kwasu dodaje się 96%r-r H2SO4 oraz wodę.