Муніципальнеосвітня установа
Новосафоновскаясередня загальноосвітня школа
Виробництвоаміаку: коротка характеристика
Прокоп'євськурайон 2006
Зміст
Введення
1.СПОСОБ отримання аміаку
2. Сучасний процес отримання аміаку
Список використаної літератури
Введення
Загальною економічною задачеюкожного хімічного підприємства є отримання хімічних речовин високої якостіі в достатній кількості, щоб їх реалізація приносила прибуток. З цим пов'язановимога, щоб всі ресурси використовувалися як можна більш ефективно. Однакцього можна досягти лише в тому випадку, якщо максимально ефективний сам хімічнийпроцес. У хімічній промисловості замість поняття В«реагентиВ» набагато частіше використовуютьсятерміни В«вихідні матеріалиВ», В«сировинні матеріалиВ» або просто сировину В», іноді -В« руда В».Щоб небудь процес був економічно виправданий, необхідно досягти оптимальноговиходу цільового продукту із сировинних матеріалів. Оптимальний вихід не обов'язковозбігається з теоретичним виходом або навіть з максимально досяжним виходом. Отриманнямаксимально досяжного виходу може, наприклад, вимагати занадто великої витратиякогось дорогого вихідного матеріалу, або ж занадто тривалого проведенняпроцесу, або ж створюються екстремальні умови (дуже високі температури аботиску), чреваті небезпечними аварійними ситуаціями і т.п., - все це може зробитимаксимально досяжний вихід економічно невигідним.
Фактичний вихід кожногоконкретного хімічного процесу може залежати від цілого ряду чинників, головніз них - температура, тиск, присутність каталізатора, чистота вихідних матеріалів,ефективність вилучення кінцевого продукту. Промислове виробництво речовин увазівідмінне знання теоретичних закономірностей перебігу хімічних реакцій (енергетикахімічних реакцій, хімічна кінетика і каталіз, хімічна рівновага).
Всі перераховані нижче факториважливі, особливо, якщо мова йде про такі багатотоннажних виробництвах, таких,як, наприклад, виробництво аміаку.
Проектувальники хімічнихпідприємств створюють надпотужні установки з виробництва аміаку. Так, наприклад,створені установки, що виробляють 1000-1200 тонн аміаку на добу. В даний часу всьому світі щорічно виробляється близько 5 млн. тонн аміаку.
1. Способи отриманняаміаку
аміак ціанаміднийпроцес десульфуранти
Першим промисловим процесом,який використовувався для отримання аміаку, був ціанамідний процес. При нагріваннівапна СаО та вуглецю отримували карбід кальцію СаС2. Потім карбід нагрівали в атмосферіазоту і отримували ціанамід кальцію СаСN2; далі аміак отримували гідролізом ціанаміду:
СаСN2 (тв) + 3Н2О = 2NН3 ↑ + СаСО3 (тв)
Цей процес вимагав більшихвитрат енергії та економічно був невигідний.
У 1908 р. Німецький хімік Ф.Габер виявив, що аміак можна отримувати з водню і атмосферного азоту на залізномукаталізаторі. Перший завод з виробництва аміаку цим методом використовував водень,який отримували електролізом води. У наслідку водень стали одержувати з водишляхом відновлення коксом. Такий спосіб отримання водню набагато економічніше.Після відкриття Габера стрімко стало зростати виробництво аміаку, це не дивно,оскільки величезні кількості аміаку необхідні для отримання азот містять добрив.На виготовлення їх використовується приблизно 80% всього отримуваного в світі аміаку.Разом з азотовмісними добривами в грунт вноситься в розчинній формі азот,в якому потребує більшість рослин. Решта ≈ 20% виробленого аміакувикористовуються для отримання полімерів, вибухових речовин, барвників та інших продуктів.
Сучасний процес отриманняаміак заснований на його синтезі з азоту і водню з використанням спеціальногокаталізатора:
N2 + 3Н2 ↔ 2NН3 ↑ + 45,9 кДж (1)
Оскільки дана реакція оборотна,виникає питання: за яких температурах і тиску вигідніше всього добиватися максимальноговиходу
продукту? Так як реакція екзотермічна,то виходячи з принципу Ле Шательє ясно, що чим нижча температура процесу, тим більшерівновага буде зрушуватися в бік утворення аміаку, і можна припустити,що слід максимально знижувати температуру. Але насправді все обстоитскладніше: при низьких температурах реакція практично не йде, тому доводитьсяприймати компромісне рішення. Оскільки для встановлення оптимального станурівноваги реакції потрібна низька температура, а для досягнення задовільноїшвидкості - висока температура, на практиці процес проводять при температурі ≈400 - 500 оС.
Але навіть при такій високійтемпературі для досягнення достатньої швидкості реакції потрібна присутність спеціальногокаталізатора. В якості каталізатора використовується губчасте залізо, активованийоксидами калію та алюмінію.
З рівняння реакції видно,що загальне число молей зменшується від 4 до 2. Згідно з принципом Ле Шательє в такомувипадку процес вигідно проводити, підвищуючи тиск. Але цей висновок лише якісний,анна практиці потрібно точно знати, наскільки збільшиться вихід NН3 (на 10% або всього на 0,1%) при збільшеннятиску. У таблиці 1 кількісно показано вплив температури і тиску на вихідаміаку (процентний вміст аміаку в рівноважної суміші) по реакції.
З цієї таблиці видно, щопідвищення температури при будь-якому тиску помітно знижує вміст аміаку в газовійсуміші, однак при температурах нижче 500 оС швидкість реакції дуже мала, томуна практиці процес зазвичай проводять при температурі 450 оС.
Таблиця 1
Температура,
оС
Зміст аміаку в об'ємно. % При різнихтисках
1 атм
100 атм
300 атм
800 атм
400
0,41
25,4
48,2
79,3
450
0,21
16,1
35,9
62,7
500
0,12
14,9
25,8
51,1
550
0,07
6,8
18,2
40,2
600
0,05
4,5
12,8
30,9
Що стосується тиску, тотут використовується тиску порядка 300 - 100 атм, але найчастіше В«середнєВ» тиск≈ 250 атм. Хоча при цих умовах тільки близько 20% вихідних речовин перетворюєтьсяв аміак, проте в результаті використання циркуляційної технологічної схеми(Введення непрореагіровавшіх Н2 і N2 знову в реакцію) сумарна ступінь перетворення вихідних речовин у аміакє дуже високою.
2. Сучасний процесотримання аміаку
Робота сучасного аміачногозаводу дуже складна. Це твердження здається дивовижним, якщо В«орієнтуватисяВ»тільки лише на досить просто виглядає рівняння реакції (1), що є основоюсинтезу аміаку. Однак твердження про складність промислового синтезу аміаку нездасться надмірним вже після першого ознайомлення зі схемою дії аміачногозаводу, що працює на природному газі (рис.1). Перша стадія в процесі синтезуаміаку включає десульфуранти. Десульфуранти - технічний пристрій по видаленнюсірки з природного газу. Це абсолютно необхідна стадія, оскільки сірка являєсобою каталітична отрута і В«отруюєВ» нікелевий каталізатор на наступній стадіїотримання водню.
Друга стадія промисловогосинтезу аміаку припускає конверсію метану (промислове отримання водню).Конверсія метану - це оборотна реакція, що протікає при 700 - 800 оС і тиску30 - 40 атм за допомогою нікелевого каталіз...
