"Technologia chemiczna"

Identyfikator Librowy: 62609

Spis treści

WSTĘP 16

1. PRZEDMIOT TECHNOLOGII CHEMICZNEJ 18

1.1. Wstęp 18

1.2. Proces technologiczny 19

1.3. Organizacja procesu w skali przemysłowej 21

1.4. Zasoby i pozyskiwanie surowców przemysłowych 25

1.4.1. Surowce energetyczne 26

1.4.2. Rudy metali 29

1.4.3. Surowce chemiczne 29

2. PODSTAWY PROCESÓW CHEMICZNYCH 30

2.1. Reakcja chemiczna i proces chemiczny 30

2.2. Niektóre wielkości charakteryzujące przebieg procesów chemicznych 30

2.3. Stopień przemiany, wydajność surowcowa 31

2.4. Bilanse technologiczne 34

2.4.1. Obszary bilansowania 34

2.4.2. Podstawa bilansu 37

2.4.3. Równanie bilansowe 37

2.4.4. Równanie bilansu masy w procesie ciągłym 37

2.4.5. Przykład obliczenia bilansowego 39

3. WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW REAGUJĄCYCH 40

3.1. Wstęp 40

3.2. Termodynamiczna charakterystyka układu reagentów w stanie równowagi 40

3.2.1. Stała równowagi reakcji 40

3.2.2. Stopnie swobody układu 41

3.2.3. Zależność równowagowego stopnia przemiany od temperatury 44

3.3. Kinetyczna charakterystyka układu reagentów w stanie reakcji 45

3.3.1. Szybkość reakcji 45

3.3.2. Szybkość procesu w reaktorze 46

3.4. Proces prowadzony w trybie okresowym w reaktorze zamkniętym o zupełnym wymieszaniu 47

3.5. Proces w reaktorze przepływowym o zupełnym wymieszaniu w stanie stacjonarnym 48

3.6. Równanie kinetyczne reakcji i zależności pochodne 49

3.6.1. Równanie kinetyczne 49

3.6.2. Zależność szybkości reakcji od stopnia przemiany 49

3.7. Wpływ temperatury na szybkość reakcji 52

3.8. Wpływ ciśnienia na szybkość reakcji 55

3.9. Wpływ katalizatorów na szybkość reakcji 55

4. PODSTAWY ORGANIZACJI UKŁADÓW TECHNOLOGICZNYCH 57

4.1. Wstęp 57

4.2. Organizacja procesu w reaktorze 57

4.2.1. Model reaktora zbiornikowego zamkniętego o zupełnym wymieszaniu reagentów 58

4.2.2. Model reaktora zbiornikowego przepływowego o zupełnym wymieszaniu reagentów 61

4.2.3. Model reaktora rurowego przepływowego o przepływie tłokowym 63

4.3. Czas przebywania reagentów w reaktorze przepływowym 67

4.4. Wpływ mieszania na przebieg procesu w rurowym reaktorze przepływowym 69

4.5. Reaktor w układzie technologicznym 70

4.5.1. Wielostopniowy układ reaktorów (kaskada) 70

4.5.2. Reaktor w układzie obiegu powrotnego 75

5. PROCESY W UKŁADACH NIEJEDNORODNYCH 80

5.1. Szybkość reakcji w układach niejednorodnych 80

5.2. Rozpuszczanie substancji stałej w cieczy 82

5.3. Krystalizacja z roztworów ciekłych 87

5.4. Reakcje reagentów stałych i gazowych 89

5.5. Absorpcja 94

5.5.1. Procesy absorpcji 94

5.5.2. Absorbery 95

5.6. Równanie operacyjne procesu wymiany masy (na przykładzie absorpcji) 100

5.6.1. Układ współprądowy 101

5.6.2. Układ przeciwprądowy 103

6. GOSPODARKA CIEPŁEM W INSTALACJACH PRZEMYSŁOWYCH 106

6.1. Wstęp 106

6.2. Podstawy obliczeń cieplnych 107

6.3. Bilans cieplny (bilans entalpii) 108

6.4. Efekty cieplne reakcji 108

6.5. Zależności wynikające z równań bilansowych 110

6.6. Równanie operacyjne wymiennika ciepła 113

6.6.1. Wymiennik współprądowy 114

6.6.2. Wymiennik przeciwprądowy 115

6.7. Równanie operacyjne adiabatycznego reaktora przepływowego 117

7. WYTWARZANIE ENERGII PRZEZ SPALANIE PALIW 121

7.1. Wstęp 121

7.2. Procesy spalania 123

7.3. Płomień. Deflagracja 125

7.4. Wybuchy 127

7.5. Spalanie paliw gazowych 128

7.6. Spalanie paliw stałych 133

7.7. Spalanie paliw ciekłych 139

7.8. Spalanie jako źródło ciepła w procesach wysokotemperaturowych 143

7.9. Wytwarzanie energii w skojarzonych układach gazowo-parowych 148

7.10. Wytwarzanie energii z odpadów komunalnych 149

8. OCHRONA ŚRODOWISKA PRZED EMISJĄ LOTNYCH ZANIECZYSZCZEŃ 153

8.1. Zagrożenia i ochrona środowiska 153

8.2. Odsiarczanie gazów kominowych z palenisk energetycznych 159

8.3. Usuwanie tlenków azotu ze spalin i gazów poprodukcyjnych 165

8.4. Usuwanie gazowych i ciekłych zanieczyszczeń organicznych 168

8.5. Nowe metody zapobiegania emisji gazów poprodukcyjnych 172

8.5.1. Wydzielanie i magazynowanie CO2 172

8.5.2. Radiacyjna metoda oczyszczania gazów paleniskowych 173

8.5.3. Skojarzone procesy plazmowo katalityczne 175

9. OCZYSZCZANIE WODY I ŚCIEKÓW 176

9.1. Zasoby wodne 176

9.2. Charakterystyka wody jako surowca 179

9.3. Oczyszczanie wody z zawiesin 180

9.3.1. Sedymentacja 180

9.3.2. Filtracja 182

9.3.3. Flotacja 186

9.4. Fizyczne i chemiczne metody oczyszczania wody 187

9.4.1. Adsorpcja 187

9.4.2. Ultrafiltracja i odwrócona osmoza 188

9.4.3. Wymiana jonowa 191

9.4.4. Zmiękczanie wody metodami chemicznymi 196

9.4.5. Koagulacja zanieczyszczeń koloidalnych 198

9.4.6. Oczyszczanie i dezynfekcja wody za pomocą utleniaczy 198

9.5. Biochemiczne metody oczyszczania wody 202

9.6. Oczyszczanie ścieków 203

9.7. Nowe metody oczyszczania wody przez utlenianie 209

9.7.1. Skojarzone układy silnych utleniaczy 209

9.7.2. Procesy fotokatalityczne 210

10. PRODUKCJA KWASU SIARKOWEGO(VI) 211

10.1. Wstęp 211

10.2. Surowce siarkonośne 211

10.3. Metody wytwarzania kwasu siarkowego(VI) 215

10.4. Utlenianie siarki 215

10.5. Utlenianie SO2 do SO3 218

10.6. Organizacja procesu w reaktorze do utleniania SO2 220

10.7. Katalityczne reaktory do utleniania SO2 225

10.8. Instalacja do absorpcji SO3 228

10.9. Nowe rozwiązania w przemyśle kwasu siarkowego(VI) 233

10.9.1. Ograniczanie emisji SO2 233

10.9.2. Utlenianie SO2 w obecności pary wodnej 235

11. PRZEMYSŁ ZWIĄZKÓW AZOTOWYCH 236

11.1. Metody syntezy związków azotowych 236

11.2. Synteza amoniaku 237

11.3. Podstawy procesu syntezy amoniaku 238

11.4. Reaktory do syntezy amoniaku 243

11.5. Organizacja procesu syntezy amoniaku w złożu katalizatora 246

11.6. Synteza amoniaku w układzie obiegu powrotnego (cyrkulacyjnym) 250

11.7. Wytwarzanie kwasu azotowego(V) 254

11.8. Katalizatory do utleniania amoniaku 255

11.9. Reaktory do utleniania amoniaku (tzw. utleniacze) 258

11.10. Przetwarzanie tlenków azotu w kwas azotowy(V) 259

11.11. Wytwarzanie azotanu(V) amonu (saletry amonowej) z kwasu azotowego(V) i amoniaku 263

11.11.1. Neutralizator Hoblera 265

11.11.2. Neutralizatory ciśnieniowe 266

11.11.3. Granulowanie azotanu(V) amonu 267

11.12. Synteza mocznika 268

11.13. Melamina 271

11.14. Nawozy mineralne 271

11.15. Nowe rozwiązania w technologii związków azotowych 274

11.15.1. Niskotemperaturowy katalizator do syntezy amoniaku 274

11.15.2. Ograniczanie emisji tlenków azotu z instalacji kwasu azotowego(V) 275

11.15.3. Przeciwdziałanie zagrożeniom przy produkcji azotanu(V) amonu 276

12. GAZY SYNTEZOWE 277

12.1. Wstęp 277

12.2. Konwersja metanu z parą wodną, czyli reforming parowy 278

12.3. Inne metody wytwarzania gazów syntezowych z węglowodorów 283

12.4. Zgazowanie paliw stałych 285

12.4.1. Ciśnieniowe generatory gazu systemu Lurgi 287

12.4.2. Fluidalne generatory gazu 287

12.4.3. Zawiesinowe generatory gazu 290

12.5. Konwersja tlenku węgla(II) z parą wodną 292

12.6. Wydzielanie tlenku węgla(IV) z gazów 295

12.7. Usuwanie związków siarki z gazów syntezowych (odsiarczanie) 298

13. PROCESY ELEKTROLITYCZNE. ELEKTROLIZA CHLORKU SODU 301

13.1. Elektroliza 301

13.1.1. Reakcje elektrodowe 302

13.1.2. Napięcie równowagowe 303

13.1.3. Rzeczywiste napięcie elektrolizy 306

13.1.4. Nadpotencjał i nadnapięcie 309

13.1.5. Warunki prowadzenia elektrolizy 310

13.2. Elektroliza chlorku sodu w roztworze wodnym 313

13.2.1. Elektrolizery z przeponą (diafragmą) filtrującą 315

13.2.2. Elektrolizery membranowe 320

13.2.3. Elektrolizery z katodą rtęciową 323

13.3. Rozwój technologii chloru i wodorotlenku sodu 326

13.3.1. Nowe materiały i rodzaje elektrod 326

13.3.2. Membrany jonowymienne 327

14. PROCESY ELEKTROTERMICZNE 328

14.1. Wstęp 328

14.2. Wyroby węglowe i grafitowe 329

14.3. Węglik krzemu (karborund) 331

14.4. Karbid 333

15. WYBRANE PROCESY METALURGICZNE. MIEDŹ, CYNK, OŁÓW, KADM, ALUMINIUM, SÓD 338

15.1. Wstęp 338

15.2. Miedź 339

15.2.1. Przetwarzanie rud miedzi metodą hutniczą 340

15.2.2. Elektrolityczna rafinacja miedzi 343

15.2.3. Wykorzystanie składników złoża towarzyszących miedzi 345

15.3. Cynk 346

15.3.1. Utleniające prażenie blendy cynkowej 347

15.3.2. Piece fluidalne do utleniającego prażenia blendy cynkowej 349

15.3.3. Aparaty (piece) z ruchomym rusztem taśmowym 350

15.3.4. Wytwarzanie cynku przez wysokotemperaturową redukcję ZnO 351

15.3.5. Rafinacja cynku 356

15.3.6. Elektrochemiczna metoda wytwarzania cynku 358

15.3.7. Ługowanie 358

15.3.8. Elektroliza 359

15.4. Ołów 360

15.5. Kadm 361

15.6. Aluminium 362

15.6.1. Wytwarzanie tlenku glinu 362

15.6.2. Elektroliza tlenku glinu 364

15.7. Sód 369

16. PRZEMYSŁOWE PROCESY ELEKTROPLAZMOWE 371

16.1. Wstęp 371

16.2. Zjawiska zachodzące w plazmie 371

16.3. Plazma równowagowa i nierównowagowa 372

16.4. Wyładowania elektryczne w gazach 377

16.4.1. Wyładowania koronowe 379

16.4.2. Wyładowania jarzeniowe 380

16.4.3. Wytwarzanie plazmy w plazmotronie 381

16.5. Procesy elektroplazmowe w technologii chemicznej 382

16.5.1. Historyczna metoda syntezy tlenków azotu w łuku elektrycznym 383

16.5.2. Przetwarzanie węglowodorów. Synteza acetylenu 388

16.5.3. Wytwarzanie ozonu w wyładowaniach barierowych 394

16.6. Elektrostatyczne oczyszczanie gazów 400

16.7. Plazmowa obróbka powierzchni i osadzanie powłok 403

16.7.1. Plazmowa obróbka powierzchni 404

16.7.2. Plazmowe nanoszenie powłok grubych 404

16.7.3. Plazmowe osadzanie powłok cienkich 405

16.8. Niektóre kierunki rozwoju technologii elektroplazmowych 407

16.8.1. Plazmowa metoda przetwarzania odpadów 407

16.8.2. Zastosowanie wyładowań ślizgowych 409

16.8.3. Zastosowanie wyładowań impulsowych 410

17. PRODUKCJA KWASU FOSFOROWEGO(V) I NAWOZÓW FOSFOROWYCH 412

17.1. Wstęp 412

17.2. Metody przetwarzania surowców fosforowych 412

17.3. Wytwarzanie kwasu fosforowego(V) metodą roztworową (tzw. ekstrakcyjną) 415

17.4. Produkty uboczne otrzymywane przy produkcji kwasu fosforowego(V) 420

17.4.1. Fosfogips 420

17.4.2. Fluor 421

17.4.3. Uran 421

17.5. Superfosfat potrójny 422

17.6. Nawozy wieloskładnikowe zawierające fosfor 424

18. PRODUKCJA WĘGLANU SODU (SODY) 425

18.1. Wstęp 425

18.2. Proces Solvaya 426

18.3. Karbonizacja, czyli reakcja CO2 ze składnikami solanki 429

18.4. Regeneracja amoniaku. Odpady produkcyjne 435

19. PROCESY CERAMICZNE 436

19.1. Przedmiot i klasyfikacja ceramiki 436

19.2. Surowce w technologii ceramiki 440

19.2.1. Surowce stosowane w ceramice tradycyjnej 441

19.2.2. Metody otrzymywania proszków ceramicznych stosowanych w otrzymywaniu zaawansowanych tworzyw ceramicznych 444

19.3. Formowanie 451

19.3.1. Formowanie z mas sypkich 451

19.3.2. Formowanie z mas plastycznych 455

19.3.3. Formowanie z mas lejnych 456

19.3.4. Właściwości reologiczne mas ceramicznych 458

19.3.5. Dodatki do mas ceramicznych 466

19.4. Nowe metody formowania tworzyw ceramicznych 469

19.4.1. Formowanie z mas lejnych w podwyższonej temperaturze 470

19.4.2. Żelowanie mas lejnych w zmiennej temperaturze 470

19.4.3. Hydrolityczne zestalenie 470

19.4.4. Wodne formowanie wtryskowe 471

19.4.5. Odlewanie żelowe 471

19.4.6. Metoda bezpośredniego odlewania koagulującego 478

19.4.7. Metoda odlewania folii 479

19.5. Procesy cieplne w technologii ceramiki 481

19.5.1. Proces suszenia 481

19.5.2. Proces wypalania 484

19.6. Procesy wykończeniowe 491

19.6.1. Obróbka mechaniczna 491

19.6.2. Szkliwienie i dekorowanie 493

19.6.3. Metalizacja i łączenie ceramiki z metalami 494

20. BUDOWLANE MATERIAŁY WIĄŻĄCE. WAPNO I CEMENT 495

20.1. Rodzaje materiałów wiążących stosowanych w budownictwie 495

20.2. Wapno 497

20.2.1. Proces wypalania wapna. Piece wapiennicze 497

20.2.2. Wodorotlenek wapnia (wapno gaszone) 502

20.3. Cement portlandzki 503

20.3.1. Przygotowywanie surowców do produkcji cementu 504

20.3.2. Wypalanie klinkieru portlandzkiego 508

20.3.3. Gospodarka ciepłem przy produkcji klinkieru portlandzkiego 511

20.3.4. Cement budowlany 515

20.4. Wiązanie i twardnienie zaczynu cementowego 517

LITERATURA 519