Chimie Tehnologica II

download Chimie Tehnologica II

of 24

  • date post

    28-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    59
  • download

    2

Embed Size (px)

description

despre chimia tehnologica: piroliza etc

Transcript of Chimie Tehnologica II

  • 1

    Chimie tehnologica II

    CUPRINS

    1. Noiuni fundamentale n chimia tehnologic organica. Surse de materii prime in industria chimica organica. Noiuni fundamentale necesare elaborrii proceselor tehnologice. Fezabilitatea termodinamica. Cinetica aplicata. Procese fundamentale n chimia tehnologica organica 2. Prelucrarea principalelor materii prime naturale i transformarea n produi de baz ai industriei chimice. Crbunii. Carbochimia. Gaze naturale. Petrochimia. Materii prime vegetale si animale. 3. Piroliza. Materii prime. Consideraii economice. Piroliza benzinelor uoare. Aspecte tehnologice ale fabricrii acetilenei prin piroliza metanului 4. Halogenarea. Procesul de halogenare prin substituii homolitice. Halogenarea n prezen de catalizatori. Cinetica i termodinamica reaciilor de halogenare. Clorurarea metanului. Fabricarea clorurii de vinil prin hidroclorurarea acetilenei 5. Nitrarea. Ageni de nitrare. Nitrarea hidrocarburilor aromatice. Termodinamica i cinetica nitrrii. Nitrarea benzenului. Aplicaii industriale ale procesului de nitrare

  • 2

    1.NOIUNI FUNDAMENTALE N CHIMIA TEHNOLOGIC ORGANIC Chimia tehnologic organic, care studiaz n special procesele de fabricare a compuilor

    de natur organic are misiunea de a aplica la scar industrial diferite reacii chimice i

    procese de separare, n scopul obinerii de numeroase substane utile att de mare tonaj (acidul acetic, clorura de vinil, metanol, fenol, acetona, colorani organici, surfactani etc.) ct i a celor de mic tonaj ( medicamente, reactivi organici). Nu exist o corelaie general, simplist ntre chimia fundamental i cea tehnologic. Chimia tehnologic sau chimia industrial este un domeniu interdisciplinar, care utilizeaz cunotinele chimiei fundamentale, ale ingineriei chimice, ale termodinamicii i cineticii.

    Procesul tehnologic reprezint transformarea materiilor prime n produse intermediare sau finite cu ajutorul unuia sau mai multor procese chimice fundamentale i a uneia sau mai multor operaii fizice sau mecanice (desfurate paralel sau ciclic).

    Procesele chimice fundamentale sunt halogenarea, sulfurarea, nitrarea, oxidarea, alchilarea, reducerea.

    Operaiile fizice i mecanice, numite operaii unitare nu schimb natura substanelor respectiv nu implic reacii chimice. Aceste operaii au ca obiective:

    - pregtirea materiei prime

    - izolarea produselor din mediul de reacie i purificarea lor. Principalele operaii tip sau operaii unitare sunt: transportul materialelor, att a celor

    gazoase ct i a lichidelor i materialelor solide; concasarea, mrunirea, sedimentarea, filtrarea, amestecarea, nclzirea i rcirea, fermentarea, concentrarea, condensarea, cristalizarea, uscarea, distilarea i rectificarea, extracia.

    Mrimile care caracterizeaz performana unui proces tehnologic sunt:

    Conversia total, notat Ct sau x reprezint raportul dintre cantitatea (kmoli, kg, Nm3) de materie prim (respectiv reactant de referin) care s-a transformat n reacia chimic i cantitatea de materie prim intrat ntr-un reactor. Se exprim sau n procente conform

    relaiei:

    1000

    =

    CC

    C pt

    unde:

  • 3

    Cp reprezint cantitatea de materie prim transformat n toi produii obinui (produs util, produi secundari)

    C0 - reprezint cantitatea de materie prim introdus n reactor Conversia util notat Cu , se definete prin raportul dintre cantitatea (kmoli, kg, Nm3) de

    materie prim (respectiv reactani de referin) care s-a transformat n produs util, Cpu i cantitatea cantitatea (kmoli, kg, Nm3) de materie prim introdus ntr-un reactor, C0.

    1000

    =

    CC

    C puu

    Selectivitatea, notat cu S, reprezint , raportul dintre cantitatea de materie prim transformat n produs util i cantitatea de materie prim transformat n toi produii:

    100(%) =t

    u

    CCS

    n procesele chimice industriale, reacia util se desfoar ntr-un complex de reacii paralel consecutive secundare, cnd se formeaz alturi de produsul util i alte produse. Selectivitatea arat care este cantitatea de reactant valoros consumat numai pentru obinerea produsului util.

    Consumul specific reprezint cantitatea de materie prim, materie auxiliar i utiliti care se consum pentru fabricarea unitii de msur de produs finit (kg, m3, buci, etc.). De exemplu, consumul specific pentru obinerea nitrobenzenului din benzen se definete prin raportul:

    nnitrobenze

    benzens kg

    kgC =

    Consumul specific de energie termic, Cst se exprim prin relaia:

    nnitrobenzest kg

    kJC =

    Surse de materii prime n industria chimica organic Principalele materii prime prelucrate de industria chimic organic sunt: gazele

    naturale, ieiul, crbunii, materii prime vegetale i animale. Se fac cercetri pentru a se

    introduce forme noi de materie prim. Produse care n anii trecui erau considerate deeuri

  • 4

    devin materii prime industriale valoroase ( deeurile cu coninut de celuloz, subproduse ale unor industrii, etc.).

    Principalele tendine i sarcini ale chimiei tehnologice referitoare la materiile prime sunt:

    Efectuarea de cercetri pentru gsirea unor materii prime ieftine care s permit reducerea costului de fabricaie al produselor;

    Folosirea de materii prime ct mai concentrate care s permit intensificarea proceselor tehnologice i obinerea de produse de calitate;

    Valorificarea superioar a materiilor prime, reducnd la minim sau eliminnd deeurile, prin aplicare unor tehnologii moderne i complexe.

    2. PRELUCRAREA PRINCIPALELOR MATERII PRIME NATURALE I TRANSFORMAREA N PRODUI DE BAZ AI INDUSTRIEI CHIMICE

    Principalele materii prime naturale prelucrate de industria chimic sunt: crbunii;

    ieiul i gazele naturale;

    materiile prime de origine vegetal sau animal.

    Prin distilarea uscat a crbunilor i apoi prelucrarea produselor obinute se produc parafine, olefine i hidrocarburi aromatice necesare n sintezele organice. Prelucrarea ieiului i a gazelor naturale sunt studiate de petrochimie. Din iei se obin combustibili , uleiuri lubrifiante, hidrocarburi alifatice i aromatice, alchene, mercaptani care constituie materii prime importante sau intermediari ai sintezelor organice.

    Materiile prime de origine vegetal i animal sunt tot mai mult folosite n contextul crizei de energie deoarece sunt materii prime regenerabile. S-au elaborat si se aplica industrial procedee de fabricare a bioetanolului prin fermentaia alcoolic a materiilor prime amidonoase (gru, porumb, etc) sau a melasei, biosinteza etanolului pornind de la celuloz sau prin valorificarea biomasei din alge. Biodieselul se obine pornind de la uleiuri vegetale sau grsimi animale prin transesterificare cu alcooli normali cu mas molecular mic

    (metanol, etanol, n butanol , n-pentanol, etc.).

  • 5

    Carbochimia Crbunii fosili sunt utilizai drept combustibil industrial i casnic i ca materie prim pentru prelucrarea cocsului i a semicocsului. Acestea sunt materii prime indispensabile la fabricarea fontei i a oelurilor. n procesul de cocsificare rezult subproduse din care se separ materii prime pentru industria de sintez organic. Carbochimia studiaz transformrile chimice ale crbunilor i ale derivailor acestora.

    Cocsificarea este o metod de prelucrare termochimic a crbunilor la temperaturi ridicate (900-1050C), n absena aerului. Rezult cocsul (73% din compoziia produilor procesului de cocsificare) i alte produse de cocserie: gudron (4%), ape amoniacale (2,8%), benzen brut i gaze de cocserie (20,2%).

    Produse obinute la cocsificare si utilizri ale cocsului

    - Cocs metalurgic, = 25 mm; Utilizri:

    1) In cuptoare metalurgice pentru elaborarea de: fonta, zinc, plumb sau drept combustibil pentru obinerea temperaturilor nalte necesare n cuptoare

    2) La fabricarea carbidului CaC2 - Produs secundar, = 0-10 mm; utilizare drept combustibil la aglomerarea minereurilor - Subproduse: Gudron, ape amoniacale si benzen brut, gaze de cocserie: hidrogen, metan,

    azot, oxizi de carbon, hidrocarburi. Unitile de cocsificare cuprind urmtoarele instalaii: - instalaie pentru prepararea amestecului de materii prime; - bateria de cuptoare de cocsificare; - instalaia de prelucrarea a apelor amoniacale; - instalaia de prelucrare a gudronului i a benzenului - instalaii de desulfurare a gazelor de cocserie.

    Procesul tehnologic de cocsificare Este un proces discontinuu.

    Are loc n camere de cocsificare paralelipipedice lungi, nguste avnd dimensiunile: L = 13-15 m; l = 0,4 m; h = 4-6 m

    Camerele de cocsificare sunt grupate n baterii de 40-50 camere. Acestea sunt nclzite din exterior prin canale de nclzire dispuse vertical. Canalele verticale sunt astfel dispuse

    nct s se fac nclzirea cu flacr a unui perete ntreg.

  • 6

    nclzirea camerelor de cocsificare se face cu gaz de furnal, gaz de cocserie sau amestec de gaz metan cu gaz de furnal.

    Cldura gazelor arse la nclzirea cuptorului se folosete la nclzirea gazelor combustibile i a aerului necesar combustiei.

    Datorit solicitrilor termice, mecanice i chimice, cuptoarele de cocsificare sunt construite din materiale speciale:

    crmizi de silice pentru pereii camerelor de cocsificare; crmizi de amot pentru regeneratoarele de cldur.

    Schema tehnologic a instalaiei de cocsificare 1 - cuptor de cocsificare; 2 - rcitor gaze ; 3 - separator de gudron 4 - coloana de splare a gazelor; 5 - coloan de absorbie; 6 desulfurator.

    n schem au fost prezentate procesele i operaiile la care sunt supuse produsele volatile care prsesc cuptorul de cocserie (1).

    Ulei

    Crbuni

    H2SO4

    Cocs

    Gudron

    (NH4)2SO4

    Ulei saturat cu benzen

    Cristalizare

    Gaze de cocserie

    Sulf 1

    2

    3 4

    5 6