ZESTAW I 1. Omówić izotermÄ™ CaO-P2O5.Kiedy ukÅ‚ad osiÄ…ga punkt eufeniczny(?) i jakie fazy wówczas wystÄ™pujÄ… ? 2. Schemat ideowy otrzymywania HNO3 stężonego reakcje i parametry operacji i procesów jednostkowych. Kontaktowe utlenianie amoniaku Bielenie HNO3 “! Wydzielenie nadmiaru wody “! Utlenianie w gazach NO do NO2 “! 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O siatki platynowe, 8500C Dotlenianie resztek NO za pomocÄ… stężonego HNO3 “! OchÅ‚adzanie gazów i stęż. kwasu przed absorpcjÄ… 2 HNO3 + NO = 3NO2+ H2O, wieże utleniajÄ…ce, 55-60% HNO3 “! Absorpcja NO2 w stęż. kwasie azotowym “! Temp. ok. 80C Desorpcja NO2 z nitroleum “! Otrzymanie ciekÅ‚ego dimeru N2O4 Temp. ok. 800C “! Synteza HNO3 w autoklawie ChÅ‚odzenie solankÄ…, tem -8 - -100 “! 3. Schemat ideowy produkcji siarki z H2S metodÄ… Clausa reakcje i parametry poszczególnych etapów Stężony siarkowodór przerabia siÄ™ na siarkÄ™ na kontakcie z aktywowanego boksytu. Spalanie siarkowodoru w kotle-utylizatorze H2S + 3/2O2 = SO2 + H2O “! Aparaty kontaktowe z boksytem 2H2S + SO2= 3S + 2H2O “! Wykroplenie ciekÅ‚ej siarki “! UsuniÄ™cie SO2 “! Atmosfera ZESTAW II 1. Podać bilans napiÄ™ciowy i energetyczny dla otrzymywania Al. Na jakie wskazniki ma on wpÅ‚yw ? Bilans energetyczny elektrolizera: Us= UÅ›r" h UÅ›r = Ut + Ue + UA+ UK+ Uo +UeA h- ilość pÅ‚yt Ue spadek napiÄ™cia na elektrolizerze 35% UA napiÄ™cie na anodzie 13% UK - napiÄ™cie na katodzie 10% Uo napiÄ™cie na oczyszczeniu 2% UeA- napiÄ™cie efektu anodowego 2% Efekt anodowy gwaÅ‚towny wzrost napiÄ™cia na elektrolizerze wywoÅ‚any brakiem zwilżalnoÅ›ci anody. Wskazniki procesu elektrolizy na 1kg Al. Zużycie: Al2O3 ~ 1,9 t , masy anodowej ~0,52t, kriolitu~0,05t, energii elektrycznej 15000 kWh, wydajność prÄ…dowa 0,87, wydajność energetyczna 0,5. 2. Schemat ideowy otrzymywania Cu metodÄ… ogniowÄ…, reakcje i parametry. A) Prażenie rud siarczkowych “! B) Wytapianie kamienia miedziowego “! C) Otrzymywanie miedzi czarnej (surowej) “! D) Rafinowanie ogniowe miedzi czarnej w piecach pÅ‚omiennych “! E) Biegunowanie “! 99%Cu A) PrzejÅ›cie chalkopirytu w Cu2S oraz części żelaza w FeS B) Temp. 15000C Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 2Cu + FeS = Cu2S + Fe Cu2O + FeS = Cu2S + FeO, Jeżeli jest Malo FeS to część Cu przechodzi do żużla w wyniku reakcji: Cu2O +SiO2 = Cu2O"SiO2 C) Stopiony kamieÅ„ miedziowy wlewa siÄ™ do konwertora i przedmuchuje powietrzem o ciÅ›nieniu 1 atm. 2FeS + 3O2+ 2SiO2 = 2FeO"SiO2+2 SO2 Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2 Cu2O + FeS = Cu2S + FeO, nastÄ™pnie usuwa siÄ™ FeS i zachodzÄ… reakcje: Cu2S + O2 = 2Cu + SO2 Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2 Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 D) Utlenienie i przeprowadzenie do żużla oraz odparowanie przez wdmuchiwanie powietrza domieszek metali: Cu2O + Me = 2Cu + MeO Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 3. Schemat ideowy otrzymywania H2SO4 z siarki rodzimej, parametry procesu, reakcje, warianty technologiczne. Metody wydobywania siarki: Flotacyjno-filtracyjna wstÄ™pnym stadium jest flotacja, po której uzyskuje siÄ™ koncentrat zawierajÄ…cy ponad 80% siarki. Koncentrat odwadnia siÄ™ na filtrach próżniowych. Rafinacja polega na stopieniu i oddzieleniu siarki przez sedymentacjÄ™ lub sÄ…czenie (140-1550C) Ekstrakcyjna siarkÄ™ wymywa siÄ™ ze wstÄ™pnie odwodnionej rudy za pomocÄ… siarczku amonu. ZÅ‚oże po ekstrakcji przemywa siÄ™ Å›wieżym roztworem siarczku amonu i wodÄ… a nastÄ™pnie r-r rozdziela siÄ™ przez ogrzewanie pod ciÅ›nieniem na ciekÅ‚Ä… siarkÄ™, parÄ™ wodnÄ…, amoniak i siarkowodór. SiarkÄ™ oddziela siÄ™ 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 nakÅ‚adu i opuszczeniu rurociÄ…gów zÅ‚ożonych z trzech koncentrycznych rur w odlegÅ‚oÅ›ci kilkudziesiÄ™ciu metrów jeden od drugiego. Rurami tymi wprowadza siÄ™ do pokÅ‚adu wodÄ™ pod ciÅ›nieniem, przegrzanÄ… do temp 1650C, która topi siarkÄ™ w najbliższym otoczeniu odwiertu, oraz sprzężone i ogrzane powietrze, które wydobywa stopionÄ… siarkÄ™ na powierzchniÄ™ na zasadzie pompy mamutowej. Siarka zastyga na powierzchni. ZESTAW III 1. Kolumna Hoblera, opisać warunki w poszczególnych częściach. Kolumna Hoblera to kolumna z wypeÅ‚nieniem, podzielona na dwie części. W górnej części tzw. saturatorze, amoniak absorbuje siÄ™ w roztworze azotanu amonowego, zawierajÄ…cym kwas azotowy. NastÄ™puje tu caÅ‚kowite zobojÄ™tnienie kwasu azotowego i rozpuszczenie siÄ™ amoniaku w znacznym nadmiarze. Alkaliczny roztwór spÅ‚ywa dÅ‚ugÄ… rurÄ… syfonowÄ… do drugiej części kolumny skrubera. U doÅ‚u rury syfonowej nastÄ™puje mieszanie siÄ™ amoniakalnego Å‚ugu z kwasem azotowym wprowadzonym w nadmiarze. Tworzy siÄ™ tu najwiÄ™cej azotanu amonowego. GorÄ…cy kwaÅ›ny roztwór od góry zasila skruber. W przeciwprÄ…dzie do roztworu pÅ‚ynie powietrze. W wyniku odparowania wody do powietrza nastÄ™puje zatężenie roztworu azotanu amonowego. Znaczna część ciepÅ‚a reakcji wykorzystuje siÄ™ do odparowania roztworu. KwaÅ›ny roztwór w części odpuszcza siÄ™ do zbiorników koÅ„cowej neutralizacji, a w części pompuje do saturatora. 2. Schemat ideowy otrzymywania HNO3 z syntezÄ… amoniaku, podaj stężenia na każdym etapie. 3. Schemat otrzymywania kwasu fosforowego metodÄ… ekstrakcyjnÄ…. Temperatura 700C Reakcja ogólna: Ca3(PO4)3F + 5H2SO4 + mH2O+n H2SO4 = (n+3) H3PO4 + 5 CaSO4"n H2O + HF ZESTAW IV 1. chemat ideowy otrzymywania sody metodÄ… Solvaya. Podać reakcje, warunki procesu i omówić na tym przykÅ‚adzie zasadÄ™ maksymalnego wykorzystania surowca + chyba coÅ› o karbojonowaniu. CaCO3= CaO + CO2 2NaCl +2NH3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+2NH4Cl 2NaHCO3 = Na2CO3 +CO2 + H2O Mieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie. Amoniak zawracany do nasycenia 2NH4Cl + CaO = 2NH3 + H2O + CaCl2 Reakcja ogólna CaCO3+ 2NaCl= Na2CO3+ CaCl2 Amoniak nie zużywa siÄ™ w reakcji. Max wykorzystanie produktów w metodzie Solvaya: Jako produkt po karbonizacji otrzymujemy zwiÄ…zki amonowe. Amoniak możemy odzyskać z wodorotlenku i wÄ™glanów przez ogrzewanie roztworu do 700C. Chlorek rozkÅ‚ada siÄ™ pod dziaÅ‚aniem wodorotlenku wapnia. Zregenerowany amoniak jest zawracany i używany ponownie do nasycenia solanki. 2. Warunki termodynamiczne i kinetyczne utleniania SO2 do SO3. 2SO2+O2=2SO3 279 kJ/mol Proces prowadzi siÄ™ na katalizatorze V2O5 w temperaturze 17800C. Najlepsza wydajność wraz ze wzrostem ciÅ›nienia i obniżeniem temperatury. Aby przyspieszyć reakcjÄ™ stosuje siÄ™ katalizatory, które ocenia siÄ™ pod wzglÄ™dem: aktywnoÅ›ci, selektywnoÅ›ci, powierzchni wÅ‚aÅ›ciwej, wytrzymaÅ‚oÅ›ci mechanicznej i termicznej, odpornoÅ›ci na starzenie, odpornoÅ›ci na zatrucia. 3. Schemat otrzymywania trój polifosforanu sodu. 3K3PO4+2,5 Na2CO3+ n H2O= 2Na2HPO4+(n+2,5)H20+CO2 Dehydratacja: 4Na2HPO4+2NaH2PO4=2Na4P2O7+Na2H2P2O7+3H2O T=1000C 2Na4P2O7+2NaH2P2O7=2Na5P3O10+H2O T=4000C 2N2O4+O2+H2O=4HNO3 ZESTAW V 1. Omówić syntezÄ™ HCl i kwasu solnego. metoda: 2NaCl + H2SO4 Ä…ð (T 500) Na2SO4 + 2HCl spiekanie metoda: C6H6 + Cl2 Ä…ð C6H5Cl chlorowanie zw. organicznych H2 + Cl2 Ä…ð 2HCl synteza Cl2 + hÅ‚ Ä…ð 2Cl Cl + H2 Ä…ð HCl + H H + Cl2 Ä…ðHCl + Cl HCl tworzy azeotrop 20% wag HCl w 107oC- proces adiabatyczny Synteza chlorowodoru jest r. Å‚aÅ„cuchowÄ…. Może być inicjowana sposobem technicznym lub fotochemicznym. Doprowadza siÄ™ substraty do strefy r. z odpowiednimi prÄ™dk., pierwotnie byÅ‚y używane aparaty kwarcowe, obecnie metalowe i mieszane. W aparacie metalowym ciepÅ‚o odprowadza siÄ™ przez pÅ‚aszcz wodny. Komora spalania ma stosunkowo duże wymiary tak aby pÅ‚omieÅ„ nie mógÅ‚ zetknąć siÄ™ ze Å›cianÄ… komory Gazy w odpowiednim stosunku zwykle z nadmiarem H2 doprowadza siÄ™ osobno i miesza w palniku. Otrzymany chlorowodór absorbuje w wodzie tworzÄ…c HCl || dobrze rozpuszcza siÄ™ w wodzie, absorpcja może być izotermiczna i adiabatyczna. Izotermiczna- ciepÅ‚o odprowadza siÄ™ przez chÅ‚odzenie przeponowe. CiepÅ‚o jest oddawane przez dobrze przewodzÄ…ce materiaÅ‚y wÄ™gla lub grafitu uszczelnionego. Aby otrzymać kw. stęż. i caÅ‚kowicie wymyć chlorowodór z gazów należy utrzymać niskÄ… T gazu i duże zużycie H2O do chÅ‚odzenia. Adiabatyczna- ciepÅ‚o odprowadza siÄ™ jako ciepÅ‚o parowania H2O. T wzrasta, kwas wrze i ciepÅ‚o wydziela siÄ™ w postaci pary. Nie musi być zbudowany z dobrze przewodzÄ…cych materiałów. 2. Schemat ideowy produkcji kwasu siarkowego z blendy cynkowej. Wypisać reakcje i parametry, wymienić zastosowanÄ… aparaturÄ™. Jest podstawowym surowcem do produkcji cynku, a otrzymywany przy tym kwas siarkowy stanowi produkcjÄ™ ubocznÄ… 2ZnS + 3O2 Ä…ð 2ZnO + 2SO2 Faza staÅ‚a (ZnO) ma wiÄ™kszÄ… obj. od fazy zanikajÄ…cej (ZnS) i powstajÄ…c na pow. ziarn tworzy warstwÄ™ blokujÄ…cÄ… dostÄ™p tlenu do ich wnÄ™trza. Wszystkie r. sÄ… egzotermiczne, wiÄ™cej ciepÅ‚a wydziela siÄ™ 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)Å‚ugowanie(ZnO+H2SO4- >ZnSO4+H2O)>oczyszczanie r-ru>rozdziaÅ‚ faz>1)szlamy;2)elektroliza>prod.ZnO 3. Schemat ideowy przeróbki surowców fosforonoÅ›nych kwasem siarkowym. Kw siarkowy + surowiec fosforonoÅ›ny ZESTAW VI 1. Schemat otrzymywania chloru metodÄ… membranowÄ… podaj reakcje i opisz. 2NaCl+H20=2NaOH+H2+Cl2 Podstawowe reakcje elektrolizy H2O=H++Cl2 (K) 2H+ +2e=H2 (A)4OH--4e=2H20+O2 Met membranowa: polimery jednowymienne (polielektrolity) na bazie kw nadfluorosulfonowego; 1) duża selektywność (praktycznie nie przepuszczajÄ… anionów), 2)maÅ‚y opór elektryczny (maÅ‚e napiÄ™cie w elektrolizerze i maÅ‚e zużycie en) 3)dÅ‚ugie okresy pracy, 4)znaczna odporność mechaniczna 2. Otrzymywania Al2O3 metodÄ… Grzymka. - otrzym. Al2O3 z sur., które nie sÄ… boksytami. Sur. zaw. dużo krzemionki i tl. żelaza. 1 Spiekanie surowców glinonoÅ›nych z kamieniem wapiennym (dehydratacja i rozpad minerałów, rozpad CaCO3; reakcja CaO z mieneralami) Al2O32SiO22H20=(T) Al2O3+SiO2+2H2O CaCO3=Ca0+CO2 XCaO+yAl2O3+5CaO3Al2O3+CaOAl2O3 2CaO+SiO2=²2CaOSiO2 (CaSiO4) ² CaSiO4=Å‚Ca2Si04 (675c) 2 Å‚ugowanie spieków *5CaO3Al2O3+ Na2CO3+ H2O= 6NaAlO2+5CaCO3+ NaOH 3 usuniecie krzemionki 160C 2NaSiO3+ NaAlO2+Ca(OH)2=CaOAl2O3SiO2 6NaOH karbonizacja glinianu NaAlO2+NaOH+ CO2+H2O=Al.(OH)3 + Na2CO3+H2O 5 kalcynacja i regeneracja 2Al(OH)3=2AlO+3H2O (1200C) 3. Otrzymywanie zwiÄ…zków azotowych z gazu ziemnego, opisać konwersjÄ™ metanu. Temperatura500C Szybkość reakcji jest tym wiÄ™ksza im wyższa temperatura oraz stosunek H2O/ CH4 CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 CH4+0,5O2= CO+2H2 CO+H2O=CO2+H2 Reakcje uboczne: CH4+ CO2= 2CO+2H2 CH4+ CO2=4CO+2H2O CH4=C+2H2 Proces konwersji metanu prowadzony jest w piecu opalanym metanem, w komorze pieca znajdujÄ… siÄ™ rury kontaktowe wypeÅ‚nione kontaktem niklowym. PowstaÅ‚y po procesie CO utlenia siÄ™ w konwersji normalno temperaturowej (kat:tl.żelaza, Tl.chromu), lub niskotemperaturowej (kat:tl.chromu i miedzi) ZESTAW X 1. Podać i opisać aparaturÄ™ do produkcji kwasu azotowego za pomocÄ… azotanu magnezu. RozcieÅ„czony kwas HNO3( 55-65%) dopÅ‚ywa do kolumny destylacyjnej która równoczeÅ›nie jest zraszana Mg(NO)3 (70%). KolumnÄ™ ogrzewa siÄ™ parÄ… wodnÄ… i odprowadza siÄ™ opary HNO3(87%) do drugiej kolumny destylacyjnej, gdzie dochodzi do rozdziaÅ‚u na kwas 99% HNO3 oraz 75% który zawracamy zpowrotem do pierwszej kolumny. U doÅ‚u tej kolumny odprowadza siÄ™ 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 metodÄ… ekstrakcyjnÄ…. Główna reakcja to Ca5(PO4)6F + m H2O+ H2SO4 + n H3PO4Ä…ð CaSO4*mH2O + HF + (n+3) H3PO4 3. Metody otrzymywania siarki. A. flotacyjno-rafineryjna: B. Frasha: Umieszcza siÄ™ 3 rury w otworze wiertniczym. PomiÄ™dzy rurÄ™ zewnÄ™trznÄ… a Å›rodkowÄ… wprowadza siÄ™ parÄ™ wodnÄ… o temp. 160st C. Pod jej wpÅ‚ywem siarka siÄ™ topi(112-temp top. S) i wypÅ‚ywa razem z powietrzem wtÅ‚aczanym rurÄ… wewnÄ™trznÄ… pod ciÅ›nieniem C .Clausa- utlenianie stęż. H2S: H2S+ 3/2 O2Ä…ðSO2 + H2O SO2+2 H2SÄ…ð 3S+ 2H2O D. ekstrakcyjna: rozdrabnianie rudy wymywanie S roztworem (NH4)2S kolejne przemywanie wodÄ… i stez (NH4)2S powstajÄ… wielosiarczany HN4, które rozkÅ‚adajÄ… siÄ™ pod wpÅ‚ywem T, p otrzymujemy ciekÅ‚Ä… siarke, pare wodnÄ…, H2S, NH3 oddzielenie siarki krystalizacja ZESTAW XI 1. Schemat ideowy otrzymywania NH3 z gazu ziemnego. Szczegółowo scharakteryzować metody odsiarczania. Odsiarczanie: Metoda mokra- absorcja 20-40 g/N*m3 H2S Metoda sucha- adsorpcja wÄ™glowodorów 7,5g/N*m3 Metoda kombinowana pozwala na dogÅ‚Ä™bne usuniecie H2S 2. Podać etapy przeróbki boksytów na Al2O3. Scharakteryzować metody równolegÅ‚e i szeregowe. Boksyty skÅ‚adajÄ… siÄ™ głównie z Al2O3 ale również z SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO stosunek Al2O3/SiO2= alfa( moduÅ‚ 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 usuniÄ™cia wody i rozkÅ‚adu subst. Organicznych (450), mielenie 2. Å‚ugowanie r-rem NaOH w temp.200*C pod cisnieniem 0,4-2,5 MPa 3. rozdziaÅ‚ r-ru glinianu sodowego od szlamu czerwonego 4. rozkÅ‚ad glinianu do wodorotlenku 5. kalcynacja wodorotl.glinu Metoda Bayera: RozkÅ‚ad glinianów NaAl(OH)4= NaOH+ Al(OH)3 Kalcynacja: 2 Al.(OH)3Ä…ðalfa Al2O3 + 3H2O Metoda spiekania: różni siÄ™ tym od metody Bayera ze przed Å‚ugowanie spiekamy rozdrobniony boksyt z CaCO3 i Na2CO3: Al2O3+ Na2CO3Ä…ð 2NaAlO2+ CO2 SiO2+ 2CaCO3Ä…ð Ca2SiO4 +2CO2 Fe2O3+ Na2CO3Ä…ðNa2O*Fe2O3 + CO2 Spiek poddaje siÄ™ Å‚ugowaniu wodÄ…: 2NaAlO2+ CO2+3H2OÄ…ð 2Al(OH)3 + Na2CO3 3. Omówić aspekty termodynamiczne i kinetyczne konwersji SO2 do SO3. SO2+1/2 O2Ä…ð SO3 H= -95,9kJ StaÅ‚a ciÅ›nieniowa: Kp= pSO3/ pSO2*pO2^1/2 Kp StopieÅ„ przemiany x= 1 Kp +ð pO2 StopieÅ„ przemiany w stanie równowagi zależy od skÅ‚adu gazów i zmniejsza siÄ™ ze wzrostem SO2 w gazie, a wzrasta przy wzroÅ›cie zawartoÅ›ci tlenu i przy wzroÅ›cie ciÅ›nienia ogólnego. Z reguÅ‚y La Chateliera wynika że najlepszÄ… wydajność przemiany tlenków można osiÄ…gnąć w niskich temp im pod zwiÄ™kszonym ciÅ›nieniem W niższych temp wpÅ‚yw ciÅ›nienia jest niewielki dlatego nie buduje siÄ™ instalacji kontaktow ych pracujÄ…cych pod ciÅ›nieniem. ZESTAW 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 +H2OÄ…ð CO + 3H2 CH4+ 2H2OÄ…ðCO2 + 4H2 CO+H2)Ä…ð CO2+ H2 Synteza mocznika:p=14-25MPa t= 140-200stC 2NH3+CO2Ä…ðNH4COONH2 NH4COONH2Ä…ð CO(NH)2 + H2O 3.Podaj i opisz schemat instalacji do absorpcji SO3 w celu otrzymania kwasu siarkowego i oleum. 1-chÅ‚odnica 2- kol.absorpcyjna 3-zbiornik 4-pompa Gaz z chÅ‚odnicy jest transportowany do wież absorp . Gdzie w pierwszej jest zraszany 20% oleum. Jest to reakcja egzo, zatem doprowadza siÄ™ taka ilość oleum żeby stez nie przekroczylo 1,5 raza poczÄ…tkowego. Aby utzrymac 20% stez dodaje siÄ™ 98% kwasu siarkowego, a nadmiar oleum siÄ™ odprowadza. DrugÄ… wieze zrasza siÄ™ 98% H2SO4 i absorbuje siÄ™ resztki SO2 z pierwszej kolumny. Aby utrzymac 98% stez kwasu dodaje siÄ™ 96%r-r H2SO4 oraz wodÄ™.