Chimie tehnologica-II.pdf

download Chimie tehnologica-II.pdf

of 24

  • date post

    29-Jan-2017
  • Category

    Documents

  • view

    236
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Chimie tehnologica-II.pdf

  • 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

    =C

    CC

    p

    t

    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

    =C

    CC

    pu

    u

    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

    C

    CS

    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:

    nnitrobenze

    stkg

    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.