"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