Производство аммиака для егэ - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Тема кодификатора ЕГЭ по химии: Общие научные принципы химического производства на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола.

В этой статье мы рассмотрим принципы химического производства на примере получения аммиака в объеме, достаточном для решения заданий по этой теме в ЕГЭ по химии.

В промышленности аммиак получают по методу Габера – прямым взаимодействием азота и водорода в реакционной колонне:

N₂ + 3Н₂ ⇄ 2NH₃

Реакция азота с водородом обратимая, экзотермическая, гомогенная (газофазная). Для увеличения выхода аммиака необходимо смещать равновесие в сторону продукта. Согласно принципу Ле-Шателье, для смещения равновесия вправо в данной реакции необходимо повышать давление и понижать температуру. Однако низкая температура уменьшит скорость реакции.

Поэтому для повышения скорости реакции температура в процессе поддерживается все-таки высокой, 500-550^оС и в присутствии катализатора.

А для смещения равновесия применяют очень высокие давления 15-30 МПа.

В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Рассмотрим процессы, протекающие на разных участках производства аммиака:

1 этап. Трубопровод. В трубопровод подается предварительно подготовленная азотно-водородная смесь (N₂:Н₂=1:3) в соотношении 1 к 3.

2 этап. Турбокомпрессор. Турбокомпрессор используется для сжатия исходной смеси газов с целью повышения давления. Синтез аммиака проводится при очень высоком давлении (15-30 МПа, или 150-300 атм).

3 этап. Колонна синтеза. В колонне синтеза (контактном аппарате) производится синтез аммиака. Азотно-водородная смесь продавливается через полки с катализатором. Процесс синтеза протекает обратимо (т.е. частично) и является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла. Часть выделяющегося тепла расходуется на нагревание поступающей азотоводородной смеси с помощью теплообменников. Смесь, выходящая из колонны синтеза в холодильник, состоит из аммиака (20-30%) и не прорегировавших азота и водорода.

4 этап. Холодильник. В холодильнике реакционная смесь, которая выходит из колонны синтеза, охлаждается и направляется на дальнейшее разделение в сепаратор.

5 этап. Сепаратор. После прохождения холодильника температура реакционной смеси значительно снижается, и аммиак переходит в жидкую фазу. В сепараторе происходит разделение реакционной смеси, жидкий аммиак отделяют от азота и водорода и отправляют на склад.

6 этап. Циркуляционный насос. Циркуляционный насос возвращает не прореагировавшую смесь азота и водорода в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаѐтся довести использование азотводородной смеси (конверсию) до 95%.

Источник

4.2.2.1 Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола).

Производство аммиака

Промышленный синтез аммиака основан на прямом взаимодействии простых веществ — азота N₂ и водорода H₂. Азот, используемый при производстве аммиака, получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, а водород – паровой конверсией угля или природного газа:

Рассмотрим уравнение взаимодействия азота с водородом:

Данная реакция является каталитической, т.е. ее скорость многократно возрастает в присутствии катализатора. В качестве катализатора синтеза аммиака из азот-водородной смеси используют катализатор на основе пористого железа.

Поскольку реакция взаимодействия азота с водородом является экзотермической, то для смещения равновесия в сторону образования аммиака процесс целесообразно проводить при низких температурах. Однако без нагревания скорость реакции взаимодействия азота с водородом ничтожно мала, поэтому для синтеза аммиака при выборе температурных условий приходится ориентироваться на «золотую середину». Такой «золотой серединой» является температура около 400-500 ^оС.

Негативным следствием использования высокой температуры является то, что равновесие реакции сильно смещается в сторону обратной реакции – разложения аммиака, вследствие чего падает его выход.

Согласно уравнению взаимодействия азота и водорода, при протекании реакции суммарное количество газообразных веществ уменьшается, ведь при взаимодействии 3 моль водорода и 1 моль азота (всего 4 моль) взамен образуется только 2 моль аммиака. Поэтому, исходя из принципа Ле Шателье, негативные эффекты, связанные с разложением аммиака, можно снизить, осуществляя процесс под высоким давлением. Давление азот-водородной смеси в колонне синтеза создается с помощью турбокомпрессора и составляет около 300 атм. Тем не менее, даже несмотря на использование колоссального давления, степень превращения азот-водородной смеси «за один заход» не превышает 20 %. Дальнейшее повышение давления по ряду причин невозможно, поэтому проблема низкого выхода решается довольно простым способом. Образовавшийся аммиак отделяется в сепараторе от непрореагировавшей азот-водородной смеси, а оставшаяся смесь направляется с помощью циркуляционного компрессора обратно в колонну синтеза вместе с новой порцией сырья. Такой прием носит название принципа циркуляции. Благодаря принципу циркуляции степень превращения азот-водородной смеси в аммиак удается повысить до 95%.

Производство серной кислоты

В качестве серосодержащего сырья для производства серной кислоты могут быть использованы сера или сероводород (побочные продукты нефтепереработки), минерал пирит FeS₂, а также сульфиды некоторых других d-элементов. Никакие другие виды сырья не используются.

В настоящий момент основным сырьем для производства серной кислоты являются сероводород и сера, поскольку они в огромных количествах образуются в качестве побочных продуктов нефтепереработки.

Однако же в школьной программе пока еще по-прежнему считается, что серная кислота производится преимущественно из пирита, в связи с чем и мы будем рассматривать основные стадии производства серной кислоты именно этого же сырья.

Первая стадия

Заключается в сжигании предварительно измельченного пирита в токе обогащенного кислородом воздуха. Процесс протекает в соответствии с уравнением:

Обжиг осуществляют при температуре около 800 ^оС в печи для обжига. В процессе обжига используют так называемый метод кипящего слоя – частицы измельченного пирита подаются в печь сверху, а воздух — снизу. В результате этого раскаленные частицы пирита оказываются подвешенными в токе воздуха, внешне напоминая кипящую жидкость.

После обжига пирита полученный печной газ, содержащий диоксид серы, отделяется от твердых примесей огарка (Fe₂O₃) с помощью циклона. Циклоном называют аппарат, в котором происходит грубая очистка печных газов за счет центробежной силы от наиболее крупных твердых частиц. Далее после грубой очистки смесь газов проходит более глубокую очистку уже от оставшихся мелких твердых частиц с помощью электрофильтра. Принцип действия электрофильтра основан на том, что к наэлектризованным металлическим пластинам прилипает пыль, которая после скопления ссыпается с них под собственным весом в приемник.

После очистки от твердых примесей печной газ направляется в нижнюю часть так называемой сушильной башни, в верхнюю часть которой впрыскивается концентрированная серная кислота на встречу газу. При таком варианте осуществления фактически сталкиваются два потока — смеси газов, идущей снизу, и струи жидкой концентрированной серной кислоты, текущей сверху. Очевидно, что в результате этого достигается максимальная степень «смешения» газа с осушающей жидкостью. Данный прием носит название принципа противотока.

Вторая стадия

После очистки от твердых примесей и осушки концентрированной серной кислотой газы поступают в контактный аппарат. В контактном аппарате расположены полки с катализатором V₂O₅, который катализирует взаимодействие диоксида серы с кислородом в соответствии с уравнением:

Аналогично реакции взаимодействия азота с водородом, рассмотренной выше, данная реакция также является каталитической, экзотермической и протекает с уменьшением количества газообразных веществ. Поэтому с точки зрения принципа Ле Шателье ее следовало бы проводить при низких температурах. Однако при низких температурах скорость реакции крайне низка, и ее осуществляют при оптимальной температуре около 400-500 ^оС. Смещения равновесия реакции в сторону разложения SO₃ при повышении температуры удается практически полностью избежать, проводя реакцию при повышенном давлении.

Третья стадия (заключительная)

После второй стадии образовавшийся триоксид серы поступает в часть установки, называемую поглотительной башней.

Из названия данного аппарата логичным было бы предположить, что триоксид серы в нем поглощается в этой части установки водой, ведь триоксид серы, взаимодействуя с водой, образует серную кислоту. Однако в реальности серный ангидрид SO₃ поглощают не водой (!!!), а концентрированной серной кислотой. Связано это с тем, что при смешении серного ангидрида с водой выделяется колоссальное количество теплоты, в результате чего сильно возрастают температура, давление и образуются мельчайшие капли трудноуловимого сернокислотного тумана.

В результате поглощения SO₃ концентрированной серной кислотой фактически образуется раствор SO₃ в безводной серной кислоте, который называют олеумом. Далее образующийся олеум собирается в металлические емкости и отправляется на склад. Серную кислоту необходимой концентрации получают, добавляя к олеуму воду в нужной пропорции. В результате добавления воды избыток SO₃ превращается в серную кислоту.

Производство метанола

Производство метанола основано на реакции взаимодействия угарного газа CO с водородом H₂, которая протекает в соответствии с уравнением:

Технологическая цепочка производства метанола практически идентична таковой для получения аммиака. Это обусловлено определенным сходством реакций. Так, например, реакции образования аммиака и метанола являются экзотермическими, обратимыми, каталитическими и протекают с уменьшением объема газообразных веществ.

В синтезе метанола из угарного газа и водорода используются все те же приемы, что и в синтезе аммиака из азот-водородной смеси, в частности:

наличие катализатора в колонне синтеза;
принцип теплообмена;
использование высокого давления для повышения выхода продукта;
использование высокой температуры для увеличения скорости реакции;
принцип циркуляции.

Источник

Курс

Меня зовут Быстрицкая Вера Васильевна.
Я репетитор по Химии

Вам нужны консультации по Химии по Skype?
Если да, подайте заявку. Стоимость договорная.
Чтобы закрыть это окно, нажмите «Нет».

АММИАК NH₃ — бесцветный газ с чрезвычайно острым, характерным, вызывающим слезы запахом

Схема производства аммиака включает следующие стадии:

Вспомогательный материал: катализатор (пористое железо)

1. Основной химический процесс: азотоводородную смесь получают парокислородной конверсией метана:

СН4 + Н2O(г) ↔ СО + ЗН2 — 207 кДж

2СН4+ O2 ↔ 2СО + 4Н2 + 70 кДж

СО + Н2O(г) ↔ СO2 + Н2 + 42 кДж

Газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора под давлением 15-106 Па с образованием 10—20% аммиака:

N2 + ЗН2 ↔ 2NН3 + 92 кДж

Данная реакция:

обратимая
экзотермическая
каталитическая
гетерогенная (катализатор – твердое вещество)

Оптимальные условия:

температура 400-500 0С
давление 15-30 МПа
катализатор – порошкообразное железо с примесью оксидов алюминия и калия

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

H2SO4 -бесцветная маслянистая жидкость без запаха плотностью 1,83 г/см3

Пагубно действует на растительные и животные ткани, отнимая от них воду, вследствие чего они обугливаются.

С водой смешивается во всех соотношениях, причём при разбавлении соединения водой происходит сильное разогревание, сопровождающееся разбрызгивание жидкости.

Одна из самых сильных кислот. В водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:

H2SO4 = 2 Н+ + SO42-

Раствор оксида серы (+6) SO3 в серной кислоте называется олеумом H2SO4∙SO3

S(самородная сера)
H2S(сероводород)
Cu2S, ZnS, PbS (цветные металлы)
CaSO4*2H2O (гипс)
FeS2 (пирит) – содержание серы 54,3%.

Вспомогательные материалы:

серная кислота (98%), катализатор — оксид ванадия (V).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА

I СТАДИЯ

Обжиг сырья (пирита) и получение оксида серы SO2.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

(минерал пирит)

Условия

1. Воздух, обогащенный кислородом.

2. t=8000 , теплота экзотермической реакции отводиться.

3. «Кипящий» слой (принцип противотока — увеличение площади соприкосновения).

4. Время обжига — несколько секунд, процесс непрерывный

ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ ДЛЯ II СТАДИИ

Прежде чем приступить ко II стадии SO2 очищают от пыли:

Циклон – от крупных частиц пыли.

Электрофильтр – от мелких частиц пыли

Осушить в сушильной башне – поглощается газ концентрированной серной кислотой

Нагреть до t=4000 в теплообменнике

ПРИНЦИПЫ II СТАДИИ (контактный аппарат)

2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + Q

1. Понижение температуры от 6000С до 4000С.

2. Повышение давления

3. Катализатор V2O5 на керамике.

4. Окисление в «кипящем слое» катализатора.

5. Противоточное движение.

6. Теплообмен.

III СТАДИЯ: ПОГЛОЩЕНИЕ СЕРНОГО ГАЗА (ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ БАШНЯ)

SO3+H2O=H2SO4+Q (t до 300оС)

1. Противоток газа и кислоты

2. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига)

3. Отводят продукты реакции

4. Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум (раствор SO3 в H2SO4)

ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Транспортируют в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали

Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой

ПОТРЕБЛЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

1. Производство минеральных удобрений.

2. Производство сульфатов (солей серной кислоты).

3. Производство синтетических волокон.

4. Черная и цветная металлургия.

5. Производство органических красителей.

6. Спирты, кислоты, эфиры(орг. вещества).

7. Пищевая промышленность(патока, глюкоза), эмульгатор (загуститель) Е513.

8. Нефтехимия(минеральные масла).

9. Производство взрывчатых веществ.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УЩЕРБ ПРОИЗВОДСТВА

При аварийных выбросах в атмосферу попадают соединения серы: SO2;SO3; H2S; H2SO4; Fe2O3(пыль)

ПОСЛЕДСТВИЯ: «закисление» почв и водоёмов, «металлизация» атмосферы

РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ:

1. Непрерывность технологического процесса;

2. Комплексное использование сырья;

3. Совершенствование технологического оборудования.

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА

Сегодня исходный синтез-газ (сингаз) для синтеза метанола получают в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья:

природного газа, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).

Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака. Поэтому производство метанола часто базируется на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака и поэтому является составной частью основного химического производства.

Примером такого смешанного производства являются ОАО «Невинномысский Азот», расположенное в г. Невинномысске (Ставропольский край) и НПО «Азот» в г. Новомосковске.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНОЛА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА.

1 стадия:

Конверсия природного газа в синтез-газ:

СН4 +Н2О = СО + 3Н2

метан синтез-газ

2 стадия:

Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода

Сырьем для синтеза метанола служит синтез-газ (CO + H2), обогащенный водородом:

Процесс осуществляют на цинк-хромовых и медьсодержащих катализаторах.

На отечественных производствах метанола в основном используют активный цинк-хромовый катализатор (3ZnO-ZnCr2О4) при 380—4000C и давлении 20 – 30 МПа.

Выбирая оптимальный температурный режим и величину давления, необходимо учитывать возможность образования побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров.

Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.

Таким образом, промышленный синтез метилового спирта включает три основные стадии:

1. получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ);

2. получение метилового спирта-сырца;

3. выделение и очистка метилового спирта (ректификация).

Источник

Представленный материал поможет в подготовке к ЕГЭ и ОГЭ

Скачать:

Предварительный просмотр:

Материал для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ

Промышленный синтез метанола

( часто объединяют с производством аммиака – сходные условия проведения и сырье (природный газ))

Сырье

Реакция, ее характеристика

Условия

Аппарат

Научные принципы

Синтез-газ – смесь оксида углерода(II) с водородом (1:2)

2CH4 + О2 → 2CО + 4H2

CO + 2 H2 ↔ CH3OH + Q

Экзотермическая, обратимая, каталитическая, гомогенная

Р=7 МПа

Т=250 0С

Кат. – ZnO и CuO

Колонна синтеза

Непрерывность, циркуляция, теплообмен

Сырье

Реакция,

ее характеристика

Условия

Аппарат

Научные принципы

Азотоводородная смесь

Азот – из воздуха

Водород – конверсия метана (из природного газа)

CH4 + H2O(Г)→ CО + 3H2

2CH4 + О2 → 2CО + 4H2

N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3 + Q

Экзотермическая, обратимая, каталитическая, гомогенная

Р=25, 106 Па (300 атм.)

Т=450-500 0С

Кат. – Fe

Колонна синтеза

Непрерывность циркуляция, теплообмен

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Суд над этанолом. Урок — ролевая игра, 10 класс

В игровой форме проводится обобщение и систематизация знаний учащихся об этноле и областях его применения человеком; формирование взглядов и убеждений, соответствующих здоровому образу жизни. Группова…

Мне нравится

Источник

Производство аммиака

Азот является одним из 4-х элементов, без которых невозможно существование живой материи. Вовлечение азота в геобиохимические циклы осуществляется в природе путем его фиксации из атмосферы некоторыми почвенными микроорганизмами. Тем не мене количество атмосферного азота, фиксируемого этими микроорганизмами, не соответствуют потребностям современной цивилизации. В этой связи перевод атмосферного азота в его соединения в промышленных масштабах является глобальной практической задачей, решение которой нацелено на производство азотных удобрений, восполняющих дефицит связанного азота в почве.

В настоящее время доминирующим методом фиксации атмосферного азота является процесс соединения азота с водородом с получением аммиака.

N₂ +3H₂

2NH₃+ 92 кДж.

Подбор оптимальных условий проведения синтеза осуществляется исходя из характеристик химической реакции.

1) Реакция обратимая, гомогенная (исходные вещества и продукты – это газы) и идет с уменьшением объема, следовательно, смещению равновесия в сторону продуктов способствует повышенное давление.

2) Реакция экзотермическая, повышение температуры смещает химическое равновесие в сторону исходных веществ, а понижение температуры – в сторону продуктов реакции, но при этом скорость синтеза будет очень мала. Поэтому реакцию проводят при оптимальной для данного процесса температуре: 450–500 °С. Исходную смесь газов сначала нагревают в теплообменнике за счет движущихся противотоком выходящих газов, а затем в зоне экзотермической реакции. (Противоток – это движение различных веществ навстречу друг другу с целью создания наилучших условий для обмена энергией.)

3) Для ускорения синтеза, быстрейшего установления равновесия используют катализатор – восстановленное железо, активированное оксидами калия, алюминия и др.

Реагенты и продукты реакции находятся в газовой фазе и образуют гомогенную систему. Реакция протекает на поверхности твердых катализаторов. Такая реакция составляет особый класс гетерогенно-каталитических реакций. Большое значение имеет площадь поверхности катализатора. Катализатор изготавливают в виде губчатых гранул или таблеток. Поскольку активность катализатора сильно снижается от присутствия примесей, то реагирующие газы подвергают тщательной очистке (от воды, соединений серы и др.).

4) При всех указанных условиях проведения реакции равновесный выход продукта составляет не более 20%. Поэтому синтез продукта осуществляется по способу многократной циркуляции, т. е. непрореагировавшую смесь газов многократно возвращают в производство после отделения от нее полученного продукта.

Отвод продуктов из зоны реакции

Отвод продуктов и непрореагировавших веществ из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в сепараторе.

Газовая смесь, состоящая из непрореагировавших веществ и продукта реакции (азот, водород, аммиак) после контакта с катализатором предварительно охлаждается в теплообменнике, отдавая теплоту входящим газам, а затем поступает в холодильник. Охлаждение, которое производят водой, движущейся противотоком, приводит к конденсации продукта реакции, в сепараторе он отделяется от непрореагировавших газов, которые циркуляционный компрессор возвращает в колонну синтеза.

Многократная циркуляция газов позволяет повысить выход продукта до 85–90% от теоретического. Затраты на производство существенно снижены за счет осуществления непрерывности процесса. Это позволяет полностью автоматизировать производство.

Непрерывность производственного процесса и его автоматизация повышают производительность труда. На современном химическом производстве все процессы полностью автоматизированы. Если механическими процессами управляет человек с помощью технических устройств, то такую систему называют дистанционным, или телеуправлением. Телеуправление относится к неполной автоматизации. При полной автоматизации всеми процессами управляют электронно-вычислительные машины по заданной программе.

Организация комплексного, безотходного использования сырья позволяет народному хозяйству получить огромную дополнительную прибыль и решить проблему окружающей среды.

В 1932 г. академик А.Е.Ферсман охарактеризовал значение комплексного использования сырья так: «Комплексная идея есть идея в корне экономическая, создающая максимальные ценности с наименьшей затратой средств и энергии, но это идея не только сегодняшнего дня, это идея охраны наших природных богатств от их хищнического расточения, идея использования сырья до конца, идея возможного сохранения наших природных запасов на будущее».

Основные пути создания и преимущества безотходного производства

1. Осуществление циркуляции реагирующих веществ по замкнутому кругу до полного превращения в конечные продукты. Пример такого процесса – производство аммиака.

2. Тщательная очистка отходящих газов и сточных вод.

3. Сбережение материальных, энергетических, сырьевых и трудовых ресурсов.

4. Повышение роли химиков-технологов и квалифицированных рабочих. В условиях научно-технической революции, в период бурного развития и науки, и техники трудно назвать какую-либо отрасль промышленности и сельскохозяйственных производств, которая не была бы связана с химией.

На заводе по производству аммиака наиболее важные профессии – оператор, компрессорщик, аппаратчик, катализаторщик, лаборант и др. Современное химическое производство нуждается в рабочих кадрах самой высокой квалификации.

5. Охрана окружающей среды от загрязнений промышленными отходами. Борьба с вредным воздействием на природу и человека промышленных отходов – одна из важнейших проблем защиты окружающей среды, поэтому был принят закон об охране и рациональном использовании природных ресурсов.

Способы борьбы с загрязнением окружающей среды

1) Cтроительство различных очистных сооружений.

2) Создание и внедрение безотходных технологических процессов.

3) Устройство замкнутых циклов водопользования.

4) Использование новых видов топлива, которые не приводят к загрязнению окружающей среды.

5) Создание лесных зон вокруг городов и промышленных центров.

ЭКСКУРСОВОД. Давайте выделим научные принципы организации химического производства(таблица).

Таблица

Источник

Промышленное получение серной кислоты

1) 4FeS
₂
+ 11O
₂
→ 2Fe
₂
O
₃
+ 8SO
₂

2) 2SO
₂
+ O
₂
^V
₂
^O
₅
→ 2SO
₃

3) nSO
₃
+ H
₂
SO
₄
→ H
₂
SO
₄
·nSO
_{3 (}
_олеум
₎

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «

кипящем слое

«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO
₂
, O
₂
, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).

В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора
^V
₂
^O
₅
( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.

Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H
₂
SO
₄
·nSO
₃

Промышленное получение аммиака

Предварительно получают азотоводородную смесь. Водород получают конверсией метана (из природного газа):

СН
₄
+ Н
₂
О(г) → СО + ЗН
₂
— Q

2СН
₄
+ О
₂
→ 2СО + 4Н
₂
+ Q

СО + Н
₂
О(г) → СО
₂
+ Н
₂
+ Q

Азот получают из жидкого воздуха.

В турбокомпрессоре происходит сжатие смеси до необходимого давления 25·10
⁶
Па. В колонне синтеза газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора (пористое железо с примесями Al
₂
O
₃
и K
₂
O) :

N
₂
+ 3H
₂
↔ 2NH
₃
+ 92 кДж (выход 10—20% аммиака)

Образующийся аммиак отделяют от непрореагировавших азота и водорода сжижением в холодильнике, возвращая непрореагировавшую азотоводородную смесь в колонну синтеза.

Процесс непрерывный, циркуляционный.

Применение: производство азотных удобрений, взрывчатых веществ, пластических масс и др.

Производство метилового спирта

До промышленного освоения каталитического способа получения метанол получали при сухой перегонке дерева (отсюда его название «древесный спирт»). В данное время этот способ имеет второстепенное значение.

Современный способ:

Сырье: синтез-газ — смесь оксида углерода (II) с водородом (1:2).

Вспомогательные материалы: катализаторы (ZnO и CuO).

Основной химический процесс: синтез-газ при температуре 250 °С и давлении 7 МПа превращается каталитически в метанол:

СО + 2Н
₂
↔ СНзОН + Q

Особенности технологического процесса: при прохождении газовой смеси через слой катализатора образуется 10—15% метанола, который конденсируют, а непрореагировавшую смесь смешивают со свежей порцией синтез — газа и после нагревания снова направляют в слой катализатора (циркуляция). Общий выход — 85%.

Условия проведения синтеза метанола и аммиака при среднем давлении сходны, а сырье (природный газ) общее для обоих процессов. Поэтому чаще всего производства метанола и аммиака объединяют (азотно-туковые заводы).

Источник

Производство NH3 и СН3ОН

Стадии производства	NH3 (аммиак)	СH3OH (метанол)
1) Сырье. Подвод в реакцию с помощью компрессора и циркуляционного компрессора	N2 – получают из воздуха Н2 – из СН 4(природный газ) 1VN2 + 3VH2 газы очищают, подают в 25-60Мпа смешивают с циркуляционным	CO + H2 получают из СН4 синтез-газ СН4 + Н2О СО+ 3Н2 при>t 1VСО + 5VH2 турбокомпрессор, где сжимают до 25-30 МПа газом и направляют в колонну синтеза
2) Химический процесс в колонне синтеза	N2 + 3H2 2NH3 +Q Реакции обратимые, ,экзотермические, 3) Условия: 1) р > 2) при оптимальных t 450-500 C исходную смесь нагревают в 4) катализатор восстановленное Fe(с примесью оксидов К и Аl) гомогенная 5)Выход продукта 20% —	CO+ 2H2 CH3OH + Q гомогенные, идут с уменЬшением объема. Возможно получения побочных продуктов: СO+ 3H2 CH4 + H2O + Q CO + H2 CH2O + Q формальдегид 2CH3ОН CH3 — O— CH3 + H2O диметиловый эфир 3) увеличение конц Н2 370-400 С p<, t< способствует увеличению побочных продуктов теплообменнике противотоком выходящим газом. цинк-хромовый 8ZnOCr2O3CrO3 селективное действие(ускоряет целевую реакцию) система, а на поверхности катализатора – гетерогеннокаталитическая реакция, зависит от S катализатора многократная циркуляция.
3) Отвод продуктов через холодильник и разделение в сепараторе.	Непрореагирующие N2 , H2, NH3 охлаждаются в теплообменнике в холодильнике непрореагировавшие газы поступают	Вещества: CO, H2 , CH3OH (противотоком) конденсация продуктов в сепараторе в циркуляционную колонну синтеза, выход= 85- 90%