- •1. Основные понятия
- •Модуль 2
- •Примеры расчетов с использованием стехиометрии химических процессов
- •Примеры термодинамических расчетов ХТП
- •Практические индивидуальные задания
- •4. Закономерности протекания гетерогенных технологических процессов
- •4.1. Основные понятия. Стадии гетерогенного процесса
- •4.2. Кинетические модели гетерогенных процессов
- •Модуль 3
- •1. Общие представления о химическом агрегате и реакторе.
- •Модели реакторов
- •Примеры технологических расчетов химических реакторов
- •Nq = 2 • 1,6 • 349 • 0,55 • 24 = 14745,6 (моль/сут) = 14,75 (кмоль/сут).
- •Индивидуальные практические задания
- •3. Анализ химико-технологической системы
- •4. Создание химического производства как химико-технологической системы
- •4.1. Основные задачи синтеза химико-технологической системы
- •4.2. Принципы создания химического производства
- •Индивидуальные практические задания
- •Модуль 5.
- •1.3. Получение спиртов
- •2.1с Технология производства серной кислоты
- •2.2. Технологические модели синтеза аммиака
- •2.4. Получение фосфорной кислоты и фосфорных удобрений
- •Индивидуальные практические задания
- •Модуль 6
- •1. Технологические процессы переработки отходов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств
- •1.2. Основные методы н технологии утилизации
- •2. Технологические процессы переработки отходов основного неорганического синтеза
- •2.1. Технологические процессы переработки отходов сернокислотного производства
- •2.2. Технологические процессы переработки отходов производства фосфорной кислоты
Отходы потребления пластмассовых изделий могут быть перера ботаны следующими методами: измельчением с последующей депо лимеризацией или растворением, химическим модифицированием, термообработкой.
Например, отходы капроновых изделий подвергают деполимери зации в присутствии фосфорной кислоты, образующийся капролак там очищают и вторично используют в производстве.
Для утилизации полимерных отходов, так же как и отходов эла стомеров, могут быть использованы методы прямого сжигания или пиролиза с получением в зависимости от условий его проведения жидкого топлива или твердых углеродсодержащих материалов.
В связи с недостаточной организацией централизованного сбора полимерных отходов их вторичное использование и переработка за труднены.
2. Технологические процессы переработки отходов основного неорганического синтеза
К многотоннажным отходам основного неорганического синтеза можно отнести:
•отходы сернокислотного производства (огарки, образующиеся при сжигании пирита);
•отходы при получении фосфорных минеральных удобрений, об разующиеся при обогащении апатитовых руд, и при получении фос форной кислоты экстракционным методом - фосфогипс;
•отходы производства калийных удобрений - галит.
Рассмотрим кратко основные технологические процессы перера ботки и утилизации огходов сернокислотного производства и произ водства фосфорных удобрений.
2.1. Технологические процессы переработки отходов сернокислотного производства
Как уже отмечалось, основными твердыми отходами сернокис лотного производства являются огарок, образующийся при сжигании пирита, и шлам, образующийся в циклонах, электрофильтрах и баш нях промывки.
При обжиге серного колчедана отходы пиритных огарков состав ляют 70 % от массы колчедана. На 1 т производимой кислоты выход огарка составляет 0,55 т.
В качестве сырья для производства серной кислоты наряду с сер ным колчеданом используют отходы, образующиеся при обогащении сульфидных руд и каменных углей, поэтохму можно выделить три вида пиритных огарков (из колчеданов, из флотационных хвостов обогаще ния сульфидных руд, углистые огарки), значительно отличающихся по химическому составу и физическим характеристикам. Огарки первых двух видов характеризуются высоким содержанием меди, цинка, се ребра, золота и других металлов.
Основные пути переработки и утилизации огарков:
•извлечение цветных металлов;
•использование огарков в производстве чугуна и стали;
•использование в цементной и стекольной промышленности;
•использование в сельском хозяйстве и др.
Для извлечения ценных компонентов из пиритных огарков ис пользуют различные методы обжига (хлорирующий, сульфатизирующий и др.).
Для извлечения меди и благородных металлов наиболее широко используют метод хлорирующего обжига огарка, что обеспечивает не только извлечение металлов, но и обессеривание отхода.
Перед хлорирующим обжигом к огарку добавляется хлорид натрия NaCl (до 20 %). При обжиге в присутствии NaCl медь и другие металлы переходят в хлориды, сера образует сульфат натрия. Оптимальная темпе ратура обжига составляет 550-600 °С. Смесь подогревают до 200-300 °С , а затем процесс протекает в автотермическом режиме за счет теплоты ре акций. Обжиг сопровождается выделением газов S02, S03, НС1, которые поглощают водой с получением смеси кислот (НС1, H2S03 и H2S04), ко торую используют для выщелачивания меди.
Рассмотрим химизм процесса. Вначале происходит окисление сульфидов и образование хлорида железа по следующим реакциям:
2MeS + 302 -> 2МеО+ 2S02; |
( 6. 1) |
МеО + S02 + 0,5О2 MeS04; |
(6.2) |
S02 + 0,5O2 -> S03; |
(6.3) |
Fe2(S04)3 + 6NaCl -> 3Na2S04 + 2FeCl3. |
(6.4) |
Затем происходит взаимодействие газовой фазы (02, S02, S03) Н20) с шихтой, которое сопровождается образованием следующих веществ:
2NaCl + S02+02-> Na2S04 + Cl2; |
(6.5) |
4NaCl + 2S03+02 -> 2Na2S04+2Cl2; |
(6.6) |
2NaCl + SOz + H20 -► Na2S03+ 2HC1; |
(6.7) |
4FeCl3 +302—»-Fe20 3 + 6C12. |
(6.8) |
Образовавшиеся Cl2 и HC1 взаимодействуют с оксидными и суль фидными соединениями находящихся в огарке металлов:
MeS + С12+1,502 -» МеС12 + S03; |
(6.9) |
MeS + Cl2 + 0 2 -»■ МеС12 + S02; |
(6.10) |
MeS + 2НС1 + 1,502 МеС12 + S02 + Н20; |
(6.11) |
МеО + 2НС1 —>МеС12 + Н20; |
(6.12) |
2Ме + ЗС12 —►2МеС13. |
(6.13) |
Суммарно процесс хлорирующего обжига, например, для меди, содержащейся в огарке, можно выразить следующей реакцией:
Си + 2S + 4NaCl + 3,502 + Н20 -> СиС12 + 2Na2S04 + 2НС1. (6.14)
В результате обжига 85-90 % меди превращается в водораство римую соль СиС12, которую выщелачивают из обожженного огарка теплой водой, а затем разбавленной кислотой. Выщелачивание уско ряется при повышении температуры. Полученный экстракт обраба тывают железным скрапом для выделения меди. Образующаяся медь может содержать до 30 % примесей и может быть использована для
получения медного купороса или отправлена на доочистку или пере плавку. Отработанный раствор содержит до 100 г/л Na2S04. Его вы паривают для получения кристаллогидрата Na2S04*10Н2О.
Степень извлечения меди из огарка составляет 95-96 %. Обрабо танный огарок может быть использован в доменном производстве в качестве агломерата после сушки и брикетирования. При перера ботке 1 г огарка, содержащего 0,5 % Си можно получить до 4,5 кг ме ди и 900 кг агломерата.
Разработан и ряд более прогрессивных процессов обработки пиритных огарков хлористым водородом в аппаратах кипящего слоя. При этом в паровую фазу в свободном состоянии выделяются хлори ды тяжелых металлов, и может быть получен оксид железа, пригод ный для использования в сталеплавильном производстве.
Хлориды металлов, находящиеся в газовой фазе, поглощают во дой в абсорбере. Выделение цветных металлов из полученного рас твора может быть проведено рядом способов в зависимости от того, в каком виде они должны поступать потребителям. Используемый в процессе НС1 практически полностью регенерируется.
Разработаны технологии переработки огарков с получением неор ганических пигментов - железного сурика, охры. Мелкая фракция огарка измельчается, промывается горячей водой, затем подсушива ется и обжигается при 800-900 °С во вращающейся печи. Получен ный полуфабрикат содержит до 90 % Fe20 3, его размалывают и сме шивают с наполнителем для получения необходимых оттенков.
2.2. Технологические процессы переработки отходов производства фосфорной кислоты
Основными многотоннажными твердыми отходами при произ водстве фосфорной кислоты и фосфорных минеральных удобрений являются нефелиновый концентрат и фосфогипс.
Основным источником сырья для получения фосфорных удобре ний и фосфорной кислоты являются апатиты, которые, например, на Кольском полуострове представлены в виде апатитонефелиновой горной породы. При флотационном обогащения сырья в качестве от
хода накапливается нефелин и нефелиновый концентрат. В процессе обогащения до 58-60 % добытой и измельченной руды накапливается в хвостохранилищах обогатительных фабрик и фактически не ис пользуется.
При производстве фосфорной кислоты экстракционным методом накапливается фосфогипс (см. модуль 5).
На 1 т Р2О5 в фосфорной кислоте в зависимости от используемого сырья получают от 3,6 до 6,2 т фосфогииса в пересчете на сухое ве щество (7,5-8,4 т в пересчете на дигидрат).
В зависимости от условий получения фосфорной кислоты при обра ботке апатитового концентрата серной кислотой может образовываться дигидрат CaS04*2H20, полугидрат CaSO40,5H2O или безводный сульфат кальция (ангидрит). Эти отходы представляют собой мелкокристалличе ский комкующийся порошок влажностью до 25-40-%. В пересчете на сухое вещество они содержат до 94 % CaS04. Основными примесями в них являются непрореагировавшие фосфаты, соединения фтора и стронция, фосфорная кислота, органические вещества. В них присут ствуют соединения марганца, молибдена, кобальта, цинка, меди, редко земельных и некоторых других элементов.
В настоящее время эффективно используется менее 20 % обра зующегося фосфогипса, основная масса вывозится на полигоны захо ронения твердых промышленных отходов.
Способы утилизации и переработки фосфогипса. Рассмотрим существующие технологии и перспективные способы переработки и утилизации фосфогипса.
Основные методы переработки фосфогипса:
•использование в производстве строительных материалов: гипсо вых вяжущих, в цементной промышленности в качестве добавки;
•получение серной кислоты и цемента;
•получение серной кислоты и извести;
•получение серы;
•производство сульфата аммония и использование его в качестве удобрения;
•в сельском хозяйстве.
Высокое содержание в фосфогипсе соединений фтора и Р20 5 пре пятствует прямому использованию отхода в строительстве. Для сни жения их содержания отход предварительно обрабатывают водой, кислотами или щелочами.
Для использования в цементном производстве фосфогипс грану лируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания влаги около 5 %. Применение фосфогипса позволяет сократить расход топ лива, повышает производительность печей и качество цементного клинкера.
Получение серной кислоты и цемента. Для получения цементного клинкера и диоксида серы приготовляют шихту, содержащую фосфоангидрит, кокс, песок и глину. Технологический процесс включает в себя стадии сушки гипса, размола добавок и подготовки сырья для обжига. В процессе обжига шихты при температуре до 1400-1450 °С идет вос становление сульфата кальция коксом и образование клинкера. Присут ствующие в шихте песок и глина способствуют интенсификации проте кающей при обжиге конверсии сульфата кальция.
Рассмотрим химизм процесса:
CaS04 + 2С CaS + 2С02; |
(6.15) |
CaS + 3 CaS04 —►4СаО + 4S02. |
(6.16) |
Образующийся диоксид серы может взаимодействовать с суль фидом кальция:
CaS + 4S02 —►CaS04 + S^,. |
(6.17) |
При 900 °С скорости процессов (6.16) и (6.17) близки, при более высокой температуре преобладает первый из них. Процесс сопровож дается побочными реакциями:
С02 + С —►2СО; 3CaS + CaS04 —+4СаО + 2S2; S2 + С —►CS2.
При температурах обжига 1100 °С протекает также частичное термическое разложение фосфоангидрита: CaS04 —>СаО + S03. Так как на побочные реакции расходуется углерод, в процессе обжига используется избыток кокса по сравнению со стехиометрическим его количеством на 20-30 % согласно суммарной реакции:
2CaS04+C —»2CaO + 2S02 + C02. |
(6.18) |
В качестве топлива для обжиговой печи используют мазут, газ или распыленный уголь. Получающийся клинкер размалывают. В процессе обжига регулируют подачу кислорода. Высокое его содержание в обжи говом газе приводит к выгоранию серы и образованию сульфата кальция (CaS + 202 —►CaS04), который способен откладываться на стенках печи в виде наростов. Поэтому обжиг ведут при содержании в газовой фазе 0,5-0,6 % кислорода. При 1200 °С в присутствии 20-30%-го избытка восстановителя получают газ концентрацией 10-13 % S02. Остаточное содержание серы в твердой фазе составляет 0,2- 0,5 % .
Горячий газ, содержащий диоксид серы, очищают в циклонах и электрофильтрах и подают на сернокислотную установку. На полу чение 1 т 98%-й серной кислоты расходуется 1,6 т фосфоангидрита, 0,14 т глины, 0,08 т песка, 0,11 т кокса, 85 м3 воды, 160 кВт ч электро энергии и 6,3 ГДж.
На рис. 6.5, а представлена принципиальная схема переработки фософгипса с получением серной кислоты.
На ряде зарубежных предприятий налажено производство суль фата аммония из фосфогипса. Процесс основан на взаимодействии фосфогипса и карбоната аммония (или NH3 и С02) при атмосферном или повышенном давлении. Существуют два способа:
жидкостной
CaS04+ (NH4)2C03 -> (NH4)2S04 + CaC03 |
(6.19) |
и газовый
2NH3 + С02 + Н20 + CaS04 -+ СаС03 + (NH^SC^. |
(6.20) |
Жидкостной способ имеет ряд преимуществ, так как при его реа лизации легче обеспечить отвод тепла экзотермических реакций пу тем циркуляции свежего раствора (NH4)2C03. Кроме того, образую щиеся при газовом способе мелкие кристаллы СаС03 плохо отфильт ровываются и отмываются. Принципиальная технологическая схема переработки фосфогипса в сульфат аммония представлена на рис. 6.5, б. Раствор (NH4)2C03 проходит серию реакторов, где взаи модействует с размолотым фосфогипсом. Менее растворимый карбо нат кальция, образующийся в результате реакции, выпадает в оса-
док. Его отделяют фильтрованием 35-40%-го раствора (NH4)2S04, который нейтрализуют серной кислотой (для удаления избытка NH3) и концентрируют в многокорпусной выпарной установке. Получен ные кристаллы (NH4)2S0 4 после центрифугирования высушивают. Для получения 1 т сульфата аммония расходуется 1340 кг гипса, 340 кг С02, 60 кг H2S0 4 и 260 кг NH3.
Рис. 6.5. Схемы утилизации отходов производства экстракционной фосфорной кислоты:
а - при переработке фосфоангидрита в серную кислоту и цемент: 1 - сушилка; 2 -силосы; 3 - мельница; 4 - электрофильтры; 5 - циклон;6 - вращающаяся печь; 7 -смеситель; в - холодильник; 9 - су
шильная башня; 1 0 - конвертер; 11 - абсорбер; б - при переработке фосфогипса в сульфат аммония: 1 - реактор для приготовления (N144) 2 0 0 3 ; 2 - мельница; 3 - реакторы двойного замещения; 4 - ба
рабанный фильтр; 5 -реактор-нейтрализатор; 6 - многокорпусный выпарной аппарат; в - при переработке фосфогипса в сульфид
кальция: 1 - реактор I; 2 - циклон; 3 - реактор II
Наиболее экономически целесообразно для получения сульфата аммония использовать аммиак, образующийся в качестве побочного продукта в коксохимическом производстве.
При получении из фосфогипса 1 т сульфата аммония выделяется 760 кг высококачественного осажденного мела, который может быть использован в производстве строительных материалов, для известко вания почв и других целей.
Производство серной кислоты и извести. Фосфогипс восстанавли вают коксом или продуктами конверсии природного газа (рис. 6.5, в):
CaS04 + 2С —>CaS + 2С02; |
(6.21) |
|
CaS04 + 4СО -> CaS + 4С02. |
(6.22) |
|
Образующийся сульфид кальция обрабатывают водой в присутст |
||
вии диоксида углерода: |
|
|
CaS + Н20 + С02 |
СаСОз + H2S. |
(6.23) |
Полученный сероводород окисляют до S02 в печах: |
|
|
H2S + 1,5 0 2 |
S02 + Н20. |
(6.24) |
Далее газ, содержащий диоксид серы, подают на сернокислотную установку получения серной кислоты контактным способом.
В сельском хозяйстве фосфогипс используют для гипсования со лонцовых кислых почв. При внесении фосфогипса в почве происхо дит постепенное образование хорошо растворимого в воде сульфата натрия. Присутствие в фосфогипсе соединений фосфора повышает положительный эффект от его внесения в почву.
Способы утилизации и переработки нефелинового концен трата и хвостов обогащения апатитовых руд. В настоящее время образуется более 10 млн т/год нефелиновых концентратов и хвостов обогащения апатитовых руд только на Кольском полуострове. Хими ческий состав нефелинового концентрата представлен в табл. 6.2. Наряду с перечисленными компонентами нефелиновый концентрат содержит редкоземельные элементы, извлечение которых способно обеспечить экономический эффект и создать рентабельное произ водство.
Таблица 6.2
Химический состав нефелинового концентрата
Компонент |
Содержание, % |
Компонент |
Содержание, % |
Si02 |
44-46 |
FeO |
0,5-0,7 |
А12Оз |
28,5-29,0 |
Р20 5 |
0,20-0,25 |
Fe20 3 |
2,1-2,5 |
МпО |
0,3-0,7 |
СаО |
1.4-1,7 |
MgO |
0,1-0,5 |
Na20 |
11,5- 12,0 |
Н20 |
0,3-0,4 |
К20 |
7,0-7,5 |
F 2 |
0,1-0,5 |
ТЮ2 |
0,4-0,6 |
Прочие |
1,7-2,4 |
В настоящее время разработаны технологии комплексной перера ботки нефелинового концентрата с получением целого спектра то варных продуктов: глинозема, минеральных азотных удобрений, ка лиевой и натриевой селитры, минеральных фосфорных удобрений, соды, поташа, концентрата редкоземельных элементов. Одна из схем переработки нефелинового концентрата при его разложении азотной кислотой представлена на рис. 6.6.
Нефелиновые концентраты используют в стекольных производст вах как щелочные и алюминатные компоненты шихты, более эконо мичные по сравнению с традиционными (кварцевым песком, содой и др.). В керамических производствах нефелиновое сырье заменяет полевой шпат при получении ряда материалов и изделий, включая санфаянс, глазури и эмали, а также при получении облицовочной плитки для стен и полов. Более низкая температура плавления нефе лина по сравнению с полевым шпатом обеспечивает возможность обжига керамических масс и изделий, полученных на его основе, при пониженных температурах, что приводит к значительному снижению энергетических затрат.
Измельчение и магнитная сепарация позволяют получить молотый маложелезистый продукт, используемый преимущественно в производ стве сантехнических материалов и изделий.
Рис. 6.6. Схема переработки нефелинового концентрата
Одним из перспективных направлений является переработка нефе линовых концентратов и хвостов обогащения апатитовых руд с получе нием флококоагулянтов - препаратов, обладающих одновременно свой ствами коагулянта и флокулянта, которые могут быть использованы для очистки питьевых и сточных вод промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных предприятий от мелковзвешенных веществ, по верхностно-активных веществ (ПАВ), нефтепродуктов, окрашенных примесей, а также для сгущения различных типов минеральных и орга нических суспензий.
При кислотной обработке нефелиновых концентратов или нефе линовых хвостов (НХ) обогащения образуются растворы, содержа щие сульфаты или хлориды алюминия и поликремниевую кислоту, которые проявляют свойства коагулянтов (сульфаты или хлориды алюминия) и флокулянтов (поликремниевая кислота).
В настоящее время разработаны несколько вариантов кислотной технологии переработки нефелинового концентрата. Технологии ори ентированы на использование стандартного оборудования и могут быть реализованы в модульном исполнении.
По одному из вариантов получают раствор очищенного нефели нового коагулянта, а также алюминиевые квасцы и аморфный крем незем. По другому варианту в качестве основного продукта произво дят раствор алюмокремниевого коагулянта-флокулянта - РНК.
Кислотная обработка нефелиновых отходов может быть осущест влена как серной, так и соляной кислотами. При этом будут полу чаться флококоагулянты на основе сульфатов или хлоридов алюми ния. При определенном соотношении кислота: нефелин могут быть получены гидроксохлориды или гидроксосульфаты алюминия.
При получении гидроксохлорида алюминия нефелиновый кон центрат подвергается двухстадийной обработке соляной кислотой. На первой стадии кислотной обработке подвергают половину нефелино вого концентрата, в результате чего образуются хлориды щелочных металлов и низкоосновные гидроксохлориды алюминия типа А1(ОН)С12. На второй стадии к суспензии добавляют вторую полови ну нефелинового концентрата, при этом протекает следующая реак ция:
Al(OH)Cl2+(Na,K)[AlSi04] = (Na,K)Cl+Si02+Al2(0H)5Cl. (6.25)
Разложение нефелинового концентрата концентрированной соля ной кислотой (27,7 % НС1) проводят в реакторах с механическим пе ремешиванием при температуре 90-100 °С в течение 15-20 мин на первой и второй стадиях разложения. Для поддержания массы
вжидкоподвижном состоянии в реактор подают острый пар. Выхо дящая из реакторов смесь, выдерживается в камере дозревания в те чение 1 ч при 90 °С, из которой выгружается сыпучий продукт - смесь гидроксохлорида алюминия с нерастворимым остатком, содер жащим не менее 15 % А120 3.
Для получения очищенного гидроксохлорида алюминия продукт из камеры дозревания сушат при 160-170 °С в сушилке барабанного типа. Высушенную массу выщелачивают горячей водой в противоточном ба рабанном аппарате в течение 1 ч при 90 °С и отношении Ж/Т = 2. Крем неземистый шлам - сиштоф - репульпируют и выводят из процесса. Раствор, содержащий 6 % твердой фазы, поступает в отстойник. Жид кую фазу из отстойника подвергают вторичному контрольному фильт рованию, а сгущенную часть с Ж/Т = 2 направляют для повторного вы щелачивания. Фильтрат гидроксохлорида алюминия с содержанием не менее 10 % А12Оэ подается в сборник готового продукта.
На основе нефелина могут быть получены растворы алюмината натрия, которые также можно использовать в качестве коагулянтов. Алюминат натрия получают способом высокотемпературного спека ния нефелина с известняком и содой. Поскольку в нефелине (Na,K)2OAl20 3*2Si02 молярное отношение Ме20/А120 3 = 1, т.е. такое же, как и в алюминате, а содержание железа в руде незначительно, то можно осуществить спекание двухкомпонентной шихты, состоящей из нефелинового концентрата и известняка. Последний дозируется
вмолярном соотношении CaO/Si02 = 2 из расчета получения двух кальциевого силиката. Образование этого соединения позволяет се лективно отделить кремнезем от алюмината в процессе выщелачива ния спеков.
Шихту, состоящую из нефелинового концентрата и известняка,
вкоторой молярное отношение (Na20+K20)/Al20 3 составляет 1±0,05 и
Ca0/Si02 - 2±0,05, спекают в интервале температур 1250-1300 °С во вращающейся барабанной печи. В результате спекания образуется спек, состоящий из алюминатов калия и натрия, а также двухкаль циевый силикат:
(Na,K)20 AI20 3*2Si0 2+4CaC03 =
= (Na, K)20 A I20 3+2Ca2Si04+4C02. |
(6.26) |
Спек охлаждают во вращающихся барабанных или колосниковых хо лодильниках до. 100 °С и после дробления направляют на выщелачивание водой, образующейся после промывки шлама. В качестве оптимальных рекомендуют следующие условия выщелачивания: температура раствора 70-80 °С; в пульпе должно быть молярное отношение R2C(VA120 3 >1. При этих условиях в раствор извлекается до 90 % оксидов алюминия, ка лия и натрия, содержащихся в исходном нефелине. Алюминатный рас твор, содержащий 100 г/л А120 3 и 120-125 г/л (Na,K)20, отделяют фильтрованием на карусельных или ленточных фильтрах. Подвергнув его грануляционной сушке в аппаратах кипящего слоя, можно полу чить гранулированный коагулянт, представляющий смесь алюмина тов натрия и калия. Шлам отмывают горячей водой и используют для производства портландцемента.
В РХТУ им. Менделеева на факультете инженерной экологии разработана технология получения алюминиево-кременевого коагу- лянта-флокулянта (АКФК) из хвостов обогащения руды (НХ). В ос нове получения также лежит кислотная обработка отходов 10%-м раствором серной кислоты при температуре 50-60 °С. Необходимая температура поддерживается за счет тепла экзотермической реакции растворения концентрированной серной кислоты в воде при приго товлении раствора.
На рис. 6.7 представлена функциональная модель переработки. Сернокислотное разложение 1 т НХ обеспечивает получение бо
лее 10 м3 продукционного раствора АКФК и сопровождается образо ванием 200 кг нерастворимого в кислоте сиштофа, содержащего, %: 5-17 А120 3, 18-45 Si02, 7-10 Fe2Q3, 1,2 - 1,8 ТЮ2, 14-17 СаО.
Полученный раствор, содержащий (г/л): А120 3 - 29-31, Si02 - 3436, Na20 - 14-16, К20 —4—6, Fe20 3 —1,5—2,0, непосредственно или после разбавления может направляться потребителям.
Кислотостойкий сиштоф потребителю
Рис. 6.7. Функциональная схема получения АКФК
При проведении исследовательских работ доказана возможность использования сиштофа в качестве добавки (5-40 %) к цементу наря ду с инертным наполнителем (песок). Установлены возможность ис пользования сиштофа для получения композиций, используемых в качестве герметизирующей гидроизоляции и для получения строи тельных изделий способом литья. При этом снижается стоимость строительных материалов за счет замены карбидной извести деше вым компонентом - сиштофом, а также повышаются их гидроизоли рующие свойства.
Таким образом, разработанная схема переработки НХ позволяет практически полностью использовать отходы производств с получе нием продуктов, имеющих народно-хозяйственное значение. Досто инством технологии получения флококоагулянта является простота аппаратурного оформления: реактор кислотного разложения, отстой ник и баки - накопители готового продукта. Это может быть реализо вано в модульном исполнении.
Получение коагулянтов на основе НК и НХ позволит в 2-3 раза снизить расходы на реагенты для очистки воды по сравнению с ис пользованием сульфата алюминия и других реагентов.
Флококоагулянты РНК и АКФК целесообразно производить в месте его потребления, при условии достаточно большого количества очи щаемых сточных вод, либо создавать централизованное производство и поставку готового продукта малыми партиями на небольшие расстоя ния в места реализации. При этом стоимость флококоагулянта будет оп ределяться, главным образом, стоимостью перевозки сырья.
Вопросы для самоконтроля
1.Перечислите основные многотоннажные отходы нефтепере работки и нефтехимии.
2.Каковы основные путиутилизации отходов нефтепереработки?
3.В чем заключается процесс биоремедиации нефтешламов?
4.Предложите возможные пути утилизации тяжелых фракций нефтепродуктов.
5.Предложите методы и технологические схемы утилизации автомобильных покрышек.
6.Предложите методы переработки отходов потребления рези
новых изделий с получением жидкого топлива.
7.Предложите методы утилизации отработанных изделий из капрона.
8.Предложите способы утилизации огарков, содержащих цвет ные металлы.
9.Что представляет собой фосфогипс?
10.Предложите химическую модель процесса переработки фосфогипса с получением сульфата аммония.
11.Предложите несколько направлений утилизации нефелинсо держащих отходов, образующихся при обогащении апатитовых руд.
12.Предложите химическую модель получения глинозема из нефе линового концентрата при обработке его азотной кислотой.
13.Рассмотрите способы получения коагулянтов и флококоагулянтов из нефелинсодержащих отходов.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бесков В. С. Общая химическая технология и основы про мышленной экологии: учеб, для вузов / В. С. Бесков. - М.: Химия, 1999.-469 с.
2.Общая химическая технология и основы промышленной эколо гии: учеб, для вузов / под ред. В. И. Ксензенко. - М., 2003. - 435 с.
3.Игнатенков В. И. Примеры и задачи по общей химической технологии / В. И. Игнатенков, В. С. Бесков. - М.: Академкнига, 2005.- 198 с.
4.Химическая технология неорганических веществ: в 2 кн. / под ред. Т. Г. Ахметова. - М.: Высшая школа, 2002. - 1231 с.
5.Мухленов И. П. Общая химическая технология / И. П. Мухленов. - М.: Высшая школа, 1994. - Ч. 1. - 255 с.
6.Мухленов И. П. Общая химическая технология / И. П. Мухле нов. - М.: Высшая школа, 1994. - Ч. 2. - 263 с.
7.Жуховицкий А. А. Физическая химия / А. П. Жуховицкий,
Л.А. Шварцман. - М.: Металлургия, 2002. - 460 с.
8.Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза / Н. Н. Лебедев. - М.: Химия, 1981. - 605 с.
9. Расчеты химико-технологических процессов / под ред.
И.И. Мухленова. - Л.: Химия, 1982.-247 с.
10.Дыбина П. В. Расчеты по технологии неорганических веществ / П. В. Дыбина. - М.: Высшая школа, 1967. - 521 с.
11. Лоташ А. С. Переработка отходов природопользования / А. С. Лоташ. - М., 2001. - 523 с.
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................ |
3 |
|
МОДУЛЬ 1. Технологический процесс. Химико-технологический |
|
|
процесс и химическое производство................................................... |
5 |
|
1. Основные понятия........................................................................ |
5 |
|
2. Показатели химико-технологического процесса |
|
|
и химического производства........................................................... |
11 |
|
МОДУЛЬ 2. Химико-технологические процессы. Основные |
|
|
закономерности...................................................................................... |
15 |
|
1. Использование стехиометрии химических реакций в ХТП.... |
15 |
|
|
Примеры расчетов с использованием стехиометрии |
|
|
химических процессов................................................................. |
19 |
2. |
Термодинамика химических процессов. Основные |
|
закономерности протекания химических реакций........................ |
26 |
|
|
Примеры термодинамических расчетов ХТП........................... |
32 |
3. |
Кинетика гомогенных процессов................................................ |
44 |
|
3.1. Скорость простых и сложных реакций............................... |
45 |
|
3.2. Влияние температуры на скорость протекания простых |
|
|
и сложных реакций...................................................................... |
52 |
4. |
Закономерности протекания гетерогенных |
|
технологических процессов............................................................ |
57 |
|
|
4.1. Основные понятия. Стадии гетерогенного процесса........ |
57 |
|
4.2. Кинетические модели гетерогенных процессов................ |
58 |
|
4.3. Каталитические гетерогенные процессы............................ |
65 |
МОДУЛЬ 3. Процессы в химическом агрегате и реакторе.............. |
70 |
|
1. Общие представления о химическом агрегате и реакторе. |
|
|
Модели реакторов............................................................................. |
70 |
|
2. |
Изотермические процессы в химических реакторах................ |
80 |
3. |
Неизотермический процесс в химических реакторах.............. |
86 |
4. |
Процессы в каталитическом реакторе........................................ |
88 |
|
Примеры технологических расчетов химических |
|
|
реакторов........................................................................................ |
91 |
МОДУЛЬ 4. Химико-технологическая система. Создание |
|
|
химического производства................................................................... |
98 |
|
1. Химико-технологическая система. Основные понятия........... |
98 |
|
2. |
Модели химико-технологической системы................................ |
104 |
3. |
Анализ химико-технологической системы................................. |
108 |
|
4. Создание химического производства как |
|
|
химико-технологической системы.............................................. |
ПО |
4.1. Основные задачи синтеза химико-технологической |
|
системы.......................................................................................... |
110 |
4.2. Принципы создания химического производства................ |
112 |
МОДУЛЬ 5. Химические производства основного |
|
органического и неорганического синтеза......................................... |
120 |
1.Применение теории химико-технологических процессов
исистем в технологии переработки нефти и производствах
основного органического синтеза................................................... |
120 |
1.1. Нефть и основные технологические процессы |
|
ее переработки............................................................................... |
120 |
1.2. Технологические модели получения этилбензола |
|
и стирола........................................................................................ |
127 |
1.3. Получение спиртов............................................................... |
131 |
2. Применение теории химико-технологических процессов |
|
и систем в основных производствах неорганических веществ.... |
138 |
2.1. Технология производства серной кислоты......................... |
138 |
2.2. Технологические модели синтеза аммиака......................... |
142 |
2.3. Технологические модели синтеза азотной кислоты |
|
и аммиачной селитры.................................................................... |
146 |
2.4. Получение фосфорной кислоты и фосфорных |
|
удобрений...................................................................................... |
150 |
МОДУЛЬ 6. Технологические процессы переработки |
|
и утилизации твердых отходов химической промышленности...... |
156 |
1. Технологические процессы переработки отходов |
|
нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств....... |
156 |
1.1. Основные методы и технологии утилизации |
|
и переработки нефтешламов....................................................... |
157 |
1.2.Основные методы и технологии утилизации
ипереработки отходов производства высокомолекулярных
соединений и изделий из них...................................................... |
159 |
2. Технологические процессы переработки отходов основного |
|
неорганического синтеза.................................................................. |
176 |
2.1. Технологические процессы переработки отходов |
|
сернокислотного производства................................................... |
176 |
2.2. Технологические процессы переработки отходов |
|
производства фосфорной кислоты............................................. |
179 |
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................... |
193 |
Учебное издание
Глушанкова Ирина Самуиловна, Рудакова Лариса Васильевна
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Учебно-методическое пособие
Редактор и корректор Я В. Бабинова
Подписано в печать 12.11.2007. Формат 60x90/16. Уел, печ. л. 12,25. Тираж 100 экз. Заказ 216/2007.
Издательство Пермского государственного технического университета.
614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.