УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г. Ред. № 1 от 11.09. 2014 г. Стр

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3
УМКД
уровня
УМКД 042-18-34.1.47/032014
УМКД
Редакция № 1
Учебно-методические
от 11.09. 2014 г.
материалы по
дисциплине
«Химическая
технология»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
для специальности 5В011200 – «Химия»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
СЕМЕЙ
2014
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 2 из 68
Содержание
1
2
3
4
Глоссарий
Лекции
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа обучающегося
3
5
46
60
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 3 из 68
1 Глоссарий
1. Адиабатические реакторы – реакторы, которые при спокойном (без
перемешивания) течении потока реагентов не имеют теплообмена с
окружающей средой, т.е. снабжены хорошей тепловой изоляцией
2. Активная реакция воды - степень ее кислотности или щелочности,
количественно характеризуется концентрацией водородных ионов или
значением рН
3. Активность катализатора — это мера ускоряющего действия его на
данную реакцию
4. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - энергетический потенциал
продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов,
образующихся в технологических агрегатах, который не используется в
самом агрегате, но может быть частично или полностью использован
для энергоснабжения других агрегатов
5. Выход продукта η – это отношение полученного количества продукта
(Gпр) к теоретически возможному
6. Г е т е р о г е н н ы е
процессы
химико-технологические
процессы, в которых реагенты находятся в разных фазах
7. Г о м о г е н н ы е п р о ц е с с ы - химические процессы, протекающие
в однородной среде, т. е. в жидких или газообразных смесях, не
имеющих поверхностей раздела, отделяющих части систем друг от
друга
8. Жаропроизводительность – максимальная температура горения,
развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, в
условиях, когда вся выделяющаяся при сгорании теплота полностью
расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания
9. И з о т е р м и ч е с к и е р е а к т о р ы – реакторы, имеющие постоянную
температуру во всех точках реакционного объема, т. е. tк = tср во времени и пространстве
10.Интенсивность процесса - количество перерабатываемого сырья или
образующегося продукта в единице объема аппарата
11.Катализ - увеличение скорости химических реакций или возбуждение их
при воздействии веществ-катализаторов, которые участвуют в реакции,
вступая в промежуточное химическое взаимодействие с реагентами, но
восстанавливают свой химический состав с окончанием акта катализа
12.Общая щелочность воды (Що) - суммарная концентрация
содержащихся в воде анионов ОН–, НСО3–, CO32–, PO43–, HSiO3-, SiO32–
(силикат) и солей слабых органических кислот (гуматов), выраженная в
миллимоль на литр (ммоль/л)
13.Обогащение сырья - повышение содержания в сырье ценного
компонента или разделение его на несколько компонентов,
являющихся сырьем для различных производств
14.Окисляемость воды (мг/л) – масса кислорода, необходимая для
окисления веществ, присутствующих в ней
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 4 из 68
15.Политермические реакторы - реакторы, в которых теплота реакции
лишь частично компенсируется за счет отвода (подвода) теплоты или
процессов с тепловым эффектом, противоположным по знаку основному
16.Производительность (мощность) производства – количество
получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья в
единицу времени
17.Промышленная водоподготовка - комплекс операций, обеспечивающих
очистку воды - удаление из нее вредных примесей, находящихся в
молекулярно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии
18.Расходные коэффициенты - количества каждого вида сырья и энергии,
затраченные на единицу готового продукта
19.Степень превращения (конверсия) или степень контактирования –
отношение количества вещества, превращенного в продукт, к его
исходному количеству: под которым подразумевают выход продукции
в результате однократного прохождения реагентов через реакционный
(контактный аппарат)
20.Теплота сгорания (теплотворность) – это теплота реакции горения
топлива, т.е. количество теплоты, которое выделяется при полном
сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива (кДж/кг) или 1 м3
газообразного топлива (кДж/м3) и при охлаждении продуктов горения
до начальной температуры процесса
21.Технологический режим – совокупность технологических параметров,
определяющих условия работы аппарата
22.У м я г ч е н и е и о б е с с о л и в а н ие воды - удаление солей кальция,
магния и других металлов из воды
23.Химико-технологический процесс (ХТП) – последовательность
процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт
– химических и физико-химических процессов и их сочетаний
24.Химический реактор - аппарат, в котором осуществляются химикотехнологические процессы, сочетающие химические реакции с
массопереносом (диффузией)
25.Флотация - один из наиболее распространенных способов обогащения,
основанный на различной смачиваемости минералов водой и
прилипании
частиц обогащаемого минерала
к пузырькам
пропускаемого через пульпу воздуха
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 5 из 68
2 Лекции
Модуль 1 – Химическое производство
Лекция 1 - Введение. Понятие о химической технологии
План лекции:
1. Понятие о химической технологии. Классификация химической
технологии.
2. Краткие сведения по истории развития химической технологии.
Технология – учение о выгодных (т.е. поглощающих наименее труда
людского и энергии природы) приемах переработки природных ресурсов в
продукты, необходимые для применения в жизни людей. Технология делится
на механическую и химическую. Механическая технология изучает
процессы, при которых изменяется лишь форма, и иногда физические
свойства
перерабатываемого
материала.
Химическая
технология
представляет собой переработку, в которой превалируют химические и
физико-химические явления, что приводит к коренному изменению состава,
свойств и строения веществ. Химическая технология – естественная,
прикладная наука о способах и процессах производства продуктов.
Химическая технология используется как способ получения или
производства определенного продукта или отражает основной способ или
метод переработки сырья.
По отраслям х.т. классифицируют:
А. Неорганическая химическая технология
1) основной неорганический синтез – производство кислот, щелочей, солей и
минеральных продуктов;
2) тонкий неорганический синтез – производство неорганических
препаратов, реактивов, редких элементов, материалов электроники,
лекарственных средств;
3) ядерно-химическая технология;
4) металлургия – производство черных и цветных металлов;
5) силикатные производства – производство вяжущих материалов,
керамических изделий, стекла.
Б. Органическая химическая технология
1) переработка нефти и газа – первичная переработка (первичное разделение,
очистка, облагораживание) газообразных, жидких и твердых природных
углеводородов (ископаемого топливного сырья);
2) нефтехимический синтез – производство органических продуктов и
полупродуктов на основе переработки газообразных, жидких и твердых
углеводородов, а также на основе оксидов углерода и водорода;
3) основной органический синтез – производство органических продуктов на
основе углеводородного сырья;
4) биотехнология – производство кормовых дрожжей, аминокислот,
ферментов, антибиотиков и др. на основе биологических процессов;
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 6 из 68
5) тонкий органический синтез – производство органических препаратов,
реактивов, лекарственных средств и др.;
6) высокомолекулярная технология – производство высокомолекулярных
соединений (синтетический каучук, пластические массы, химические
волокна);
7) технологии переработки растительного и животного сырья.
История развития химической технологии неотделима от истории развития
химической промышленности. Возникновение в Европе мануфактур и
промыслов по получению основных химических продуктов относится к XV
веку, когда стали появляться мелкие специализированные производства
кислот, щелочей и солей, различных фармацевтических препаратов и
некоторых органических веществ. Во второй половине XVIII в. началось
выделение технологии в специальную отрасль знаний, закладывались основы
химической технологии как науки и учебной дисциплины. Впервые термин
«технология» был употреблен в 1772 г. Профессором Геттингенского
университета И. Бекманом, который издал первые комплексные труды,
освещающие технику многих химических производств и явившиеся
одновременно первым учебником по химической технологии. Химическая
технология в конце XVIII в. стала обязательной учебной дисциплиной в
университетах, в высших технических учебных заведениях стран Европы, в
училищах технического профиля. В 1803 г. В Российской Академии наук
была учреждена кафедра химической технологии. Появление в XIX в. В
странах Западной Европы и в России большого числа учебников, руководств
и научных исследований по химической технологии способствовало
быстрому росту химического производства и вместе с тем развитию научных
основ химической технологии. Наиболее крупные события:
В 1748 г. в Бирмингеме (Англия) был построен первый небольшой завод по
производству серной кислоты в свинцовых камерах (начало камерного
способа).
В 1787—1789 гг. Н. Леблан разработал первый промышленный способ
получения соды. В 1861 г. был разработан аммиачный метод получения соды
(метод Сольве).
Во второй половине XIX в. широко развиваются исследования в области
катализа, позволившие осуществить в промышленном масштабе многие химические процессы. Внедрение гетерогенного катализа в органический синтез
знаменовало начало нового периода в истории органической химии. Работы в
области гетерогенного катализа дали возможность осуществить СВ. Лебедеву
промышленный синтез каучука.
Большое значение для решения актуальных задач химической технологии
имели теоретические и экспериментальные исследования в области химической
термодинамики. Большинство из них имело четкую технологическую
направленность. Это работы Ле Шателье, Нернста и Габера, посвященные
синтезу аммиака из азота и водорода.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 7 из 68
В середине XIX в. после широкого развития работ К. Либиха в области
агрохимии появилась новая отрасль химической промышленности — производство минеральных удобрений.
Существенный вклад в развитие химической технологии, создание химической промышленности и химического машиностроения, подготовку кадров
для этих отраслей внесли видные ученые и инженеры, такие, как И.А. Каблуков, Н.Д. Зелинский, Н.Н. Ворожцов, СИ. Вольфкович, И.А. Тищенко,
Н.Ф. Юшкевич, А.Г. Касаткин, А.Н. Плановский, П.М. Лукьянов, Н.М. Жаворонков, Л.А. Костандов, Г.К. Боресков, М.М. Дубинин, Н.М. Эмануэль,
В.А. Легасов, В.В. Кафаров, П.Г. Романков и многие другие.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: основные определения и понятия химической технологии,
классификацию технологии, историю развития химической технологии, пути
становления как науки
Вопросы для самоконтроля:
1. Как классифицируется химическая технология?
2. Основные этапы развития технологии и техники.
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 3-16
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 4-6
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.С. 33-42
4. Теоретические основы химической технологии/под ред. И.П.
Мухленова М:1991.С.7-16
Лекция 2 – Химическое производство
План лекции:
1. Химическое производство: структура, требования, компоненты
2. Химико-технологический процесс. Показатели ХТП.
Объектом исследования ХТ является химическое производство (ХП).
Химическое производство – совокупность процессов и операций,
осуществляемых в машинах и аппаратах предназначенных для переработки
сырья путем химических превращений в необходимые продукты.
Требования к химическому производству:
1) получение в производстве необходимого продукта
2) экологическая безопасность
3) безопасность и надежность эксплуатации
4) максимальное использование сырья и энергии
5) максимальная производительность труда
Основное назначение ХП – получение продукта, при этом ХП является
многофункциональным. Общая структура
ХП включает в себя
функциональные части, представленные на рисунке 1.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Страница 8 из 68
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Продукт
основной
Сырье
1
2
3
5
6
7
Энергия
Вода
Управление
Отходы
основного
производства
Материалы
4
Продукт
дополнит.
Отходы
Рис 1. Структура и функциональные элементы химического производства
1-подготовка сырья, 2 – переработка сырья, 3 – выделение основного продукта, 4 –
санитарная очистка и утилизация отходов, 5 – энергетическая система, 6 – подготовка
вспомогательных материалов и водоподготовка, 7 – система управления.
Компоненты ХП. Переменные компоненты постоянно потребляются или
образуются в производстве: сырье, поступающее на переработку,
вспомогательные материалы, продукты – основной и дополнительный – как
результат переработки сырья, отходы производства, энергия обеспечивающая
функционирование производства. Постоянные компоненты закладываются в
производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем (персонал)
на весь срок его существования: аппаратура (машины, аппараты, емкости,
трубопроводы, арматура), устройства контроля и управления, строительные
конструкции (здания, сооружения), обслуживающий персонал (рабочие,
аппаратчики, инженеры).
Состав химического производства: собственно химическое производство,
хранилище сырья, продуктов; транспортировка сырья, продуктов,
промежуточных
веществ,
отходов;
обслуживающий
персонал
производственного подразделения; система управления, обеспечения и
безопасности.
Химико-технологический процесс (ХТП) – последовательность процессов
целенаправленной переработки исходных веществ в продукт – химических и
физико-химических процессов и их сочетаний. В совокупном ХТП
выделяются следующие виды отдельных процессов и операций и
соответствующие аппараты или машины в которых они осуществляются:
Механические и гидромеханические процессы – перемещение материалов,
изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смешение и
разделение потоков. Все они протекают без изменения химического и
фазового состава обрабатываемого материала. Теплообменные процессы –
нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния. Химический и фазовый
состав в них не меняется.
Массобменные процессы – межфазный обмен, в результате которого
меняется компонентный состав контактирующих фаз без коренного
изменения химического состава, т.е. химических превращений.
Химические процессы – коренное изменение химического состава в
химических реакторах.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 9 из 68
Энергетические процессы – взаимное преобразование различных видов
энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах,
моторах.
Процессы управления – получение и передача информации о состоянии
потоков и веществ, изменение их состояния.
Практическая целесообразность и рентабельность всякого процесса
производства характеризуются технико-экономическими показателями.
Показатели ХТП: технические, экономические, социальные.
Технические показатели определяют качество ХТП.
Производительность
(мощность)
производства
–
количество
получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья в единицу
времени:
, где П- производительность, G - количество получаемого
продукта или количество перерабатываемого сырья за время t.
Расходными коэффициентами, называются количества каждого вида
сырья и энергии, затраченные на единицу готового продукта. Размерность [кг
сырья/ т продукта ], [м3 сырья / кг продукта] и т.д.
Выход продукта ФR – это отношение реально полученного количества
продукта (R) к максимально возможному его количеству, которое
теоретически можно получить из того же сырья.
Интенсивность процесса - количество перерабатываемого сырья или
образующегося продукта в единице объема аппарата. Интенсивность
процесса – пропорциональна скорости процесса. Интенсивность измеряется в
кг/(ч*м3), т/(сут*м3) и т.д.
Удельные капитальные затраты – затраты на оборудование, отнесенные
к единице его производительности. Этот показатель выражается в
натуральных величинах, [т металла / 1000 тонн продукта в сутки] или
денежном выражении.
Качество (состав и свойства) готового продукта определяет его
потребительские свойства и товарную ценность. Качество продукта
регламентируется ГОСТ, ОСТ, сертификатом.
Экономические показатели показывают экономическую эффективность
производства.
Себестоимость продукции – суммарные затраты на получение единицы
продукта. Общая структура себестоимости С:
, где
и
- цена и количество израсходованных сырья, энергии и материалов на
производство продукта в количестве ;
- капитальные затраты;
коэффициент окупаемости капитальных затрат, оно равно в большинстве
случаев 0,15; - оплата труда.
Производительность труда – это количество выработанной
предприятием продукции в единицу времени, приходящейся на 1 рабочего,
занятого в данном процессе.
Эксплуатационные показатели характеризуют изменения, возникающие в
ХТП и производстве во время их эксплуатации при появлении отклонений от
регламентированных условий и состояний.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 10 из 68
Надежность характеризуют временем безаварийной работы либо числом
аварийных остановок оборудования или производства в целом за
определенный отрезок времени.
Безопасность функционирования - вероятность нарушений, приводящих к
нанесению вреда или ущерба обслуживающему персоналу, оборудованию, а
также окружающей среде, населению.
Чувствительность к нарушениям режима и изменению условий
эксплуатации.
Управляемость
и
регулируемость
характеризуют
возможность
поддерживать показатели процесса в допустимых пределах, определяют
величину допустимых изменений условий процесса, управляющие
параметры и их взаимовлияние.
Социальные показатели определяют комфортность работы на данном
производстве и его влияние на окружающую среду.
Безвредность обслуживания следует из сопоставления санитарногигиенических условий для обслуживающего персонала с соответствующими
нормами по загазованности, запыленности, уровню шума и т.д.
Степень автоматизации и механизации определяет долю ручного и
тяжелого труда в эксплуатации производства.
Экологическая безопасность – степень воздействия производства на
окружающую среду и экологическую обстановку в регионе.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: структуру, требования, компоненты, состав химического
производства,
характеристику
химико-технологического
процесса,
экономические, технические, социальные показатели химического
производства
Вопросы для самоконтроля:
1. Каковы требования к химическому производству?
2. Что обеспечивает химическое производство?
3. Какие показатели характеризуют экономическую эффективность
производства?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 17-37
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 7-11
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.С.92-98
4. Теоретические основы химической технологии/под ред. И.П.
Мухленова М:1991. С.22-24
Лекция 3 – Сырьевые источники химического производства
План лекции:
1. Сырьевая база химической промышленности
2. Основные понятия и классификация сырья
3. Вторичные материальные ресурсы
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 11 из 68
Характерными особенностями химического производства являются: 1)
многовариантность сырьевой базы; 2) широкие возможности комплексного
использования одних и тех же видов сырья для получения различных
химических продуктов; 3) многообразие методов химической переработки,
позволяющих получать из одного и того же сырья широкую гамму
химических продуктов. Большинство химических продуктов может быть
получено несколькими путями. Химическая промышленность использует в
качестве сырья продукты горнорудной, нефтяной, газовой, лесной и
целлюлозно–бумажной промышленности, черной и цветной металлургии.
Развитие сырьевой базы химической промышленности происходит в
направлении более полного, по возможности комплексного использования
сырья, вовлечения в переработку сырья с низким процентным содержанием
основного вещества, утилизации отходов внутри самой химической
промышленности и других отраслей, а также вовлечения в химическую
переработку все большей массы разнообразного природного сырья, каким
являются нефть, газы, уголь, сланцы, древеснорастительное сырье, а также
сырьевые ресурсы Мирового океана.
В производстве химических продуктов различают исходные вещества
(сырье), промежуточные продукты (полупродукты) и готовые продукты.
По происхождению сырье делят на минеральное, растительное и
животное. По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое и
газообразное сырье. По запасам различают невозобновляемое и
возобновляемое сырье. Сырье подразделяют на первичное и вторичное, а
также на природное и искусственное. По химическому составу сырье делят
на органическое и неорганическое. Минеральное сырье делится на рудное,
нерудное и горючее. Рудное сырье – это железные, медные, хромовые,
титановые и др. руды, содержащие оксиды и сульфиды металлов. Нерудным
называют все неорганическое сырье, используемое в производстве
химических, строительных и других неметаллических материалов, но не
являющееся источником получения металлов. Горючее минеральное сырье,
т. е. органические ископаемые — используют как энергетическое топливо
или как химическое сырье.
К вторичным минеральным ресурсам (ВМР) относятся отходы производства,
отходы потребления и побочные продукты.
Отходами производства называют остатки сырья, материалов и
полупродуктов, образующиеся в процессе производства продукции, которые
частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют
техническим условиям. В зависимости от свойств и состава выделяют три
основные группы отходов предприятий: 1) близкие к исходному сырью, 2) к
целевым продуктам, 3) к сырью других производств или отраслей.
Отходами потребления называют различные бывшие в употреблении
изделия и вещества, восстановление которых экономически нецелесообразно,
н-р, отработанные реактивы, катализаторы, полностью изношенные приборы
и т.д.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 12 из 68
Побочные продукты образуются в процессе переработки сырья наряду с
основными продуктами производства, но не являются целью
производственного процесса, но могут быть использованы в качестве готовой
продукции.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: особенности сырьевой базы химического производства,
понятия сырья, полупродукта, продукта, классификация сырья, понятие
вторичных минеральных ресурсов, отходов потребления, отходов
производства
Вопросы для самоконтроля:
1. Как классифицируется сырье химической промышленности?
2. Что такое вторичные материальные ресурсы? Где используются ВМР?
3. Характерные особенности использования сырья?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 261-267
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 22-23
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.С.42-50
Лекция 4 – Обогащение сырья
План лекции:
1. Обогащение твердого сырья
2. Обогащение жидкого и газового сырья
Содержание полезных компонентов в природном сырье часто бывает
недостаточным для его эффективного применения, поэтому производится
предварительное обогащение сырья, т. е. повышение содержания в нем
ценного компонента или разделение его на несколько компонентов,
являющихся сырьем для различных производств. Методы обогащения
твердого сырья подразделяются на механические, химические и термические.
Твердое минеральное сырье входит в состав горных пород в виде
минералов. Применяются механические способы обогащения твердых
материалов:
рассеивание
(грохочение),
гравитационное
разделение,
электромагнитная и электростатическая сепарация и флотация.
Рассеивание материалов по крупности их зерен как метод обогащения
применяется в тех случаях, если порода состоит из прочных (вязких) и
непрочных (хрупких) минералов; последние измельчаются легче, чем прочные,
и при рассеивании проходят через отверстия сита. Рассеивание минерального
сырья называется грохочением, а применяемые металлические сита —
грохотами.
Гравитационное обогащение (мокрое и сухое) основано на разной
скорости падения частиц различной плотности и крупности в потоке
жидкости или газа или на действии центробежной силы. Данным способом
можно разделить минералы, значительно отличающиеся по прочности (как и
при рассеивании) или по плотности.
Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения,
основанного на осаждении частиц, представлена на рис.1.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Рис.1. Принципиальная схема мокрого
гравитацион-ного обогащения: I, II, III осадительные камеры; 1- тяжелая
(крупнозернистая) фракция; 2 - средняя
фракция; 3 - легкая (мелкозернистая)
фракция
Страница 13 из 68
Очень эффективно применение
центробежных
гидравлических
классификаторов.
Примером
гидравлического
классификатора,
основанного на действии центробежной
силы, может служить гидроциклон (рис.
2).
Рис. 2. Схема гидроциклона:
1— центральные (шламовый) патрубок;
Рис.
3.
Схема
воздушного
2 — перегородка; 3 — камера слива; А — сепаратора:
вход разделяемой суспензии; Б — выход
1— вращающаяся тарелка; 2 —
потока легкой (мелкозернистой) фракции; В крылатка вентилятора; 3 — наружный
— выход уплотненной суспензии тяжелой конус; 4 — внутренний конус
фракции
Для воздушного обогащения, подобно мокрому, также применяются
классификаторы, столы и отсадочные машины. Используются и воздушные
сепараторы, которые часто применяются также для сортировки материала
после измельчения. Схема воздушного сепаратора центробежного типа
представлена на рис. 3.
Электромагнитное
обогащение
применяется
для
отделения
магнитовосприимчивых материалов от немагнитных, например магнитного
железняка, хромистого железняка, рутила и других магнитных минералов от
пустой породы. Действие магнитного сепаратора показано на рис. 4.
Рис. 4 Схема магнитного сепаратора: 1- лента транспортера; 2-барабан транспортера;
3- электромагнит; 4,5 – бункер.
Принцип работы электростатистических аппаратов такой же, как и
магнитных, но вместо магнита установлен электрод, соединенный с
отрицательным полюсом выпрямителя электрического тока.
Флотация — один из наиболее распространенных способов обогащения,
применяемый в крупнейших. Флотация основана на различной смачи-
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 14 из 68
ваемости минералов водой и прилипании частиц обогащаемого минерала к
пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха.
Проводя многократную, селективную (т. е. избирательную) флотацию
комплексного сырья последовательно получают ряд концентратов,
всплывающих с пеной, в результате чего под водой остается пустая порода,
называемая хвостами. Измельченную породу и воду с флотореагентами
подают во флотационную машину. Применяются флотационные машины
двух типов: камерные с механическим перемешиванием пульпы с воздухом и
корытные с пневматическим (воздушным) перемешиванием (рис. 6).
Рис.6 – флотационная машина с воздушным перемешиванием: 1- резервуар, 2перегородки, 3 – воздушная трубка, 4 – желоб для приема концентрата.
Термическое обогащение основано на различной плавкости материалов,
входящих в смесь. При нагревании легкоплавкие материалы вытекают из
породы в жидком виде. Химические способы обогащения основаны на
применении реагентов, которые избирательно растворяют одно из веществ,
составляющих смесь, или образуют с одним из веществ соединения, легко
отделяемые от других при плавлении, испарении, осаждении из раствора и т.
п.
Жидкости концентрируются выпариванием растворителя, донасыщением
раствора полезным компонентом, выделением каких-либо компонентов (примесей) в осадок (кристаллизация) или в газовую фазу (десорбция, испарение
примесей). Для разделения жидких смесей применяется также жидкостная
экстракция.
Газовые смеси разделяются на отдельные компоненты, главным образом,
следующими способами: 1) последовательной конденсацией газов при
сжатии (компрессии) и понижении температуры; 2) последовательным
испарением газов из предварительно сжиженной их смеси; 3) абсорбционнодесорбционным и 4) адсорбционно-десорбционным методами.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: принципы обогащения твердого, жидкого, газообразного
сырья, гравитационное, электромагнитное обогащение, основы флотации
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите способы обогащения твердого сырья.
2. Что такое флотагенты, как они классифицируются и какое назначение
имеет каждая группа?
3. Что такое жидкостная экстракция? На чем она основана?
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 15 из 68
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 271-272
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 24-31
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. С.50-54
Лекция 5 – Воздух и вода в химической промышленности
План лекции:
1. Использование воды и воздуха в химической промышленности
2. Классификация природных вод и характеристика их примесей
3. Показатели качества воды
Химическая промышленность использует воздух и воду в огромных
количествах и для самых разнообразных целей. В о з д у х в химической
промышленности применяют в основном как сырье или как реагент в
технологических процессах, а также для энергетических целей, кислород
воздуха в качестве окислителя и для кислородной плавки металлов, в доменном
процессе и т. п. Э н е р г е т и ч е с к о е п р и м е н е н и е воздуха связано с
получением тепловой энергии при сжигании различных топлив, хладоагента при
охлаждении газов и жидкостей, нагретый воздух используется как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей. Вода находит в народном хозяйстве
разнообразное применение: 1) из воды получают водород, водяной пар; 2) вода
служит реагентом в производстве минеральных кислот, щелочей и оснований, в
производстве органических продуктов;
3) воду широко применяют в
промышленности как дешевый, доступный, неогнеопасный растворитель
твердых, жидких и газообразных веществ; 4) использование в текстильном
производстве; 5) как теплоноситель
Природные воды подразделяют на атмосферные, поверхностные и
подземные.
Атмосферные воды, выпадающие на землю в виде дождя и снега, содержат
наименьшее количество примесей. Поверхностные воды – это воды
открытых водоемов: рек, озер, морей, каналов и водохранилищ. Подземные
воды – воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров.
В зависимости от солесодержания природные воды подразделяют на
пресную воду – солесодержание до 1 г/кг; солоноватую – 1…10 и соленую –
более 10 г/кг.
Воды различают также по преобладающему в них аниону: гидрокарбонатный
тип воды с преобладающим анионом HCO3- или суммой анионов НСО3 – и
СО32–; сульфатные воды; хлоридные воды.
В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на
промышленную и питьевую; в них содержание примесей регламентируется
соответствующими стандартами. Качество воды определяется физическим,
химическим и бактериологическим анализами.
Важнейшими показателями качества воды являются такие ее физические и
химические характеристики, как запах, вкус, прозрачность, цвет,
температура, содержание взвешенных веществ, сухой остаток, общая
щелочность и ее составляющие, окисляемость и реакция воды.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 16 из 68
Содержание взвешенных веществ характеризует загрязненность воды
твердыми нерастворимыми примесями в виде суспензий песка, глины, частиц
почвы. Количество их выражают в миллиграммах на литр.
Сухой остаток характеризует суммарное количество минеральных и
органических примесей, содержащихся в воде в истинно-растворенном и
коллоидном состояниях. Выражается в миллиграммах на литр (мг/л).
Общей щелочностью воды (Що) называется суммарная концентрация
содержащихся в воде анионов ОН–, НСО3–, CO32–, PO43–, HSiO3-, SiO32–
(силикат) и солей слабых органических кислот (гуматов), выраженная в
миллимоль на литр (ммоль/л).
Жесткость воды – один из важнейших показателей ее качества. Жесткость
природных вод связана с наличием в них солей кальция и магния. Она
выражается в миллимоль на литр или миллимоль на килограмм ионов Са 2+
или Mg2+. Различают три вида жесткости: временную, постоянную и общую.
Временная (карбонатная или устранимая) жесткость Ж, обусловливается
присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2 и
Mg(HCO3)2. Постоянная (некарбонатная жесткость) Жн определяется
содержанием в воде хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния,
остающихся при кипячении в растворенном состоянии.
Сумма временной и постоянной жесткости называется общей жесткостью.
По общей жесткости (ммоль/л) природные воды подразделяют на мягкую
(Ж0 < 2); среднюю (Ж0 = 2…10); жесткую (Ж0 > 10).
Окисляемость воды (мг/л) – масса кислорода, необходимая для окисления
веществ, присутствующих в ней. Ее величина используется для косвенной
количественной характеристики концентрации органических загрязнений.
Активная реакция воды, т.е. степень ее кислотности или щелочности,
количественно характеризуется концентрацией водородных ионов или
значением рН.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: использование воды и воздуха в химической
промышленности, классификацию природных вод, показатели качества воды:
жесткость, окисляемость, активную реакцию воды
Вопросы для самоконтроля:
1. Для каких целей используется в химической технологии вода и воздух?
2. По каким признакам классифицируют природные воды?
3. По каким показателям определяют качество воды?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 272-284
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 32-41
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. С.69-73
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 17 из 68
Лекция 6 – Промышленная водоподготовка
План лекции:
1. Осветление воды – коагуляция, известкование, магнезиальное
обескремнивание
2. Химические и ионообменные способы умягчения воды
3. Электрокоагуляция
4. Дегазация и обеззараживание воды
Промышленная водоподготовка это комплекс операций, обеспечивающих
очистку воды - удаление из нее вредных примесей, находящихся в
молекулярно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии.
Осветление воды осуществляется методами осаждения примесей,
выделяющихся из воды в виде осадка. К процессам осаждения, применяемым
для осветления воды, относятся коагуляция, известкование и магнезиальное
обескремнивание.
Коагуляция — процесс разделения гетерогенных систем, в частности
выделения из воды мельчайших глинистых частиц и белковых веществ.
Адсорбция коагулянта на поверхности заряженной коллоидной частицы
приводит к коагуляции частиц и образованию осадка. Одновременно идет
процесс адсорбции на поверхности осадка органических красящих веществ, в
результате чего вода обесцвечивается. Образующийся при коагуляции
коллоидный осадок удаляется из воды отстаиванием и фильтрованием.
Эффект фильтрования выражается эмпирической формулой: d  c lw , где d —
диаметр наименьших частиц, задерживаемых фильтром, мм; l—эффективная
величина частиц инертного зернистого материала, мм.;
w—скорость
фильтрования, м/ч; с — коэффициент пропорциональности, который для
кварцевого песка равен 0,0095.
Известкование воды производится для снижения гидрокарбонатной
щелочности воды и снижения жесткости, солесодержания, концентрации
грубодисперсных примесей, соединений железа и кремниевой кислоты.
Реагентом является гашеная известь Са(ОН)2.
Для повышения эффективности удаления кремниевой кислоты в воду
добавляют каустический магнезит (70…80 % MgO).
Умягчение и обессоливание воды состоит в удалении солей кальция, магния и
других металлов. По применяемым реагентам, различают способы: известковый
(гашеная известь), содовый (кальцинированная сода) и фосфатный
(тринатрийфосфат).
Процесс умягчения основывается на следующих
реакциях:
1. Обработка гашеной известью для устранения временной жесткости,
удаления ионов железа и связывания СО2:
Са(НС03)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 ↓+ 2Н2О
Mg(HCO3)2 + 2Са(ОН)2 = 2СаСО3 ↓+ Mg(OH)2 ↓ + 2Н20
2.
Обработка кальцинированной содой для устранения постоянной
жесткости:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 18 из 68
3.
Обработка тринатрийфосфатом для более полного
осаждения
2+
2+
катионов Са и Mg :
ЗСа(НС03)2 + 2Na3P04 = Ca3(P04)2 ↓ + 6NaHCOa
3MgCI2 + 2Na3P04 = Mg3(P04)2 ↓ + 6NaCI
Хороший эффект дает сочетание химического метода умягчения с физикохимическим, т. е. ионообменным способом. Сущность ионообменного способа
умягчения состоит в удалении из воды ионов кальция и магния при помощи
ионитов, способных обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. В
основе катионного процесса умягчения лежат реакция обмена ионов натрия и
водорода катионитов на ионы Са2+ и Mg2+.
Na2 [Кат] + Ca(HC03)2 ↔ Са [Кат] +2NaHC03
Количество воды, направляемое на Na-катионирование и Н-катионирование,
определяется по уравнениям: LNa 
h  hн
hH  hк
100 и LH  к
100 ,
hобщ
hобщ
где LNa и LH—доля воды, направляемая соответственно на Na- и Н-катионитовые
фильтры, %; hн, hк, hобщ — некарбонатная, карбонатная, общая жесткость
исходной воды, град; hз —заданная щелочность умягченной воды, град.
Примером анионного обмена может служить реакция обмена анионов ОН- по
уравнению
[Ан] ОН + НС1 ↔ [Ан] С1 + Н20
Современный способ обессоливания воды - последовательное проведение
процессов Н-катионирования и ОН-анионирования. Образующиеся в результате
этих процессов ионы Н+ и ОН~ взаимодействуют друг с другом с
образованием молекул воды.
Э л е к т р о к о а г у л я ц и я — способ очистки води в электролизерах с
растворимыми электродами —основана на электрохимическом получении
гидроксида алюминия, обладающего высокой сорбционной способностью по
отношению к вредным примесям.
Наличие газов в воде объясняется их сорбцией и протеканием химических
реакций в процессе образования примесей в природной воде, и появлением
их в процессе различных стадий очистки. Эти газы делятся на химически
невзаимодействующие (Н2, О2, СН4) и химически взаимодействующие с
водой и ее примесями (NH3, CO2, Сl2), а также на коррозионно-активные (О2,
СО2, NH3, Cl2, H2S) и инертные (N2, H2, СН4). Основной способ удаления из
воды растворенных газов – десорбция (термическая деаэрация). Принцип ее
заключается в создании контакта воды с паром, в котором парциальное
давление газа, удаляемого из воды, близко к нулю, что является
необходимым условием процесса десорбции. В ряде случаев используют
химические методы. Так, для удаления кислорода в воду добавляют сильные
восстановители; для удаления H2S воду хлорируют.
Обеззараживание воды осуществляют, в основном, путем
хлорирования ее жидким или газообразным Сl2, гипохлоритами – NaClO,
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 19 из 68
Ca(СlО)2, СlO2. Для обеззараживания воды применяют также озон и
ультрафиолетовое облучение.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: методы осветления воды, химические, ионообменные
способы умягчения воды, методы дегазации и обеззараживания воды
Вопросы для самоконтроля:
1. Составьте схему очистки природной воды.
2. Перечислите методы, используемые для очистки воды от вредных
примесей.
3. В чем заключается термическая деаэрация воды?
Рекомендуемая литература:
1. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 42-53
2. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.С.73-78
Лекция 7, 8 - Производство серной кислоты
План лекции:
1. Общие сведения
2. Сырье сернокислой промышленности
3. Контактный способ производства серной кислоты
Области применения серной кислоты:
Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое
соединение H2S04, а также в виде соединений с водой: H2SО4.2Н2О,
H2SО4.H2О, H2SО4.4Н2О и с триоксидом серы: H2SО4.SО3, H2SО4.2SО3.
В технике серной кислотой называют безводную H2S04, ее водные
растворы (это смесь Н2О, H2SО4 и соединений H2SО4 * nН2О) и растворы
триоксида серы в безводной H2SО4 — олеум (смесь H2SО4 и соединений
H2SО4* nSО3).
Сырье для производства серной кислоты:
 Железный колчедан
 Сера
 Сероводород
 Газы цветной металлургии
Производство серной кислоты включает в себя несколько этапов:
1.получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего с ы р ья ,
2 . О к и с ле н ие оксида серы (IV) в оксид серы (VI). В зависимости от того,
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 20 из 68
как осуществляется процесс окисления SО2 в SО3, различают два основных
метода получения серной кислоты — контактный и нитрозный.
При получении серной кислоты по контактному методу процесс окисления
SО2 в SО3 проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в
серную кислоту на последней – третьей стадии процесса — абсорбции
триоксида серы.
SО3 + Н2О → 4 H2SО4
Отдельные этапы получения серной кислоты могут быть по-разному
скомбинированы в технологическом процессе.
Функциональные схемы производства серной кислоты из колчедана методом одинарного
контактирования (а), из серы методом двойного контактирования (б) и циклическим
методом из серы (в)
В производстве серной кислоты по каждой из них можно выделить четыре
основные крупные стадии:
1) получение обжигового газа, содержащего диоксид серы
2) подготовка обжигового газа к контактному окислению
3) каталитическое окисление диоксида серы
4) абсорбция триоксида серы
Контактные аппараты для каталитического окисления оксида серы (IV) по
своей конструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализаторы
(потолочные или фильтрующие).
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 21 из 68
Технологическая схема производства серной кислоты двойным контактированием: 1-полая
промывная башня, 2-промывная башня с насадкой, 3- увлажинительная башня, 4-электрофильтры,
5-сушильная башня, 6-турбогазодувка, 7-сборники 75% кислоты, 8-сборник продукционной
кислоты, 9-теплообменники, 10-контактный аппарат, 11-олеумный абсорбер, 12 и 13моногидратные абсорберы. Потоки продуктов: I – охлажденная 98%-ная кислота, IIпродукционная кислота на охлаждение, III-охлажденный олеум или моногидрат, IVпродукционный олеум на охлаждение
Конструкции контактных аппаратов: а-контактный узел: 1-контактный аппарат, 2-теплообменник,
б-контактный аппарат кипящего слоя
Преимущества котнтактных аппаратов кипящего слоя:
 Высокий коэффициент теплоотдачи от катализатора в состоянии
кипящего слоя к поверхности теплообменника
 Нечувствительность к пыли, вносимой вместе с печным газом
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: виды технической серной кислоты, использование в
производстве, способы получения серной кислоты, контактный способ
получения серной кислоты, технологические схемы, аппаратура
Вопросы для самоконтроля:
1. Укажите основные области использования серной кислоты и олеума.
2. Почему в настоящее время в качестве серосодержащего сырья
используется преимущественно сера, а не колчедан?
3. Какие катализаторы используются в производстве серной кислоты?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 426-447
2. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 146-168
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 22 из 68
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.-Т.1.С.149-183
4. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. В 2 ч.М.: Высшая
школа. – ч. 1. С.7-32.
5. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.421-435.
Лекция 9, 10 – Синтез аммиака
План лекции:
1. Методы связывания атмосферного азота
2. Технологические свойства аммиака. Области применения аммиака
3. Физико-химические основы синтеза аммиака
4. Технологическая схема синтеза аммиака
Методы синтеза соединений из молекулярного азота:
1. Дуговой
2. Цианамидный метод
3. Аммиачный
4. Ферментативный
Использование аммиака:
Сырьевые ресурсы производства аммиака
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 23 из 68
Реакция синтеза аммиака из АВС представляет гетерогенно-каталитическую
обратимую экзотермическую реакцию, протекает с уменьшением объема, без
образования побочных продуктов.
Константа равновесия
Повышение давления и снижение температуры смещает равновесие реакции
синтеза и повышает равновесный выход аммиака. Реакция синтеза аммиака
катализируется металлами, имеющими не полностью застроенные d- и fэлектронные уровни – железо, родий, вольфрам, рений, осмий, платина, уран
и некоторые другие металлы. Скорость реакции синтеза аммиака из АВС на
железном катализаторе описывается уравнением М.И. Темкина:
Где k1 и k2 –константы скоростей прямой и обратной реакций, р –
парциальные давления компонентов в смеси.
В зависимости от применяемого давления все системы производства
синтетического аммиака делятся на: системы низкого давления (10-15 МПа),
системы среднего давления (25-60 МПа), системы высокого давления (60-100
МПа). Наиболее выгодным является проведение процесса при среднем
давлении. Оптимальным давлением является давление 32 Мпа.
Технологическая схема производства аммиака: 1- колонна синтеза, 2-водяной
конденсатор, 3-смеситель свежей АВС и циркуляционного газа, 4-конденсационная
колонна, 5-газоотделитель, 6-испаритель жидкого аммиака, 7-выносной теплообменник, 8турбоциркуляционный компрессор
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 24 из 68
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: методы связывания атмосферного азота, технологические
свойства аммиака, области применения аммиака, физико-химические основы
синтеза аммиака, технологическая схема синтеза аммиака
Вопросы для самоконтроля:
1. Укажите промышленные методы «связывания» атмосферного азота и
сравните их энергоемкость и эффективность
2. Перечислите основные области использования аммиака и его растворов
3. Почему в производстве аммиака используется циклическая схема?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.1. С.183208.
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.32-53.
3. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.435-452.
4. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 360-426
Лекция 11, 12 – Производство азотной кислоты
План лекции:
1. Общие сведения. Области применения. Сырье
2. Физико-химические основы синтеза азотной кислоты
3. Технологическая схема производства азотной кислоты
Безводная азотная кислота представляет тяжелую бесцветную жидкость
пл. 1,52, дымящую на воздухе. Она замерзает при -41 и кипит при 86 0С.
Образует гидраты. При упаривании разбавленной азотной кислоты
содержание ее в растворе повышается до 68,4% HNO3, что соответствует
азеотропной точке с температурой кипения 121,9 0С. В лабораторной
практике применяется азотная кислота, содержащая 65% HNO3. В
промышленности применяют два сорта азотной кислоты: разбавленную,
содержащую 50-60% HNО3 и концентрированную, содержащую 96—98%
HNО3.
Сырье для производства азотной кислоты
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 25 из 68
Синтез азотной кислоты из аммиака описывается общей химической схемой:
В промышленных условиях разбавленная азотная кислота производится
тремя способами: под атмосферным давлением, под давлением 6—8 ат и
комбинированным способом.
Производство разбавленной азотной кислоты из аммиака складывается из
трех стадий.
П е р в а я с т а д и я — контактное окисление аммиака до окиси азота:
4NH3 + 5O2=4NO + 6H2O + 907 кдж.
(1)
Реакция осуществляется на катализаторе, в качестве которого применяются
сетки из сплава платины с родием.
Одновременно с основной реакцией (1) при окислении аммиака могут
протекать побочные реакции:
4NH3+4O2=2N2O + 6H2O+1105 кдж,
(2)
4NH3+3O2=2N 2 + 6H2O + 1270 кдж,
(3)
Максимальная степень окисления аммиака до окиси азота (98%)
достигается лишь при оптимальных условиях протекания процесса: а)
температура газ а — 800° С; б) концентрация аммиака в газовой смеси—
10—12% (по объему); в) время контакта аммиачно-воздушной смеси с
катализатором — 0,0001 - 0,0002 сек; г) очистка аммиачной смеси от
каталитических ядов (сероводород H2S, фосфин РН3 и др.).
Максимальный выход окиси азота NO достигается при молярном
отношении компонентов NH3 : О2= 1 : (1,8-2,0), что соответствует
содержанию аммиака в аммиачно-воздушной смеси 10—12%. Избыточный
кислород расходуется в дальнейшем на окисление окиси азота NO до
двуокиси N02.
В т о р а я с т а д и я — окисление окиси азота до двуокиси и последующая
частичная полимеризация двуокиси в четырех-окись азота — протекает по
уравнению:
2NO + О2=2NО2+112 кдж,
(4)
2NО2 ↔N2О4 + 57 кдж.
(5)
Окись и двуокись азота, взаимодействуя друг с другом, образуют азотистый
ангидрид:
NO + NО2 ↔N2О3+83,74 кдж.
(6)
Газы, получаемые в процессе окисления аммиака в первой и во второй
стадиях, называются н и т р о з н ы м и г а з а м и . Нитрозный газ содержит
10-11% окиси азота NО, 5—5,5% кислорода O2, азот и пары воды.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 26 из 68
В т р е т ь е й с т а д и и происходит самоокисление-самовосстановление
двуокиси и четырехокиси азота при абсорбции их водой с образованием
разбавленной азотной кислоты, что выражается уравнениями:
2N02 + H2O↔HNО3 + HNО2+116 кдж, (7)
N2О4+H2O↔HNО3 + HNО2 + 59 кдж. (8)
Получающаяся азотистая кислота неустойчива и разлагается на азотную
кислоту и окись азота:
3HNО2 →HNО3 + 2NO + H2О — 76 кдж.
(9)
Суммарно взаимодействие двуокиси азота N02 с водой можно представить
уравнением:
3NО2+H2О↔2HNО3 +NО + 136 кдж.
(10)
Выделяющаяся окись азота окисляется до двуокиси и снова
абсорбируется. Балансовое уравнение производства азотной кислоты из
аммиака имеет следующий вид:
NH3+2О2=HNО3 + H2О+422 кдж.
(11)
Технологическая схема производства разбавленной азотной кислоты под высоким
давлением: 1-испаритель аммиака, 2-смеситель аммиака и воздуха, 3-фильтр мокрой
очистки воздуха, 4-турбокомпрессорная установка, 5-керамический фильтр очистки АВС,
6-контактный аппарат, 7-котел-утилизатор, 8-доокислитель, 9-конденсатор-холодильник,
10-сепаратор жидкой кислоты и газа, 11-абсорбционная колонна, 12-продувочная колонна,
13-топтчное устройство, 14-реактор каталитической очистки газов, 15-котел-утилизатор
Для получения концентрированной кислоты используются два метода:
концентрирование разбавленной кислоты и прямой синтез из жидких
оксидов азота. Концентрирование азотной кислоты проводится в
присутствии водоотнимающих средств – серной кислоты или нитрата
магния. Метод прямого синтеза основан на том, что четырехокись азота
легко конденсируется в жидкость и отделяется от остальных компонентов.
Жидкая четырехокись азота при взаимодействии с водой и кислородом дает
азотную кислоту любой концентрации. Процесс протекает по схеме:
2N2O4(ж) + 2H2O (ж) + О2 (г)↔ 4HNO3 (ж)+78 кдж (р=50 атм, t=70 или
800С)
Степень превращения достигает 100%.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 27 из 68
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения
материала данной лекции: общие сведения, области применения азотной
кислоты, сырье, технология разбавленной азотной кислоты, физикохимические основы синтеза, технологическая схема производства азотной
кислоты, концентрирование азотной кислоты.
Вопросы для самоконтроля:
1. Приведите химическую схему производства азотной кислоты из аммиака и
укажите условия протекания каждой ее стадии.
2. Почему концентрированная азотная кислота не может быть получена
прямым упариванием разбавленной кислоты?
3. Почему окисление аммиака проводят при давлении не выше 1 МПа?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.1. С.208238.
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.53-69.
3. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.452-459.
4. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 399-426
Лекция 13, 14 – Производство фосфорных удобрений
План лекции:
1. Общие сведения, классификация минеральных удобрений, области
применения фосфорных удобрений
2. Производство двойного суперфосфата
Минеральными удобрениями называются соли и другие неорганические
природные или полученные промышленным путем вещества, содержащие в
своем составе элементы, необходимые для питания растений и улучшения
плодородия почвы, используемые с целью получения высоких и устойчивых
урожаев сельскохозяйственных культур.
Классификация минеральных удобрений
Простые фосфорные удобрения, это кальциевые соли фосфорной
(ортофосфорной) кислоты различного состава. По растворимости фосфорные
удобрения подразделяются на: водорастворимые, растворимые в
органических кислотах, нерастворимые или растворимые только в сильных
минеральных кислотах. Сырье для производства фосфорных удобрений –
природные фосфатные руды апатиты и фосфориты. Основным
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 28 из 68
фосфорсодержащим компонентом в них является двойные соли трикальций
фосфата 3Ca3(PO4)2.CaX, где Х=F, OH, Cl.
Химическая переработка природных фосфатов может быть осуществлена 3
методами: химическим разложением, восстановлением углеродом и
термической обработкой. Наиболее распространенный метод переработки
фосфатного сырья – разложение серной, фосфорной или азотной кислотами.
Двойным суперфосфатом называется концентрированное безбалластное
простое фосфорное удобрение, получаемое разложением природных
фосфатов фосфорной кислотой. Двойной суперфосфат содержит 45-51%
общей Р2О5, в том числе 42-49% в усвояемой форме в виде водорастворимых
соединений (Н3РО4)2, Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4) и цитратнорастворимых
соединений (CaHPO4, MgHPO4, фосфаты железа).
Разложение природных фосфатов фосфорной кислотой представляет
гетерогенный необратимый процесс, протекающий по уравнению:
Процесс взаимодействия фосфорной кислоты с трикальцийфосфатом
протекает в две стадии. На первой стадии компоненты реагируют в
подвижной суспензии, жидкая фаза которой содержит фосфорную кислоты,
монокальцийфосфат и другие растворимые продукты реакции. На второй
стадии происходит кристаллизация монокальцийфосфата (дигидрофосфата
кальция), приводящая к изменению состава жидкой и твердой фаз
реакционной смеси.
В производстве двойного суперфосфата используется 3 метода:
1. Камерный метод с использованием суперфосфатных камер непрерывного
действия и выдерживанием продукта для созревания на складе. Для
разложения фосфатов используют термическую или экстракционную кислоту
концентрацией 50-58% Р2О5 при избытке 110% от стехиометрического
количества.
2. Камерно-поточный метод с использованием аналогичных камер, но без
операции складского созревания. Для разложения фосфатов используется
экстракционная кислота концентрацией 47-49%, взятая в стехиометрическом
отношении.
3. поточный метод с использованием неупаренной кислоты концентрацией
30% Р2О5.
Технологическая схема производства двойного суперфосфата поточным методом: 1бункер фосфата, 2- сборник фосфорной кислоты, 3-реактор первой ступени, 4-реактор
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 29 из 68
второй ступени, 5-аппарат БГС, 6-топка, 7,8-грохоты, 9-дробилка, 10-барабанаммонизатор, 11-холодильник «КС», 12-13 - циклон
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: области применения фосфорных удобрений, виды
фосфорных
удобрений,
производство
двойного
суперфосфата,
технологическая схема технологии.
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите основные виды фосфорных и комплексных минеральных
удобрений на основе фосфора.
2. Из какого сырья получают фосфорные минеральные удобрения?
3. К какому виду кислотного разложения относится производство двойного
суперфосфата?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.1. С. 278304
2. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.420-421.
3. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.69-98.
4. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 447-465
Лекция 15, 16 – Производство калийных удобрений
План лекции:
1. Общие сведения, области применения калийных удобрений
2. Производство хлорида калия
Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или
синтетические соли и содержат питательный элемент в форме иона К +. В
зависимости от природы аниона калийные удобрения подразделяются на
хлоридные и бесхлоридные.
Сырьем для производства хлорида калия служит природный минерал –
сильвинит – смесь сильвина KCl и галита NaCl с содержанием калия 22-25%
считая на K2O. Существуют два метода производства хлорида калия из
сильвинита: флотационный и галургический. Флотационный способ
выделения хлорида калия основан на флотационном разделении
водорастворимых минералов калийной руды в среде насыщенного ими
солевого раствора.
Флотационный метод выделения включает следующие операции:
1. Измельчение руды
2. Отделение глинистого шлама методами флотации или гравитации
3. Флотационное разделение водорастворимых минералов руды в
присутствии собирателей
4. Перечистная флотация полученного концентрата для удаления из него
оставшихся примесей.
5. Обезвоживание концентрата
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 30 из 68
6. Сушка влажного концентрата.
Технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита флотационным методом:
1-бункер сильвинита, 2-мельница мокрого размола, 3-смеситель-растворитель, 4-сито, 5флотационная машина шламовой флотации, 6-флотационная машина основной флотации,
7-флотационная машина перечистной флотации, 8-центрифуга для отделения оборотного
раствора от концентрата, 9-сборник оборотного раствора, 10-сгуститель шлама, 11-сито
для отделения хвостов
Галургический способ выделения хлорида калия из сильвинита или метод
избирательного растворения и раздельной кристаллизации основан на
различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и
натрия при их совместном присутствии.
Процесс галургического извлечения хлорида калия из сильвинита включает 6
основных стадий:
1. Измельчение сильвинитовой руды
2. Выщелачиввание хлорида калия из сильвинита горячим оборотным
раствором (щелоком)
3. Отделение горячего щелока от вердой фазы (хлорида натрия и пустой
породы) и его осветвление
4. Охлаждение раствора икристаллизация из него хлорида калия.
5. сушка хлорида калия
6. Нагревание оборотного раствора и возвращение его на стадию
выщелачивания сильвинита
Технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита галургическим методом:
1-бункер сильвинита, 2-шнековый растворитель, 3-план-фильтр для отделения хлорида
натрия, 4-отстойник – сгуститель шалама, 5-вакуум-кристализатор, 6-центрифуга, 7барабанная сушилка, 8-подогреватель щелока
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 31 из 68
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: общие сведения, области применения калийных удобрений,
производство хлорида калия флотационным и галургическим способами,
технологические схемы.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие методы используют для выделения хлорида калия из сильвинита?
2. На чем основан галургический метод выделения хлорида калия из
сильвинита?
3. В чем преимущества и недостатки галургического метода выделения
хлорида калия перед флотационным?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.1. С. 253260
2. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.420-421.
3. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.69-98.
4. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 447-465
Лекция 17, 18 – Металлургические процессы
План лекции:
1. Классификация металлов
2. Металлургические процессы
3. Производство чугуна
4. Доменный процесс
В соответствии с промышленной классификацией металлы делятся на
черные, к которым относятся железо и его сплавы, марганец и хром, и
цветные.
Сырьем являются металлические руды.
В основу классификации черных металлов положен их химический состав.
Черные металлы – это сложные системы, которые помимо железа и углерода
содержат разные примеси (серу, азот, фосфор, кремний и др.), вносимые в
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 32 из 68
металл из исходного сырья в процессе производства, а также металлы
целенаправленно добавляемые с целью придания сплаву определенных
свойств. По содержанию углерода черные металлы делят на 2 группы: стали
(менее 2,14% С) и чугуны (более 2,14% С). Стали делят на углеродистые, в
которых другие металлы содержатся в незначительных количествах и не
влияют на их свойства и легированные, в состав которых введены такие
металлы, как хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден и др. для придания
им определенных свойств. По содержанию углерода углеродистые стали
делят на низко-, средне- и высокоуглеродистые. Чугуны делят на белые
(передельные), серые (литейные) и модифицированные.
Исходное сырье для производства черных металлов – железные руды.
По содержанию железа руды делятся на бедные, средние и богатые. По
форме соединений железа руды делятся на: магнетитовую, гематитовую,
бурый железняк, сидерит.
Общая схема переработки железной руды
Производство чугуна – это первая стадия двухступенчатого процесса
переработки железных руд в сталь. Чугун выплавляют из железорудного
сырья в доменных печах, в которых за счет сгорания топлива создаются
высокие температуры, обеспечивающие процессы восстановления оксидов
железа руды, образования жидкого чугуна и отделения пустой руды в виде
шлака. Подобный процесс получил название доменного процесса или
доменной плавки.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 33 из 68
Схема подготовки железных руд к доменной плавке
Технологическая схема доменного производства: 1-бункер агломерата, 2-бункер кокса, 3скиповый подъемник, 4-доменная печь, 5-засыпной аппарат доменной печи, 6пылеуловитель, 7-промывной скруббер, 8-мокрый фильтр, 9-каупер, работающий на
подогрев дутья, 10-каупер, работающий на разогрев насадки, 11-дымовая труба
Основными аппаратами доменного производства являются доменная печь и
каупер.
Доменная печь имеет форму башни из
огнеупорного кирпича, заключенную снаружи в
металлический сварной кожух. Изнутри печь
имеет огнеупорную футеровку. Масса печи –
30 000 тонн.
Основные понятия, которые необходимо знать
после изучения материала данной лекции:
классификация
металлов,
металлургические
процессы, производство чугуна, доменный
процесс, устройство доменной печи.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите классификацию металлов
2. Назовите основные компоненты сырья в
доменном процессе и укажите их назначение
3. Какие процессы и на каком уровне протекают в
доменной печи?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.1. С.39-72
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 34 из 68
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.69-98.
Лекция 19, 20 – Производство силикатных материалов
План лекции:
1. Общие сведения о силикатных материалах. Классификация силикатных
материалов
2. Производство стекла
Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов
силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов.
Классификация силикатов
Производство силикатных материалов состоит из стадий:
Стеклами называются переохлажденные расплавы смесей оксидов и
бескислородных соединений с высокой вязкостью, обладающие после
охлаждения механическими свойствами твердого тела. Состав силикатных
стекло выражается общей формой: nR2O.mRO.pR2O3.qRO2, где n, m, p, q –
переменные величины, R2O – оксиды щелочных металлов, RO – оксиды
щелочноземельных и других двухвалентных металлов, R2O3 – кислотные
оксиды, RO2 – оксид кремния.
По назначению стекла делятся на строительные, тарное, бытовое,
художественное, химическое, оптическое и стекла специального назначения.
Простейшее силикатное стекло имеет формулу: Na2O.CaO.6SiO2.
Сырьем для производства стекол служат разнообразные природные и
синтетические материалы. Они делятся на 5 групп: стеклообразователи,
красители, глушители, обесцвечиватели, осветлители.
Процесс производства стеклянных изделий:
В подготовку компонентов сырья входят операции промывки, сушки,
измельчения, классификации и брикетирования веществ. Приготовление
шихты – смешивание в нужных пропорциях подготовленных материалов.
Варка стекломассы – это совокупность сложных физико-химических
процессов, протекающих в гетерогенной системе через стадии собственно
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 35 из 68
варки, осветвления массы и ее охлаждение. В зависимости от состава
стекломассы формование изделий производят в интервале температур 80011000С при вязкости 103-4.102 Па.с. Важнейшими методами формования
являются: вытягивание на автоматических машинах, выдувание и
прессвыдувание, отливка в формы, прокат с одновременным отжигом
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: общие сведения о силикатных материалах, классификация
силикатных материалов, производство стекла, технологическая схема
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие вещества называются силикатными материалами?
2. Укажите типовые процессы, используемые в производстве силикатов
3. Какие процессы протекают при варке стекломассы?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.- Т.1. С.304-329
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.98-115.
Микромодуль 3 – Переработка химического топлива. Производство
органических веществ
Лекция 21, 22 – Химическая пераработка топлива
План лекции:
1. Виды топлива
2. Энергетические характеристики топлива
3. Переработка твердого топлива
Топливом называется одно- или многокомпонентая система, представляющая в
результате протекающих в ней процессов источник энергии. По природе
процессов, протекающих в топливах при их использовании, они делятся на
ядерные и химические. Химические топлива подразделяются:
1. По происхождению: на природные и искусственные или синтетические
2. По агрегатному состоянию: на твердые, жидкие и газообразные
3. По составу на унитарные и многокомпонентные
К энергетическим характеристикам топлива относятся: теплота сгорания,
жаропроизводительность и энергоемкость.
Теплотой сгорания – количество тепла, выделяемое при полном сгорании
единицы массы или объема топлива в атмосфере кислорода и охлаждении
продуктов сгорания до начальной температуры процесса.
Высшей теплотой сгорания Qв называется количество тепла, выделяемое при
полном сгорании 1 кг или 1м3 топлива и охлаждении продукта до 298 К.
Низшей теплотой сгорания Qн называется количество тепла, выделяемое при
полном сгорании 1 кг или 1м3 топлива в условиях сгорания, то есть без учета
теплоты конденсации воды.
Жаропроизводительностью топлива называется максимальная температура
горения (Тмакс), развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 36 из 68
в условиях, когда вся выделяющаяся теплота расходуется на нагрев продуктов
сгорания.
Энергоемкостью топлива называется количество потенциальной энергии,
заключающееся в единице объема жидкого моторного топлива, кДж/литр.
Процессы переработки твердого топлива подразделятся на 3 типа: пиролиз,
газификация и гидрирование. Пиролизом или сухой перегонкой называется
процесс нагревания твердого топлива без доступа воздуха с целью получения из
него твердых, жидких и газообразных продуктов различного назначения.В
зависимости от условий процесса различают низкотемпературный пиролиз или
полукоксование и высокотемпературный пиролиз или коксование.
Полукоксование проводят при 500-5800С с целью получения искусственного
жидкого и газообразного топлива. Продукты полукоксования: горючий газ,
смола и полукокс. Сырье для полукоксования: низкосортные каменные угли,
бурые угли и горючие сланцы.
Коксование – разновидность сухой перегонки каменного угля, проводимое при
9000 – 12000 С с целью получения кокса, горючих газов и сырья для химической
промышленности.
Общая схема коксохимического производства
Химические превращения при коксовании: первичные и вторичные. К
первичным реакциям относятся: реакции деструкции сложных молекул,
реакции фенолизации, реакции карбонизации органической части угля,
реакции отщепления атомов водорода, гидроксильных, карбоксильных и
метоксильной групп. К вторичным реакциям относятся: реакции крекинга
алканов, реакции полимеризации алкенов, реакции дегидрогенизации
нафтенов, реакции конденсации аренов, реакции образования карбенов.
Процесс коксования осуществляется в коксовых печах.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 37 из 68
Схема коксовой печи: 1-бункера для загрузки печи, 2- стояк для отвода летучих
продуктов, 3- передняя дверца, 4-задняя дверца, 5- коксовыталкиватель
Процесс коксования состоит из следующих операций:
 Загрузка шихты
 Коксование
 Выгрузка кокса
 Тушение кокса
 Сортировка кокса
Гидрированием твердого топлива называется процесс превращения
органической части топлива в жидкие продукты, обогащенные водородом и
используемые как топливо. Гидрирование представляет деструктивный
каталитический процесс, протекающий при температуре 400-5600С по
давлением водорода 20-70 МПа. Протекают реакции: деструкции и
деполимеризации высокомолекулярных структур угля, гидрирования
образовавшихся алкенов, деструкции высших алканов с последующим
гидрированием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной
массы, гидрирования конденсированных ароматических систем с
последующим разрывом цикла и деалкилированием, раскрытия пятичленных
циклов с образованием изоалканов.
Циклическая схема жидкофазной гидрогенизации топлива: 1-аппарат подготовки сырья,
2-насос для пасты, 3-реактор гдрирования, 4- центрифуга, 5,6 – ректификационные
установки, 7-нейтрализатор, 8-реактор гидроочистки.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: виды топлива, энергетические характеристики топлива,
переработка твердого топлива
Вопросы для самоконтроля:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 38 из 68
1. Как классифицируются топлива?
2. Перечислите основные методы химической переработки каменных углей
3. Что такое коксуемость углей?
4. Какой процесс называется гидрированием твердого топлива?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.2. С.154-191
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.145-181.
Лекция 23, 24 – Переработка нефти
План лекции:
1. Первичная переработка нефти
2. Крекинг углеводородов нефти
3. Каталитический риформинг
Нефтью называется жидкое ископаемое топливо, распространенное в
осадочной оболочке литосферы Земли. В общем случае переработка нефти на
нефтепродукты включает ее подготовку и процессы первичной и вторичной
переработки. Подготовка нефти – удаление из нее механических примесей,
растворенных солей и воды и стабилизация по составу.
Первичная переработка нефти заключается в разделении ее на отдельные
фракции, каждая из которых представляет смесь углеводородов. Вторичная
нефтепереработка
представляет
собой
процессы
переработки
нефтепродуктов, полученных методом прямой гонки. Вторичные процессы
нефтепереработки подразделяются:
А) по назначению на:
- процессы, проводимые с целью повышения выхода легкокипящих фракций
(крекинг)
- процессы, проводимые с целью изменения углеводородного сырья
(риформинг)
- процессы удаления из нефтепродуктов примесей (гидроочистка)
Б) по условиям протекания на:
- термические процессы, протекающие под воздействием высоких
температур и давлений
- каталитические процессы
В) по состоянию перерабатываемого сырья на:
- процессы в жидкой фазе
- процессы в паровой фазе
Первичная перегонка нефти (прямая гонка) – процесс переработки нефти,
основанный на разделении смеси составляющих ее углеводородов методом
фракционной разгонки на отдельные дистилляты с определенными
интервалами температур кипения. В соответствии с назначением различают 3
варианта прямой гонки: топливный процесс, топливно-масляный процесс,
нефтехимический процесс. В зависимости от глубины переработки установки
делятся на: одноступенчатые, работающие при атмосферном давлении и
двухступенчатые (атмосферно-вакуумные).
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 39 из 68
Технологическая схема установки АВТ: 1-трубчатая печь подогрева нефти, 2-сепаратор
газа, 3-ректификационная колонна атмосферного давления, 4-теплообменникиконденсаторы, 5-холодильники, 6, 7 – отпарные колонны, 8- трубчатая печь подогрева
мазута, 9-вакуумная ректификационная колонна. I – бензин, II – лигроин, III – керосин, IV
– дизельное топливо, V – газойль, VI – мазут, VII-пар, VIII-веретенное масло, IX –
машинное масло, Х – легкое цилиндровое масло, ХI – тяжелое цилиндровое масло, XII –
гудрон, XIII – газы.
Крекингом называется вторичный процесс переработки нефтепродуктов,
проводимый с целью повышения общего выхода бензина. Крекинг
нефтепродуктов может быть термическим и каталитическим. Термический
крекинг проводится при температуре от 420 до 5500 С и давлениях до 5 МПа.
Реакции превращения углеводородов при крекинге:
1. Термическая деструкция алканов
2. Превращения нафтенов: реакции дегидрирования, деалкилирования,
гидрирования с разрывом цикла
3. Превращения
алкенов:
реакции
деструкции,
изомеризации,
полимеризации
4. Синтез и превращения аенов по реакциям конденсации алкенов и
алкадиенов.
Особенности каталитического крекинга:
 Высокая скорость процесса
 Увеличенный выход бензинов с большим содержанием изоалканов и
малым содержанием алкенов
 Большой выход газообразных продуктов
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 40 из 68
Технологическая схема установки крекинга: 1-теплообменники, 2- трубчатая печь, 3реактор «КС», 4- ректификационная колонна, 5- холодильник-конденсатор, 6газоотделитель, 7-отпарная колонна, 8- холодильники, 9-шламоотделитель, 10-узел
смешения, 11-регенератор катализатора «КС», 12-котел-утилизатор, 13-электрофильтр
Риформингом называется вторичный процесс переработки нефтепродуктов,
производимый с целью получения индивидуальных аренов, водорода или
бензина с повышенным содержанием аренов. Проводится в присутствии
катализаторов. Важнейшими реакциями являются: дегидроциклизация и
изомеризация, дегидрирование шестичленных и изомеризация с раширением
цикла и дегидрирование пятичленных нафтенов, циклодегидрирование
алкенов, деалкилирование и дегидроконденсация аренов.
В зависимости от цели процесса существует две разновидности риформинга:
ароматизация – получение аренов и облагораживание бензина – получение
бензина с высоким содержанием аренов и высоким ОЧ.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: первичная переработка нефти, вторичная переработка нефти,
крекинг углеводородов нефти, механизм и химизм крекинга, каталитический
риформинг
Вопросы для самоконтроля:
1. Для чего проводятся операции стабилизации, обессоливания и
обезвоживания нефти?
2. Какие процессы нефтепереработки называются первичными и
вторичными?
3. В чем преимущества каталитического крекинга перед термическим?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 467-499
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.145-181.
3. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии. М.:1999. С.380-388.
4. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.2. С.114154.
Лекция 25, 26 – Основной органический синтез
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 41 из 68
План лекции:
1. Продукты основного органического синтеза
2. Сырье и процессы основного органического синтеза
3. Производство этанола
Основным или тяжелым органическим синтезом (ООС) называется
совокупность производств органических веществ относительно простого
строения, вырабатываемых в очень больших количествах и используемых
как в качестве целевых продуктов, так и полупродуктов в других отраслях
органической технологии. Исходные вещества для ООС объединены в 5
групп: алканы, алкены, арены, ацетилен, оксид углерода и синтез газ.
Сырьем для синтеза метанола служит синтез-газ, получаемый конверсией
природного газа, газификацией угля, переработкой нефти, а также
образующийся как отход других производств.
Технологические схемы производства метанола включают три обязательных
стадий:
 очистка синтез газа от сернистых соединений, карбонилов железа и
частиц компрессорного масла,
 собственно синтез,
 очистка и ректификация метанола сырца.
Технологические схемы могут быть разделены на 3 группы:
1. Синтез при высоком давлении проводится на цинк-хромовых
катализаторах при температуре 370-4200С и давлении 20-35 МПа.
2. Синтез при низком давлении проводится на цинк-медь-алюминиевых или
цинк-медь-хромовых катализаторах при температуре 250-3000С и давлении
5-10 МПа.
3. Синтез в трехфазной системе «газ-жидкость-твердый катализатор»,
проводимый в суспензии из тонкодисперсного катализатора и инертной
жидкости, через которую барботируется синтез-газ.
Технологическая схема производства метанола при низком давлении: 1-турбокомпрессор,
2-циркуляционный компрессор, 3,7-холодильники, 4-сепаратор, 5-адсорбер, 6-реактор
адиабатического действия, 8-теплообменник, 9-котел-утилизатор, 10-сепаратор, 11дроссель, 12-сборник метанола-сырца, 13,14-ректификационные колонны
Все промышленные способы производства этанола и сорта производимого
продукта делятся на 4 группы:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 42 из 68
 Гидратация этилена (синтетический этанол - I),
 Гидролиз древесины (гидролизный этанол - II)
 Осахаривание крахмала (ферментативный или пищевой этанол - III)
 Переработка сульфитных щелоков (сульфитный этанол - IV).
Производство этанола прямой гидратацией наиболее важный метод
получения спиртов. Присоединение воды к алкенам может быть
осуществлено 2 методами: 1. Через алкилсульфаты, 2. Взаимодействием с
водой в присутствии катализаторов.
Технологическая схема прямой гидратацией этилена: 1-компрессор этилена, 2циркуляционный компрессор, 3-теплообменник, 4-гидратор, 5-котел-утилизатор, 6сепаратор высокого давления, 7-дроссель, 8-сепаратор низкого давления, 9-колонна
отгонки легкой фракции, 10-этанольная колонна, 11-конденсатор
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: продукты основного органического синтеза, сырье и
процессы основного органического синтеза, производство этанола,
технологическая схема
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие технологические схемы используются в производстве этанола?
2. Опишите важнейшие области использования этанола
3. Из каких видов сырья может быть получен в промышленных масштабах
этанол?
Рекомендуемая литература:
1. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:, 2007. С. 499-511
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.181-207.
3. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000. – Т.2. С.259294.
Лекция 27, 28 – Производство уксусной кислоты
План лекции:
1. Технологические свойства и применение
2. Производство уксусной кислоты
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 43 из 68
Уксусная кислота – бесцветная жидкость с резким запахом, с температурой
кипения 118,1 оС, температурой плавления 16,75 оС и плотностью 16,75 оС и
плотностью 1,05 т/м3. Уксусная кислота используется: как ацетилирующий
агент в производстве различных ацетатов, для получения уксусного ангидрида
и ацетилхлорида, в производстве красителей и фармацевтических препаратов,
для получения ацетона, в производстве ацетилцеллюлозы и винилацетата, в
качестве растворителя и коагулянта латексов, в пищевой и текстильной
промышленности.
Окисление ацетальдегида молекулярным кислородом представляет
гомогенную каталитическую реакцию, протекающую в жидкой фазе и
выражаемую общим уравнением:
Технологический процесс производства уксусной кислоты окислением
ацетальдегида состоит из трех последовательных стадий: 1. Окисление
ацетальдегида, 2. выделение непрореагировавшего ацетальдегида из парогаза,
3. Выделение уксусной кислоты из реакционной смеси и ее очистка.
Технологическая схема производства уксусной кислоты: 1-смеситель катализаторного
раствора, 2-смеситель раствора ацетальдегида, 3-окислительная колонна (реактор), 4брызгоуловитель, 5- рассольный конденсатор, 6-сепаратор жидкости и газа, 7ректификационная колонна
Основной аппарат технологической схемы – окислительная колонна. Она
представляет цилиндр с расширенной верхней частью, играющей роль
брызгоуловителя, высотой 12 и диаметром 1 м. Колонна изготовлена из
алюминия или хромоникелевой стали, мало подверженных коррозии в
уксуснокислой среде. Внутри колонна имеет полки, между которыми
размещены змеевиковые холодильники для отвода реакционного тепла и
несколько труб для подачи кислорода.
Товарным продуктом в этом методе является уксусная кислота
концентрацией после двухкратной ректификации 97,5-98,5% мас. Выход
уксусной кислоты составляет 92% при степени превращения ацетальдегида
0,98.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: технологические свойства и применение уксусной кислоты,
производство уксусной кислоты, технологическая схема
Вопросы для самоконтроля:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 44 из 68
Перечислите важнейшие направления использования уксусной кислоты
Из каких видов сырья может быть получена уксусная кислота?
Рекомендуемая литература:
1. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.-Т.2. С.309-318.
2. Общая химическая технология/под ред. И.П. Мухленова. В 2 ч.
М:1991.-2ч. С.181-207.
Ле кция 2 9 , 30 – П ро из во дст во пол им ер ных мате р иало в
План лекции:
1. Классификация полимерных материалов
2. Свойства полимерных материалов
3. Способы получения полимерных материалов
Полимерные материалы классифицируют по области их использования и
назначения, природе полимерной фазы, физическим и химическим
превращениям, протекающим в ней при производстве и обработке.
По использованию и назначению ПМ делятся на:
 Пластические массы и композиты;
 Эластомеры (каучуки и резины);
 Химические волокна и пленки;
 Полимерные покрытия, клей и герметики
В соответствии с назначением среди них выделяют ПМ общего назначения и
функциональные. По природе полимерной фазы ПМ делятся на:
 Природные;
 Химические (искусственные и синтетические)
По характеру превращений, протекающих в полимерной фазе на стадиях
производства и переработки в изделия, ПМ делятся на:
 Термопластичные
 Термореактивные
Особые свойства ПМ:
1. Малая плотность
2. Стойкость к агрессивным средам, атмосферному и радиационному
воздействиям
3. Высокие радио- и электротехнические свойства
4. Широкий диапазон фрикционных и антифрикционных свойств
5. Специфические оптические свойства
6. Многообразие физико-механических свойств
Сырьем для ПМ является: ископаемые угли, нефть, газ, воздух и известь.
Применение ПМ:
1. Общее машиностроение
2. Авиастроение
3. Автомобилестроение
4. Электротехника и радиоэлектроника
5. Железнодорожный транспорт
6. Судостроение
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 45 из 68
7. Строительство
8. Сельское и водное хозяйство
9. Пищевая промышленность
10.Медицина
Основными методами синтеза ВМС являются полимеризация и
поликонденсация.
Полимеризация – процесс получения ВМС, при котором молекула полимера
образуется путем последовательного присоединения молекул НМ вещества
(мономера) к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи.
По числу участвующих в полимеризации мономеров различают
гомополимеризацию (один мономер) и сополимеризацию (два и более
мономера).
В зависимости от природы активного центра различают радикальную
полимеризацию и ионную полимеризацию. Ионная полимеризация
подразделяется на анионную и катионную.
В полимеризацию вступают вещества, содержащие кратные связи С=С, С=О,
CN и другие, или способные раскрываться циклические группировки
(оксиды олефинов, лактамы и т.д.).
Полимеризация многих мономеров сопровождается выделением теплоты
(ΔH<0) и уменьшением энтропии за счет потери поступательных степеней
свободы молекулами мономера. Полимеризация таких мономеров
термодинамически возможна, так как реализуется условие убыли свободной
энергии ΔG = (ΔH - TΔS)<0.
Различают несколько основных стадий процесса полимеризации:
1. Инициирование – превращение небольшой части молекул мономера в
активные центры, способные присоединять к себе новые молекулы
мономера.
2. Рост цепи состоит из многократно повторяющихся однотипных реакций
присоединения молекул мономера (М) к активному центру (М*):
М1* + М → М2*, М2* + М → М3*, Мn* + М → Мn+1*
В результате роста цепи исходный низкомолекулярный активный центр
вырастает в макромолекулу.
3. Обрыв – гибель активного центра в результате его реакции с другим
активным центром или с посторонним веществом (Z) или вследствие
изомеризации в неактивные продукты:
Mn* + Mm*
Mn* + Z
инертные продукты
Mn*
4. Переход цепи – переход активного центра на другую частицу Х (мономер,
растворитель, полимер и т.д.), которая начинает рост новой макромолекулы:
Mn* + X → Mn + X*
X* + M → XM* → …
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 46 из 68
Кинетические уравнения полимеризации, связывающие скорость процесса с
концентрациями основных компонентов, зависят от механизма конкретных
процессов. Принимают, что активность растущих макромолекул не зависит
от их длины и что общая скорость равна скорости реакции роста цепи:
U=d[M]/dτ=kp[M][M*]
где [M] и [M*] – соответственно концентрации мономера и активных
центров, kp – константа скорости роста цепи.
Поликонденсацией называется процесс образования полимеров из би- или
полифункциональных
мономеров,
сопровождающийся
выделением
побочных низкомолекулярных соединений (воды, спирта). Поликонденсация
происходит в результате взаимодействия функциональных групп.
Различают гомополиконденсацию, в которой участвуют однородные
молекулы с различными реакционноспособными функциональными
группами:
nH2N(CH2)6COOH ↔ [- NH(CH2)6CO - ]n + (n-1)H2O
или однородные молекулы с одинаковыми реакционноспособными
функциональными группами:
nHO(CH2)2OH ↔ [- (CH2)2 – O-]n + (n-1)H2O
и
гетерополиконденсацию,
в
которой
участвуют
разнородные
реакционноспособные молекулы с функциональными группами:
Сополиконденсация – процесс получения ВМС, в котором участвуют два или
большее число мономеров, каждый из которых способен образовывать
собственный полимер:
По характеру химических процессов, лежащих в основе реакции
поликонденсации,
различают
равновесную
и
неравновесную
поликонденсацию. Если в результате поликонденсации наряду с полимерами
получается низкомолекулярное вещество, способное реагировать в условиях
реакции с образовавшимся полимером, то процесс является равновесным.
Если образовавшееся при поликонденсации низкомолекулярное соединение
не реагирует в условиях реакции с полимером, то поликонденсация является
неравновесной.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: классификация полимерных материалов, свойства
полимерных материалов, способы получения полимерных материалов,
полимеризация, поликонденсация
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие системы относятся к группе полимерных материалов и на какие
виды они подразделяются?
2. Какими свойствами обладают полимеры, составляющие основу ПМ?
3. Какими методами получают полимеры?
Рекомендуемая литература:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 47 из 68
1. Кондауров Б.П. Общая химическая технология. М.: 2005. С. 271-328
2. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.С.129-132
3. Теоретические основы химической технологии/под ред. И.П.
Мухленова М:1991. С.210-235
3 Лабораторные занятия
Лабораторное занятие 1, 2 – Выделение хлористого калия из сильвинита
Цель занятия: Разделение смеси солей, содержащих хлориды калия и
натрия. Определение массовой доли хлорида калия в исходной смеси солей и
в продуктах, полученных после их разделения избирательным растворением.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Каково содержание хлористого калия в сильвините?
2. Какой метод кроме галургического используется для выделения калия
из сильвинита?
3. Какая температура необходима для выделения хлорида калия из
сильвинита?
Ход работы: для выполнения работы берут 50 г сильвинита или смеси солей
хлоридов натрия и калия. Готовят маточный раствор, содержащий 12,5% KCl
и 18,5% NaCl в 150 г раствора. Смесь солей помещают в термостойкий
стакан на 250 мл, снабженный мешалкой и термометром, наливают
приготовленный маточный раствор и нагревают при перемешивании на
закрытой плитке до кипения.
После этого быстро отделяют раствор от осадка
на воронке Бюхнера. Оставшийся на фильтре
осадок переносят обратно в стакан, а фильтрат
охлаждают
до
комнатной
температуры,
отфильтровывают выпавший осадок хлорида
калия
и
маточным
раствором
снова
обрабатывают осадок в стакане. Эту операцию
повторяют 2-3 раза, после чего остаток и
выпавший из фильтрата осадок высушивают, взвешивают и анализируют на
содержание хлорида калия. Маточный раствор после последнего отделения
хлорида калия можно сохранить для использования в дальнейших опытах.
Определение массы хлорида калия, содержащейся в продуктах до и после
разделения смеси, может быть проведено одним из весовых методов:
перхлоратным, тетрафенилборатным, кобальтнитритным, гидротартратным,
дипикриламинным и при помощи магниевой соли гексанитродифениламина.
При использовании тетрафенилборатного метода навеску, около 5 г,
взвешенную с точностью до 0,0001г, помещают в стакан, добавляют 300 мл
дистиллированной воды, 3 мл конц. H2SO4 и осторожно растворяют при
кипячении в течение 30 мин. После охлаждения полученный раствор
отфильтровывают в мерную колбу на 500 мл, осадок на фильтре промывают
до отрицательной реакции на ионы хлора, доводят объем раствора до метки и
перемешивают. Отбирают пипеткой 10 мл раствора и переносят в стакан на
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 48 из 68
100 мл, куда добавляют 25 мл дистиллированной воды, 1-2 капли метилового
красного и до 3 мл раствора уксусной кислоты (10%-ная) до изменения
окраски. Стакан с образовавшимся раствором нагревают на водяной бане до
450С и при перемешивании медленно добавляют 8-10 мл 0,1 моль/л раствора
Na[(C6H5)4B], осаждая тетрафенилборат калия. Оставляют стакан на водяной
бане еще 5-10 мин, охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают
осадок через предварительно взвешенный стеклянный фильтр, промывают 45 раз небольшими порциями промывного раствора и три раза холодной
водой. Общий объем промывных вод 50-60 мл. (Промывной раствор – смесь
100 мл раствора уксусной кислоты (1%) и 3,4 мл раствора тетрафенилбората
натрия 0,1 моль/л). Фильтр с осадком высушивают в сушильном шкафу до
постоянной массы при температуре 1200С и взвешивают. Рассчитывают
массовую долю хлорида калия в пересчете на сухое вещество по формуле:
 ( KCl) 
0,208  500  100m
100
10m1 (100  x1 )
,
где m – масса высушенного осадка
тетрафенилбората калия, г; m1 – масса навески анализируемой смеси, г; 0,208
– аналитический множитель; х1 – содержание влаги анализируемой смеси в
массовой доле, которое определяется при высушивании массы навески в
термостате до постоянной массы при температуре 100-1050С.
Оформление результатов работы: описать методику и записать результаты
анализа.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что представляет собой сильвинит
2. На чем основано разделение хлоридов калия и натрия?
3. Каковы оптимальные условия переработки сильвинита?
Лабораторное занятие 3-5 – Анализ воды. Умягчение воды
ионообменным методом
Цель занятия: Определение общей, карбонатной и некарбонатной
жесткости воды, содержания углекислого газа. Провести умягчение воды.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Ионы каких металлов обуславливают жесткость воды?
2. Как классифицируется вода по жесткости?
3. Как достигается полное обессоливание воды?
Ход занятия: Определение общей жесткости воды. Общая жесткость воды
может быть определена а) комплексонометрическим – титрование раствором
трилона Б в присутствии индикаторов хромогенов – синего или черного в
аммиачной среде (рН 9-10); б) весовыми и объемными способами по
содержанию кальция и магния в воде.
А) В коническую колбу емкостью 250 см3 отмеривают 100-150 см3
исследуемой воды, добавляют 5 см3 аммиачного буферного раствора, 6-7
капель индикатора хромогена и медленно титруют раствор 0,05-0,1 н.
раствором трилона Б до перехода красной окраски в серовато-синюю
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 49 из 68
(фиолетовую). Общую жесткость воды Жо (мг-экв/дм3) вычисляют по
формуле
Жо 
1 k  100
, где υ1 – объем 0,1 н. раствора трилона Б,

израсходованный на титрование пробы, см3; k – коэффициент нормальности
раствора трилона Б, k=нфак/0,1н; υ-объем исследуемой пробы воды, см3. При
υ=100 см3, Жо=υ1k.
Б) Для определения кальция к 100 см3 анализируемой воды добавляют HCl до
кислой реакции по лакмусу. Раствор нагревают до кипения и добавляют 10
см3 10%-ного раствора NH4Cl и затем при перемешивании 15см3 раствора
(NH4)2C2O4. Через 10-15 мин прибавляют 3-4 капли аммиака до слабого
запаха. Раствор с осадком выдерживают 10-15 мин на водяной бане. Осадок
оксалата кальция отфильтровывают, промывая его раствором оксалата
аммония. Отмытый осадок растворяют на фильтре серной кислотой,
фильтрат нагревают до кипения и титруют перманганатом калия до
появления розовой окраски. Концентрацию ионов Ca2+ (мг/дм3)
рассчитывают по формуле CCa2+= TKMnO4.10.100, где TKMnO4 – титр KMnO4 в
пересчете на ион кальция; υ-объем KMnO4, пошедший на титрование.
Для определения магния к 700 см3 воды добавляют три капли
метилоранжевого и оттитровывают 0,1н HCl до оранжевой окраски и также
оттитровывают холостую пробу, содержащую 10см3 дистиллированной воды.
Обе колбы с растворами нагревают до кипения и переносят в мерные колбы
емкостью 200см3. В колбы добавляют по 50 см3 насыщенного раствора
Ca(OH)2 и доливают водой до нижней части горлышка. Содержимое колб
перемешивают и ставят на водяную баню на полчаса. После охлаждения
колбы доливают до метки, перемешивают и отфильтровывают осадок
гидроокиси магния. По 100 см3 фильтрата из каждой пробы титруют 0,1 н
раствором HCl с фенолфталеином, связывая избыток гидроокиси кальция.
Количество магния рассчитывают по формуле C Mg 2 
12,16  2( N1  n 2 )  1000
,
100
где 12,16 – грамм-эквивалент магния; N – нормальность соляной кислоты; υ1
– количество соляной кислоты, израсходованное на титрование холостой
пробы, см3; υ2 – количество соляной кислоты, израсходованное на титрование
пробы, см3. В этом случае общая жесткость воды (мг-экв/дм3) определяется
по формуле Ж о  CCa 2  C Mg 2 , где CCa2+ и CMg2+ - концентрации ионов Ca2+ и
20,04
12,16
Mg , мг-экв/дм .
Карбонатная жесткость. Титруют 100 см3 анализируемой воды 0,1 н.
раствором HCl с индикатором метилоранжем до перехода окраски в розовую.
N1
Жк 
1000 ,где N – нормальность HCl; υ1 – объем HCl, затраченный на
2+
3
2
титрование, см3; υ2 – объем воды, взятый для анализа, см3.
Некарбонатная жесткость определяется по разности между общей и
карбонатной жесткостью Жн=Жо – Жк.
Определение содержания углекислого газа. В круглодонную колбу отмеряют
200 см3 анализируемой воды, добавляют 0,2 см3 1%-ного раствора
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 50 из 68
фенолфталеина и перемешивают. Если вода приобрела в этом случае окраску
более интенсивную по сравнению с окраской эталонного раствора, то в ней
нет растворенного углекислого газа. Отсутствие окраски или более слабая
окраска свидетельствует об обратном. В этом случае пробу титруют 0,1н.
раствором NaOH до окраски эталонного раствора. Концентрация углекислого
газа определяется по формуле
C CO 2 
44 N  1000
200
[мг/дм3], где
N –
нормальность NaOH; υ-объем NaOH, пошедший на титрование, см3.
Умягчение воды. Известково-содовый метод. Предварительно определяют
карбонатную, некарбонатную и магниевую жесткость и количество двуокиси
углерода. На основании этих данных подсчитывают количество извести и
соды, необходимых для устранения жесткости. Например, найдено, что
карбонатная жесткость составляет 6 мг-экв/дм3; некарбонатная – 2 мгэкв/дм3; магниевая – 3 мг-экв/дм3; двуокиси углерода – 9 мг/дм3. Требуется
для умягчения воды Ca(OH)2: 6  3  9
1
 9,4 мг  экв / дм 3 , где 1/22 – фактор
22
пересчета СО2 в мг-экв/дм3
или 9,4.74/2=347,8 мг/дм3 или 0,348 г на дм3 воды;
Na2CO3: 2 . 106/2=106 мг/дм3=0,106 г на 1 дм3 воды.
Рассчитанные количества извести и соды отвешивают с точностью до
0,01 г, растворяют в 1л умягчаемой воды. Содержимое колбы взбалтывают 35 мин, дают отстояться и фильтруют через складчатый фильтр. Первые
порции фильтрата выбрасывают. Отобрав из фильтрата 200 см3, проводят
определение в умягченной воде карбонатной, некарбонатной и магниевой
жесткости и количества растворенной в воде углекислоты.
Ионнообменный метод.
Катионитная
колонка
представляет
собой
стеклянную трубку 1 (рис) в нижней части которой
помещают стеклянную вату. Трубка заканчивается
отводом с краном 4. Заполняют ее катионитом на
высоту 0,5м. Сначала проводят регенерацию
катионита. Для этого раствор поваренной соли (6Катионитная колонка: 1- 8%-ный) в количестве 700 см3 пропускают через
стеклянная трубка, 2колонку с такой скоростью, чтобы время
катионит, 3-стеклянная
прохождения раствора через катионит было около
вата, 4-кран
25-30 мин. Затем регенерированный катионит
отмывают от избытка NaCl водой до полного исчезновения ионов хлора, при
этом расходуется примерно 1000 см3 воды. После отмывки катионита через
фильтр пропускают подлежащую умягчению воду в количестве 200-250 см3 с
заданной скоростью, регулируемой кранами 4 и 5. Затем в профильтрованной
и в исходной воде определяют общую жесткость.
Оформление результатов работы: описать методику и записать результаты
анализа.
Вопросы для самоконтроля:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 51 из 68
1. На титрование 100 мл воды пошло 2 мл 0,1н раствора трилона Б.
Рассчитайте жесткость воды.
2. Почему при определении карбонатной жесткости нельзя использовать
фенолфталеин?
3. Растворы каких веществ можно применять для удаления накипи?
Лабораторное занятие 6 – Синтез суперфосфата
Цель занятия: Получение 15-20 г суперфосфата и его анализ.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Как классифицируются минеральные удобрения?
2. Перечислите методы переработки природных фосфатов
3. Дайте характеристику простого суперфосфата. Каков его состав?
Ход занятия: Фосфорит Ca3(PO4)2 размалывают в металлической ступке, а
затем растирают в фарфоровой ступке и просеивают. Отвешивают около 2025г фосфоритной муки на технохимических весах. Количество 62-64%-ной
кислоты (в мл), необходимое для разложения фосфорита, рассчитывают на
основании реакции образования суперфосфата, считая, что состав фосфорита
соответствует теоретическому. Поскольку в фосфорите всегда имеются
примеси, кислоты берут на 15% меньше теоретически рассчитанного
количества. Кислоту наливают в фарфоровый стакан и подогревают до 50600С. Затем в стакан отдельными порциями насыпают фосфоритную муку
или апатитовый концентрат. Смесь перемешивают стеклянной палочкой в
течение 3-4 мин и ставят в сушильный шкаф при 110-1500С на 1 ч. Затем ее
охлаждают и проводят анализ суперфосфата.
Для анализа отвешивают на аналитических весах 2-2,5 г суперфосфата
и растирают в фарфоровой ступке до уничтожения комочков. В ступку
приливают 25 мл воды, смесь растирают и после отстаивания раствор
фильтруют в мерную колбу на 250 мл. В колбу предварительно наливают 5-6
капель соляной кислоты, которая предупреждает гидролиз солей кальция.
Остаток в ступке еще 3 раза растирают с водой, прибавляя каждый раз воды
по 20-25 мл, и каждый раз декантируют раствор на фильтр. Затем
нерастворившийся остаток переносят на фильтр и промывают его водой,
заполняя колбу до метки. Раствор тщательно перемешивают. Он содержит
водорастворимый оксид фосфора (V).
Фильтр с нерастворившимися остатками переносят в другую мерную
колбу емкостью в 250 мл, приливают 100 мл раствора Патермана и, закрыв
колбу пробкой, сильно взбалтывают (фильтр распадается на волокна). Колбу
нагревают до 600С в течение 15 мин. Содержимое колбы охлаждают,
доливают дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и
фильтруют через сухой фильтр в колбу. Первые порции фильтра
отбрасывают. Раствор содержит цитраторастворимый оксид фосфора (V).
Для определения общего количества цитрато- и водорастворимой
фосфорной кислоты из водной вытяжки и цитратного раствора берут по 50
мл и выливают эти растворы в стакан. В стакан наливают 25 мл раствора
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Страница 52 из 68
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Патермана, перемешивают и нейтрализуют 2-3%-ным раствором аммиака по
фенолфталеину. Для осаждения фосфат-иона к раствору приливают 25-38 мл
магнезиальной смеси, а затем 10-25 мл 25%-ного раствора аммиака.
Содержимое стакана перемешивают в течение 30 мин или оставляют стоять в
течение 5-15ч. Выпаший осадок магний-аммоний фосфата фильтруют через
плотный беззольный фильтр и промывают 2-3%-ным раствором аммиака.
Затем фильтр с осадком переносят в тигель, высушивают, озоляют,
прокаливают в муфеле при красном калении и взвешивают.
Содержание фосфорной кислоты в расчете на оксид фосфора (V)
вычисляют по формуле % P2 O5  0,6377  500  m  100  319 m , где m – масса
m1  100
m1
пирофосфата магния, г; m1 – навеска суперфосфата, г; 0,6377 – множитель
для пересчета Mg2P2O7 на P2O5 .
Оформление результатов работы. Описать метод получения суперфосфата.
Провести расчет и оформить результаты анализа.
Вопросы для самоконтроля:
1. Почему при анализе фосфорных удобрений обычно учитывают
водорастворимый и цитратный фосфор?
2. Сколько расходуется по массе и объему 66%-ной серной кислоты (ρ=1,57
г/м3) на приготовление 1т суперфосфата?
3. Сколько теоретически нужно 65%-ной серной кислоты для получения 10г
суперфосфата из фосфорита, содержащего 5% карбоната кальция?
Лабораторное занятие 8 – Определение коррозионной стойкости
металлов в кислых средах
Цель занятия: Определение коррозионной стойкости стали в соляной или
серной кислоте
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Перечислите виды коррозии
2. Какие существуют механизмы коррозии?
3. На чем основан объемный метод определения скорости коррозии?
Ход занятия: При определении коррозионной стойкости металлов в
стационарных условиях нужно соблюдать следующее:
1. Пластинки металла должны иметь определенные легко измеряемы
размеры, лежащие в пределах 15-30см2.
2. На пластинку указанных размеров необходимо брать около 150 мл
кислоты.
3. В кислоте пластинка должна находиться такое время, чтобы
уменьшение ее массы равнялось 0,1000-0,3000г.
Три стальные пластинки зачищают наждачной бумагой, обезжиривают и
взвешивают на аналитических весах и помещают на подвесках в кислоту
определенной концентрации (1,3,5,7 н). Через несколько часов (2-4)
пластинки вынимают из кислоты, промывают водой, разбавленным
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 53 из 68
раствором соды, снова водой, спиртом и эфиром. После высушивания
пластинки взвешивают и рассчитывают скорость коррозии.
Оформление работы: Кратко описать методику работы. Полученные данные
занести в таблицу.
Масса образцов (г)
Уменьшение Площадь
Время (ч)
Скорость
2
массы (г)
(см )
коррозии
До опыта
После
(г/м2*ч)
опыта
Вопросы для самоконтроля:
1. Как протекает коррозия металлов?
2. Какие методы используется для определения коррозионной стойкости
металлов?
3. На чем основан гравиметрический метод определения коррозионной
стойкости металлов?
Лабораторное занятие 9 – Получение легкоплавких стекол
Цель занятия: Получение стекла заданного состава и определение его
химической стойкости
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Что такое стеклообразное состояние? Приведите характеристику
стекол.
2. Приведите классификацию стекол по составу.
3. Как происходит варка, и формование изделий из стекла?
Ход занятия: Для приготовления борсвинцовосиликатных стекол
рекомендуют следующие смеси:
Состав в (%)
Температура
плавления ( 0С)
PbO
B2O3
SiO2
84,5
11,0
4,5
484
86,0
10,6
3,4
486
87,5
11,4
1,1
488
75,0
15,0
10,0
540
Наиболее легкоплавкие борсвинцовые
имеют следующий состав:
Состав в (%)
PbO
B2O3
92,7
7,3
86,6
13,4
93,7
6,3
61,4
38,6
70,4
88,1
91,8
-
и свинцовосиликатные стекла
SiO2
29,6
11,9
8,2
Температура
плавления ( 0С)
565
497
560
768
732
723
714
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 54 из 68
По заданию преподавателя выбирают смеси, расчет ведут на 30-35 г
шихты. При этом допускают, что стекло образуется только из оксидов и
летучесть оксидов незначительна. В соответствии с расчетами взвешивают
компоненты шихты с точностью 0,1 г и тщательно перемешивают. Шихту
слегка увлажняют (3-5% воды) и перемешивают сначала на листе бумаги, а
затем в фарфоровой ступке. Затем ее переносят в предварительно
прокаленный и взвешенный тигель. Если в состав шихты входит борная
кислота, то лучше брать высокие фарфоровые тигли, так как при разложении
кислоты происходит сильное вспенивание и возможен выброс стекломассы.
Тигель, заполненный шихтой, с помощью щипцов ставят в муфельную печь и
включают ее, постепенно поднимая температуру до необходимых пределов.
При достижении нужной температуры замечают время и ведут варку стекла в
течение 20-30 мин, после чего быстро, но аккуратно вынимают щипцами
тигель из печи и выливают расплавленное стекло в специальную форму или
на чистый железный лист. Все операции варки стекла проводить в рукавицах
и защитных очках. После полного охлаждения тигля и стекла их взвешивают
и определяют выход стекла в процентах от теоретически возможного.
Определение химической стойкости стекла. Химическая стойкость стекла –
это его способность противостоять действию воды и химических реагентов.
Для опыта берут 4-5 г полученного стекла и осторожно измельчают в
фарфоровой ступке, стараясь совершать пестиком круговые движения для
получения частиц шарообразной формы. Измельченное стекло просеивают
на ситах № 9 и 6, размер зерен 0,75-0,49 мм. Кусочки, не прошедшие первое
сито, дополнительно измельчают и снова просеивают. Стеклопорошок,
прошедший первое сито и задержавшийся на втором, отбирают, высыпают на
деревянную или пластмассовую дощечку и, держа ее в наклонном
положении, постукивают рукой по верхнему краю. При этом зерна, имеющие
шарообразную форму, скатываются, а плоские задерживаются. Берут 2 г
подготовленного таким способом порошка, помещают в коническую колбу
на 100 мл и проводят трехкратное декантирование холодной водой, отмывая
испытуемый образец от пыли. Промывные воды отфильтровывают и зерна,
попавшие на фильтр, возвращают в колбу. Наливают в колбу 50 мл кипящей
воды, присоединяют к колбе обратный холодильник с хлоркальциевой
трубкой и нагревают колбу на 250 мл в течение 1 ч на кипящей водяной бане.
Горячий раствор сливают в коническую колбу на 250 мл и титруют
раствором HCl концентрации 0,01 моль/л, добавляя в качестве индикатора 23 капли метилового красного. По израсходованному раствору соляной
кислоты концентрации 0,01 моль/л определяют гидролитический класс
испытуемого стекла, пользуясь таблицей:
Гидролитический класс
Стекла
Объем раствора соляной
стекла
кислоты (мл)
1
Неизменяемые водой
0 – 0,32
2
Устойчивые
0,32 – 0,65
3
Твердые аппаратные
0,65-2,8
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 55 из 68
4
Мягкие аппаратные
2,8-6,5
5
Неудовлетворительные
6,5 и выше
Оформление результатов работы: результаты работы записывают в таблицу
Состав
шихты
(г или %)
Масса полученного стекла (г)
Теоретический Практический
выход
выход
Выход
(%)
Химическая Гидролитический
устойчивость
класс стекла
Объем
раствора HCl
(мл)
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите вещества, способные давать стекла.
2. Как классифицируются изделия силикатной промышленности?
3. Перечислите виды сырья для производства силикатов
Лабораторное занятие 10 – Получение минеральных красок
Цель занятия: Получение минеральных красок
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Опишите способ получения берлинской лазури. Напишите уравнения
реакции.
2. Опишите способ получения цинковых белил. Напишите уравнения
реакции.
3. Как получают зелень Гинье? Напишите уравнения реакции.
Ход занятия: получение баритовых белил. В стакан на 300 мл влейте раствор
хлористого бария и нагревайте до 800С. Затем при быстром перемешивании
раствора приливайте
тонкой струей небольшими порциями раствора
сернокислого натрия. Получившейся молокообразной жидкости дайте
отстояться, после того, как мелкокристаллический осадок сернокислого
бария осядет, слейте прозрачную жидкость – раствор хлористого натрия на
фильтр и соберите фильтрат. Если он окажется мутным, то снова пропустите
эту жидкость через тот же фильтр. Промывания проводить 2-3 раза. После
этого фильтруйте все содержимое стакана. После высушивания поместите
сернокислый барий в чистую баночку.
Получение цинковых белил. Влейте в стакан на 500 мл 0,5М раствор соды,
нагрейте до кипения. При сильном перемешивании влейте горячий раствор
соды тонкой струей в раствор сернокислого цинка, такого же объема, как у
предыдущего раствора. Образуется рыхлый объемный осадок углекислого
цинка. Дайте осадку отстояться и немного уплотнится. Путем декантации
удалите раствор сернокислого натрия, находящегося над осадком и промойте
несколько раз чистой водой. Каждый раз нужно перемешивать осадок с
чистой водой, дать отстояться и снова декантировать. После промывания
отделите углекислый цинк фильтрованием, просушите на фильтре, затем
сухой порошок поместите в фарфоровый тигель и прокалите на голом огне.
Чтобы определить конец реакции разложения углекислого цинка, возьмите
небольшую пробу этого вещества из чашки, перенесите в пробирку и
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 56 из 68
прилейте к ней несколько капель раствора соляной или серной кислоты. Если
углекислый цинк еще не весь разложился, он будет реагировать с кислотой, в
результате будет выделяться углекислый газ. В случае полного разложения
углекислого цинка, с кислотой будет реагировать окись цинка без выделения
газа.
Получение берлинской лазури. В стакане нагреть почти до кипения 120 мл 1М
раствора FeSO4 и прилить тонкой струей при сильном перемешивании 90 мл
1М раствора железистого синеродистого калия. Полученному белому осадку
дать осесть, затем слить с него раствор, промыть дважды чистой водой,
нагретой до 70-800С и снова слить раствор с осадка. Для окисления
полученного бесцветного или слегка окрашенного осадка нужно добавить к
нему 20 мл конц. серной кислоты, нагреть ее до 70-800С и влить 30 мл конц.
Азотной кислоты при быстром перемешивании. Затем реакционную смесь
нагревают почти до кипения и держат при этой температуре при постоянном
перемешивании 20-30 мин. Смесь оставляют на 2 дня. Осадок примет темносиний цвет. С него осторожно слить раствор, промыть чистой водой и
отфильтровать.
Получение зеленых красок – яр-медяник и зелени Гинье. Для получения ярмедяник к 100 мл 1М раствора CuSO4 прилейте 100 мл 1М раствора соды.
Выпавший осадок промойте несколько раз водой, затем растворите его в
уксусной кислоте, избегая избытка последней. Полученный раствор упарьте,
не доводя жидкость до кипения, затем охладите и дайте постоять до
уплотнения осадка. После этого отделите кристаллическую яр-медянку от
маточного раствора. Кристаллы высушите.
Для получения зелени Гинье смешивают 1 весовую часть двухромового
калия с тремя весовыми частями кристаллической борной кислоты. Смесь
загружают в тигель, около 30 минут нагревают до плавления. Извлекают из
тигля оставшуюся массу, измельчают в ступке, переносят в фарфоровую
чашку, заливают водой и кипятят около1-2ч. При выщелачивании
полученного сплава происходит реакция. Раствор, содержащий борную
кислоту, сливают с осадка и выпаривают во второй чашке до начала
выделения кристаллов. Осадок зеленого цвета, полученный после удаления
борной кислоты, промывается горячей водой, затем 1М раствором серной
кислоты и, наконец, 1М раствором едкого натра, после чего его
отфильтровывают и сушат при температуре около 1000С.
Вопросы для самоконтроля:
1. Напишите уравнение взаимодействия углекислого цинка с соляной
кислотой.
2. Напишите уравнение взаимодействия сернокислой меди с углекислым
натрием.
Лабораторное занятие 11 – Анализ твердого топлива
Цель занятия: Определение влажности, зольности, количества летучих
веществ в твердом топливе.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 57 из 68
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Какова роль топлива в проведении технологических процессов?
2. Составьте схему использования твердых видов топлива.
3. Каковы технологические характеристики топлива?
Ход занятия: Определение влажности топлива. Каменный уголь, антрацит
или сланец измельчают в ступке и просеивают. Берут 1-2 г топлива и
помещают в предварительно взвешенный бюкс, распределяют топливо
ровным слоем и высушивают при 102-1050 С около 2 ч до постоянной массы.
Крышка бюкса при высушивании должна быть полуоткрыта. Высушенное
топливо при закрытой крышке охлаждают на воздухе, а затем в эксикаторе и
взвешивают. Содержание влаги рассчитывается по формуле (%): W  m  100 ,
m1
где m – убыль в массе после высушивания, г; m1 – навеска топлива, г. После
первого определения влаги проводят повторное просушивание при 104-1050С
в течение 30 мин. Потеря в массе не должна превышать 0,01 г. Полученные
данные заносят в таблицу.
Навеска топлива (в г)
Убыль в массе (в г) Количество влаги (в
До
После
%)
высушивания высушивания
Определение зольности твердого топлива. В предварительно прокаленный и
взвешенный фарфоровый тигель отвешивают 1-2 г топлива и помещают его в
муфельную печь, которая должна быть нагрета до 250-3000С. Затем
температуру повышают до 800-8250С в течение 1-2 ч и выдерживают при
указанной температуре 1 ч. Тигель охлаждают 5 мин на воздухе и переносят
в эксикатор, где охлаждается до комнатной температуре. Зольность
(%)=m.100/m1, где m-масса зольного остатка в г; m1 – масса топлива в г.
Полученные результаты записать в таблицу.
Масса
Топлива ( г)
Золы (г)
В%
Определение количества летучих веществ. Навеску измельченного
воздушно-сухого твердого топлива массой около 1г отвешивают в
предварительно просушенный и взвешенный тигель. Тигель закрывают
крышкой и помещают в муфельную печь, нагретую до 8500С. Тигель ставят
на жароупорную подкладку, чтобы его дно находилось от дна муфеля на
расстоянии 10-20 мм. Тигель выдерживают в печи в течение 7 мин. Затем
тигель вынимают и охлаждают, не снимая крышки, сначала на воздухе 5 мин,
а затем в эксикаторе до комнатной температуре. Тигель взвешивают.
m  mH 2O 100 , где m – потеря топлива в массе после прокаливания, г; m
1
2
% ЛВ  1
m2
– навеска топлива, г; mH2O – влага, имевшаяся в навеске угля. Полученные
данные занести в таблицу.
Навеска
Убыль в
Влажность,
Количество летучих веществ
топлива (г)
массе (г)
перечисленная
В граммах
В%
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 58 из 68
к навеске (г)
Оформление результатов работы: описать методику и записать результаты
анализа.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие элементы входят в состав твердого топлива?
2. К чему сводится технический анализ твердого топлива?
Лабораторное занятие 12 – Синтез фенолформальдегидных смол
Цель занятия: Получение новолачной и резольной смолы. Изучение их
свойств.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Понятие термопластичных и термореактивных полимеров на примере
фенолформальдегидных смол.
2. Каковы условия образования новолачной и резольной смолы?
Напишите уравнения реакции синтеза.
3. Какие факторы влияют на структуру и свойства полученных смол?
Ход занятия: получение новолачной смолы. В круглодонную колбу емкостью
50 мл помещают 7,5г фенола и 5 мл 40%-ного раствора формальдегида.
Смесь взбалтывают до растворения фенола, добавляют 2-3 капли конц.
соляной кислоты, колбу закрывают пробкой с обратным холодильником и
нагревают на водяной бане при 90-1000С до разделения водного и смоляного
слоев. После отстаивания верхний водный слой сливают и смолу промывают
теплой водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому. Чашку
помещают в сушильный шкаф и нагревают до 180-2000С. Чашку со смолой
взвешивают, определяют выход полимера.
Для установления линейного строения полимера 1 г полученного
вещества измельчают, помещают в пробирку, приливают 10 мл этилового
спирта или ацетона и нагревают. Смесь взбалтывают через 5-10 мин в
течение 1-1,5ч. Смолы, имеющие линейную структуру, растворяются.
Получение резольной смолы. В круглодонную колбу на 50 мл помещают 5 г
фенола, 10 мл 40%-ного раствора формальдегида и 0,5 мл 40%-ного раствора
формальдегида и 0,5 мл 40%-ного раствора гидроксида натрия. Колбу
закрывают пробкой с обратным холодильником, встряхивают и нагревают на
асбестированной сетке, медленно повышая температуру. Нагревание
продолжают примерно 1 ч до образования вязкой массы, окрашенной в
красный цвет. Горячую вязкую массу выливают во взвешенную фарфоровую
чашку. Чашку помещают в сушильный шкаф и выдерживают при 100-1200С
до отвердения полимера. После охлаждения взвешиванием определяют
выход полимера. Для установления пространственной структуры полимера
несколько кусочков помещают в пробирку и изучают растворимость в спирте
или ацетоне.
Оформление результатов работы: описать методику и записать результаты
анализа.
Вопросы для самоконтроля:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 59 из 68
1. В каких случаях образуются новолачные смолы? Приведите строение
новолачной смолы.
2. Когда при полимеризации фенола и формальдегида образуются резольные
смолы?
3. Какие смолы – новолачные или резольные являются термореактивными?
Лабораторное занятие 13 – Синтез мыла. Определение сдержания
жирных кислот
Цель занятия: Получение мыла из пищевого сырья. Определение
содержания жирных кислот в образце мыла.
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Перечислите основные виды сырья для получения мыла
2. Перечислите основные этапы получения мыла
3. Какой процесс называется омылением?
Ход занятия: Получение мыла. проводят гидролиз жиров спиртовым
раствором гидроксида натрия. Для этого взвешивают 6 г. Жира, помещают в
фарфоровый стакан и нагревают до расплавления. Спиртовый раствор NaOH
приливают при перемешивании к расплавленному жиру. Полученный
раствор кипятят в течении 10-15 мин, добавляют к нему 10-15 мл
насыщенного раствора хлорида натрия и охлаждают в бане с водой.
Образовавшийся на поверхности слой мыла извлекают из стакана, тщательно
высушивают фильтровальной бумагой и взвешивают. Рассчитывают выход
мыла на взятый жир.
Определение содержания жирных кислот. Взвешивают 5 г туалетного или
хозяйственного мыла, нарезают его тонкими полосками, помещают в стакан
на 100 мл, приливают 50 мл дистиллированной воды и нагревают на
закрытой электроплитке до полного растворения мыла. К полученному
раствору добавляют 10 мл соляной кислоты (1:1) и продолжают нагревание
до образования на поверхности раствора маслянистого слоя (в раствор
поместить стеклянную палочку). Стакан охлаждают, вынимают палочку и
через образовавшееся отверстие сливают жидкость. Оставшиеся в стакане
жирные кислоты переносят на фильтровальную бумагу и высушивают.
Остатки их снимают со стенок скальпелем, полученные жирные кислоты
взвешивают, опираясь на первоначальную навеску мыла, вычисляют их
процентное содержание в образце.
Оформление результатов работы: описать методику и записать результаты
анализа.
Вопросы для самоконтроля:
1. Опишите состав мыла
2. приведите схему получения мыла.
3. Что такое саломас?
Лабораторное занятие 14 – Получение медно-аммиачного шелка
Цель занятия: получение медно-аммиачного шелка.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 60 из 68
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Что является сырьем для получения медно-аммиачного шелка?
2. Напишите основные стадии получения медно-аммиачного шелка.
3. Каковы свойства медно-аммиачного шелка?
Ход занятия: В химический стакан наливают 20 мл воды и добавляют
измельченный в тонкий порошок сульфат меди до тех пор, пока он, несмотря
на интенсивное перемешивание, не перестанет растворяться. 10 мл
полученного насыщенного раствора разбавляют 100 мл воды, и из бюретки
добавляют по каплям, при перемешивании, 30% раствор едкого натра до
щелочной реакции среды. Щелочность проверяют, отбирая капли раствора
стеклянной палочкой и касаясь ее красной лакмусовой бумаги. По
показаниям бюретки записывают количество добавленной щелочи.
Остальное количество раствора сульфата меди (около 10 мл), без
предварительного растворения смешивают с 10 мл 25% водного раствора
аммиака и добавляют столько же раствора NaOH, сколько использовали в
первом случае (около 0,2-0,3 мл или меньше). Полученный раствор имеет
интенсивно синюю окраску. Растворить в нем 1 г мелко нарезанной ваты,
оставить на 10-20 мин, постоянно помешивая стеклянной палочкой, до
получения однородного вязкого раствора. Вязкую жидкость набрать в
шприц. Шприц погружают в выпарительную чашку (осадительная ванна) с
30% раствором NaOH, вытягивают нить и выдерживают ее 2 минуты в
осадительной ванне. Затем нить промывают чистой дистиллированной водой,
для удаления меди обрабатывают 2% раствором серной кислоты, до
обесцвечивания и снова промывают водой.
Оформление результатов работы: описать методику получения медноаммиачного шелка. Полученный продукт сдать преподавателю. Сделать
вывод.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что представляет собой медно-аммиачное волокно.
2. Какое исходное вещество используется для получения медно-аммиачного
шелка.
3. Какими качествами обладает медно-аммиачное волокно? Где оно
используется?
4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ОБУЧАЮЩЕГОСЯ
Задачи для СРО №1 (4 неделя)
1. Определить расходные коэффициенты (теоретический и практический)
песка, мела, углекислого и сернокислого натрия для варки простого стекла.
Состав шихты для варки стекла: кремнезема – 74%, окиси кальция – 10%,
окиси натрия – 16%, из них 15,5% вводится за счет соды и 0,5% - за счет
сернокислого натрия. Потери шихты в процессе производства составляют
5%.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 61 из 68
2. При получении серной кислоты контактным способом на 1 т обжигаемого
колчедана с содержанием 42% серы практически получается 1,2 т олеума,
содержащего 20% «свободного» ангидрида SO3. Определить процент выхода
серной кислоты.
3. Определить годовую (365 дней) производительность колонны синтеза
аммиака в расчете на 100%-ный NH3 (в тыс. тонн), если за 8 ч
вырабатывается 60 000 кг 99%-ного аммиака.
4. Доменная печь объемом 2700 м3 выплавляет в год 1642, 5 тыс. т чугуна.
Определить производительность домны и интенсивность процесса выплавки
чугуна.
2-вариант
1. Согласно материальной отчетности на производство 1 т 65%-ной азотной
кислоты HNO3, полученный окислением аммиака, расходуется 186,2 кг
аммиака NH3. Рассчитать: а) выход азотной кислоты; б) теоретический и
практический расходные коэффициенты сырья по аммиаку.
2. Определить суточную производительность механической обжиговой печи
(в т), если в течение часа обжигается 1900 кг природного колчедана,
содержащего 21,5% пустой породы. В огарок отходит 2% колчедана FeS2.
3. В механической печи системы ВХЗ обжигают 1,6 т/ч колчедана,
содержащего 40% серы. Печь имеет 7 рабочих подов, площадь каждого 20 м2.
Определить интенсивность обжига на 1 м2 пода печи в сутки. Расчет
произвести на 45%-ный колчедан.
3-вариант
1. Из 320 т колчедана FeS2, содержащего 45% серы, было получено 270 т
сернистого газа SO2. Вычислить расходный коэффициент и выход SO2 по
сере.
2. Производительность современной колонны синтеза аммиака среднего
давления составляет 150 т/сут аммиака NH3. Определить, сколько азота и
водорода (в нм3) потребуется в сутки для работы пяти колонн синтеза, если
на 1 т аммиака расходуется 2850 нм3 азотно-водородной смеси.
3. В коксовую камеру длиной – 14 м, высотой – 4 м и шириной – 0,4 м
загружают 16 т каменного угля, который занимает 80% объема камеры.
Процесс коксования угля осуществляется в течение 14 ч. Рассчитать
производительность коксовой камеры и интенсивность процесса коксования.
4-вариант
1. При производстве серной кислоты контактным способом из 30 т
колчедана, содержащего 42,4% серы, получено 33,6 т серной кислоты. Какой
процент это составляет от теоретически возможного выхода?
2. Объем колонны синтеза аммиака, занятый катализатором, составляет 1,5
м3. Производительность колонны – 7500 кг/ч. Рассчитать: а) годовую
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 62 из 68
производительность колонны синтеза аммиака (в т); б) интенсивность
процесса синтеза аммиака.
3. При обработке 1 т фосфорита, содержащего 62% третичного фосфата
кальция Ca3(PO4)2, серной кислотой было получено 727,2 кг суперфосфата:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
Определить выход суперфосфата и расходный коэффициент руды.
5-вариант
1. На химическом заводе для получения кальциевой селитры 10 т мела
обработали азотной кислотой. При этом выход селитры составил 85%.
Определить, сколько селитры было получено.
2. Сернокислотная установка башенной системы объемом 740 м3 дает 150 т
75%-ной серной кислоты в сутки. Определить производительность установки
(в кг/ч) по безводной серной кислоте.
3. Производительность печи КС равна 8,33 т/ч (по флотационному
колчедану). Определить интенсивность процесса обжига в кг/м3.сут и
сравнить с интенсивностью этого процесса в печи ВХЗ. Площадь решетки
печи – 20 м3, высота кипящего слоя – 1,5 м.
6-вариант
1. Продукционная башня – денитратор в нитрозном способе производства
серной кислоты имеет высоту 16 м и диаметр 5,5 м. Полезный объем башни
составляет 85%. Съем кислоты – 90 т в сутки. Определить интенсивность
процесса.
2. реакция получения дивинила из этилового спирта по способу С.В.
Лебедева протекает по уравнению:
2C2H5OH → CH2=CH – CH=CH2 + 2H2O + H2
Выход дивинила составляет 75%. Вычислить, сколько килограммов дивинила
можно получить из 2000 л 96%-ного спирта C2H5OH, плотность которого 0,8
кг/л.
3. Подсчитать суточную производительность печи КС, если полезный объем
печи равен 100 м3, а интенсивность обжига пирита FeS2 1000 кг/м3.сут.
Задачи для СРО №2 (6 неделя)
1-вариант
Четырнадцать килограммов CaO было обработано 35 кг HNO3. Составить
материальный баланс (таблица).
Приход
г
Расход
г
Оксид кальция
1)
Кислота азотная
2)
3)
Итого
Итого
2-вариант
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 63 из 68
Оксид железа (III) массой 130 г нагревали в токе 31 л (при н.у.) оксида
углерода (II). Составить материальный баланс восстановления оксида железа
(III).
Материальный баланс воостановления оксида железа (III)
Приход
г
Расход
г
Оксид железа
1) Железо
(III)
Оксид углерода
2) Оксид
(II)
углерода (IV)
3) Оксид
углерода (II)
Итого
Итого
3-вариант
Над 50 г оксида меди, находившейся в нагретой трубке, пропустили водород,
который при н.у. занимал объем 11,2 л. В результате образовалось 8,8 г Н 2О.
составить материальный баланс данного процесса.
Приход
г
Расход
г
Оксид меди
Медь
Водород
Оксид меди
Вода
Водород
Итого
Итого
4-вариант
На синтез поступило 284 кг аммиака, из которого получено 1140 л азотной
кислоты, содержащей 62,23% HNO3 (ρ=1,390). Составить материальный
баланс.
Приход
г
Расход
г
NH3
1)азотная кислота
….
2)…..
…..
3) потери
Итого
Итого
5-вариант
Какое количество воды теоретически необходимо для гашения 100 кг
технического оксида кальция, содержащего 5% оксида магния и 3%
посторонних примесей, не взаимодействующих с водой. Составить
материальный баланс.
Приход
г
Расход
г
Оксид кальция
1)гидроксид
кальция
Вода
2)……
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
…..
Итого
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 64 из 68
3) примеси
Итого
6-вариант
Над 50 г оксида свинца пропущено 2 л оксида углерода (II). Из общего
количества оксида свинца восстановилось 98%. Составить материальный
баланс восстановления оксида свинца до свободного свинца.
Приход
г
Расход
г
Оксид свинца
1)свинец
Оксид углерода
2)оксид свинца
(II)
3) Оксид
углерода (IV)
4) Оксид
углерода (II)
Итого
Итого
Тестовые вопросы для контроля самостоятельной работы обучающегося:
1. Для моделирования ХТС используют операторную схему. Укажите
оператор химического превращения
А)
В)
С)
Д)
Е)
2. Укажите продукты, от содержания, которых зависит высокое октановое
число бензина?
А) нормальные парафины и олефины В) нормальные парафины и
циклопарафины С) изопарафины и ароматические углеводороды Д)
циклопарафины и олефины Е) ароматические углеводороды и олефины.
3. В виде какого соединения удаляется сера при гидроочистке нефти?
А) SO2 В) SO3 С) S Д) H2S Е) R-SH.
4. Средний выход кокса при коксовании угля?
А) 30-40% В) 40-50% С) 50-80% Д) 65-80% Е) 85-90%
5. Газифицирующие агенты при газификации угля?
А) H2O + O2 В) CO2 + O2 С) CO2 + CO2 Д) N2 + H2O Е) N2 + CO2
6. Катализатор процесса получения смеси углеводородов из синтез-газа по
методу Фишера-Тропша получают из :
А) никеля В) платины С) железа Д) меди Е) хрома
7. При технологии получения ацетальдегида гидратацией ацетилена по
Кучерову используют в качестве катализатора:
А) Сd В) Hg С) Ni Д) Cu Е) AI2O3
8. Температура каталитического крекинга нефти 0С?
А) 200-250 В) 150-200 С) 250-350 Д) 450-550 Е) 600-700
9. Катализатор риформинга нефти?
А) NiO AI2O3 В) CuO AI2O3 С) AI2O3 MoO3 Д) TiO2  AI2O3
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 65 из 68
Е) Fe2 O3 MoO3
10. Температура высокотемпературного коксования 0С?
А) 650 В) 700 С) 750 Д) 800 Е) 900
11. Какие растворители используются при термическом растворении угля?
А) тетралин и толуол В) серный эфир и хлороформ
С) ацетон и этилацетат Д) бензол и диметилформамид
Е) петролейный эфир и хлористый метилен.
12. Какая смесь газов называется синтез-газом?
А) CO2 + CO В) CO2 + Н2 С) CO + Н2 Д) O2 + H2 Е) CO + O2
13. Активные компоненты катализаторов крекинга нефти?
А) силикагель В) карборунд С) цеолит Д) алюмосиликаты
Е) оксиды металлов.
14. Температура полукоксования 0С?
А) 200 В) 250-300 С) 350-400 Д) 450-500 Е) 550-600
15. Какой ароматический углеводород используемый в крупнотонном
производстве синтетических смол образуется только при коксовании угля?
А) бензол В) толуол С) ксилол Д) нафталин Е) этилбензол
16. Из синтез газа можно получить промышленным методом бытовой газметан. Какой катализатор используется в реакции метанирования?
А) NiO В)Ni С) Сr Д) Cu Е) CuO
17. В виде какого соединения удаляется азот при гидроочистке
нефтепродуктов?
А) элементарный азот В)аммиак С) метиламин Д) гидразин
Е) нитрометан
18. Укажите температуру газификации угля по методу Лурги (в плотном
слое) 0С:
А) 700 В) 800 С) 900 Д) 1000 Е) 1100
19 Укажите температуру процесса газификации угля по методу КопперсаТотуена (во взвешенном слое) 0С
А) 1100-1200 В) 1200-1300 С) 1300-1400 Д) 1400-1500
Е) 1500-1600
20. Укажите температуру процесса газификации угля по методу Винклера (в
кипящем слое) 0С:
А) 800-900 В)9800-1000 С) 1000 - 1100 Д) 1100-1200 Е) 1200-1300
21. термин «технология» был введен:
A. Н.Н. Семеновым
B. П.А. Ильенковым
C. И. Бекманом
D. К. Либихом
E. Ф.А. Денисовым
22. Совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и
аппаратах предназначенных для переработки сырья путем химических
превращений в необходимые продукты называется:
A. химико-технологическим процессом
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 66 из 68
B. химическим производством
C. технологическим процессом
D. химико-технологической системой
E. химическим процессом
23. Межфазный обмен, в котором меняется компонентный состав
контактирующих фаз без изменения химического состава называется:
A. механические процессом
B. теплообменные процессом
C. химическим процессом
D. массообменным процессом
E. энергетическим процессом
24. К техническим показателям ХТП относятся:
A. выход продукта, расходные коэффициенты, интенсивность процесса,
производительность труда
B. производительность производства, расходные коэффициенты, выход
продукта, себестоимость продукции
C. выход продукта, надежность, интенсивность процесса, удельные
капитальные затраты
D. производительность производства, выход продукта, расходные
коэффициенты, интенсивность процесса, удельные капитальные затраты,
качество продукта
E. качество продукта, выход продукта, безопасность функционирования.
25. отношение полученного количества продукта к максимально возможному
теоретическому называется:
A. себестоимостью
B. интенсивностью
C. расходными коэффициентами
D. мощностью производства
E. выходом продукта
26. Выход продукта определяется по формуле:
A. Ф r 
B. Ф r 
m практ
m теор
m теор
m практ
П
C. Фr 
m теор
I
D. Фr 
m практ
VS
E. Фr 
m практ
27. Остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующиеся в процессе
производства продукции, которые частично или полностью утратили свои
качества и не соответствуют техническим условиям называются:
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 67 из 68
A. побочными продуктами
B. попутными продуктами
C. отходами потребления
D. отходами производства
E. продуктом производства
28. К методам обогащения относится
A. Кальцинация.
B. Конвертирование.
C. Разбавление
D. Флотация.
E. Фракционирование
29. К методам обогащения не относится:
A. Флотация.
B. грохочение
C. Электромагнитная сепарация.
D. Электростатистическая сепарация.
E. Kонвертирование
30. Показатель не относящийся к показателям ХТП:
A) качество продукта
B) производительность аппарата
C) заработная плата
D) себестоимость продукта
E) выход продукта
31. Процесс, не относящйся к гидромеханическим:
A) Осаждение
B) Циклонирование
C) Высушивание
D) Центрофугирование
32. Показатель, не относяйщийся к показателям ХТП-а:
A) качество продукта.
B) производительность аппарата.
C)межфазовая площадь
D) себестоимость продукта.
33. Отходы производства это :
A) различные бывшие в употреблении изделия и вещества, восстановление
которых экономически нецелесообразно
B) остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующиеся в процессе
производства продукции, которые частично или полностью утратили свои
качества и не соответствуют стандартам
C) пришедшие в негодность изделия домашнего обихода и личного
потребления
D)продукты, которые образуются в процессе переработки сырья наряду с
основными продуктами производства, но не являются целью
производственного процесса.
УМКД 042-18-34.1.47/03-2014г.
Ред. № 1 от 11.09. 2014 г.
Страница 68 из 68
E) побочные продукты, которые получаются при добыче или обогащении
основного сырья
34. Комплекс операций по очистке воды называется:
A. обеззараживанием
B. процессом осаждения
C. водоочисткой
D. промышленной водоподготовкой
E. удалением примесей
35. К основным операциям водоподготовки относятся:
A. высушивание
B. дегазация
C. диализ
D. сепарация
E. гравитационное обогащение