Chimie tehnologica-II

download Chimie tehnologica-II

of 24

  • date post

    14-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    56
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Chimie tehnologica-II

Chimie tehnologica II CUPRINS

1. No iuni fundamentale n chimia tehnologic organica. Surse de materii prime in industria chimica organica. No iuni 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. Considera ii economice. Piroliza benzinelor uoare. Aspecte tehnologice ale fabricrii acetilenei prin piroliza metanului 4. Halogenarea. Procesul de halogenare prin substitu ii homolitice. Halogenarea n prezen de catalizatori. Cinetica i termodinamica reac iilor de halogenare. Clorurarea metanului. Fabricarea clorurii de vinil prin hidroclorurarea acetilenei 5. Nitrarea. Agen i de nitrare. Nitrarea hidrocarburilor aromatice. Termodinamica i cinetica nitrrii. Nitrarea benzenului. Aplica ii industriale ale procesului de nitrare

1

1.NO IUNI 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 reac ii chimice i procese de separare, n scopul ob inerii de numeroase substan e utile att de mare tonaj (acidul acetic, clorura de vinil, metanol, fenol, acetona, coloran i organici, surfactan i etc.) ct i a celor de mic tonaj ( medicamente, reactivi organici). Nu exist o corela ie general, simplist ntre chimia fundamental i cea tehnologic. Chimia tehnologic sau chimia industrial este un domeniu interdisciplinar, care utilizeaz cunotin ele 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 opera ii fizice sau mecanice (desfurate paralel sau ciclic). Procesele chimice fundamentale sunt halogenarea, sulfurarea, nitrarea, oxidarea, alchilarea, reducerea. Opera iile fizice i mecanice, numite opera ii unitare nu schimb natura substan elor respectiv nu implic reac ii chimice. Aceste opera ii au ca obiective: - pregtirea materiei prime - izolarea produselor din mediul de reac ie i purificarea lor. Principalele opera ii tip sau opera ii unitare sunt: transportul materialelor, att a celor gazoase ct i a lichidelor i materialelor solide; concasarea, mrun irea, sedimentarea, filtrarea, amestecarea, nclzirea i rcirea, fermentarea, concentrarea, condensarea, cristalizarea, uscarea, distilarea i rectificarea, extrac ia. Mrimile care caracterizeaz performan a 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 reac ia chimic i cantitatea de materie prim intrat ntr-un reactor. Se exprim sau n procente conform rela iei:

Ct =unde:

Cp C0

100

2

Cp reprezint cantitatea de materie prim transformat n to i produii ob inu i (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 reactan i de referin ) care s-a transformat n produs util, Cpu i cantitatea cantitatea (kmoli, kg, Nm3) de materie prim introdus ntr-un reactor, C0.

Cu =

C pu C0

100

Selectivitatea, notat cu S, reprezint , raportul dintre cantitatea de materie prim transformat n produs util i cantitatea de materie prim transformat n to i produii:S (%) = Cu 100 Ct

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

Consumul specific reprezint cantitatea de materie prim, materie auxiliar i utilit i care se consum pentru fabricarea unit ii de msur de produs finit (kg, m3, buc i, etc.). De exemplu, consumul specific pentru ob inerea nitrobenzenului din benzen se definete prin raportul:

Cs =

kg benzen kg nitrobenzen

Consumul specific de energie termic, Cst se exprim prin rela ia:

Cst =

kJ kg nitrobenzen

Surse de materii prime n industria chimica organicPrincipalele materii prime prelucrate de industria chimic organic sunt: gazele naturale, i eiul, crbunii, materii prime vegetale i animale. Se fac cercetri pentru a se introduce forme noi de materie prim. Produse care n anii trecu i erau considerate deeuri

3

devin materii prime industriale valoroase ( deeurile cu con inut de celuloz, subproduse ale unor industrii, etc.). Principalele tendin e i sarcini ale chimiei tehnologice referitoare la materiile prime sunt:

Efectuarea de cercetri pentru gsirea unor materii prime ieftine care s Folosirea de materii prime ct mai concentrate care s permit intensificarea Valorificarea superioar a materiilor prime, reducnd la minim sau eliminnd

permit reducerea costului de fabrica ie al produselor;

proceselor tehnologice i ob inerea de produse de calitate;

deeurile, prin aplicare unor tehnologii moderne i complexe.

2. PRELUCRAREA PRINCIPALELOR MATERII PRIME NATURALE I TRANSFORMAREA N PRODUI DE BAZ AI INDUSTRIEI CHIMICEPrincipalele materii prime naturale prelucrate de industria chimic sunt:

crbunii; i eiul i gazele naturale; materiile prime de origine vegetal sau animal.

Prin distilarea uscat a crbunilor i apoi prelucrarea produselor ob inute se produc parafine, olefine i hidrocarburi aromatice necesare n sintezele organice. Prelucrarea i eiului

i a gazelor naturale sunt studiate de petrochimie. Din i ei se ob in combustibili , uleiurilubrifiante, 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 fermenta ia 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 ob ine pornind de la uleiuri vegetale sau grsimi animale prin transesterificare cu alcooli normali cu mas molecular mic (metanol, etanol, n butanol , n-pentanol, etc.).

4

CarbochimiaCrbunii fosili sunt utiliza i 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 o elurilor. 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 deriva ilor acestora.

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

Produse ob inute 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 ob inerea 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.

Unit ile de cocsificare cuprind urmtoarele instala ii: instala ie pentru prepararea amestecului de materii prime; bateria de cuptoare de cocsificare; instala ia de prelucrarea a apelor amoniacale; instala ia de prelucrare a gudronului i a benzenului instala ii 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. 5

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 pere ii camerelor de cocsificare; crmizi de amot pentru regeneratoarele de cldur.

Ulei 3 H2SO4 2 Crbuni

4 5 6

Gaze de cocserie 1Sulf

Ulei saturat cu benzen Cristalizare (NH4)2SO4 Gudron Cocs

Schema tehnologic a instala iei de cocsificare

1 - cuptor de cocsificare; 2 - rcitor gaze ; 3 - separator de gudron 4 - coloana de splare a gazelor; 5 - coloan de absorb ie; 6 desulfurator.n schem au fost prezentate procesele i opera iile la care sunt supuse produsele volatile care prsesc cuptorul de cocserie (1).

6

n rcitorul (2) are loc rcirea produselor volatile i condensarea gudronului. Acesta se separ de faza gazoas n separatorul G-L (3). Faza gazoas care con ine NH3 este splat n coloana de splare, (4), cu acid sulfuric. Se formeaz solu ie de sulfat de amoniu din care sarea este