ЗМІСТ
Вступ
1. Теоретична
частина
1.1
Одержання синтез-газу із твердих палив
1.2
Синтез-газ із рідких вуглеводнів
2. Технологічні
розрахунки
2.1 Завдання 1
2.2 Завдання 2
2.3 Завдання 3
Література
Вступ
Тема
контрольної роботи «Хімічні методи виробництва водню і азотоводневої суміші» з дисципліни
«Технологія основного неорганічного синтезу».
Дисципліна «Технологія основного неорганічного
синтезу» вивчається в з метою засвоєння основних теоретичних основ технологій і
методів одержання продуктів основного неорганічного синтезу.
Вивчення даної дисципліни
ґрунтується на знаннях, одержаних при вивченні таких дисциплін: «Загальна і
неорганічна хімія», «Фізична хімія», «Фізика», «Вища математика», «Теоретичні
основи технології неорганічних речовин», «Кінетика і каталіз», «Процеси та
апарати хімічної технології», «Основи наукових досліджень і наукова інформація»
та інших.
Задачею вивчення курсу
являється засвоєння фізико-хімічних основ промислових процесів та їх
апаратурного оформлення, вивчення технологічних схем промислових виробництв
зв’язаного азоту, вміння виконувати технологічні розрахунки.
1.
Теоретична частина
До хімічних методів
виробництва водню відносяться:
1) газифікація твердих і
рідких палив.
2) конверсія метану;
У промисловості найбільш
широке розповсюдження знайшли установки для каталітичної конверсії метану,
однак у зв'язку з неминучим виснаженням родовищ природного газу, підвищення
вартості його видобутку й транспортування, в останні роки в ряді країн у
широкому масштабі відроджуються методи газифікації твердого й рідкого палива з
метою одержання водню та оксидів вуглецю.
1.1 Одержання синтез-газу із твердих палив
хімічний
азотоводнева суміш водень
Першим з основних джерел
сировини для одержання синтез-газу з'явилося тверде паливо, що перероблялося в
газогенераторах водяного газу. При цьому протікають наступні реакції:
С+Н2О = СО+Н2 - Q (1.1)
2С + О2 = 2СО + Q (1.2)
С + О2 = СО2 + Q (1.3)
Такий спосіб одержання
полягає в почерговій подачі через шар твердого палива (антрациту, коксу,
напівкоксу) повітряного й парового дуття. Синтез-газ одержують на стадії
парового дуття, а необхідна температура шару палива досягається протягом стадії
повітряного дуття. Цикл роботи генератора становить 3-5 хв. Отриманий водяний
газ містить 50 -53% H2 і 36-37% СО.
Для подальшого
використання у виробництві водяний газ необхідно очистити від сірчистих сполук
і провести конверсію оксиду вуглецю відповідно до реакції
СО + Н2О = CO2 + Н2 + Q, (1.4)
а потім видалити диоксид
вуглецю повністю у випадку його застосування для синтезу аміаку або частково -
для синтезу метанолу.
Недоліками процесу є його
періодичність, низька одинична продуктивність газогенератора, а також високі
вимоги до сировини по кількості й температурі плавлення золи, його гранулометричному
складу й іншим характеристикам.
Розміри шахти
газогенератора визначаються заданою для нього продуктивністю W, що виражається
добутком кількості палива, що згоряє на 1 м2 колосникової решітки за добу, на всю площу колосникової решітки S (під площею колосникової решітки мається на
увазі перетин шахти газогенератора на рівні верхньої частини решітки, тобто
враховується тільки ефективна площа поверхні решітки):
W = Q*S (м3/добу) (1.5)
Позначивши середній
перетин генератора через f, а відношення середнього перетину f до площі
колосникової решітки S через A, одержимо A=f/S, звідки
f = A*S (1.6)
Разом з тим ; отже , тоді діаметр
генератора визначимо з рівняння:
(1.7)
Об'єм шахти генератора
визначимо з наступного вираження:
(1.8)
де Н - висота генератора.
Аналогічно знаходимо
об'єм палива в генераторі:
де Н' - висота шару
палива в генераторі;
А' - відношення
середнього перетину стовпа палива, що згоряє в генераторі, до площі
колосникової решітки.
Час перебування палива в
генераторі (у частках доби) визначають із рівняння
Відношення
об'єму газогенератора до добової витрати палива виразиться рівнянням:
, (1.9)
а
відношення об'єму генератора до об'єму палива в ньому визначиться з рівняння
(1.10)
У
випадку циліндричної шахти генератора й при завантаженні палива без великих
зазорів
Час
перебування палива в генераторі залежить від ряду факторів: роду палива,
величини шматків, вологості й ін.
При
конструюванні генераторів значення цих величин вибирають на підставі практичних
даних, зведених у табл. 1.1.
Таблиця
1.1. Основні параметри генератора
Параметр |
Кам'яне вугілля |
Торф і сурогати |
Кокс |
Буре вугілля |
Середньої якості |
Напівантрацит |
Сухий |
Середньої сухості(1 м3-275 кг) |
Вологий |
Q, м3 |
10,0-12,0 |
6,5 |
6,0 |
9,5 |
24,0 |
24,0 |
24,0 |
τ, доба |
0,40 |
0,45 |
0,50 |
0,55 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
C/τ |
1,15 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,20 |
1,20 |
1,20 |
A |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
1.2 Синтез-газ із рідких вуглеводнів
Одержання синтез-газу з
рідких вуглеводнів поширено в країнах, бідних запасами природних газів. Так,
наприклад, на початку XXI ст. у Японії 67%, а у ФРН 59% усього аміаку одержано
на базі переробки рідкого палива. Очевидно, і у виробництві метанолу в
аналогічних умовах рідкі палива мають таке ж значення.
По технологічним схемам
переробки в синтез-газ рідкі палива можна розділити на дві групи. Перша група
включає палива, що переробляються шляхом високотемпературної кисневої
конверсії. Сюди відносяться важкі рідкі палива — мазут, крекінг-залишки й т.п.
Друга група — легкі прямоточні дистиляти (нафта), що мають кінцеву температуру
кипіння не вище 200-220°С: вона включає бензини, лігроїни, суміші світлих
дистилятів. Друга група рідких палив переробляється в синтез-газ каталітичною
конверсією водяною парою в трубчастих печах.
Високотемпературна
киснева конверсія рідких палив в закордонних країнах здійснена в процесах, в
яких рідке паливо під тиском проходить через підігрівник, звідки при 400-600° С
надходить у газогенератор. Туди ж подають підігрітий кисень і перегріту водяну
пару. У газогенераторі при температурах 1350-1450° С утвориться синтез-газ,
однак при цьому виділяється також деяка кількість сажі. Газ очищають від сажі,
а потім направляють на очищення від сірчаних сполук. Після цього газ, до складу
якого входить 3—5% СО2, 45—48% СО, 40— 45% Н2, а також певні кількості метану,
азоту й аргону, проходить конверсію СО і очищення від СО2. Процес протікає під
тиском, що може досягати 15 МПа. Агрегати мають продуктивності 30 тис. м3/год
(Н2+СО) і більше. Недоліками процесу є висока витрата кисню, необхідність
виділення сажі, а також складність технологічної схеми.
2.
Технологічні розрахунки
2.1
Завдання 1
Визначити
витрату бурого вугілля, що містить 70% ваг. вуглецю, водяної пари й повітря для
одержання 1000 м3 генераторного газу наступного складу в % об.: СО - 40, Н2 –
18, N2 – 42. Склад повітря приймаємо, % об.: N2 – 79, О2 – 21.
Рішення:
Генераторний
газ одержують при взаємодії вугілля і пароповітряної суміші.
С+Н2О
= СО+Н2 - Q (I)
2С +
О2 = 2СО + Q (II)
За
умовою в 1000 м3 газу міститься 420 м3 азоту. Отже, витрата кисню повітря по
реакції (II) складе:
Відповідно,
витрата повітря
де
29 - молекулярна маса повітря.
Визначимо
витрату водяної пари по реакції (I). Вихід водню становить1 моль з 1 моль
водяної пари. 180 м3 водню, що знаходяться в 1000 м3 генераторного газу, потребують витрати такої ж кількості водяної пари, тобто витрата водяної
пари складе 180 м3 або .
Визначимо
витрату вуглецю:
- по
реакції (I):
- по
реакції (II):
Сумарна
витрата вуглецю:
96,5
+ 120 = 216,5 кг
Тоді
витрата бурого вугілля, що містить 70% вуглецю, складе:
2.2
Завдання 2
Визначити кількість
теплоти, що виділяється при газифікації твердого палива, якщо з генератора
водяного газу виходить газ, в якому міститься, % об: СО – 38; Н2 – 50; СО2 –
6,2; N2 – 5,8.
Розрахунок вести на 1000 м3 генераторного газу. Теплоти утворення (кДж/моль) СО – 110,58, СО2 – 393,79; Н2О (пара) –
242,0.
С+Н2О = СО + Н2 - Q (I)
СО + Н2О = СО2 + Н2 + Q (II)
Рішення:
По
реакції (I) з урахуванням витрати по реакції (II) утворилося СО:
380
+ 62 = 442 м3,
а по
реакції (II) – 62 м3 – СО2.
Q=(110,58*442*103/22,4)-(242,0*442*103/22,4)+(393,79*62*103/2,4)-
– (110,58*62*103/22,4) - (242*62*103/22,4)= - 2511477 кДж
Задача може бути вирішена
і іншим способом . Наприклад, в 1000 м3 газу вміщується 380 м3 СО; 500 м3 Н2; 62 м3 СО2. Для здійснення процесу використано 500 м3 водяної пари.
Кількість теплоти:
Q=
(380*103*110,58/22,4) + (62*103*393,79/22,4) – (500*103*242/22,4)
= -
2476000 кДж
2.3 Завдання
3
Визначити
розміри шахти газогенератора для газифікації 60 т коксу на добу. Насипна маса
коксу - 500 кг/м3.
Рішення:
Для заданого приклада
приймаємо кількість палива, що згоряє в добу на 1 м2 колосникової решітки, Q =12 м3 (таблиця 1.1). При насипній масі коксу, рівної 500 кг/м3,
одержимо його масу:
12*500=6000
(кг).
Час перебування палива в
генераторі τ приймаємо рівним 0,4 доби, або 9,6 год, а відношення об'єму
генератора до об'єму палива С/τ = 1,15. Звідси, С =1,15*0,40 = 0,46.
Площа
решітки генератора буде дорівнює:
60000/600
= 10м2,
а
діаметр газогенератора при А = 1 складе:
Висота
шару коксу над шлаками (без врахування зони його горіння) складе:
Н' =
12*0,40 = 4,8 (м).
Висоту
генератора визначимо з рівняння:
Література
1. Ганз С.И. Синтез
аммиака - М.: Химия, 1983, с.280.
2. Справочник азотчика. -
М.: Химия, 1986, т.l., с.510.
3. Технология связанного
азота / Под ред. В.И.Атрощенко К.: Вища шк., 1985, с.91-94
4. Расчеты
химико-технологических процессов/ Под ред. И.П.Мухленова. Л.: Химия, 1976. -304
с.
Другие работы по теме:
Особливість ринку факторів виробництва
Ринки факторів виробництва Ринки факторів – це спеціальні ринки, де на відміну від ринків продукції, з боку попиту виступають фірми, які споживають виробничі фактори, з боку позиції – власники факторів – домогосподарства. На ринках факторів визначаються ціни та обсяги використання факторів. Ринки факторів виробництва вважаються вторинними по відношенню до ринків готової продукції, тому що стан перших визначаються станом других.
Статистика оплати праці
Оплата праці та її статистика. Визначення розміру абсолютної і відносної економії (перевитрати) при умові, що для підприємства корегуючий (банківський) коефіцієнт встановлений у певному розмірі. Методи розрахунку та детальне описання формул їх розрахунку.
Буферні системи
Електронна та просторова будова молекул води. Характеристика електролітів, поняття ступеня та константи дисоціації. Кислоти, основи, солі як електроліти. Поняття водневого показника. Нейтральні, кислі та лужні розчини. Механізм дії буферних систем.
Бінарні сполуки
Бінарні сполуки як сполуки, до складу яких входять два різні елементи. Характеристика галогенідів природних – солей галоїдоводневих кислот. Що таке халькогеніди та карбіди. Оксид як бінарна сполука кисню з іншими елементами. Різновиди оксидів, їх якості.
Буферні системи
«Активна реакція середовища. організму» План: 1. Вода як універсальний розчинник. 2. Поняття електролітичної дисоціації та сили електроліту. 3. Кислоти, луги та солі у водних розчинах.
Основні поняття хімії
Реферат на тему: Основні поняття хімії План Поняття про хімічний елемент. Речовина – один із основних об’єктів хімії. Класифікація хімічних сполук. Процеси, що відбуваються під час впливу зовнішніх умов на речовини:
Сировинна база хімічної промисловості
Класифікація сировини за походженням, запасами, хімічним складом та агрегатним станом. Методи збагачення сировини. Повітря та вода – сировина для хімічної промисловості. Механічні, хімічні та фізико-хімічні методи промислової водопідготовки.
Отримання ніобію
Історія та основні етапи відкриття наобію, методика його отримання хімічним і механічним способом. Фізичні та хімічні властивості мінералу, правила та сфера його практичного використання в хімічній і металургійній промисловості на сучасному етапі.
Теорія електролітичної дисоціації
Більшість хімічних реакцій, які використовуються у якісному аналізі, протікають у водних розчинах. Якщо речовина розчиняється у воді чи іншому розчиннику, то утворюється однорідний гомогенний розчин. Розчини не можна розглядати як прості механічні суміші. Процес розчинення завжди супроводжується виділенням чи поглинанням теплоти.
Окиснення вугілля
Реферат на тему: Окиснення вугілля Серед процесів переробки вугілля важливе місце займає окиснювальна деструкція, як з метою вироблення енергії (спалення, газифікація), так і для виробництва хімічних продуктів (синтез-газ, бензолкарбонові кислоти і ін.). Окиснення вугілля при добуванні, транспортуванні і зберіганні приводить до його самозаймання або втрати технологічних властивостей.
Гумінові кислоти, бітуми, гірський віск
Реферат на тему: Гумінові кислоти, бітуми, гірський віск Слабкі водні розчини лугу витягують з торфу і бурого гумусового вугілля групу речовин, що носять загальну назву гуматів солей гумінових кислот (ГК). На свіже кам'яне вугілля і антрацити луги практично не діють, що свідчить про відсутність в них фрагментів, з кислотними функціями.
Хімія та екологія
Реферат з хімії “” У живій і неживій природі відбуваються різні фізичні, хімічні та біологічні процеси, які у більшості випадків взаємозв’язані й перебувають у нестійкій рівновазі; спостерігається так званий колообіг хімічних елементів і речовин, наприклад кисню, води, оксиду карбону(IV)тощо.
Технологія зв'язаного азоту
Одержання водню конверсією метану. Промислові види каталітичної переробки газоподібних або рідких вуглеводнів. Технологічна схема двоступінчастого методу конверсії природного газу. Одержання водню та азотоводневої суміші газифікацією твердих палив.
Ароматичні вуглеводні
Опорний конспект на тему: "Ароматичні вуглеводні" Виконав: учень 10 - А класу середньої школи № 96 Коркуна Дмитро Ненасичені вуглеводні – це органічні сполуки, що складають ся з Карбону і Гідрогену, в яких атоми Карбону не повністю насичені атомами Гідрогену.
Ароматичні вуглеводні
Опорний конспект на тему: "Ароматичні вуглеводні" Виконав: учень 10 - А класу середньої школи № 96 Коркуна Дмитро Ненасичені вуглеводні – це органічні сполуки, що складають ся з Карбону і Гідрогену, в яких атоми Карбону не повністю насичені атомами Гідрогену.
Система запалення
Система запалення призначена для запалювання робочої суміші, стиснутої в циліндрах. Запалювання робочої суміші здійснюється в кінці такту стиску електричним розрядом іскрою, що проскакує між електродами свічки запалювання.
Синтез аміаку
Швидкість реакції синтезу аміаку. Вплив тиску, температури та концентрації аміаку на протікання реакції. Оптимальне співвідношення реагентів. Розрахунок кількості теплоти при синтезі аміаку. Обчислення константи та продуктивності колони реакції синтезу.
Опис технології виробництва твердих сирів
Опис технології виробництва сиру "Звенигородський" Молоко приймається згідно ГСТУ 46.069 - 2003, підлягає органолептичній оцінці, хімічним аналізам та мікробіологічним дослідженням, потім само течією через марлеві фільтри потрапляє в молокоприймальний бак і зважується на вагах РП - 3000.
Хімічне виробництво і хімічна технологія
Розвиток хімічних виробництв і технології. Сучасний стан хімічного промислового комплексу України. Склад та структура хімічного виробництва. Головні експлуатаційні та соціальні показники ефективності: надійність, ступінь автоматизації, екологічність.
Система технологій
Розкриття сутності кристалізації, висушування, мембранізації, їх використання у різних галузях промисловості. Енергетичне господарство підприємств, його завдання. Розрахунки споживання енергії. Балансовий метод - визначення потреб в різних видах енергії.
ЗНО химия 2008 с ответами
Правильні відповіді на тестування з хімії 2008 року Зміст завдання, правильна відповідь, відповідність завдання програмі з хімії зовнішнього незалежного оцінювання 2008р.
ЗНО химия 2008 с ответами дополнительная сессия
Правильні відповіді на тестування з хімії 2008 року (додаткова сесія) Зміст завдання, правильна відповідь, відповідність завдання програмі з хімії зовнішнього незалежного оцінювання 2008р.
Профілактична дезінфекція та її значення
РЕФЕРАТ на тему: “Профілактична дезінфекція, та її значення”. Профілактичну дезінфекцію здійснюють систематично в місцях ймовірно присутності патогенних мікроорганізмів (громадські туалети, вокзал, школи, спортзали). Для дезінфекції використовуються фізичні та хімічні методи. До фізичних методів належить механічне усунення збудника (миття, чищення щіткою, витрушування, фільтрація), спалювання, кип’ятіння, обробка в пароповітряній камері.
Жири і мила
РЕФЕРАТ на тему “Жири і мила” Жири Жири в природі. Фізичні властивості. Жири дуже поширені в природі. Разом з вуглеводнями й білками вони входять до складу всіх рослинних і тваринних організмів і становлять одну з основних частин нашої їжі.
Кортизон та Q10 спільний вплив на регуляцію організму
Доповідь по Біохімії студента ФПН-2 Заклецьеого Олександра На тему : Кортизон та спільний вплив на на регуляцію організму .” м . Київ 1998 р Кортизон є гормоном , що синтезується корою надниркових заліз ; він є стероїдним гормоном ( точнійше кортикостероїд ) .
Санітарно-протиепідемічний режим його мета засоби забезпечення
Тема: Санітарно-протиепідемічний режим, його мета, засоби забезпечення Санітарно-протиепідемічний режим – це комплекс організаційних, санітарно-профілактичних, гігієнічних та протиепідемічних заходів, які направлені на попередження внутрішньо лікарняної інфекції. Санітарно-протиепідемічний режим включає вимоги до санітарного стану території, на якій розміщена лікарня, внутрішнього обладнання лікарні, освітлення, опалення, вентиляції, санітарного стану приміщень.
Водневий двигун
План Трохи техніки. Водень як паливо. Замість паливного бака. Паливний елемент. ТРОХИ ТЕХНІКИ Америка визначила собі завдання: у найближчі 10—15 років позбутися нафтової залежності. Єдиний вихід — якомога швидше запустити в серійне виробництво водневий автомобіль. Європа боїться відстати, крім того, європейцям доводиться виконувати прийняті в них норми на викид шкідливих речовин автотранспортом, які постійно стають більш жорсткими.
Хвороби нирок та сечовивідних шляхів
ФІТОТЕРАПІЯ Фітотерапія (лікування рослинами) така ж давня, як і історія людської цивілізації. Власне, медицина, її витоки беруть свій початок з фітотерапії. Втішним є те, що фітотерапія користується особливим визнанням того, хто, власне, є її спадкоємним автором, - народу.
Органогенні елементи
еферат з хімії Органогенні елементи Органогенні елементи – це перша група хімічних елементів живих організмів (кисень, водень, вуглець, азот). Подібність елементарного хімічного складу клітин всіх організмів свідчить про єдність живої природи з ним немає природного хімічного елементу, живих організмів які б на зустрічалися в тілах живоїт природи.
Підготовка рук хірурга та обробка операційного поля
ПІДГОТОВКА РУК ХІРУРГА ТА ОБРОБКА ОПЕРАЦІЙНОГО ПОЛЯ Руки хірурга найбільш часто і най-раніше контактують з раною. Тому їх підготовці до операції приділяється велика увага. Існує безліч способів обробки рук — механічні, хімічні та змішані. Класичними, які зараз у їх оригінальному вигляді не використовуються, але елементи яких присутні майже в усіх сучасних способах, є спосіб Фюрбрінгера і його модифікація — спосіб Альфельда.