Файл қосу
Күкірт қышқылы өнеркәсібіндегі шикізат
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
СЕмей қаласының ШӘКӘРІМ атындағы
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМК құжаты
ПОӘК
ПОӘК 042-18-10.1.32
/03-2014
ПОӘК
<<Бейорганикалық заттардың химиясы және технологиясы>> пәннің оқу-әдістемелік материалдары
№ 1 басылым
11.09.2014 ж.
ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
<<Бейорганикалық заттардың химиясы және технологиясы>>
5В072000 - <<Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы>> мамандығы үшін
ОҚУ - ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ
Семей
2014
Мазмұны
1
Глоссарий
3
2
Дәрістер
4
3
Зертханалық сабақтар
82
4
Білімалушылардың өздік жұмыстары
123
1 Глоссарий
Бейорганикалық химическая технология - минералдық шикі затты (металдық рудалардан басқаны) өндеу, қышқылдар, сілтілер, сода, силикатты материалдар, минералды тыңайтқыштар, тұздар, т.б. алу.
Органикалық химическая технология - мұнай, көмір,табиғи газ және басқа жаңғыш заттарды өндеу, жасанды каучук, пластмассалар, спирттер, органикалық қышқылдар, бояғыш заттар, дәрі-дәрмек, т.б. алу.
Химиялық технология - табиғи шикізаттарды (көмір, мұнай, табиғи газ, ағаш, тағы басқа) химиялық жолдар арқылы тұтыну мүліктеріне және өндіріс құралдарына айналдырудың экономикалық тиімді әдістері мен процестері жайындағы ғылым.
Химиялық технологияның басты мақсаты - өндірістік процестердің физикалық-химиялық жағдайын зерттеу, технологиялық процестердің сұлбасын жасау, аппараттар мен приборлардың құралымын анықтау және оларды дайындайтын материалдар іздестіру.
2 Дәрістер
МИКРОМОДУЛЬ 1 <<БЕЙОРГАНИКАЛЫҚ ҚЫШҚЫЛДАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫ>>
№ 1 Дәріс.
Кіріспе.
Жоспары:
* Курстың мақсаты, есептері, мазмұны.
* Негізгі бейорганикалық қышқылдардың, негіздердің, тұздардың сипаттамасы.
* Шикі заттың сипаттамасы және жіктелуі.
* Қалдықтарды өндірістің екіншілік материалдық ресурсы ретінде пайдалану.
Химиялық технология - табиғи шикі заттарды (көмір, мұнай, табиғи газ, ағаш, тағы басқа) химиялық жолдар арқылы тұтыну мүліктеріне және өндіріс құралдарына айналдырудың экономикалық және экологиялық тиімді әдістері мен процестері жайындағы ғылым. Химиялық технологияның бөлек білім саласы және оқу пәні ретінде бөлінуі XVIII ғ. Екінші жартысында болды.
Зерттейтін объектілері бойынша химиялық технология екіге бөлінеді:
* бейорганикалық (қышқылдар, сілтілер, сода, силикатты материалдар, минералды тыңайтқыштар, тұздар, т.б.)
* органикалық (жасанды каучук, пластмассалар, спирттер, органикалық қышқылдар, бояғыш заттар, дәрі-дәрмек, т.б.) заттар технологиясы.
<<Бейорганикалық заттардың химиясы және технологиясы I>> пәні 5В072000-Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының негізгі жоғары білім алу стандартына сәйкес кәсіби пәндердің циклына кіретін негізгі пәні болады. Пән бейорганикалық қышқылдар, негіздер өндірісінің жалпы заңдылықтары мен технологиясын зерттеуді қарастырады және мамандану пәндерін терең зерттеуге алдын ала болады.
Пәнді оқып-білудің мақсаты:
- негізгі бейорганикалық өнім түрлері, қолданатын шикі зат түрлері, қышқылдар, негіздер алу өндіріс әдістері туралы студенттердің білімін қалыптастыру. сформировать у студентов представления об основной продукции, используемых видах сырья, промышленных методах производства кислот, оснований.
Пәнді оқып-білудің негізгі міндеті:
- химиялық өндірістің инженер-технолог кәсіптік қызметінің ролі және маңызы; инженерлік қызметінің объектілері, мысалы ШҚО және жалпы Қазақстан Республикасында кәсіпорындарды зерттеу; технология пәні қалыптасуының негізгі жолдары; химиялық өндірісте технологияның ролі және маңызы; өндірістің химиялық саласы мазмұның, негізгі бейорганикалық синтез технологиясының әдістері мен әдістемесін зерттеу туралы студенттердің білімін қалыптастыру.
3. Химиялық өндірістерде қажетті төрт элементтің болуы міндет, олар: 1) шикізат, 2) су, 3)энергия, 4) жұмыс күші. Осылардың ішінен өнімнің өзіндік құнын (60-70%), сапасын және технологиялық процестің дәрежесін анықтайтын шикізат.
Шикізат - өндіріс өнімдерін өндіруге пайдаланатын табиғи заттар және жартылай өнімдер. Кейбір өндірістерде жартылай өнімді немесе өндіріс қалдықтарын пайдаланады. Шикізат және өндірілген өнім мемлекеттік немесе басқа стандарттың талабына сәйкес болуы міндет.
Шикізат жіктелуі
Химиялық өндірістердің шикізаттарды әр түрлі белгімен топтастырылады. Жаратылыс тегіне тәуелді мынандай болып бөлінеді: минерал, өсімдік және мал-хайуан шикізаттары. Химиялық құрамдарына тәуелді - анорганикалық және органикалық шикізат. Агрегаттық күйіне тәуелді - қатты, сұйық (мұнай, тұздық) және газ күйіндегі (ауа, табиғи газ және мұнай өнімдерінің газдары).
Минералдық шикізаттар-рудалық, рудалық емес және жанғыш шикізаттарға бөлінеді.
Рудалық шикізаттар - табиғи минералдар құрамында металл оксидтері және металл сульфидтері (Fe3O4 , Fe2O3,CuS, Cu2S, CuS2, ZnS және т.б.) тағы басқа тау жыныстары (бос жыныстары-пустая порода) SіO2 , Al2O3, CaO, MgO т.б болады.
Ауа және су ең арзан және жеңіл түсетін шикізат. Ауа ең арзан сарқылмас азот пен оттегінің көзі. Судан сутегімен оттегіні алумен қатар, оны химиялық процестерде қатты, сұйық және газды ертуне қолданылады.
Хайуан және өсімдік шикізаттары - тағамдық және техникалық болып бөлінеді. Тағамдық шикізатқа жататындар: картофель, қант қызылшасы, май, сүт және т.б.
Техникалық шикізатқа - жүн, тері, мақта, малдық сүйектері, кит және тресканың майлары жатады т.б.
Құрамында әр түрлі металл қосындылары бар рудаларды полиметалды руда деп атайды.
Руда емес минералдық шикізаттардың химиялық құрамы әр түрлі болады. Оларды кейде сол күйінде қолданады (олар: құм, балшық, асбест, слюда және т.б.) немесе химиялық өңдеуге түседі. (Олар: сульфаттар, фосфаттар, карбонаттар және т.б.)
Жанғыш шикізаттар - шым тезек, қоңыр және тас көмірлер, сланцылар мұнай және табиғи газ. Олар: шикізат ретінде және энергия көзі ретінде пайдаланылады.
4. Химиялық өндірістерінде өнімнің өзіндік құнын анықтағанда шикізаттың құны 60-70% шамасында болады. Сондықтан шикізат құнын төмендету керек. Оның мынандай жолдары бар:
* Арзан бағалы шикізатты қолдану (жергілікті, өндіруге аз шығынмен).
* Концентрлген шикізатты қолдану.
* Шикізатты комплекс түрде пайдалану.
* Азық шикізаттың азық емес шикізатпен, өсімдік шикізатын минералдық шикізатпен алмастыру.
Бірінші проблеманы шешу жолдары мынандай:
* Шикізат көздерін өндіріс орындарына жақындату, яғни жергілікті арзандау шикізатты пайдалану.
* Өндіріс қалдықтарын пайдалану немесе қалдық шикізаттарды байытып негізгі шикізаттың концентрациясын артыру.
* Шикізаттың бір түрін экономды шикізаттың екінші түрімен алмастыру. Мыс: отын ретінде көмірмен мұнай орнына табиғи газды пайдалану 12 есе арзан болады.
Пластмасс, синтетикалық талшықтар, каучуктар, жуғыш заттар және т.б. өнімдердің өзіндік құнын төмендету мақсатымен арзан газ және мұнай өнімдерін қолданады. Кокс газының орнына табиғи газды қолданғанда аммиактың өзіндік құны екі есе төмендейді, осыдан барып азот тыңайтқыштарының өзіндік құны төмендейді.
Мұнай өңдегенде өнетін газдыэтил спиртін өндіруге азық шгикізатты (-дән) орнына қолданғанда спирттің өзіндік құны үш есе төмендейді.
Тақырыбтың негізгі түсініктері: химиялық технология, бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы, бейорганикалық заттарды шығару өндірісі, шикі зат, шикізат жіктелуі, шикізаты тиімді пайдалану.
Өздік бақылау сұрақтары:
1. Бейорганикалық қышқылдар, тұздар мен негіздерге қандай заттар жатады?
2. Бейорганикалық қышқылдардың негізгі қасиеттері қандай?
3. Бейорганикалық тұздардың негізгі қасиеттері қандай?
4. Бейорганикалық негіздердің негізгі қасиеттері қандай?
5. Шикізаттардың қандай негізгі түрлері бар?
Әдебиет:
* Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Учебник для вузов. 5-ое изд., перераб. - Л.: Химия, 1983. - Б. 5-9.
* Позин М.Е. Технология минеральных солей. 4-ое изд. Ч. 1 и 2 - Л.: Химия, 1974. - Б. 15-21.
* Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли - М. : Химия, 1987. - Б. 4-15.
* Атрощенко В.И. <<Технология азотной кислоты>> М.: Химия, 1970. - Б. 10-18.
* Дыбина П.В. <<Расчеты по технологии неорганических веществ>> М., 1967. - Б. 10-18.
* Интернет ресурстар.
№ 2 Дәріс.
Бейорганикалық заттар технологиясындағы өндіріс газдары
және синтез-газы
Жоспары:
* Бейорганикалық заттар технологиясындағы өндіріс газдары және синтез-газы. Олардың қасиеті мен қолданылуы.
* Негізгі бейорганикалық синтез технологиясы. Ауаны суыту арқылы бөлу. Азотты, оттегіні және сирек газдарды атмосферадан алу технологиясы, оның тиімділігі мен негізгі принциптері.
* Сутегіні алу әдісі: отынды газификациялау; көмірсутекті конверсиялау, өнеркәсіптік газды қоспалардан алу.
1. Азот. Азоттың негізгі табиғи көзі атмосфера болып табылады. Ондағы азоттың мөлшері 4х1015 тоннаны құрайды, яғни бұл сан әр гектар жерге 8х104 келеді деген сөз. Дегенмен, газтәрізді молекулалық азот ең тұрақты химиялық заттардың бірі болып табылады. Азот молекуласындағы байланыс энергиясы 940,5 кДж/моль. Атомға арналған есептеулерде азоттың энтропиясы өте жоғары, сондықтан элементтік азоттың реакциялық қабілеті төмен болады.
Табиғи жағдайда азот реакцияға күн күркіреу сәтіндегі жоғары температуралық найзағайдың жарқылдауынан реакцияға түседі:
N2 + O2 = 2NO
немесе катализдеуші ферменттердің қатысында фотосинтез процесі барысында өсімдіктердің кейбір түрлерінде аминоқышқыл түрінде фиксирленіп қалады:
N2(атм)-->N(бакт)-->N(байлн.).
Көптеген тірі организмдер азотты - 3 тотығу дәрежесіндегі қосылыстарын сіңіре алады. Атмосферадаға азотты қолдана алмайды. Сол сияқты өнеркәсіпте де азоттың - 3 тотығу дәрежесі күйіндегі қосылыстары қолданады.
ХІХ ғасырдың соңына дейін өсімдіктерді азотпен табиғи тыңайтқыштар натрий және калий нитраттары қамтамасыз етіп отырды. Бірақ азоттың бұл қосылыстарының табиғаттаға қоры өте шектеулі. Сондықтан азотты молекулалық күйден химиялық байланысқан күйге ауыстыру үшін химиялық технологияның <<байланыстырушы азот өнеркәсібі (немесе технологиясы)>> дамыды.
Тақырыбтың негізгі түсініктері: білім алудың кредиттік технологиясы, білім алудың кредиттік технологиясының негізгі түсініктері мен анықтамалары, СӨЖ және ОСӨЖ ұйымдастыру, жазғы семестр, студенттердің оқу жетістіктерін бақылау және бағалау жүйесі, түлектердің білім алуды жалғастыру мүмкіндіктері.
Өздік бақылау сұрақтары:
* Бейорганикалық заттар технологиясындағы өндіріс газдары және синтез-газы. Олардың қасиеті мен қолданылуы.
* Негізгі бейорганикалық синтез технологиясы. Ауаны суыту арқылы бөлу. Азотты, оттегіні және сирек газдарды атмосферадан алу технологиясы, оның тиімділігі мен негізгі принциптері.
* Сутегіні алу әдісі: отынды газификациялау; көмірсутекті конверсиялау, өнеркәсіптік газды қоспалардан алу.
Қолданылған әдебиет:
* Касымова Ж.С. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ для студентов специальности 5В072000 - Химическая технология неорганических веществ / учебное пособие - Семей, 2013. - 239 с.
Дәріс № 3
Тақырыбы <<Құрамында азот бар заттар мен материалдардың өндірісі. Аммиакты алу технологиясы>>
Жоспары
1 Аммиак туралы жалпы мәліметтер
2 Азотты сутек қоспасын алу өндірісінің қазіргі замаңғы әдістері және негізгі технологиялық сызбалары
2.1 Азот пен сутектен аммиакты алу кезеңдері
2.2 Аммиак синтезінің катализаторлары
2.3 Процестің оптималды жағдайларын таңдау
2.4 Аммак синтезінің энергия-технологиялық және ресурсты тиімді сызбаларын құру
Атмосферадағы азоттан өнеркәсіптік масштабпен өндірілетін азоттың қосылыстарының ішіндегі аммиак бірден бір маңызды қосылыс болып табылады. Сондықтан, оны азоттың басқа қосылыстарын алу үшін жартылай ӛнім ретінде қолдануы тиіс.
Аммиактың технологиялық қасиеті
NH3 аммиак - өткір иісті түссіз газ, қайнау температурасы - 33,35 оС және балқу температурасы - 77,75оС. Ауадан 1,7 есе жеңіл. Критикалық температурасы (133 оС). Сондықтан аммиакты жоғары қысымның көмегімен кәдімгі температурада алдын ала суытпай-ақ сұйық күйге ауыстыруға болады. Аммиакты сақтағанда, тасығанда, сұйық түрде 6-7.105 Па қысымда болат баллондарда ұстайды. Суда жақсы ериді: 20оС-та 1:700, 0оС-та 1:1200 көлем. Аммиактың суда жақсы еруі NH3 пен Н2О-ның арасында сутектік байланыс түзілумен түсіндіріледі. Ерігенде жылу бөлініп шығады (33,47 кДж/моль), судағы концентрленген ерітіндісі 25% болады, =0,91 г/см3. Сұйық аммиак сілтілік және сілтілік жер металдарды, фосфорды, күкіртті, иодты және көптеген бейорганикалық, органикалық қосылыстарды ерітеді. 1300оС жоғары температурада аммиак азот пен сутекке диссосацияланады:
2NH3 = N2 +3H2 + H
Құрғақ аммиак ауамен қопарылғыш қоспа болып табылады, қопарылу температурасы 18оС маңайында, газ қоспасындағы аммиактың көлемдік үлесі 0,155 тен 0,270 дейін болады. Бұл <<аммиак-ауа>> жүйесінің ерекшелігі аммиакты тотықтыру арқылы азот қышқылын ӛндіруде ескеріледі. Себебі онда шикізат ретінде аммиакты-ауа қоспасы қолданылады.
Аммиакты қолдану аймақтары
Аммиак - тұрмыста, ауыл шаруашылығында, өнеркәсіпте қолданатын көптеген азот құрамды заттардың негізгі көзі болып табылады (1 сур.).
Азот атомының жоғары энтропиялық қасиеті атмосфералық азоттың қатысында еркше технологиялық процесті қалыптастыруды қажет етті: жоғары температура, жоғары қысым, арнайы катализаторлар. ХХ ғасырдың басында молекулалық азоттан оның қосылыстарын синтездеудің тіпті үш түрлі әдісі белгілі болды: доғалы, цианамидті және аммиакты.
* Доғалық әдістің негізінде азотты ауадағы оттекпен тікелей тотықтырудың эндотермиялық реакциясына негізделген. Реакция шамамен 3000оС температурада вольттік доғаның жалынында жүргізіледі:
N2 + O2 = 2NO + ∆Н, мұндағы: ∆Н = 179,2 кДж,
реакцияда түзілген азот (ІІ) оксидінің тотығып, кальций нитратын алумен аяқталады:
NO + Са(ОН)2 + О2 --> Са(NO3)2
* Цианамидті әдіс 1000оС температурада ұсақ етіп майдаланған кальций карбидінің молекулалық азотпен реакцияласуына негізделген:
CaC2 + N2 = CaCN2 +C - ∆Н, мұндағы: ∆Н = 300 кДж, соңынан түзілген кальцийцианамиді аммиакқа айналады:
* Аммиакты әдіс, азоттың сутекпен әрекеттесуіне негізделген:
N2 + H2 --> 2NH3 - ∆Н, мұндағы: ∆Н = 111,6 кДж.
Бұл әдістердің салыстырмалы энергия үнемділігі 1 кестеде берілген.
1-кесте Азотты фиксациялау әдістерінің энергия үнемділігі
Әдіс
1 т аммиакты
кеткен өнеркәсіптегі энергия шығыны, кДж
Доғалық
7.104
Цианамидті
1,2.104
Аммиакты
0,5.104
Осылардың ішінде аммиакты әдіс энергетикалық жағынан тиімді болғандықтан өнеркәсіпте кеңінен қолдау тапты.
Соңғы жылдары өнеркәсіпте қолданыс таппаған доғалық әдіс төменгі
температуралық ауалық кеңістікте жүзеге асатын плазмохимиялық процестер түрінде модифицирленеді:
Т, р
N2 + O2 --> {N + O} --> NO.
Процесс 5.103-5.104оС температура шамаларында, 2 МПа қысымда жүргізіледі. Жанасу уақыты 0,0001 с, плазмалық қондырғының өнімділігін қамтамасыз етеді. Магнитогидродинамикалық генератормен қондырғыны комбинирлеу екіншілік энергоресурсты қолдануға мүмкіндік беріп, энергияның қайтымдылығын қамтамасыз етеді.
Атмосфералық азотты фиксирлеудің жаңа бағыты ауыспалы металдардың (темір, хром, молибден) комплексті қосылыстарын қолдану арқылы ферментті әдіс болып табылады.
2Ф-Ме + N2 --> 2Ф-МеN,
2Ф-Ме + Н2 --> 2Ф-МеН,
Ф-МеN +3Ф-МеН --> NH3 +4Ф-Ме,
Мұндағы: Ф-Ме - металл мен ферменттің комплексті қосылыстары.
Процесс табиғи жағдайдағы қалыпты қысымда және 20оС температурада жүргізіледі. Атмосфералық азотты аммиак немесе азот қышқылына айналдыру туралы 1867 жылы Д.И. Менделеев дұрыс болжам жасап кеткен еді.
2.1 Аммиак өнеркәсібінің шикізаты
Аммиак өнеркәсібінің шикізаты стехиометриялық қатынасы N2:H2 = 1:3 азот сутекті қоспа болып табылады. Атмосфералық азоттың қоры таусылмайтын болғандықтан, екінші шикізат қоры - сутек, табиғи газдардың конверсиленуінен, қатты отынды газификациялаудан, кокс газынан алынады (2 сур.).
КОКОС ГАЗЫ
NH3
ҚАТТЫ ОТЫН
ТАБИҒИ ГАЗ
Н АВС АЗОТ АУА
2-сурет. Аммиак өнеркәсібінің шикізат ресурстары
Аммиак өнеркәсібінің шикізат қорының түрі бүгінде өзгерген, аммиактың 90% көбі табиғи газдың негізінде өндіріледі. 2-кестеде аммиак өнеркәсібінің негізгі шикізат көздерінің динамикалық өзгерісі берілген.
2-кесте. Аммиак өнеркәсібінің шикізат базасының өзгерісі
Шикізат түрлері
Жылдар бойынша үлесі, %
Энергия
сыйымдылық, отынның шарт. тоннасы
Қатты отын
1960
1965
1970
1975
1980
3,73
Коксты газ
32,0
15,9
10,4
5,7
1,5
2,07
Табиғи газ
16,3
59,9
72,3
79,6
92,2
1,50
Азотсутекті қоспа, оны алу әдістеріне тәуелсіз, заттар қоспасынан тұрады. Олардың кейбіреулері қайтымды (оттек, көміртек оксиді, су булары), қайтымсыз (әртүрлі күкірт және фосфор қосылыстары) каталитикалық улар, катализатордың улануы. Осы мақсатқа сәйкес АСҚ алдын ала тазарту қажет. Тазартудың тереңдігі оның табиғаты мен құрамына байланысты болады. Әдетте табиғи газдың конверсиясынан алынған қоспаларда көміртек (IV) оксиді, метан, аргон, оттектің біраз мөлшері және 0,4 % көміртек (ІІ) оксиді болады.
Өнеркәсіпте АСҚ тазартуда сұйық сіңіргіштердің адсорбциялық әдісі (ылғалды әдіс) және қатты сіңіргіштермен адсорбция (құрғақ әдіс) әдістері
қолданылады. Осыдан тазарту әдістері ӛнеркәсіптің әртүрлі сатыларында орындалуы мүмкін:
* конверсияға жіберетіннің алдында бастапқы газды тазарту;
* конвертирленген газдан көміртек (IV) оксидін кетіру үшін;
* азотсутекті қоспаны аммиакты синтездеудің алдында (АСҚ аса мұқият тазарту).
АСҚ аса мұқият тазарту қоспаны сұйық реагенттермен хемосорбциялау
болып табылады.
Көміртек (IV) оксидінен және күкіртсутектен тазарту үшін, мұнараларда сілтілік реагенттрмен шаймалайды. Олардан тұрақсыз термиялық тұздар түзіледі: этаноламиннің сулы ерітіндісінен немесе ыстық активтелген дтэатноламинні қоспасынан, калий карбонатының ерітіндісінен. Осыған сәйкес тӛмендегідей реакциялар жүреді:
H2S + CH2OH-CH2NH2 [CH2OH-CH2NH3]+HS--H, CO2 + K2CO3 +H2O 2KHCO3-H.
Көміртек (ІІ) оксиді АСҚ-дан мыс ацетатының мыс аммиакты ерітіндісін
шаймалау арқылы бөлініп алынады:
CO2 + NH3 +[Cu(NH3)2]+Aц- - = [Cu(NH3)3CO]+ Aц- -H,
Мұндағы: Ац - СН3СОО.
Хемосорбция үшін қолданған абсорбенттер сіңірілген АСҚ тұрақсыз
қосылыстар түзеді. Сондықтан, олардың ертіндісін қыздырғанда және қысымды тӛмендеткенде еріген қоспалардың десорбциясы жүзеге асады. Ол абсорбенттің оңай регенерациялануын қамтамасыз етеді.
Қазіргі заманғы қондырғыларды АСҚ көміртек (ІІ) оксидінен мейлінше тиімді жақсы тазалайтын әдіс - 190оС температурада АЗҚ-ны сұйық азотпен жуу, бұл процесте көміртек (ІІ) оксиді, метан және аргон кетеді.
АСҚ ең соңғы тазарту қоспаны каталикалық гидрлеу немесе метанирлеу немесе предкатализ деп аталады. Бұл процесс арнайы қондырғыларда 250- 300оС температурада, никель-алюминийлі катализаторда (Ni-AI2O3) 30 МПа қысымда жүргізіледі (3-cурет).
Онда оттекті қоспалардың метанға дейін тотықсызданудың экзотермиялық
реакциясы жүреді. Метан темір катализаторына у болмайды. Ал су тазартылған газ суығаннан кейін конденсацияланып, одан бөлінеді:
СО + Н2 СН4 + Н2О -, СО2 + 4Н2 СН4 + 2Н2О -, О2 + 2Н2 2Н2О -
комперессор қыздырғыш Метанирлеу реакторы Суды қыздырғыш
конденсатор ылғал тартқыш
Егер алдын-ала катализдеуде темір катализатор қолданылса, онда гидрлеу процесінде аммиактың біраз мөлшері түзіледі.
Метандау процесі қарапайым, оңай басқарылады, гидрлеудің экзотермиялық реакциясынанан бөлінген жылу, аммиак өнеркәсібінің жалпы энерготехнологиялық схемасында қолданылады.
Синтезге келіп түсетін тазартылған АСҚ құрамында көлемдік үлесі 0,0025 аргон, 0,0075 метан және күшті каталитикалық у болып табылатын 0,00004
көміртек (ІІ) оксиді болады.
Өнеркәсіптің химиялық және принциптік схемасы
Азотсутекті қоспадан аммиакты синтездеу процесіндегі негізгі саты мына теңдеумен сипатталады:
N2 + H2 = 2NH3
Азотсутекті қоспаны алу үшін метанның ауамен және сумен
конверсиялануы, аммиак өнеркәсібінің химиялық схемасы бірнеше реакциялар тізбегінен тұрады, ауадағы және бу конверсиясы:
СН4 + Н2О = 3H2 + CO СН4 + 0,5O2 = 3H2(N2) + CO
Көміртек (ІІ) оксиді көміртек (ІV) оксидіне айналады:
СО + Н2О = 3H2 + CO2
Көміртек (ІV) оксидін газ қоспасынан алып кеткеннен кейін АСҚ 1:3 қатынастағы азот пен сутектің қоспасы түзіледі.
Осылайша қазіргі заманғы аммиак өнеркәсібі екі сатыдан тұрады: АСҚ дайындау және оның аммиакқа айналуы. Мұнда бір ғана электротехнологиялық схемамен жұмыс істелінеді. АСҚ алуда, оны тазарту мен аммиакты синтездеуде процестің барлық сатысындағы жылу эффектілерін қолданады. Бұл электроэнергияның шығынын бірнеше есе төмендетеді.
Метанның конверсиясы. Процестің физика-химиялық қасиеті. Метанның
сумен реакциясы никелқұрамды катализаторда жүргізіледі:
СН4 + Н2О = СО + 3Н2 - Q1; СО + Н2О = СО2 + 3Н2 + Q2;
Біріншісі - эндотермиялық, екіншісі - экзотермиялық реакция. Бұл реакцияларға температуралардың әсері әртүрлі. Алдымен метанды толығымен айналдырып алу керек. Онда температураны біртіндеп көтеру керек. Одан екінші реакция солға қарай ығысады. Метанның конверсирленуі көлемнің ұлғаюымен, яғни төменгі қысым метанның толық өзгерісін қамтамасыз етеді.
Метанды конверсирлеу процесінде қысымды таңдау. Демек, жоғары температура мен төменгі қысым метанды конверсиялауға тиімді. Бірақ бұл шарттар технологиялық процесс үшін тиімсіздеу. Аммиакты синтездеудің соңғы сатысы жоғары қысымда (30 МПа) жүргізіледі. Қысымды сығуға Р1-ден Р2-ге сығуға кететін энергияның шығыны мына өрнекті құрайды
мұндағы - политроп көрсеткіші.
Энергияның шығыны газдың көлеміне пропорционал. Метан мен СО толық айналымынан 4 моль сутек түзіледі, аммиакты алу үшін азоттың стехиометриялық қатынасы 4/3 қосылады. Егер метанды конверсиялауды термодинамикалық тиімді жағдайда - атмосфералық қысымда, онда одан ары азотсутекті қоспаның бес көлемін сығу қажет болады. Конверсияны аралық қысыммен жүргізсе, энергия шығыны аз болады. Техноэкономикалық есептеулердің нәтижесі бойынша конверсия сатысы 4 МПа қысымда жүргізіледі.
Реакциялық қоспаның бастапқы құрамы. Өнеркәсіптік жағдайда реакция тепе-теңдік орнағанша жүреді. Метанның конверсиясына қысымның әсер етуі
3-кестеде берілген.
3-кесте. Бу:газ λ қатынастарындағы және Р қысымдағы, әртүрлі температуралардағы метанның хт тепе-теңдіктегі айналу дәрежелері
Т, К
Р = 0,1 МПа;
=2:1
Р = 4 МПа;
=2:1
Р = 4 МПа;
=4:1
Р = 3,3 МПа;
=4:1
900
0,74
0,19
0,30
-
1000
0,91
0,33
0,50
0,64
1100
0,997
0,54
0,74
0,87
1200
0,999
0,75
0,92
0,97
1300
1
0,91
0,99
0,994
Метанды конверсиялаудың қондырғылық-технологиялық сипаттамасы.
Жоғарыда айтылғандай процестің жүруін жоғары температура қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда катализатор мейлінеше активті болады, тепе-теңдік те тез орнайды. Метанның конверсиясы - эндотермиялық реакция. Метанның сумен реакциясының жылу эффектісі - Q = - 206,4 кДж/моль, екінші экзотермиялық реакция бойынша Q = +41,0 кДж/моль. Қажетті жылуды катализатор орналасқан, реакция жүретін қыздырылған құбырдың қабырғалары арқылы жеткізуге болады, немесе құбырлы пештен. Қыздыру табиғи газды факельді инжекционды тұтандырғышты арқылы жүзеге асады. Түтінденген газ 1200- 1300 К температурада реактордың төменгі бөлігінен шығарылады. Метанды толық айналдыратын қажетті температура (1300 К), құбырлар жасалған металдардың термотұрақтылығына байланысты, сондықтан рұқсат етілген қыздыру температураның шамасын 1180-1200 К жоғары көтермейді. Қабаттан шығатын максималды температура 1080-1100 К болады, метанға айналу 75 % құрайды.
Конверсияның екінші сатысы қажет. Ол адиабаттық реактормен қамтамасыз етілген, оны шахталық конвертор деп атайды, қабырғалары ішкі жағынан жоғары температуралық материалдармен (бетонмен) қапталған. Ол корпустың
қатты қызып кетпеуінен сақтау үшін. Қажетті температураны реаторға ауамен береді; метанның бір бөлігі жанып, температура 1230-1280 К көтеріледі. Егер құбырлық реакторда жылу сыртқы жылу алмасумен жүзеге асырылса, шахталық реакторда - ішкі жылуалмасумен жүзеге асырылады.
Табиғи газды күкірт қосылыстарынан тазарту. Табиғи газдың құрамында күкірт қосылыстарының бірнеше қоспалары бар. Олар
меркаптандар (RSH), тиофен (гетероциклді қосылыстар C4H4S), күкірттікөмір (СS2), сульфидтер (R2S), күкіртсутек (Н2S) және басқалар. Сонымен қатар, газды тазарту сатысында ерекшеленетендіретін қоспа қосады - ереше өткір иісі бар этилмеркаптан қосады. Ол табиғи газға спцификалық иіс береді (метан - иіссіз газ). Бұл қауіпсіздік үшін. Егерде қандай да бір қопарылыс бола қалған жағдайда, оның иісі ерекше білініп тұратын болды. Күкірттің мөлшерінің айтарлықтай көп болатындығына қарамастан (орташа шамамен бірнеше ондаған мг/м3 құрайды) одан тазартады, себебі ол катализаторды уландырады. Оның мөлшері 0,5 мг/м3 аспауы керек.
Қоспаның аз мөлшерін тазарту үшін сорбциялық әдіс тиімді, онда әртүрлі компоненттер арнайы сорбенттермен кетіріледі. Күкірттен сорбциялық тазартудың көп сатысынан құтылу үшін, барлық күкірті бар қосылыстарды алдымен бір күйге келтіреді - оларды күкіртсутекпен гидрлейді:
RSH + H2 = H2S +RH; C4H4S + 4H2 = H2S + C4H10; CS2 + 4H2 = 2H2S + CH4 және т.б.
Гидрлеуге қажетті сутек азотсутекті қоспа түрінде метан мен көміртегінің конверсирлену сатысынан келіп түседі. Процесс өте жоғары температурада жүргізіледі. Мұндағы кобальт-метиленді катализатор 670 К температурада активті болады. Гидрлеу реакторынан шыққан газдың құрамында тек H2S болады. Ол абсорберге қарай бағытталады. Күкіртсутекті сіңіргіш - мырыш оксиді ZnO болып табылады.
ZnO + H2S = ZnS + H2O.
670 К температурадағы өнеркәсіптік күкіртсіңіргіштің толық статикалық сыйымдылығы оның массасының 28 % құрайды. 1.8. Суретте сіңіргіш таблеткалармен толтырудың радиографиялық мәліметтері берілген.
Бұл тәжірибеде күкірттің S34 радиоактивті изотпы болды. Берілген процесте түйіршікті сіңіргіштің қозғалмайтын қабатымен бір қабатты абсорбер
қолданылады. Реакция аймағы қабаттың тек бір бөлігін ғана алып жатады. Газдағы күкірттің концентрациясы рұқсат етілген шамасынан асып кеткенде ағн басқа абсоберге ауыстырылады. Өнеркәсіптік күкірт сіңіргіштің сыйымдылығы 15-18 % құрайды.
Аммиак синтезінің физика-химиялық негіздері
Жүйедегі процестің жылдамдығы мен тепе-теңдігі
1. Жүйедегі тепе-теңдік. АСҚ-дан аммиакты синтездеу процесі гетерогенді-каталитикалық қайтымды экзотермиялық реакциямен жүзеге асады, қосымша ӛнімдер түзілмей, көлемнің азаю бағытына қарай жүреді:
N2 + H2 = 2NH3 - Н,
реакцияның жылу эффектісі температура мен қысымға тәуелді болады. Жылу эффектісі 500оС температура мен 30 МПа қысымда 111,6 кДж құрайды.
Реакцияның тепе-теңдік константасы мынадай түрде болады:
және мынадай теңдеу бойынша есептелуі мүмкін
мұндағы (А, В, С - тұрақты шамалар), және коэффициенттері қысымға тәуелді болады және оның ұлғаюымен өседі. Тепе-теңдік күйде газ
қоспасындағы аммиактың мөлшері мына өрнекпен анықталады:
мұндағы Р - тепе-теңдіктегі газ қоспасындағы қысым.
4-кестеде орташа 30 МПа мен 100 МПа қысымдардағы әртүрлі температурадағы тепе-теңдіктегі газ қоспаларындағы аммиактың формуламен есептелген мөлшері.
4-кесте. Газ қоспаларындағы аммиактың (көлемдік үлесі) мөлшері
МПа
Температура, оС
200
300
400
500
600
700
30
0,899
0,710
0,470
0,264
0,138
0,073
100
0,983
0,925
0,800
0,575
0,314
0,128
Тепе-теңдіктегі газ қоспасындағы аммиак мөлшерінің температура мен қысымға тәуелділігі 4-суретте көрсетілген.
4-сурет. Қоспадағы аммиак мөлшерінің температура (а) мен қысымға (б) тәуелділігі
4-кесте мен 4-суреттерден көрініп тұрғандай қысымның жоғарылауы мен температураның төмендеуінен аммиактың шығымының жоғары болатындығы көрініп тұр.
2.2 Процестің жылдамдығы. Тіпті салыстырмалы өте жоғары температураның өзінде азот молекуласыны активтену энергиясы өте жоғары. Аммиакты синтездеу гомогенді газ фазасында жүрмейді. Активтену энергиясын төмендету үшін катализаторлар қолданылады. Олар температураны
айтарлықтай төмендетеді.
Аммиакты синтездеу реакциясында катализдейтін металдар ретінде электрондық қабаттары толық толып болмаған d және f элементтері қолданылады. Оларға темір, родий, вольфрам, рений, осмий, платина, уран және басқа кейбір металдар жатады. Өнеркәсіпте темір негізіндегі жанасу массалары қолданылады, мысалы, катализатор ГИАП:
{Fe + Al2O3 + K2O + CaO + SiO2}
кат-р промотор
Бұл катализатор арзан, 450-500оС температураларда айтарлықтай активті, каталиткалық уларға сезімтал. Жанасу массасының құрамындағы промоторлар жоғары дамыған бетті қалыптастырады, катализатордың рекристаллизациялануының алдын алады және оның активтілігін арттырады.
Темір катализаторының механизмі күкірт диоксидін тотықтыратын ванадий катализаторының механизміне ұқсас.
Сурет. Темір катализаторы әсерінің механизмі
Механизм төмендегідей тізбекті сатыдан тұрады: азот және сутек молекулалары катализаторға диффузияланады (І), реагент молекулаларының катализатор бетіне хемосорбциялануы (ІІ), сутек молекласынан азот молекуласына электрон тасымалдау арқылы катализатор бетінде азот пен сутектің химиялық өзара әрекеттесіп, беттік тұрақсыз комплекстерді түзуі (ІІІ), түзілген аммиак молекулаларының катализатор бетінен десорбциялануы және аммиак молекуласының газ фазасына диффузиялануы. Беттік комплекстер түзілу сатысында азоттың гидрлену жүреді:
Барлық жанасу процесінің жылдамдығы азот молеклуасының катализатор түйірлерінде хемосорбциялану сатысымен анықталады.
Жанасу массасы мына реакция бойынша жүргізіледі:
2 2 3 2 2
2 2 3 2 3 2 3 2
{Fe + Al + CaO + SiO + K CO } О2 {Fe O + Al O + K O + CaO + SiO } Н2 {Fe + Al O + K O + CaO + SiO }
Темір катализаторда АСҚ аммиакты синтездеу реакциясының жылдамдығы, тепе-теңдіктен өте ауытқымаған жүйе үшін М.И. Темкин теңдеуімен сипатталады:
мұндағы к1 мен к2 - тура және кері реакциялардың жылдамдық константасы,
Р - қоспа компоненттерінің парциалды қысымдары.
к1/к2 = К - аммиак синтезі реакциясының тепе-теңдік константасы.
400-500оС төмен емес температурада темір катализаторлары максималды активтілікке ие болады. Жылдамдық константасы температураға,
катализатордың активтілігі мен активтілігіне тәуелді болады. Темір катализаторының өнеркәсіптік активтену энергиясы 165 кДж/моль.
2.3 Синтез процесінің оптимальды режимі
Аммиактың шығымы мен катализатордың меншікті өнімділігі температура мен қысымға және газ қоспасының көлемдік жылдамдығына, құрамына, катализатордың активтілігіне және реактордың конструкциясына тәуелді болады.
Жоғары қысымды қолдану процестің қозғаушы күшінің есебінен синтез процесінің жылдамдығын арттырады, кері реакцияның жылдамдығын тӛмендетеді, түзілген аммиакты реакциялық ортадан конденсациялау жолы арқылы алып кетуге мүмкіндік жасайды.
Сурет. Газдың кӛлемдік жылдамдығы және температураға синтезденген кейінгі газдағы аммиак мӛлшерінің тәуелділігі (W3>W2>W1)
Процестің оңтайлы температуралық режимі өнімнің экзотермиялық қайтымды каталитикалық процесінің жалпы жылдамдылығымен анықталады.
W газ қоспасының көлемдік жылдамдығының әрбір жылдамдығында ондағы аммиактың мөлшері температураның жоғарылауымен бірге
артады. Газдың көлемдік жылдамдығының артуы аммиактың шығымын төмендетеді.
мөлшері температураның жоғарылауымен бірге артады. Газдың көлемдік жылдамдығының артуы аммиактың шығымын төмендетеді.
АА сызығы оптимальды температуралар қисығын, ВВ сызығы тепе-теңдік
қисығын береді.
4533900381000Газдың көлемдік жылдамдығы өскен сайын, катализатордың интенсивтілігі артады. Сондықтан газдың көлемдік жылдамдығын белгілі бір шамаға дейін арттыру аммиактың шығымына оң әсер етеді. Одан ары қарай жоғарылату,
газды тасымалдау шығынына, автотермиялықтың бұзылуына алып
Сурет. Катализатор интенсивтілігінің көлемдік тәуелділгі
жылдамдыққа P1 > P2
келеді және газ қоспасынан аммиактың толық бөлінуін төмендетеді. Көлемдік
жылдамдықтың жоғарғы шегі синтездеу процесінің автотермиялығымен анықталады. Практикада қондырғылардағы орташа қысымдағы көлемдік жылдамдық 15.103-30.103 нм3/м3.сағатты құрайды.
Азотсутекті қоспаның құрамы стехиометриялық жақын мәндермен алынады, ол мән компоненттердің аммиакқа айналуының максималды дәржесімен қамтамасыз етеді. Айналу дәрежесі 0,14-0,20 бірлік үлестерінен аспайтын болғандықтан, аммиакты синтездеу процесі циркуляциялық сызбада құрастырылады, түзілген аммиак реакцияға түспеген АСҚ бөлініп алынады,
Сурет. Аммиакты синтездеудің циркуляциялық сызбасы
Сурет. Аммиак шығымының әртүрлі W шамаларындағы АСҚ құрамына және С газ қоспасындағы қоспаның мӛлшеріне тәуелділігі С>
Сурет. Аммиакты синтездеу процесінде
тепе-теңдік күйінің жетуіне жанасу уақытының әсері
C
Жүйе күйінің тепе-теңдігін қамтамасыз ету үшін жанасу уақытын ұлғайту қолданбауы да мүмкін, себебі практикада аммиакты синтездеу тепе-теңдіктен алыс жағдайларда жүргізіледі.
Суретте аммиак шығымының әртүрлі температурадағы жанасу уақытына тәуелділгі келтірілген. Суреттен көрініп тұрғандай, Т2 жоғары температурада тепе- теңдік төменгі температурамен салыстырғанда тезірек орнайды,бірақ аммиак шығымы төмен болады.
Аммиак өнеркәсібінің анықтаушы параметрі қысым болып табылады. Қолданған қысымға тәуелді өнеркәсіптің барлық жүйелері былайша бөлінеді:
Төменгі қысымдағы жүйе (10 - 15 МПа)
Орташа қысымдағы жүйе (25-60 МПа) Жоғары қысымдағы жүйе (60-100 МПа).
Орташа қысымды жүйеде процесс жылдамдығы жоғары, газ қоспасынан аммиак оңай бөлініп алынады, сұйық және газтәрізді өнімдер бір мезгілде алынуы мүмкін. Сондықтан отандық және әлемдік аммиак синтезінде орташа қысым қолданылады.
+ Өнеркәсіптің технологиялық сызбасы
5-суретте өнеркәсіптік өнімділігі 1360 т/тәулік болатын орташа қысымда жұмыс атқаратын аммиак өнеркәсібінің технологиялық сызбасы келтірілген.
Жанасу температурасы 450-550 оС, Қысым 32 МПа,
Газ қоспасының кӛлемдік жылдамдығы 4.104 ни3/м3.сағ. Азотсутекті қоспаның құрамы - стехиметриялық.
АСҚ жаңадан дайындалаған қоспасы араластырғыштан 3 конденсациялалық мұнараға жіберіледі 4, айналымдағы наздан аммиактың бір бөлігі конденсацияланады, ол 1 синтез мұнарасына келіп түседі. Құрамында 0,2 көлемдік үлестегі аммиагы бар мұнарадан шыққан газ сулы мұздатқыш-
конденсаторға бағытталады 5, одан сұйық аммиак бөлініп алынады. Компрессордан кейін қалған газ 8 жаңа АСҚ-мен араластырылып алдымен конденсациялық мұнараға 4, содан кейін сұйық аммиакты булағышқа жібереді 6, онда -20оС температурада аммиактың кӛп бӛлігі конденсацияланады. Содан кейін құрамында 0,03 көлемдік үлестегі аммиак бар айналымдағы газ синтездеу мұнарсына келіп түседі 1. 6 булағышта, бірдей уақытта айналымдағы газды суытумен бірге ондағы аммиакты конденсациялау процесі де жүреді. Технологиялық схеманың негізгі аппараты - синтездеу мұнарасы болып
табылады. Ол РИВ-Н реакторы. Мұнара корпус пен әртүрлі құрылысты
насадкалардан тұрады. Онда контакталық массалар мен құбырдың жылу алмасу жүйелері орналасқан. Синтездің максималды жылдамдығын қамтамасыз ету үшін процесс жоғары температурада басталады, айналу дәрежесін жоғарылата отырып оның оптимальды температруасына қарай төмендетеді.
5-сурет. Аммиак өнеркәсібінің технологиялық сызбасы
1 - cинтездеу колоннасы; 2 - cулы конденсатор; 3 - инжектор; 4 - конденсациялық колонна, 5 - газ бӛлгіш; 6 - сұйық аммиакты буландырғыш; 7 - жылуалмастырғыш; 8 - турбоциркуляциялық компрессор
Температураны регулирлеу және процестің автотермиялығын қамтамасыз ету жылу алмастырғыштармен жүзеге асады. Олар контакталық массалардың қабаттарына орналасқан (6-сур.).
6-сурет. Катализаторлық қорапшадағы температураның өзгерісі (а).
Катализаторлық қорапшаға АСҚ түсу сызбасы (б).
Жылу алмастырғыш қондырғыдан, катализаторлық қорапшадан реакциялық қоспа мен реакция өнімдері өткен кезде температура біртіндеп өзгереді.
Өнеркәсіпте сұйық аммиак және оның сулы ертіндісі (аммиакты су) екі сорты шығарлады. ГОСТ 6221-75 сәйкес бірінші сорттда аммиак 99,9 % кем емес, екінші сорттыда аммиак 99,6 %. 1-сортты аммиак тоңазытқыш машиналарында хладогент ретінде және минералды тыңайтқыштарда қолданылады. 2-сорттысы азот қышқылының ӛнеркәсібінде қолданылады.
Аммиакты су (ГОСТ 9-77) құрамында 25 % төмен емес аммиагы бар. Ол газ тәрізді аммиакты сумен қанықтыру арқылы алынады. Олар оттек, кальций және магний тұздарынан тазартылған болуы тиіс.
Бақылау сұрақтары
* <<Байланыстырылған>> азот мәселесі неге негізделген?
* Атмосфералық азотты <<байланыстырудың>> өнеркәсіптік әдісін және олардың энергетикалық тиімділігін көрсетіңіз.
* Аммиак пен оның ерітінділерін қолданудың негізігі салаларын көрсетіңіз.
* Неліктен өнеркәсіпте құрамындағы аммиактың мөлшері 0,155-0,270 көлемдік үлестеріндегі аммиакты-сутекті қоспа қолданылмайды?
* Соңғы жылдары аммиак өнеркәсібінің шикізатының құрылысы қалай және неліктен өзгеріске түсті?
* Аммиак өнеркәсібіндегі метанирлеу дегеніміз не?
* Аммиакты азот пен сутектен алу сатылары қандай?
* Азотсутекті қосылысты алудың технологиялық схемасының қандай ерекшеліктері бар?
* Аммиак өнеркәсібінде неліктен циклдік сызба қолданылады?
* Аммиак синтезіндегі катализатор түрлері қандай және оларға қандай талаптар қойылады?
* Аммиак өнеркәсібі үшін жанасу массасын қалай алуға болады? Оған алюминий, калий және кальций оксидтері енгізіледі?
* Аммиак өнеркәсібінде <<орташа>> қысым деген атау кең тараған?
* Аммиакты синтездеу қондырғыларындағы негізгі аппараттар түрлері қандай?
14.Синтездеу коллонасындағы оптималды температуралық режим немен қамтамасыз етілген?
Дәріс № 6-7
Тақырыбы <<Тұз қышқылының технологиясы>>
Жоспары
* Процестің физика-химиялық негіздері. Хлорлы сутектің ерітіндіден регенерациясы.
* Технологиялық сызбалар және оларды жетілдіру болашағы
Хлорсутек және тұз қышқылы
Тұз қышқылы деп әртүрлі концентрациядағы ерітінділерді айтады
Тұз қышқылы НСІ - кәдімгі жағдайда түссіз, өзіндік спецификалық иісі бар газ, қайнау температурасы - 84,8оС және балқу температурасы - 114,2оС. Жеңіл сығылады, критикалық температурасы 51,4оС құрайды, критикалық қысым 8,2 МПа. Хлорлы сутек суда жақсы ериді; 0,1 МПа қысымда оның оның ерігіштігі: 0оС 525 л/л (82,3 г/100 г суда), 18оС 451 л/л (70,7 г/100 г суда). Этанолда, диэтилэфирінде және басқа органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Улы. ШРК - 5 мг/м3.
Хлорлысутек органикалық синтездің әртүрлі ӛнеркәсібінде гидрохлорлаушы агент ретінде қолданылады (ацетиленнен хлорвинилді, этиленнен хлорэтилді алу және т.б.) пластмассалар және синтетикалық каучуктер.
Тұз қышқылы - түссіз мөлдір сұйықтық, кейде хлорда еріген темірдің тұздарымен сары-жасыл түске боялады. Хлорсутек тұз қышқылын түзген кезде сумен үш түрлі кристаллогидраттар түзеді: НСІ.3Н2О балқу температурасы - 24,9оС, НСІ.2Н2О балқу температурасы - 18,3оС және НСІ.Н2О балқу температурасы - 15,9оС. Олар бірнеше эвтетиканы береді, олардың біреуі -86оС балқиды.
Қайнау температурасы мен тұз қышқылының тығыздығы оның концентрациясына, яғни <<НСІ - Н2О>> жүйесінің құрамына тәуелді болады. Тұз қышқылындағы НСІ максималды мӛлшері 46,15%. 20,22% концентрацияда қайнау температурасы 108,6оС болатын азеотроп түзіледі. Саудаға шығарылатын тұз қышқылының ең көп тараған концентрациясы 27-38% аралығында болады. Мұндай қышқылдың қату темпераутрасы -30оС.
Өнеркәсіп масштабы және қолдануы бойынша тұз қышқылы күкірт және азот қышқылдарынан кейінгі орында алады. Тұз қышқылы металл хлоридтерін, аммоний хлоридін, гидролитті процестерде (целлюлоза гидролизінде және т.б.), металдардың бетін тазартуда қолданылады. Коррозиялық белсенділікті тӛмендету үшін қышқылға металды қорғайтын, бірақ оксидті қабыршықпен реакцияласпайтын ингибиторлар қосылады.
Тұз қышқылын хлорсутекті сумен абсорбциялау арқылы алады. Хлорсутекті алудың белгелі әдістерінің ішінде тек оны хлордан және сутектен тікелей синтзедеудың ғана практикалық маңызы бар. Басқа әдістер (органикалық қосылыстарды хлорлау өнімдерінен бөлу және сульфатты) алынған хлорсутек құрамының тазалығының өте төмен болуына байланысты қолданыс таппаған.
Тұз қышқылы өнеркәсібінің физико-химиялық негіздері
Синтетикалық тұз қышқылы екі тізбекті сатыдан тұрады: хлордан хлорсутекті синтездеу және хлорсутекті сумен абсорбциялау.
Дәріс № 8-10
Тақырыбы <<Күкірт қышқылының технологиясы>>
Жоспары
1 Күкірт қышқылы өндірісінің маңызы
2 Өндіріс масштабы
3 Шикізат, құралдарды орналастыру принциптері
4 Күкіртті газ өндірісінің технологиясы
5 Күйдірілген газдар жылуының утилизациясы
1 Техникада күкірт қышқылы деп күкірт (VI) оксидінен және судың әртүрлі мөлшерінен тұратын жүйені айтады: nSO3.mH2O. n = m = 1- күкірт қышқылының моногидраты (100%-тік қышқыл), m > n - моногидраттың сулы ерітінділері, m < n - моногидраттағы күкірт (VI) оксидінің ерітінділері (олеум):
H2SO4.(n - 1)SO3 H2SO4H2SO4.(m - 1)H2O.
Олеум моногидрат сулы қышқыл
Күкірт қышқылының моногидраты - кристалдану температурасы 10,37оС, қайнау температурасы 296,2оС және тығыздығы 1,85 т/м3 болатын түссіз майлы
сұйықтық. Ол сумен және күкірт (VI) оксидімен барлық қатынаста әрекеттесіп, H2SO4.H2O; H2SO4.2H2O; H2SO4.4H2O түрлеріндегі гидраттарды және H2SO4; H2SO4.SO3 және H2SO4 .2SO3 қосылыстарын түзеді.
Бұл гидарттар мен күкірт (VI) оксидімен қосылыстары әртүрлі кристалдану
4 2
температуралары мен эвтетика қатарларына ие болады. <<Күкірт оксиді (VI) - су>> жүйесінің кристалдану диаграммасынан, бұл жағдайда H2SO .4H O және H2SO4.2H2O; H2SO4.H2O және H2SO4; H2SO4 және H2SO4.SO3; H2SO4 .2SO3 және
H2SO4.SO3 түзілген қосылыстарының эвтетикасының жауап беретіндігі шығады (1-сурет).
1-сурет. <> жүйесінің кристалдану диаграммасы
Күкірт қышқылының ерітінділерінің бұл ерекшеліктер оның саудалық сорттарын таңдауда ескеріледі. Өнеркәсіп шарты бойынша сақтауда кристалдану температурасы төмен болуы қажет.
Күкірт қышқылының қайнау температурасы да <<күкірт оксиді (VI) - су>> құрамына тәуелді болады. Сулы күкірт қышқылының концентрациясын жоғарылатуға байланысты оның қайнау температурасы жоғарылап, 98,3 % концентрацияда 336,5оС жетеді, содан кейін азеотропты құрамы бойынша т-мендейді. Бос күкірт (VI) оксидінің көбейуіне байланысты олеумнің қайнау температурасы 296,2оС-тан (моногидраттың қайнау температурасы) 44,7оС-қа (100 %-тік күкірт (VI) оксидінің қайнау температурасы) дейін төмендейді.
о
o
Күкірт қышқылының буларын 400оС-тан жоғары температурада қыздырғанда ол термиялық диссосациялануға ұшырайды:
2H2SO4
400 2H
2O 2SO3
700 2H
2O 2SO3
O2 .
Өнеркәсіптің қысқаша тарихи мәліметі. Күкірт қышқылы туралы алғашқы ұғым біздің эрамыздың 940 жылдары (алхимик Абу-Бекр-Альрарес). XVIII ғасырдың ортасына дейін оны темір сульфатын - купоросты (осыдан
<<купорос майы>> деген термин шыққан) құрғақ айдау арқылы немесе күкірт пен калий нитратының қоспасын қыздырыра отырып күкірт (VI) оксидіне суды сіңдіру арқылы алған.
1746 жылы камералық әдіс дамыды. Күкірт пен калий нитраты қорғасын камераларында күйдірілді, мүнда күкірт (VI) оксидімен азот оксиді камераның түбінде суда еріді. Камераға буды енгізе отырып процесті үздіксіз қайталаған. XIX ғасырларда күкіртті пештерде жағып, азот оксидін калий нитратын күкірт қышқылымен бөлек ыдырату арқылы алған. ХХ ғасырдың басында қондырғыға арнайы азот оксидін ұстап қалатын мұнаралар орналастырылды, ол камералық процестің интенсивтілігін жоғарылатты. Кейінірек қорғасын камералар қышқылға төзімді тұмсықтары бар мұнаралармен алмастырылды. Күкірт (IV) оксидінің күкірт (VI) оксидіне тотығу процесін сақтай отырып, бұл күкіртқышқылы өнеркәсібінің бұл камералық әдісі қазіргі кездегі мұнаралық әдіске ауысты. 1837 жылдан бастап шикізат ретінде күкірттің орнына темір колчеданы қолдана бастады.
1381 жылы ағалшын оқымыстысы П. Филипс платиналық катализаторда күкірт қышқылы өнеркәсібінің жанасу әдісін талқылады. Кейінірек платина
ванадий (V) оксиді негізіндегі контакталық массаға ауыстырылды, ол күйдіру температурасын төмендетуге мүмкіндік берді. ХХ ғасырдың бас кезінде Р. Книтч шикізат ретінде колчеданды қолданғанда катализатордың улануының себептерін тапты. Осыған байланысты күкірт (IV) оксидін каталитикалық улардан тазартудың әдістерін шығарды. Бұл әдіс күкірт қышқылы өнеркәсібінің жанама әдісінің технологиялық сызбасында кең түрде қолданылды. Ол Ресейдің Тентел зауытында бірінші рет меңгерілді.
1930 жылы күкірт қышқылы өнеркәсібінің практикасына қайнау қабатының пештері енгізілді. Мұнда колчеданды өртеу сатысы орындалды. Ол өнімнің шығымдылығын арттырып, күкірттің шығынын азайтады.
1931 жылы И.А. Ададуров және басқалар газдағы су буының өте жоғары мөлшерінде қатты катализаторда күкірт (IV) оксидін тотықтыру әдісі талдады, бұл әдіс <<ылғалды катализ>> деген ат алды. Ізінше күкірт қышқылы өнеркәсібіне қосарлы жанастыру әдісі енгізілді (ДК-ДА). Бұл әдісті Г.К. Борсенков, В.С. Бесков және басқалар талдады. Бұл әдіс күкірт (IV) оксидінің жанасу дәрежесін айтарлықтай жоғарылатты, улы газдардың бөліну дәрежесін біршама төмендетті.
2 Минералды қышқылдардың арасында күкірт қышқылы шығау және тұтыну көлеемі бойынша 1 орын алады. Ақырғы 25 жылда әлемдік өндірісі 3 есе жоғарылады, қазіргі уақытта 160 млн. т/жылда.
Күкірт қышқылын және олеумды қолдану салалары әр түрлі:
30-60 % - минералды тыңайтқыштарды шығару;
2-16 % - бояулар өндірісінде;
5-15 % - химиялық талшықтарды алу;
2-3 % - металлургияда.
Әр түрлі технологиялық мақсатымен маталар шығару, тамақ өнеркәсібінде және басқа өндіріс салаларында.
3 Күкірт қышқылының шикізат қоры бұл өртеу көмегімен күкірт диоксидін алуға болтын құрамында күкірті бар қосылыстар. Өнеркәсіпте шамамен 80 % күкірт қышқылын табиғи күкірттен және темір колчеданынан (күкірт) алады. Кейде түсті металдардың сульфидтерін өртеу нәтижесінде алынған құрамында күкірт диоксиді бар түсті металлургиядан бөлінген газдарды, ал кейде мұнай өнімдерін күкірттен тазартудағы күкіртсутекті шикізат ретінде пайдаланады.
Күкірт қышқылы өнеркәсібіндегі шикізат. Күкірт қышқылы өнеркәсібінің шикізаты элементтік күкірт немесе әртүрлі күкірт қосылыстары болуы мүмкін. Олардан күкірт немесе күкірт (IV) оксиді алынады. Бос күйіндегі күкірттің табиғи қоры аса көп емес, небары 0,1 %-ды құрайды. Көбінесе күкірт табиғатта металдардың сульфиді және сульфаттары түрінде кездеседі, сондай-ақ ол мұнайдың, тас көмірдің, табиғи газдардың және серіктес газдардың құрамында кездеседі. Күкірттің айтарлықтай біраз бөлігі газ отындарында және түсті металлургияның газдарында күкіртсутек түрінде жанған газдарды тазарту кезінде бөлінеді. Осылайша, күкірт қышқылы өнеркәсібінің шикізат көзі әртүрлі. Бірақ осы кезге дейін бұл өнеркәсіпте тек элементтік күкірт пен темірколчеданы қолданылады. Осыған байланысты балансындағы колчеданның мөлшері азайып, ал күкірттің мөлшері көбейіп келе жатыр. 1988 жылы оның мөлшері құрамында күкірті бар шикізат мөлшерімен салыстырғанда 60%-дейін көбейді.
Күкірт қышқылы өнеркәсібінің жалпы сызбасында алғашқы екі саты - шикізатты дайындау мен оны күйдіру немесе өртеу маңызды орын алады.
Өндіріс кезінде пайдаланылатын мөлшері мен аппаратуралық жабтықталуы шикізаттың табиғатына байланысты. Шикізаттың табиғатына қарап H2SO4 өндірісінің технологиялық деңгейін анықтайды.
1.Темір колчеданы. Химиялық құрамында FeS2 және басқа да металлдардың сульфидтерінен (Cu, Zn, Ni, Co), карбонаттарынан тұрады. Колчеданды өндіріске дайындау кезінде, одан бірінші бағалы металлдарды бөліп алады, FeS2 концентрациясын көбейтеді.
2. Күкірт. Жай S-ті күкірт рудаларынан немесе құрамдарында SO2 немесе H2S бар газдарынан алады.
3. Күкіртсутек. Бұны алудың негізгі көзі түрлі жанғыш газдар: коксты, генераторлы, мұнай өнімдерінің газдары.Тазартылғанда құрамдарында H2S мөлшері 90 %-ға дейін жетеді.Осыдан кейін арнайы тазартуларды қажет етпейді.
4.Түсті металлургияның газдары.Бұл газдар құрамында 4% тен- 10% дейін SO2 бар.
4 Күкірт қышқылы өнеркәсібінің функционалды сызбасы.
Берілген өнеркәсіптің химиялық сызбасы төмендегі реакциялардан тұрады:
Күкірт колчеданын өртеу 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2+Q немесе күкіртті S2 + 2O2 = 2SO2;
күкірт диоксидінің тотығуы SO2 + 1/2O2 = SO3; күкірт үшоксидінің абсорбциясы SO3 + H2O = H2SO4
Бастапқы заттар (минералды шикізат) таза болмайды, құрамында қоспа болады, сондықтан функционалды сызбаға тағы бір өртеуден кейін газды тазарту сатысы кіреді.
Бірінші саты - өртеу - шикізаттың әрбір түріне бірдей, одан ары қарай кең таралған бастапқы заттар ретінде тек қана темір колчеданы мен күкірт қарастырылады. Күкірт қышқылын алудың әртүрлі әдістерінде тотығу мен абсорбция көбінесе бірдей болады.
Көрсетілген сатыларды (күкірт қышқылы өнеркәсібінің химиялық
технологиясы) принциптік технологиялық, қондырғылық және режимдік шешімдер бойынша қарастырамыз.
5. Күкірт қышқылы өнеркәсібінің жалпы схемасы. Күкірт құрамды шикізаттан күкірт қышқылын өндіру бірнеше химиялық процестен тұрады,
нәтижесінде күкірттің және аралық өнімдердің тотығу дәрежесі өзгереді. Бұл келесі схемамен көрсетіледі: мұндағы: І - пеш газын алу сатысы (күкірт (IV) оксиді); ІІ - күкірт (IV) оксидін күкірт (VI) оксидіне тотықтырудың каталитикалық сатысы және оның абсорбциясы (күкірт қышқылына өңдеу).
Өнеркәсіпте химиялық процеске шикізатты дайындау процесі, пеш газдарын тазарту және басқа механикалық және физика-химиялық операциялар жатады.
Шикізат шикізатты дайындау шикізатты өртеу (күйдіру) пеш газдарын тазарту жанастыру абсорбция газды жанастыру күкірт
қышқылы
Өздік бақылау тапсырмалары:
1 Күкірт қышқылын күкірттен алу өндірісі (баяндама, презентация).
2 Күкірт қышқылын күкіртті сутектен алу өндірісі (баяндама, презентация).
Дәріс № 11
Тақырыбы: <<Фосфор қышқылын экстракциялық алу тәсілінің технологиясы>>
Жоспары
1 Фосфор қышқылын экстракциялық алу тәсілінің технологиясының физика-химиялық негіздері
2 Экстракциялық фосфор қышқылын дигидратты, гемигидратты және ангидритті алу тәсілдері
3 Экстракциялық фосфор қышқылын комбинирленген алу тәсілдері
4 Өндірістің даму болашағы
Экстракциялық фосфор қышқылы - химиялық формуласы Н3РО4, шырын (сироп) тәрізді сұйық.
Кодану саласы: концентрлі біржақты және күрделі тыңайтқыштар өндірісінде, қоректендіргіш элемент - фосфордың тасымалдаушысы ретінде қолданылады.
Технологияның ерекшелігі: Экстракциялық фосфор қышқылының құрамы, экстракциялағанда қолданылатын фосфатты шикізаттың құрамына және оны өңдеудің жағдайларына тәуелді. Қаратаудың фосфатты шикізатынан алынатын қышқылдың құрамында, негізгі компонент Н3РО4 - тен басқа, күкірт қышқылының қоспалары, фтор мен магнийдің қосылыстары, кальций сульфаты бар.
Шикізат ерекшелігі: Фосфор қышқылын экстракциялы әдіспен алудың негізінде табиғи фосфаттардың күкірт қышқылымен ыдырауы жатыр. Бірдей уақытта, бастапқы фосфатты шикізаттың құрамындағы қоспалар да ыдырайды. Оларға: кальцит, доломит, сидерит, глауконит, темір және алюминийдің силикаттары жатады (бұл аталмыш қоспалар да күкірт қышқылымен ыдырауға түседі).
Ca · Mg(CO3)2 + 2H2SO4 + (n - 2)Н2О --> CaSO4 · nН2О + MgSO4 + 2CO2
К2О · Na2O · Al2O3 · 2SiO2 + 5H2SO4 --> К2SO4 + Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 2SiO2 + 5H2O
Кремний диоксиді НҒ әрекеттесіп, SiҒ4 түзеді:
4HF + SiO2 --> SiF4 + 2H2O
Кремний тетрафторидінің бір бөлігі газды фазаға бөлініп, ерітіндіде қалған екінші бір бөлігі гексафторкремний қышқылын түзеді:
SiF4 + 2НҒ --> H2SiF6
Ыдырау процесі күкірт қышқылы шығынының артуына, сонымен бірге, Р2О5 бөліп алу дәрежесінің төмендеуіне алып келеді, ал мақсатты өнімнің (Р2О5) концентрациясы 40% жоғары болғанда темірдің ерімейтін фосфаттарының ҒеН3(РО4)2·2,5Н2О және төменгі концентрацияларында ҒеРО4·2Н2О түзілуіне алып келеді. Карбонаттардың ыдырау процесінің нәтижесінде бөлінетін көміртегі диоксиді экстракторларда тұрақты көбіктің пайда болуына алып келеді. Магнийдің, темірдің және алюминийдің еритін фосфаттары бастапқы фосфор қышқылының белсенділігін төмендетеді, сонымен бірге, фосфор қышқылын кезекті өңдеу кезінде тыңайтқыштардағы сіңірілетін Р2О5 құрамын төмендетеді.
Қоспалардың әсерін ескере келе құрамында жоғары мөлшерде темірдің, алюминийдің, магнийдің және карбонаттардың қосылыстары бар фосфаттар фосфор қышқылын өндіру кезінде жарамсыз болып табылады. Сондықтан да, күкірттіқышқылды ыдырату процесі кезінде Ғе2О3 : Р2О5 массалық арақатынасы 0,08 аспайтын кендер немесе концентраттар қолданылады.
Күкіртті қышқылды ыдырау процесінің технологиялық параметрлерін таңдау кезінде кальций сульфатының айтарлықтай ірі, оңай бөлінетін және фосфор қышқылымен жақсы жуылатын кристалдар түрінде бөлінуі жатыр.
Экстракциялық фосфор қышқылын алу:
СаSO4 - Н3РО4 - Н2О жүйесінде кальций сульфаты үш формада кездеседі: бір сусыз (СаSO4 ангидрит) және екі кристаллогидраттар (СаSO4·0,5Н2О гемигидрат және СаSO4·0,5Н2О гипс) түрінде.
800С температурасында минимальды ерігіштікке ангидрит ие болады және тұрақты қатты фазасы болып табылады. Құрамында 33,3% Р2О5 бар ерітінділердегі метатұрақты гипс (метатұрақты кристаллогидраттардың изотермасындағы А нүктесінің қимасы) ангидритке айналады. Ал, өте концентрлі ерітінділерде алдымен гипстің конверсиясы пайда болып, айтарлықтай аз еритін гемидратқа, содан ангидритке дейін дегидратацияланады.
Өндірістік жағдайларда тұнба ыдырамаған фосфаттар, жуылмаған Н3РО4, әр түрлі металдардың фосфаттарының сокристалдары түріндегі Р4О10 қоспаларымен ластанады. Сондықтан да, пайда болған кальций сульфатын сәйкесінше фосфогипс, фосфогемигидрат және фосфоангидрит деп атайды. Тұнбаға түсетін сульфаттардың типіне қарай экстракциялы фосфор қышқылын алудың үш әдісі бар, олар: дигидратты, гемигидратты (жартылай гидратты) және ангидритті, сонымен бірге комбинирленген әдісі белгілі (гемигидратты-дигидратты және дигидратты-гемигидратты). Тәжірибеде көбінесе қолданылатын және кең таралған әдістердің бірі - 65-800С температурасында жүзеге асатын, 30-32% Р2О5 дейінгі мөлшерде қышқыл алуға болатын дигидратты режим болып табылады.
Экстракция процесінің оңтайлы режимін ұстап тұру үшін, келесі шарттар сақталынуы тиіс: 1) қойыртпақтың экстракторда жеткілікті уақыт болуы; 2) экстракторға реагенттердің үздіксіз және бірқалыпты түсуі және одан қойыртпақтың бірқалыпты шығарылуы; 3) қойыртпақтың барлық көлемінде тұрақты концентрация мен температураны қамтамасыз ету үшін, қойыртпақты жеткілікті қарқынды араластыру; 4) қойыртпақтағы қатты және сұйық фазалардың (Қ:С) оптималды қатынасы; 5) SO42- (SO3 күкірт триоксидінің мөлшеріне қайта саналады) иондарының қажетті артық мөлшері.
Экстракциялық фосфор қышқылын өндіру келесі сатылардан тұрады:
1) реагенттерді процеске беру;
2) фосфатты шикізатты ыдыратумен экстракциялық қойыртпақ алу;
3) экстракциялық қойыртпақты сүзу, тұнбаны жуу;
4) фосфогипсті кетіру;
5) тасталынатын газдардан фторлы қосылыстарды абсорбциялау.
Экстракциялық фосфор қышқылы ФС РК ОКПО 3908381201421.0-2006 техникалық талаптарын қанағаттандыруы тиіc. Экстракциялық фосфор қышқылына қойылатын талаптар:
Көрсеткіштердің аталуы
Нормасы
1. Р2О5 санағандағы H3PO4 массалық үлесі, %, кем емес
18
2. Тұнбаның массалық үлесі, %, артық емес
2
Қышқылдың тығыздығы оның концентрациясы мен температурасына тәуелді өзгереді. Концентрациясы көтерілгенде және температурасы төмендегенде, қышқылдың тығыздығы жоғарылайды.
ЭФҚ тазарту тәсілдері: Өзіміздің елімізде және шетелдерде ЭФҚ тазалаудың бірнеше әдістері белгілі. Олардың негізгісі болып келесілер табылады: 1) фосфор қышқылын концентрлеу арқылы фторсыздандыру; 2) аз еритін қосылыстар түрінде фторды тұндыру; 3) органикалық еріткіштермен тазалау; 4) ион алмастырғыш шайырлармен тазалау. Сонымен қатар, жоғарыда аталған тазалау әдістерінің әр түрлі комбинациясы қолданылады.
Дигидраттық әдіс арқылы алынған ЭФҚ өндірілетін тыңайтқыштар
ЭФҚ құрамы қолданылатын шикізаттарға байланысты. Апатит концентратынан дигидратты әдіспен алынған қышқыл (кальций дигидрат немесе гипс түрінде болу арқылы) 25-32% Р2О5, 1,8-2,8% SO3, 0,8-1,1 % Fe2O3, 0,5-1,0% Al2O3, 0,2-0,4%CaO, 1,5-1,8% F - дан тұрады, тығыздығы 1,25-1,3 г/см3. Құрамына елеулі түрде ерімейтін қалдық кіретін фосфориттерді қолданғанда сұйытылған қышқыл түзіледі (20-25% Р2О5). Сәйкесінше тұнбаны жуу үшін судың көп мөлшері қажет. Фосфориттер құрамында магний қоспалары көп болған жағдайда олар қышқылға өтеді, бұл жағдайда қышқылдың құрамында 1-3,5% MgO болады. Көп жағдайда алынған сұйылтылған қышқылды 53-55% Р2О5 буландырады, бұл қышқыл концентрлі фосфор қышқылы және күрделі тыңайтқыштар өндірісі үшін аса қажет.
Экстракциялық фосфор қышқылын (ЭФҚ) алуды дигидраттық режимде жүргізеді.
ЭФҚ негізгі компоненттердің тұрақты қатынасынан тұрады, яғни: Р:N:S 15:15:15 күрделі фосфорлы тыңайтқыш өңдеуге қолданады. Осының нәтижесінде алынған ЭФҚ - нан келесідей тыңайтқыштар алу ұсынылды.
1) ЭФҚ және (NH4)2SO4 алынған, құрамы бойынша балансталған тыңайтқыштар: Алынған экстракциялық фосфор қышқылына аммоний сульфаты 1:0,16 арақатынасында енгізіледі, алынған қоспаны газ тәріздес аммиакпен рН 3-4 шейін аммонизациялайды, бұл өнімнің құрамындағы N, P, S компоненттердің берілген қатынасын қамтамасыз етеді, содан қойыртпақты ылғалды тұзға дейін су моншасында кептіреді және тұрақты салмаққа дейін 115-200 және 3000С температурасында термоөңдеуден өткізеді. Температураны 3000С дейін көтеру өнімнің балқуына алып келетіндігін ескеру керек, өнім қара түсті, қиын ұнтақталатын және ылғалды болып келеді.
Алынған өнімдердің химиялық талдауы температура өскен сайын P2O5 жалпы құрамы шамалы болса да ұлғаяды, ал P2O5 сіңімді түрі төмендейді, осы температурада сульфофосфат пайда болуы мүмкін, бұл дайын өнімді салқындату процесін жедел жүргізуді талап етеді. P2O5 және SO3 газдық фазаға шығуы тексерілмеген, ал азоттың шығуы 3000С-де ғана бақыланды және 0,5% құрады.
2) ЭФҚ және КНSО4 құрамы бойынша балансталған тыңайтқыш алу: Тәжірибе шарттары жоғарыдағыға ұқсас. Алынған өнімнің сипаттамасы төмендегі кестеде келтірілген. Зерттелген температура интервалында газдық фазаға фосфор, азот және күкірттің шығуы байқалмаған. Тыңайтқыш құрамындағы суда ерімтал және лимон қышқылында еритін P2O5 температура өскен сайын артады, ал сол уақытта тұз қышқылында еритін формасы төмендейді. Бұл тыңайтқышты термоөңдеуден өткізген кезде құрамының фазалық өзгеретіндігін көрсетеді.
Соңғы компоненттің болуы таза тұзды қыздырғанға қарағанда КНSО4-тың К2SО4 конверсиясы жүретіндігі көрсетіледі (төмен температурада).
Ауылшаруашылығында минералды тыңайтқыштарды қолданудың жоғарғы агрохимиялық тиімділігіне оларды үйлесімді, ғылыми негізделген қатынаста енгізгенде қол жеткізіледі N:Р2О5:К2О = 1:0,7:0,5.
Республикада минералды тыңайтқыштар өндірісімен болып жатқан жағдай осы мәселенің басын толық ашпаса, ауылшаруашылығы тұтынушыларын толық қанағаттандыруға мүмкіншілік бермейді.
Республикада калий тыңайтқыштарының өндірісі жоқтың қасы, барлық калий тыңайтқыштары Ресейден импортталады және ол өкінішке орай жеткіліксіз.
Азотты тыңайтқыштар - негізінен Өзбекстаннан және Ресейден импортталады, бірақ олардың агрохимиялық тиімділігі фосфорлы және калийлі тыңайтқыштарды жеткіліксіз енгізгендіктен аса жоғары емес.
Осыған байланысты Қазақстан Республикасында фосфор өндірісінің қалдығы коттрельді сүті негізінде азот - фосфор - калийі бар кешенді тыңайтқыш алу актуалды проблеманың бірі болып табылады.
ДӘРІС № 12
Тақырыбы: Фосфаттардан фосфорды буландыру технологиясы
Жоспары
* Кальций фосфаттарынан фосфорды буландырудың теориялық негіздері.
* Фосфаттардан электробуландырумен фосфор өндірісі: технологиялық параметрлері; шығым коэффициенттері; өндіріс қалдықтары, олардың утилизациясы
1. Фосфордың физика-химиялық сипаттамасы
Фосфор бірнеше модификациялық түрде болады. Негізгісі ақ (α , β), қара және күлгін. Табиғи фосфаттардан электрдің көмегімен алынатын ақ фосфор - улы, ауада өздігінен тұтанады. Рентгенді аморфты масса түріндегі шаң тәрізді фосфор, қара-қоңыр, әлсіз зат, тығыздығы-2,26г/см3. Ақ фосфордың тығыздығы-1,8г/см3; 44,1ºC-та балқиды; 280,5ºC-та қайнайды; балқу жылуы-0,156 ккал/г.атом; булану жылуы - 4 ккал/г.атом; жылу сыйымдылығы-25ºC-та 5,53 ккал/моль·град; -77ºC-тан температура төмендегенде α модификациялы ақ фосфор β модификациялы фосфорға айналады. Сұйық және бу тәрізді күйінде 800ºC-та Р4 болады. Осы температура жоғарылағанда 2 атомға ыдырайды. 100ºC-та балқыған фосфор тығыздығы 1,7г/см3, ал қайнау температурасында 1,5г/см3. Ақ фосфордың өзіне тән иісі бар, қараңғыда жанады, суда ерімейді. Күкірт көміртегісінде, бензолда, толуолда және т.б. жақсы ериді. Жарықтың әсерінен сары-қоңыр түске боялады. Сондықтан техникада сары фосфор деп аталады. Ауаның қатысуынсыз 270-300ºC-та қыздырғанда ақ фосфор қызыл фосфорға айналады. Ақ фосфор ауада өздігінен жануына байланысты оны суда сақтайды. Фос-форды өртегенде 5 тотықты фосфор ангидриді Р2О5 п.б. Фосфордың оттегімен әрекеттесуі кезіндегі реакция жылуы 360 ккал/г·моль. Номерлық жылу сыйымдылығы 24,1ккал/моль·град. Фосфор ангидриді қалыпты жағдайда ақ кристалданған зат. Ол гидроскопиялық 359ºC-та қайнайды. Фосфор ангидридінің буы димерленеді Р4О10. Фосфор ангидриді бірнеше модификация-ланады: ұшатын Р4О10 құрылымды димері, ұшпайтын координа-циялық құрылымды. Модификацияның түрлемдері тығыздығы-2,28-3,05 г/см3. Фосфор қышқылының гидратациялану кезінде фос-фор қышқылы түзіледі.
Фосфорды қолдану
Фосфордан фосфор қышқылдарын алуда қолданылады. Сонымен қатар таза фосфорды электроникадан жартылай өткізгіштер жасау үшін: бор, алюминий және сирек металдардың фосфориттер алуда қолданылады. Қызыл фосфорды сіріңке өндірісінде қолданылады. Одан басқа дәнекерлеу құралдарын алу үшін алюминий және мыс фосфориттерін қолданылады. Фосфор ангидриді фосфор қышқылын алудағы жартылай өнімнен басқа кептіруге арналған құралдар ретінде пайдаланады. Фосфор ангидридінен термиялық әдіс арқылы алынған фосфор қышқылын 100%-ды Р2О5 түрінде алады. Бұл алынған қышқыл фосфат алудағы фосфор қышқылды тұздар алуда және шоғырланған тыңайтқыштар алуда пайдаланады. Сонымен қатар термиялық фосфор қышқылын тағам, қант, керамика, шыны, текстиль т.б. Өндірістік салаларда қолданылады. Тағамдық өндірістерде: ішімдіктерге қышқылдық дәм беру үшін, қант рафинатты өндірісте қантты сироптардан тазалау үшін пайдаланады. Тағамдық өндірісте қолданған фосфор қышқылындағы фосфордың адамға маңызды. Бұдан басқа тіс цементтен, фосфатты цементтен алуда пайдаланыды.
Ортофосфаттар три және динатрийфосфаттар суды жұмсарту үшін жылу қазандықтарында қолданылады, формацевтика, фотография, өндірістерінде қолданылады.
Шикізат және оны даярлау технологиясы
Сары фосфор өндірісінде негізгі шикізат ретінде фосфорит, ал қосымша материал ретінде кварцит және кокс қолданылады.
Әр өндіріс сапалы дайын өнім алу үшін және технологиялық процесс тиімді
өту үшін қолданылатын шикізаттарды дайындау және байыту технологияларын
өткізу қажет. Фосфорит пен кварциттің қазып алу және дайындау технологиялары өлшем белгілі ірілігіне байланысты бірдей деп атап шығуға болады. Яғни олардың өлшем белгілік ірілігі 10-50 мм дейін мемлекеттік стандарт және техникалық шарттар бойынша талаптанады. 10 мм төмен және 50 мм жоғары класты кесектердің ірілігі болуы мүмкін, бірақ олар да шектеледі. Ал дайындау технологиясы, яғни технология бойынша сары фосфор алыну алдында кварцит пен кокс қысқы кездерінде көбінесе кептіру сатысынан өткізу қажет, және ол саты айналмалы барабан пештерде өткізіледі. Температуралық тәртіп бойынша кептіруге берілетін жылулық агенттің температурасы 400-500° аспауы қажет, ал шығардағы температурасы 100° төмен болмауы қажет. Бұл сатыда кокс пен кварциттегі ылғалдылықты жою қажет және оның мазмұны 1% жоғары болмауы қажет. Тастанды газдар айналмалы пештен шыққан, циклондарда тазаланып ауаға тасталынады. Ал фосфорит жоғары температуралы өңдеуден өтеді де бұл температура 900-1150° болуы қажет және бұл температурада шикізаттардың құрғақтылығы ылғал жойылады, кальций және магний карбонаттары жойылады, күкіртті фторлы органикалық көміртекті және ұшпалы заттар бөлініп шығады. Фосфор өндірісіндегі ең зиянды заттарға карбонат пен ылғалдылықты айтуға болады.
(Mg)CaCO3 =CaO(MgO)+CO2
Яғни бұл жағдайда температуралық кендерді пештерде шикізатты өңдегенде ылғал газ тәрізді фосформен қосылып
P4+6H2O =4PH3+3O2
және технология бойынша карбонат электр қуатын өте көп талап етеді. Фосфориттерді термиялық өңдеу іс жүзінде шахталы саңылаулы пештерде күйдіру машиналарда шынжырлы және колошник типті, яғни колошникті ОК - 520/536 φ, в=3,2 м.Шынжырлы ОЦ - 1-85/115 φ, в=4 м. Және шикізатты термиялық өңдеу үшін 12 секциялы шахталы саңылаулы пештер қолданылады да оның ішінде де айтылған 900-1100° температураны сақтайды.
Кесекті фосфориттерді температураны қыздырған кезде бірден көтеруге болмайды. Яғни 100-400° дейін және одан жоғары температураға дейін бірден қыздырса кесектің ішіндегі ылғал буға айналып фосфориттің ішінде қысым пайда еткізеді және ол қысым шығу үшін жаңа кесектерді жарып жібереді. Фосфориттерді термиялық өңдеген жағдайда және оны техникалық үлгі бойынша дайындау сатысында 15-20%, ал кейбір жағдайда өңделіп жатқан шикізаттардың минерологиялық құрамына байланысты одан да көп 5 мм төмен майда ұсақтар пайда болады және оларды пайдалану үшін бірнеше кесекті технологиялар бар. Оларға:
* Ұсақтарды <0.1 мм өлшемдегі белгіге дейін ұнтақтау және оның құрамы 0.074 мм>=70% болуы қажет. Ұнтақты дөңгештеу, яғни ұнтаққа ылғал қосып тарелкалы грануляторда дөңгештеп немесе гранулалар, окатыштар алу. Ылғалды байланыстырғыш ретінде тығыздығы 1.24 -1.30 г/см³ катрельді шаңның сулы ерітіндісі қолданылады немесе өндірістік су, сульфид спиртті ашытқы. Алынған ылғалды дөңгештерді шынжырлы және колошникті машиналардан өткізіледі және бұл машиналарда жүктеу, кептіру, күйдіру және температураны біркелкі сақтау және салқындату аймақтары бар.
* Майда ұсақтарды агломераттау машиналарда майда ұсақтың құрамына 5-7% кокстың ұсағын қосып 6-8% дейін ылғалдап АКМ-312 типтік агломераттау машиналарда кесектеу.
* Айналмалы барабан пештерде 1200-1250° майда ұсақтарды балқыту нәтижесінде кесектеу.
Фосфор алу технологиясының физика-химиялық негіздері
Фосфорды алу үшін шикізат ретінде Са3( РО4 )2 пайдаланылады.
Са3(РО4)2 - нан фосфорды алу көміртегімен тотықсыздану арқылы жүзеге асады:
Са3(РО4)2 + 5С = Р2 + 5СО + 3СаО
Реакция 1100ºC-тан басталып 1400ºC-та анықталады. Көміртегі мөлшерінің көбеюіне байланысты Са3(РО4)2 тотықсыздануы өседі. Жоғары температурада 1500-1550ºC-та көміртегінің артық мөлшері әсері онша байқалынбайды, көміртегінің табиғаты көп әсер етеді. Графиттің кристалдары майда болған сайын оның химиялық белсенділігі жоғары болады. Көміртегі материалдарының тотықсыздандыру қабілеттілігіне байланысты мұнайлы кокс, графит, антрацит, металлургиялық кокс, ағашты көмір. Фосфорды алу үшін шихтаға флюс ретінде кремнезем қосады.
Са3( РО4 )2 + 2SiО2 = Р2 + 5СО + Са3Si2О7
Бұдан басқа кремнеземмен бірге алюминий силикатын қолданылады.
Са3(РО4)2 + 3Аl2О3 = Р2 + 5СО + 3(Аl2О3СаО)
Реакцияға кренеземнің қатысуы температураны төмендетуге алып келеді. 1000ºС шамасында болады.
Дәріс № 13
Тақырыбы <<Фосфор қышқылының термиялық алу тәсілінің технологиясы>>
Жоспары
* ТФҚ негізгі техникалық қасиеттері
* Қолдану облысы
* Процестің физика-химиялық негіздері
* Технологиялық сызбалары және жетілдіру болашағы
* Молекулалық массасы (халықаралық атомдық масса бойынша) - 97.998. Сусыз ортофосфор қышқылы түссіз кристалл түрінде болады, қайнау температурасы 42,40С. Кристалдары ауада оңай буланады, тығыз сұйықтыққа айналады, салқындатқанда қайта қалпына келеді. Сумен тез әрі кез-келген жағдайда әрекеттесе береді. Қышқылдың 87% ерітіндісі түссіз немесе ашық сары түсті сұйықтық.
Фосфор қышқылының ерітінділерінің қайнау температурасы, тығыздығы, жылу тұрақтылығы, электр өтімділігі,тұтқырлығы оның концентрациясына тәуелді болады. Ортофосфор қышқылының 87% ерітіндісінің қайнау температурасы 159,40С. Жылу тұрақтылығының үлесі 20-220С та - 0,4397 кал/г·град. Электр өтімділігінің үлесі 250С - 0,05 ом-1 см-1.
Фосфор қышқылы үшнегізді қышқыл,бірінші диссоциациялану дәрежесінде - күшті, екінші диссоциациялану дәрежесінде - орташа, ал үшіншісінде - әлсіз.
Фосфор қышқылы үш қатарлы фосфор тұздарын түзеді: бірінші орынбасу, екінші орынбасу және үшінші орынбасу. Барлық бірінші орынбасулар суда жақсы ериді, ал екінші орынбасулар мен үшінші орынбасулардың кей түрлері ғана, яғни, натрии және аммонии фосфаттары. Үш қатарлы тұздардан басқа фосфор қышқылы әр түрлі күрделі эфирлер де түзе алады.
2 Қолданылу облысы (аясы).
87% термиялық фосфор қышқылы реактивті фосфор қышқылының өндірісінде қолданылады. Ол тұз өндірісінде көптеп қолданылады, ауыл шаруашылығында (тыңайтқыш, жемдіктің үстемелері), өнеркәсіпте және т.б. Фосфор қышқылының кең қолданысының бірінші орын туковая өнеркәсібі болып табылады. Екінші орынды техникалық тұздар өндірісі алады. Термиялық ортофосфор қышқылы жемдік және азықтық фосфатта және азықтық ортофосфор қышқылының өндірісінде де қолданылады. Термиялық фосфор қышқылы кең көлемде натрий фосфотының өндірісінде, суды жұмсартқыш ретінде,тазартқыш құралдарды жасуда (натрии үшфосфаты) т.б көптеп қолданылады.
Өндірістің сипаттамасы 87% техникалық фосфор қышқылының өндірісі
Өндірістің әдісі кәдімгі сары фосфордың ауадағы оттегімен фосфор бес оксидін түзгенге дейінгі химиялық тотығуында, ал физикалық үдерістері жылу және масса алмасу, ал келесі фосфор ангидридінің абсорбциясы оның фосфор қышқылындағы ерітіндісі.
Термиялық фосфор қышқылының өндірісі келесі технологиялық
процесстерден тұрады;
- балқытылған фосфорды күйдіру;
- фосфорды күйдіргенде пайда болған газдарды кептіру;
- фосфор оксидтерін гидратациялау және абсорбциялау;
- фосфор қышқылының буының конденсациясы;
- тұман түзуші фосфор қышқылдарын ұстап қалу.
2.Технологиялық процесс пен схемаға сипаттама.
Термиялық фосфор қышқылын алу келесі стадиялардан тұрады.
a) балқытылған сары фосфорды артық оттегіде жандыру:
Р4 + 5О2 = 2Р2О5 + Q, 1 кг фосфорды жаққанда 5640 ккал жылу бөлінеді. Екі еселі ауа жіберілгендегі фосфордың жану температурасы 18000С тең.
b)Фосфор ангидридінің гидратациясы,фосфор ангидридінің су молекуласы
және сол аралықта түзілген әр түрлі дәрежедегі фосфор қышқылының газ
темпетатурасының төмендеуіне байланысты гидратациялануы:
7000С метафосфор қышқылы түзіледі:
Р4О10 + 2Н2О = 4НРО3 + Q1
4500С метафосфор қышқылы пирофосфорға гидратацияланады;
4НРО3 + 2Н2О = 2Н4Р2О7 + Q2
2300С немесе одан төмен температурада ақырғы өнім ортофосфор қышқылы түзіледі:
2Н4Р2О7 + 2Н2О = 4Н3РО4 + Q3
Соңғы реакцияның теңдеуі:
Р4О10 + 6Н2О = 4Н3РО4 + Q4
Барлық реакция бойынша гидратация кезіндегі жылу эффектісі 1 кг фосфорды жаққанда 752 ккал тең.
Осылайша 1 кг термиялық фосфор қышқылын алу үшін 6392 ккал энергия жұмсалады.Гидратацияланатын агенттер фосфор қышқылының буларын жұтады.
Газдарды суыту циркулярлық буландыру әдісінде фосфордың циркулярлық қышқылмен жану реакциясының процесстері аппараттардың бірі -күйдіру мұнарасында өтеді. Циркулярлы қышқылды суыту үшін арнайы
насос-тоңазытқыштарды пайдаланады. Одан әрі газдардың гидратация және суытуы суыту мұнарасында жүреді, сонымен бірге циркулярлық қышқылды суыту да осында жүреді.
c) фосфор қышқылының тұманың электрофильтрінде ұстап қалу.
Газ гидратацияланғаннан кейін фосфор қышқылының (тұман) ұсақ тамшылары қалыптасады, кейіннен олар электрофильтрде ұсталынып қалады.
87% термиялық фосфор қышқылының өндірісі келесі тораптардан тұрады;
1. Сары фосфорды теміржол цистерналарынан қабылдау әдісінің торабы фосфорды жинақтары - қоймаларына апару.
2. Сары фосфордың тұндырмасы және мөлшерінің торабы.
3. Термиялық фосфор қышқылын алудың торабы.
4. Қышқылды қабылдап алу қоймасы, сақтау және дайын өнімді арту.
Термиялық фосфор қышқылы таза және қымбат.
87% қыздырылған фосфор қышқылының өндiрiсi адам организміне келесi зиянды әсерлермен бейнеленедi:
:: фосфор, фосфорлы ангидрид және фосфорлы қышқылдың улағыштық әсерiмен;
:: фосфордың от қауiптiлiгiмен;
:: аппараттардың қолда бары, қысымды жұмыс iстеу (фосфор жинақтарының қоймасы);
:: фосфорлы форсунканың құрылған жұмысымен шудың бар болуы.
Газдардың әсерiнен кейінгi қызыметтерінің сақталуы үшiн улы заттар-дың технологиялық тәртiптiерінің қатал орындалуы және қауiпсiздiк техникасы ережелерiн сақтау керек. Өндiрiстiң қызметі үшін ерекше қауіпті орындардың авария жағдайы олардың ескерту және жою әдiстерi бөлiмде көрсетілген.
Дәріс 14-15
Тақырыбы <<Сілтілер өндірісі>>
Жоспары
* Каустикалық соданы алу технологиясы. Каустикалық соданы ізбес, ферритті және электрохимиялық әдістермен алу
Күйдіргіш натр, натрий гидроксиді немесе каустикалық сода (NаОН) - ақ түсті ылғалданған зат. Суда өте жақсы ериді. Қолдану салалары: жасанды жібек, сабын, органикалық бояу, қағаз, текстиль және т.б. өндірістерінде. Өнім түрінде қатты және сұйық түрінде шығарылады. Қатты түріндегі натрий гидроксиді 2 маркалы: А және Б сәйкесін-ше химиялық және диафрагмалық түрінде шығарылса, сұйық күйінде 5 маркалы: А сынаптық, Б диафрагмалық сапаландырыл-ған, В диафрагмалық, Г және Д химиялық.
Каустикалық соданы өндірісте 3 түрлі әдіспен алады: әкті, ферритті, электрохимиялық.
Әкті әдіс негізінде мына реакция арқылы алынады:
Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3↓
Бұл кезде пайда болған натрий гидроксиді тұнбадан бөлініп алып, буландырылады. Бұл үрдіс қайтымды, тепе-теңдік шарттары кальций гидрототығы мен карбонатының ерігіштіктің арақатынасымен анықталады. Каустификациялау дәрежесі берілген ерітінді-дегі соданы шоғырлануы азайған сайын және температурасы төмендеген сайын көтеріле береді. Алайда іс-жүзінде үрдісті реагенттердің әрекеттесу жылдамдығын арттыру үшін және кальций карбонатының ірі кристалды тұнбасын алу үшін 800-1100 оС арасында жүреді. Әдетте натрий карбонатын натрий гидроксидіне айналуы 90-95%-ға жетеді және құрамында 100-120 г/дм3 натрий гидроксиді бар сілтілік ерітінді алады.
Ферритті әдіс реакциялары:
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O∙Fe2O3 + CO↑
Na2O∙Fe2O3 + 2H2O = 2NaOH + Fe2O3∙H2O
Бұл әдіс арқылы да натрий гидроксидін тұнбадан (Fe2O3∙H2O) бөліп алып, буландырып, кептіріп және балқытып, өнім ретінде алады. ТМД елдерінде, сонымен қатар Қазақстанда каустикалық соданы ферриттік әдіспен алу кеңінен қолданылады. Оған себеп өндірістік қалдықтың болмауы, өнім шоғырының жоғарылығы, натрий гидроксиді ерітіндісін буландыруға қажетті бу шығымының төменділігі.
Натрий гидроксидін немесе каустикалық соданы өндірудің 3-ші жолы - электрохимиялық әдіс. Электрохимиялық әдіс негізінде ас тұзы ерітінділерін электролиздеу арқылы жүргізеді. Бұл әдіс өте көп шығынды, яғни энергиялық шығынды көп жұмсауына байланысты әдіс көп қолданылмайды.
Сода ерітіндісін каустификациялау - каустикалық соданы алудың әктік тәсілін негізгі операциясы. Сода ерітіндісін әкпен немесе әк сутімен өндеу кезінде алмасу реакциясы жүреді де натрий гидрокарбонатының ерітіндісі пайда болады:
Na2CO3 + Ca(OH)2 --> 2NaOH + CaCO3 ↓
3. Зертханалық сабақтар
1 Зертханалық жұмысты рәсімдеу тәртібі
Зертханалық жұмыс зертханалық журналда рәсімделеді.
Сызықтың өлшемі: ортасынан 5 см.
Зертханалық жұмысқа есеп беру үшін ішіне мыналар кіруі керек:
* Тақырыбы;
* Жұмыстың мақсаты;
* Реактивтер және жабдықтар;
* Берілген тақырып бойынша қысқаша мағлұмат;
* Эксперименталді бөлімде:
а) зертханалық жұмыс кезеңінің мазмұндамасы;
б) қондырғының нобайы немесе суреті (егер қажет болса);
в) эксперимент нәтижесін өңдеу (есеп және кесте).
* Тұжырымдар;
* Тақырып бойынша бақылау сұрақтарына жауап.
Зертханалық жұмысты бастар алдында конспекті тексереді және студенттен эксперименттің жүру тәртібі сұралады, содан кейін ғана студентке зертханалық жұмысты орындауға рұқсат алады.
Ақырғы кезеңде оқытушының жоғарыда көрсеткен талаптарына сай зертханалық жұмыс рәсімделіп, қорғалады.
Тақырыпты және зертханалық жұмысты бекітіу үшін оған теориялық сұрақтар мен тәжірибелік тапсырмалар беріледі.
2 Химиялық зертхана жұмысының қауіпсіздік техникасы
2.1 Химиялық зертхана жұмысының жалпы ережесі
1. Химиялық зертханада зертханалық жұмысты орындауда кемдегенде екі адам болуы керек.
2. Жұмысты орындау кезінде техника қауіпсіздік және өрт қауіпсіздік ережесін білуі керек.
3. Зертханада тамақтануға, шылым шегуге және химиялық ыдыстармен су ішуге үзілді - кесілді тиым салынады.
4. Кез келген жұмысшы өрт сөндіру құрылғысының тұрған жерін және оны қолдануды білуі керек.
5. Жұмысқа кіріспес бұрын, қолданылатын құрылғыны және заттың сипаттамасынмен танысу қажет, және де олармен жұмыс істерде қауіпсіздік техникасын білу керек.
6. Кір ыдыспен жұмыс жасауға тиым салынады. Жұмыс орындалғанан кейін ыдысты жуу тиіс.
7. Жұмыс істеп тұрған зертхана қондырғысын қалдыруға болмайды, құрылғыларды тексермей тұрып қосуға болмайды.
8. Жұмыстың орындалуында нұсқаулықта көрсетілген барлық қажетті құрылғылардан қорғануды игеру керек.
9. Қандай бір болмасын заттардың дәмін татуға тиым салады.
10. Қыздырып тұрған сұйықтыққа еңкеюге және қасындағы басқа жұмысшыларға бағыттауға болмайды.
11. Этикеткасы жоқ ыдыстан затты пайдалануға үзілді - кесілді тиым салады.
12. Заттың иісін анықтағанда, қолынды жаймен қозғалтып буды өзіне қарай абайлап бағыттайсын және қатты демалмайсын.
13. Жұмыс аяқталғанан кейін жұмыс орынынды жинастырасын, газды, суды және электрэнергиясын өшіресін.
14. Тұтанып тұрған газды жылытқышты және электрплиткасын қосып қалдыруға болмайды.
15. Қол жуғышқа қышқыл қалдығын, сілті, тез тұтанғыш және ыстық сұйықтықты құюға, сонымен қоса қағаз, сіріңке, құн және қатты заттарды тастауға болмайды.
16. Сұйықтықтарды жылытуды аппараттарда үзілді кесілді тиым салынады, басқа тек осыған арналған автоклавтарда.
17. Зертханада жұмыс істейтін кез келген жұмысшы дәрі - дәрмектер салынған дәріхананың қайда тұрғанын және әртүрлі жарақаттарда алғашқы көмек көрсетуді білуі керек.
Ескерту жеке бас қауіпсіздік техникасын сақталмауы, ол туралы дұрыс мағлұмат алмауында.
Тез тұтанатын сұйықтықты қолданғанда (ТТС) радиустан 2 м ашық жалын болмауына мән беру керек. Осындай заттарды сулы және ауа моншасының жабық электрплиткасында орындалуы керек. Диэтил эфирі айырықша қауіпті.
Оны су моншасында қыздырып отырып айдайды. ТТС жуан склянканы асбестті темір жәшікте, жылудан сақтайды. ТТС - тің ортақ саны зерханада тәуліктік қажеттіліктен аспауы керек. Алдымен аспаптарды тексергенен кейін ТТС қалдығын және жанындағы барлық жылытқыштарды өшіру керек.
Сілтілі металмен, кальций карбидімен және кез келген басқа заттармен суда жұмыс жасағанда жарылыс болуы мүмкін. Ол вакуумда немесе автоклавта болып жатқан процесте және қысымды жоғарлатқанда болуы мүмкін. Жарылыстар нитроқосылысты синтезде, диазоқосылысты және кез келген басқа заттарды алғанда немесе қолданғанда болады.
Сілтілі металдармен операция жасағанда арнайы жұмыс орны, құрғақ аспаптар мен су. Құрғақ керосин қабатын өлшеу жабық бюксте орындалады. Натрий немесе калий қалдықтарын абсолютті спирт ерітіндісімен бейтараптандырып жояды.
Ең үлкен қауіп қышқылдармен және сілтілермен абайламай жұмыс жасау. Тіпті әлсіз қышқылдардың (мысалы, сірке қышқылы) жоғарғы қонцентрациясыда химиялық күйікті шақырады. Көзге түскен қышқыл және сілті ерітіндісі көздің көруін нашарлатуы мүмкін. Осы қатынасқа айрықша қауіптісі сілті және аммиак. Сол себепті қышқылдармен және сілтілермен жұмыс жасағанда арнайы көзәйнек, резеңке қолғап және сорғыш шкаф, ал қышқылды үлкен сыйымдылықты емкосттан кішкенетай емкостқа ауыстырғанда резеңкелі алжапқыш және сифон пайдаланады. Қышқылды еріту үшін суды құя отырып араластырады.
Қатты сілтінің үлкен кесегін майдалағанда, тығыз матаға орап, балғамен уатады, ал ұсақтарын сүлгімен жабылған үккіште түйеді. Қатты сілті шашқа білінбей түсуі мүмкін және ол шаштың түсуіне алып келеді, сондықтан осы уақытта басын жабық болуы керек. Қышқыл және сілті қалдығын алдымен бейтараптап, содан кейін қолжуғышқа төгеді.
Вакуумды құрылғымен жұмыс жасағанда сулы немесе майлы насос (эксикаторлы вакуум, вакуумды айдау, вакуумды сүзгі) және вакуумды сосудті міндетті түрде сүлгімен оралған болуы керек. Вакуумды айдау процесінде жинақталған құрылғылар айдалатын сұйықтықпен толтырылады. Көз көзілдірікпен немесе бет пердемен жабылған болу керек, оны құрылғы салқындағанда және ауасы шыққаннан кейін шешеді.
Егер қысылған немесе сығылған газды қолданғанда бірінші кезекте баллон және редуктор бүтін күйде болады, баллонның сақталу мерзімі өтіп кетпегеніне көз жеткізуіміз керек. Баллон бөлмеден тыс жәшікте ұсталынады, ал газ зертханаға арнайы құбырлармен жеткізіліп отырады.
Химиялық зертханада жұмыс істеу арнайы шапан маталы халатпен жүргізіледі. Резеңкелі қолған халат жеңдерінің үстінен киеді.
2.2 Жарақаттану мен уланудағы алғашқы көмек
Термиялық күйіктерде күйген жерді калий перманганат ерітіндісімен немесе этил спиртімен сүртеді. Егер жарақаттанған жерге қышқыл түскенде оны ағын сумен 10 - 15 минут шаяды, одан кейін 3% - тік натрий гидрокарбонат ерітіндісімен сүртеді және қайтадан сумен шаяды. Сілтімен күйгенде алдымен сумен теріні жуады, 3% - тік сірке қышқылымен сүртеді және қайтадан сумен жуады. Денеге түскен органикалық заттарды, суда ерімейтің, сол заттың ерітіндісінің көп мөлшерімен жуады, кейін спиртпен шайқайды және креммен майлайды.
Соғып алғанда, ауырсынуды және тері ішіндеге қанның ұюын басу үшін таңғыш салады, үстіне мұз қояды. Жасуша зақымданғанда, зертханалық шыны ыдыстардың шынысынан болған кесілу көмекті жылдам көрсету керек. Ол үшін толық шыны қалдығын алып, қан ағуды тоқтатып, жараның айналасын тазартып және жара айналасын антисептикпен өндеу,сол заттардың жара ішіне түспеуін қадағалау керек. Кенеттен қан ағу кезінде жараны өндеуде 3% - тік сутек асқын тотығы ерітіндісі, темір (ІІІ) хлоридінің сулы ерітіндісі қолданылады. Содан кейін залалсыздандырылған дәкемен немесе тампон жабады және тығыз орап тастайды, осындан кейін зардап шегушіні медпунктке жібереді.
Электр жарақатында дәрігерге дейін зардап шегушіге тыңыштық және таза ауа келуін қамтамасыз ету керек. Зардап шегуші артық қимыл жасамау керек. Егер тыныс алуы және жүрек қызметі бұзылған кезде, онда тез арада жасанды дем беріп және жүреккке тікелей массаж жасау керек, осы операцияны функцияның қалпына келгенше немесе медициналық қызметкер келгенше тоқтатпау керек. Жасанды дем беру мына жағдайда қолданылады, егер адам ырғақсыз дем алса немесе мүлдем дем алмасы.
Қорытынды сұрақтар мен тапсырмалар
1 Құрамында тез жанғыш сұйықтығы бар, реакционды қоспасын шыны колбаны асбест сеткасымен жабылған оттың жалынымен қыздырады. Осындай тәжірибе қандай нәтижелерге әкеп соғуы мүмкін?
2 Зертханада өрт пайда болған кезде қандай іс әрекет орындау қажет?
3 Жанғыш және қайнаған сұйықтықтардың қажет емес заттарын айдау керек. Қандай әдісті қолдану қажет? Қандай қауіпсіздік шараларын қолдану қажет?
4 Натрий гидроксидінің шамамен 500 г бөлшегі бар. 200 г. мөлшерінде осы заттын 40% тік судағы ерітіндісін дайындау қажет. Қандай іс әрекеттер орындау қажет. Қандай жеке бас қорғану заттарымен қолдану керек?
5 Концетрленген сілті немесе концентрленген қышқыл ашық теріге тиген кезде қолданылатын іс әрекеттердің тізбегін көрсетіңіз.
№1 Зертханалық жұмыс
Тұзды қышқылды көмірқышқылды әдіспен алу
Жұмыс мақсаты: Тұзды қышқылды алу кезіндегі басты жұмыс барысымен танысу процестің материалды балансын құру, өнімдер шығуын және шикізат бойынша шығымын анықтау.
ТАПСЫРМА: Тұзды қышқылды көмірқышқылды әдіспен алу. Химиялық анализ жүргізу. Алынған нәтижені өндеу.
ҚҰРЫЛҒЫЛАР, ТЕХНИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ИНСТРУМЕНТАЛДЫ ҚОЛДАНЫЛАТЫН ЗАТТАР:
Хлорлы сутекті алу және абсорбциялау коэффициенті
Титрлеуге арналған қондырғы
Химиялық ыдыс
Аналитикалық таразы
Электрплиткасы
1 жалпы мағлұматтар:
Тұз қышқылы - хлорлы сутектің сулы ерітіндісі. Тұз қышқылы - түссіз немесе сары түстес сұйықтық, егер құрамында темір қоспасы болса.
Өндірісте тұз қышқылын 27,5-тен 37%-ке дейін баратындарын қолданады .
Тұз қышқылы мырыш, барий, магний хлоридтерін алуға қолданылады, металлдарды уландыру үшін, бу котелдарын тот басудан тазалау, желім, қант, желатин өндірісінде, теріні бояуда.
Тұз қышқылының өндірісі екі негізгі стадиядан тұрады: хлорлы сутекті алу және хлорлы сутекті сумен адсорбциялау. Хлорлы сутектің алу әдістеріне байланысты тұз қышқылының келесі өндіріс түрі бар: 1) сульфатты., 2) хлордан және сутектен синтезі, 3) шығын газдардан, олардың құрамында хлорлы сутек қоспақ өнім ретінде болады.
Сульфатты әдіс 92 - 98% - ті күкірт қышқылының 500 - 5500С температурада тұз қышқылына әсеріне негізделген.
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl - 68,25 кДж (1);
Реакция қайтымсыз, эндотермиялық.
Процессті муфель пештерінде жүргізеді, жанатын газдармен жылынады, 950 - 11000С ие болады.
Қышқыл концентрациясы 27 - 31 %-тен жоғары болмайды.
Хлорлы сутектің хлордан және сутектен синтезі қазіргі уақыта негізгі болып табылады:
H2 + Cl2 <--> 2HCl + 184,23 кДж (2);
Сутекті хлормен жағу пештерде жүреді 2400[0]С температурада сутек шығымы 5 - 10%.
Көптеген өндірістерде хлорлы сутек қосалқы өнім ретінде шығады. Көбінесе ол органикалық қосылыстарды хлорлау кезінде пайда болады мысалы, хлорбензол өндірісінде:
C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl (3);
Тұз қышқылын алудың екінші кезеңі - хлорлы сутектің сумен абсорбциясы - гидрат бөлінумен және жылу бөлінумен жүреді. Абсорбцияны екі әдіспен жүзеге асырады - жылу шығарумен және жылу шығарусыз (адиабатикалық абсорбция).
Тұз қышқылының негізгі әдістерімен танысқан басқа бұл жұмыста процесстің материалдық балансын құру тапсырылады, өнім шығу және шығын бойынша бастапқы коэффициенттерін анықтау.
Материалдық баланс масса сақтау заңы негізінде құрылады, соған сәйкес өндіріске енгізілген барлық заттардың массасы шыққан заттарлың массасына тең болу керек.
Материалдық баланс осы көрсеткіштерге байланысты құрлу мүмкін: а) бастапқы шикізат бірлігіне б) шыққан өнім бірлігіне в) периодты процесстің бір жүргізілуіне, г) белгілі бір өнімділікке.
Материалдық балансты кесте, диаграмма немесе теңдеу түрінде белгілейді.
Материалдық баланс құру кезінде процесс схемасын сызады, процессті химиялық теңделермен бейнелейді және материалды есептеуді жүргізеді, шикізат және жекеленген компоненттердің шығымын, алынатын өнімдер, шығатын өнімдердің және қалдық өнімдердің салмақтық саның анықтайды.
Өнім шығымы η-ға шыққын өнімнің G - дің қатнасы бар, максималды болуы мүмкін Gм:
η = G/Gм (4);
Шығымды массалық және проценттік бөлшекте көрсетеді. Өнімнің максимальді саның шикізат пен негізгі химиялық реакциямен анықтайды. Егер реакцияда бірнеше реагенттар болса, онда, шығымды жетіспеуші реагенттен анықтайды. Еритін реакция үшін шығымды NaCl арқылы анықтау керек, себебі күкірт қышқылы артығымен алынады.
Шығымды максимальдыдан өндірістік жоғалтуларды ескереді, ағын сулар мен газ шығарудан келген жоғалтулар, қосалқы реакциядан келген жоғалтулар. Ол өзінің технологиялық процесінің мінесіздігің көретеді.
<<Максимальді мүмкін шығым>> түсігін барлық технологиялық процесс үшін және жекеленген стадиялар үшінде қарастыруға болады.
Қайтымды реакцияларды қарастырғанда келесі тең салмақты шығым ηр және тең салмақтан шығым η1 көрсеткіштерді енгізеді. Тең салмақты шығым дегеніміз тең салмақты жағдайларда Gр алынған өнімдердің реакция бойынша максималді мүмкінге Gм қатынасы, егер қайтымсыз болса.
Тең салмақтыдан шығым η1 - бұл шыққан өнімнің G тең салмақтыға Gр катынасы (6):
ηр = Gp / Gм (5);
η1= G / Gp (6);
Тең салмақты шығым, мына шарттарда (температура, қысым және концентрация) қанша өнім алуға болатының көрсетеді, ал тең салмақтан шығым мына шарттар кезінде технологиялық процесстің стадияларының мінсіздігің сипаттайды. <<тең салмақты шығым>> және <<тең салмақтыдан шығым>> тек қана химиялық реакциялар үшін қолдануға болады.
η< ηp < η1 (7);
Электронды-химиялық реакцияларда ток бойынша шығым қолданылады, ол шыққан өнімнің санының токтың шығымының санына Фарадей заңы бойынша қатынасы.
Көпкомпонентті қоспаларды ажырату кезіңде, мысалы, байытуда, адсорбцияда және тағы басқа, шығым түсінігімен бірге алу дәрежесі түсінігі қолданылады.
Алу дәрежесі дегеніміз процесстің басындағы алынған заттың процесстің аяындағы өніміне қатынасы. Егер процесс қайтымды болса, онда қосымша, дәл шығымға сиақты, тең салмақты алу дәрежесі және тең салмақтан алу дәрежесі еңгізіледі.
Егер өнімнің максималды шығуын анықтау мүмкін болмаса онда, өнім шығымы прцентпен немесе кг/т, кг/кг және тағы басқамен белгіленеді. Дәл осылай , мысалы, тасты көмірді кокстеу кезінде, мұнай өнімдерін және тағы басқалардың өнім шығымдарын белгілейді.
Шығын коэффициенттері бұл шикізат шығындары, көмекші материалдар және энергия, алынатын өнімдердің бірлігіне негізделген. Шығын коэффициенттері мына бірліктерде белгілінеді: т/т, м3/т, квт.ч/т и т.д.
Шикізат бойынша практикалық шығын коэффициентің және теоретикалық айырады. Шикізаттың практикалық шығындарын осы формула арқылы анықтады:
β= Gc / Gn (8);
мұңдағы: Gc - шикізат шығыны фактикалық немесе 100% концентрация;
Gn - алынатын өнім саны.
Теориялық шығын коэффициенттері реакция теңдеуі бойынша анықталады. аА + вВ = сС реакциясы үшін шығын коэффициент А затының мынаған тең:
βТ = аМА / сМс (9);
мұңдағы МА и Мс - компоненттердің молекулярлы массалары А және С.
Қондырғы схемасының бейнелеуі 1:
Тұз қышқылының алу қондырғысы үшін схемасы 1 суретте көрсетілген. Колбада астұзының күкірт қышқылының әрекеттесуі кезінде хлорлы сутек түзіледі 1 реякициясы бойынша.. Колба 1 электроплиткамен 5 қыздырылады.
Колбада түзілетін хлорлы сутек күкірт қышқылы 10 бар жұтқыш склянкадан өтеді, бұл онда суытылады және су буларынан жәнеде басқа да қалдықтардан тазыртылады. Ары қарай хлорлы сутек жұтқыш склянкаға 11 және 12 өтеді, онда ол сумен абсорбцияланады.
Қондырғы кішкентай вакуммен (5 - 10 мм.рт.ст.)жұмыс істейді, бұл вакумды вакум-насос 16 арқылы туземіз, және манометром 7 өлшейміз. Сумен ыдыс 13 (нақтырақ ыдыстағы су деңгейі) жүйедегі су бүркегіш насоспен жаслған максималды вакумды шектеуге арналған.
1 тәжірбие жүргізудің әдістемесі
Жұтқыш склянкаларға 11 және 12 шамамен 50 мл-дан дистиллтрленген судан құяды.
13 ыдысқа шамамен 80% ға құбыр суымен толтырады.
1 колбаны өлшейді және оған өлшенген ас тұзын салады (өлшенген тұз мұғаліммен анықталады, 3-5 г. шамасының аралығында). Колбаны схемада көрсетілгендей орналастырады. Воронкаға 3 берілген өлшенген тұзға 92% мөлшерінде көмірқышқылын құяды (көмірқышқылының артық мөлшері мұғаліммен анықталады). Ас тұзындағы қалдық мөлшері 3 %.
Қондырғыны герметикалық қасиеттеріне тексереді, осы үшін вакум-насосқа 16 су береді. Крандар 3 және 14 жабық болуы тиіс, ал кран 6 ашыыө болуы керек. Егер қондырғы герметикалық болса, онда қондырғыда вакум пайда болады, және склянкалар 11 және 12 дегі су арқылы ауаның өтуі лезде тоқайды.
Қондырғыны герметикалық қасиеттеріне тексергеннен кейін 3 - ші кранды ашу арқылы көмірқышқылды 1 колбаға ағызады. Қышқылды ағызып болғаннан кейін 3 - ші кранды лезде жабады, 5 - ші электроплитаны қосады.
11 және 12 склянкадағы сұйықтық арқылы газдың өте қарқынды бұрқылдауын болдырмау қажет, себебі абсорбцияны нашарлатады. Егер осындай құбылыс байқалса, вакуум - насосқа су берілуін азайту керек.
Тәжірибені 1 колбада көбіршіктер басылғанда және склянкадағы бұрқылдау басылғанда тоқтату керек. Электроплитаны 5 өшіріп, кранды 3 және воронка тығынын 4 ашады. Вакуум - насостағы суды бөгетпен бөгеп қояды.
Колбаны алып, суыған соң қалдығымен өлшейді.
11 и 12 склянкадағы ерітіндіні HCl мөлшерін анықтауға анализдейді; 11 склянкадан 5 - 10 мл пипеткамен ерітіндіден коникалық колбаға аламыз. 100 мл-ге дейін дистиллденген сумен сұйылтып, ге дейін дистиллденген сумен сұйылтып алып, 3 тамшы фенолфталеин ерітіндісін тамызып, 0,1 н сілті ерітіндісімен қызғылт түс пайда болғанша титрлейміз.
11 склянкадағы ерітінді концентрациясына қарағанда 12 склянкадағы ерітінді концентрациясы әлсіздеу, сондықтан ерітіндіні анализдеу үшін 12 склянкадан 20 - 25 мл көлемде үлгі аламыз.
Тәжірибе аяқталған соң, жұмыс орнын қалыпқа келтіріп, кезекші лаборантқа өткізу керек.
1 тәжірибе қортындысын өңдеу.
Түзілген күкірт қышқылы мөлшерін келесі формуламен есептейміз:
V1NaOH*V11HCl V2NaOH*V12HCl
GHCl = 0,0365 NNaOH ( -- -- -- -- -- -- -- + -- -- -- -- -- -- ) (10);
V1HCl V2HCL
Мұндағы : GHCl - хлорлы сутек мөлшері,г.
0,0365 - 1 мл 1 н сілті ерітіндісіне сәйкес келетін хлорлы сутек мөлшері.
NNaOH - сілті ерітіндісінің нормальдылығы.
V1NaOHжәне V2NaOH - бірінші және екінші склянкадан алынған HClтитрлеуге кеткен сілті ерітіндісі көлемі, мл.
V1HCl және V2HCl - бірінші және екінші склянкадан титрлеуге алынған тұз қышқылы ерітіндісі көлемі, мл.
V11HCl және V12HCl - бірінші және екінші склянкадағы тұз қышқылы ерітіндісі көлемі, мл.
NaClмөлшерін, қоспадағы ас тұзының бастама мөлшерін, бастапқы күкірт қышқылындағы H2SO4және Н2О мөлшерін, қалдық салмағын анықтауды есептейміз.
№1 кесте үлгісі бойынша материалдық баланс кестесін құрамыз.
Теңдеуден (1) шығатын өнімнің максималды мөлшерін анықтайды, яғни Gm(HCl). (4) теңдеуінен өнімнің шығуын анықтайды. Шикізат бойынша NaCl және H2SO4 практикалық және теориялық шығын коэффициентін (8) және (9) формуласы бойынша анықтайды.
1тәжірбие қорытындысын талқылау:
Өнеркәсіптік тәжірбиеден алынған шикізат бойынша шығын коэффициенттерін салыстыру. 1 т 27,5% HClүшін өнеркәсіпте мөлшермен 0,5 т 97% NaClжәне 0,4 т 93% күкірт қышқылы жұмсалады (2, 378 бет). Егер шығу мөлшері өте төмен болса, онда себебін анықтау керек.
2 қондырғы сызбасына сипаттама 49 суретте көрсетілген.
2тәжірбиені орындау әдісі
Пробиркаға 2-3 г натрий хлоридін салып тұзды сулайтындай етіп (2:1) концентрлі күкірт қышқылын құямыз. Пробирканы газөткізгіш түтігі бар тығынмен жабамыз. Түтіктің аяқ жағын 0,5-1 см арақашықтықта пробиркаға су құйып, сонда саламыз. Бірінші пробиркадағы қоспаны ақырындап 5 -- 6 мин қыздырамыз (екінші суы бар пробиркаға қышқылдың асыра кетіп қалмауын қадағалау керек!).
1. Қалыпты жағдайдағы және қатты қыздырғандағы концентрлі күкірт ұышұылы мен натрий хлоридінің арасында жүретін химиялық реакцияны жазу.
2. Екінші пробиркадағы жұқа төменге қарай түскен сызықтың пайда болуы немен байланысты?
3. Неліктен газөткізетін түтік соңы су мөлшерінен 0,5-1,0 см қашықтықта болу керек?
Қондырғы сызбасының сипаттамасы
2. Тұз қышқылының өндірісі
Тұз қышқылының өндірісінде қолданылатын шикізат қасиеттерімен таныстық, енді тұз қышқылын аоу процесімен танысайық.
А. Зертханада тұз қышқылын алу
16 жұмыс. Ас тұзына күкірт қышқылының әсері
(Бұл жұмыс морғыш шкаф астында жүргізіледі)
Пробиркаға ас тұзын саламыз. Таза шыны түтікшені күкірт қышқылы бар склчнкаға 2 - 3 см қашықтықта жібереміз, жоғарғы жағын саусақпен жауып, түтікшені көтереміз, ал түтікшеде біраз күкірт қышқылы қалуы тиіс. Түтікшені пробиркаға апарып, бірнеше тамшы қышқыл тамызамыз (12 сурет).
Не байқадындар?
Пробирканы қолмен сипап көреміз.
Қолды өзіне қарай қозғап желдетіп, бөлінген газ иісін сезуге болады (13 сурет).
Ескерту. Бөлінген газдың иісін әрқашан былай анықтау керек: Бөлінген газ - зиянды, иісі өте улы болады, сондықтан егер сұйықтық склянкада болса, тығынды иіскеуге болады.
Егер пробирка газбен толып, саңылауынан күшті <<түтін>> шыға бастаса, пробирканы суы бар тостағанға төңкеру керек.
Егер тәжірбие дұрыс жасалған болса, су пробиркаға кіруі керек.
Бірінші пробирканың қасына су, екіншіге ауамен қоямыз. Пробирка түбі төиен қарап тұру керек.
Екінші пробиркаға су кіреді ма?
Күкірт қышқылының ас тұзымен әрекеттескенінде газ бөлінеді. Бұл газ - хлорлы сутек деп аталады.
Су пробиркаға хлорлы сутекпен бірге кірді. Бұдан хлорлы сутек пробирка астындағы тостағандағы суда еріді деп түсіндіруге болады, судың үстіндегі пробиркада сумен сұйылтыла бастаған сұйылтылған кеңістік пайда болды.
Хлорлы сутектің судағы ерітіндісі тұз қышқылы деп аталады.
17 жұмыс. Тұз қышқылын алу.
Тұз қышқылы хлорлы сутектің суды ұзақ уақыт жүтуымен дайындалады. Хлорлы сутек алдынғы жұмыстан белгілі, ас тұзына күкірт қышқылының әрекетімен алынады. Тасқынды реакция болмауы үшін күкірт қышқылының бірнеше сұйылтылғанын алуымыз керек (50 ).
Тұқ қышқылын алу үшін қажетті құрылғы 14 суретте көрсетілген. а колбасында ас тұзын күкірт қышқылымен қыздырамыз. Колбада түзілген газ - хлорлы сутек сумен жұтылып тұз қышқылын түзетін б склянкасына түседі.
Оқытушыдан құрылғыларды қалай құрау керегі туралы нұсқау алып, 14 суреттегідей құрылғыны құрамыз.
* Шыны түтікшені екі жерден тік бұрыш етіп бүгеміз. а1 колбасына сай тығын таңдаймыз. Тығынғы түтікшені орналастырамыз, ал тығынды колбаға орналастырамыз. Міндетті түрде тығыннын колбадан ауа шығармайтынына көз жеткізуіміз керек.
Сақинасы және қысқышы бар штатив дайындау керек. Сақинасына торды орналастырамыз. Колбаны торға қойып, мойнын қысқышпен қысамыз (қатты қыспаймыз, себебі ол басылып қалмау үшін).
Күкірт қышқылының ерітіндісін дайындау үшін өз аспабыныздың колбасын қолдаңыз.
2) қысқыштан колбаны босатып, ішіне 50 см3 су құйыныз,су мөлшерін мензуркамен өлшеп. 50 см3 күкірт қышқылын мөлшерлеп бертіндеп құйыңыз.әр бір су порциясынан кейін колбаны сұытыңыз,сыртынан суық сумен құю арқылы.
Суытылған күкірт қышқылының ерітіндісін цилиндрға құйыңыз және ареометр көмегімен салыстырмалы салмағын өлшеңіз. Егер 1,48 және 1,58 аралығында жатса,ол ерітіндіні жұмысқа қолдануға болады. Ал керісінше болса ,аз мөлшерде су немесе қышқыл құйып қайтадан салыстырмалы салмағын анықтаңыз.
Техникалық таразыда 60г тұз өлшеп оны колбаға себіңіз, үстіңе дайындаған қышқыл ерітіндісін құйыңыз.
б 1 сауытына 50 см3 су құйыныз. Колбаның аузын жауып және трубканы судың басына дейін жеткенінше сауытқа салыңыз,бірақ суға тимеуі керек. Колбаны қысқышпенен қысыңыз.
3) Колбаны қыздырыңыз,ауа шығу үшін басында сауыт ашық тұрады. Осыдан кейін қандай құбылыс болатынын байқаңыздар.
Түтіннің шыққаның байкағандарында,шыныны мақтамен жабыңыз. Сауытқа түсетін сұйықтыққа қараңдар. Бұл - тұз қышқылы, колбадан газ бөлініп болған соң, қыздыруды тоқтатыңдар. Суығаның күтіңдер. Болған соң бөліңдер. Колба мен сауытты тығынмен жауыңдар. Трубканы сумен шайыңдар.
Колбаға су құйыңдар,қыздырып сұйықтықты төгіндер, колбаны жуып қойыңдар.
Сонымен ас тұзы мен күкірт қышқылынан екі жаңа зат - хлор сутек және сульфат пайда болды.
Алынған заттардан жаңа зат пайда болады оны химиялық құбылыс немесе химиялық реакция деп аталады
Тұз қышқылының қасиеті
Келесі төмендегі жұмыстарда алынған тұз қышқылының қасиетімен таныс боласыңдар:1) түсімен; 2) иісімен; 3) дәмімен; 4) лакмус ерітіндісіне әрекетімен; 5) салыстырмалы салмағымен; 6) кейбір металдарға әрекетімен.
18 Жұмыс. Тұз қышқылының физикалық қасиеті.
* Алынған тұз қышқылының түсіне көңіл аударыңыздар және лабораториядағы тұз қышқылымен екі сұрыпты салыстырыңыздар:а) техникалық тұз қышқылы яғни зауытта алынған және тазартылмаған және б)химиялық,тазартылған.
* Алынған тұз қышқылының иісімен танысыңыз.
* Таза пробиркаға жартысына дейін су құйып шыны трубка арқылы бир тамшы тұз қышқылын құйыңыз.Араластырып дәмін татыңыз.
* Тұздың салыстырмалы салмағын және Бром градусындағы беріктілікті анықтаңыз
Тәжірибені бастамай тұрып хлор сутегінің суда еруінен тұз қышқылы түзілгенін естеріне түсіріндер.
Тұз қышқылының тығыздығына қандай тұжырымға келуге болады?
Цилиндрға 17-ші жұмыстағы тұз қышқылын құйыныз,ареометрді салып және көрсеткішін оқыңыз. 8) Егер де тұз мүлдем аз болса,екі жұмысты біріктіріп цилиндрға құйыңыз. Мықты техникалық және химиялық таза тұз қышқылымен дәл солай істеніз.
2 АНАЛИЗ ЖҮРГІЗУДІҢ ӘДІСТЕРІ
2.1 Ареометрмен тұз қышқылының концентрациясын анықтау
Қышқылды цилиндрға, ареометр мен термометрді салғанда шетіне дейін толатындай құямыз. Қыщқыл температурасы тұрақтанғанда өлшемдерін өлшейді, сонымен қатар ареометр термометр мен цилиндрдің шынысына тимеюуі керек.
Ареометр қышқылдың тығыздығын көрсетеді,таблица көмегімен берілген температурада анықталатын заттың проценттік құрамын табасындар
2.2 НС1 құрамындағы қышқылды анықтау
НС1 құрамындағы қышқылды анықтау тұз қышқылының нақты мөлшерін титрлеу арқылы жүргізіледі, конустық колбада орналасқан ,натрий гидроксид ерітіндісін индикатор қатысында, қызыл түстен сары немесе сарғылт түске ауысуы.
НСI құрамын мына формула арқылы табады:
Мұндағы V-нақты 1н натрий гидроксид ерітіндісінің көлемі,титрге кеткен,мл;
m - қышқылдың нақты мөлшері, г;
0,03646 - НСI массасы , 1 мл нақты 1н NaOH ерітіндісі, г.
2.3. H2SO4 құрамын анықтау
Ерітінділер
Ацетон
Буферлікерітінді.....
Аскорбинқышқылы
BaCI2 - 0,01 нсулы ерітінді.
К - индикатор.
Күкірт қышқылын барий сульфатына ауыстырады,тұзды нефелометриялық немесе титриметриялық әдісімен анықтайды.
Титриметриялық әдіс
Күкірт қышқылының нақты мөлшерін (30 г шамасындай) фарфор ыдысына ауыстырады және ақырын буландырады 20 мл дейін. Ерітіндіні 250мл өлшегіш колбага ауыстырады және белгісіне дейін су құяды, 6 млді конустық колбаға ауыстырады, 5 мл буферлік ерітіндіні қосады және де ацетонды, содан кейін аскорбин қышқылын қосады (4 - 5 мг), индикатор ақырында титрлейді 0,1н BaCI2 ерітіндісімен, күлгін түстен ашық көгілдір түске дейін.
H2SO4 құрамын SO3 қайтадан мына формуламен есептейді (%) :
H2SO4= (2)
Мұндағы V - 0,01н ВаС12мөлшері , анализденетін сынаманы титрлеуге кеткен, мл;
V0 - 0,01н ВаС12мөлшері, тексеру титріне кеткен, мл;
0,00040 - SO3мөлшері, 1 мл 0,01н ВаС12ерітінді, г;
m -күкірт қышқылының нақты мөлшері, г.
2.4 Темір құрамын анықтау
Темір құрамын колориметриялық сульфосалицил әдісімен анықтайды, сульфосалицил қышқылы темір тұздарымен комплекс қосылыстарын түзеді. Сілтілік ортада бұл реактив сары түс береді Fe3+ ионымен және Fe2+ ионымен де. Бояу лезде және ұзақ уақытта таралады. Қышқыл ерітіндіде (рН=1,8 - 2,5) тек қана Fe3+ комплекс қосылыстарын түзеді, қызыл бояуын береді. Анықталған бояуды фотоколориметрде анықтайды.
Реактивтер:
Аммиак , 25%-тік ерітінді.
Сульфосалицил қышқылы, 20-тік ерітінді.
Гидроксиламин.
Темірдің стандартты ерітіндісі: темір аммонийлі соли железоаммонийных квасцов; 6,0397 гсуда ерітеді, құрамында 25 мл 16%-тік күкірт қышқыл ерітіндісі және сумен ерітінді көлемін 1 л дейін жеткізеді (1 мл алынған ерітіндінің құрамында 1 мг Fe2O3болуй керек).
Градирлік графикасын құру: 50 мл бес өлшегіш колбаға концентрациясы 50 мкг/мл Fe2O3 стандартты 1; 2; 4; 6; 10 мл ерітінділерін сыйдырады, 10 мл сульфосалицилқышқылын құяды және аммиак ерітіндісімен қызыл түстен сары түске дейін бейтараптандырады. 3 - 4 тамшы аммиак қосады, кюветте ұзындығы 10, 30 или 50 ммфотоэлектроколориметрде ФЭК М - 56 түстіфильтрмен № 4 немесе толқын ұзындығы = 430нм оптималды тығыздығын өлшейді
Анализ жүру барысы:
Күкірт қышқылының нақты мөлшерін (5 - 10г) 250 см3 өлшегіш колбаға ауыстырады,дұрыс шайкайды, аликвоттық бөлігін 50 см3 өлшегіш колбаға бөліп алады, 10 мл сульфосалицил қышқылын қосады. Бірнеше гидроксиламин тұзқышқылының кристалдарын қосады,қызыл түстен сары түске дейін. Содан кейін 3 - 4 тамшы аммиакты қосады, градуирлік графикада көрсетілгендей оптималды тығыздығын анықтайды. Темір құрамын темір оксидінің қайта есебінде мына формуламен анықтайды:
(3)
Мұндағы А - Fe2O3 мөлшері, градуирленген графикпен тапқандағы г;
W - негізгі ерітінді көлемі, мл;
b - негізгі ерітіндінің аликвоттық бөлімі, мл;
g - қышқылдың массасы, г
2.5 Хлор ионының толық құрамын анықтау
Қышқылдағы хлор ионының толық құрамын келесі екі әдіспен анықтауға болады: аргентометриялық және меркуриметриялық.
Хлор ионың аргентометриялық әдіс арқылы анықтау.
Әдістің мазмұны. Хлоридты күміс нитратының артық мөлшерінде тұңдырады. Кейін темір үш валентті катализаторының қатысында аммоний роданидінің ерітіндісімен титрлейді. Ерітіндінің қышқылдық ортасы фосфаттардығ күміс нитраты ерітіндісімен тұнуға кедергі жасайды.
Реактивтар:
0,1 немесе 0,01н аммоний роданиді немесе калий роданиді ерітіндісі
Азотты қышқыл, 6н сұйылтылған ерітіндісі (1:9)
Күміс нитраты, 0,1н ерітіндісі
Темір аммоний кварцы, (ТАК) ерітінді. Суыққа қаныққан теміраммоний кварц ерітіндісіне тамшылатып азот қышқылын құяды, қоңыр өнді түсті ерітінді жоғалғанша.
Төрт хлорлы көміртек.
Күміс нитраты мен калий роданиді ерітінділерінің титр қоңдырғылары.
Установка титра растворов нитрата серебра и роданида калия. Алдымен күміс нитраты мен калий (немесе аммоний) роданиді ерітіндісініңконцентрациялық шоғырлануын табады. Ол үшін конустық колбаға 10 мл күміс нитратының (0,1н немесе 0,01н) ерітіндісін алады, оған 5мл азотты қышқыл мен 1 мл темір аммоний кварцын құяды. Алынған ерітіндіге 0,1н немесе 0,01н роданид ерітіндісімен араластырғанда жоғалмайтын ашық күлгін түс пайда болғанша титрлейді. Тиртлеуге жұмсалған роданид ерітіндісінің миллилитр көлемін 10 ға бөліп концентрация қатынасын(d) аламыз. Кейін конустық колбаға бюреткадан 10 мл натрий хлор ерітіндісін (0,1н немесе 0,01н) құяды, 5 мл азотты қышқылды қосады және бюреткадан концентрацияға сәйкес (0,1н немесе 0,01н) нақты мөлшерде күміс нитратының ерітіндісін құяды. Мысалы, 10мл-ге 1-2 мл ТАК ерітіндісін және 0,1н немесе 0,01н роданид ерітіндісімен шайқағанда 30 секунд ішінде жоғалмайтын күлгін түске боялғанша титрлейді.
Күміс нитраты ерітінді концентрациясына нақты 0,1н(немесе 0,01н) сәйкес К1 түзетуі :
К1 = а / в - cd (4)
Роданид ерітінді концентрациясына нақты 0,1н (немесе 0,01н) сәйкес К2 түзетуі:
K2 = K1d = ad/ в - cd (5)
мұндағы: а - алынған хлорид ерітіндісінің көлемі, мл.
b - қосылған күміс нитраты ерітіндісінің көлемі, мл.
c - титрлеуге жұмсалған роданид ерітіндісінің көлемі, мл
d - AgNO3 және KNCS (немесе NH4CNS) ерітірділерінің концентрация қатынасы.
Анализ жолы. Анализденетін ерітіндінің Навеску немесе аликваталық бөлігін 250 см3 конустыұ колбаға құяды. 50 мл су, 5 мл азотты қышқыл, пипеткамен 10мл нақты дәлдікпен 0,1 н күміс нитрат ерітіндісін, тұнбаның коагуляциясы үшін 2-3 мл төрт хлорлы көміртекті, ТАК қосады. Күміс нитратының қалдығын 0,1н аммоний роданиді ерітіндісімен 1 минутта тұрақты ашық күлгін түс пайда болғанша титрлейді.
Сонымен қатар бір уақытта жоғарыда айтылған реактивтерді қолдана отырып, бос сынамаға анализ жүргізеді.
Есептелуі: хлоридтер мөлшерін % формуламен табады:
(6)
ондағы: V- холостой сынаманы титрлеуге жұмсалған 0,1н аммоний роданидінің ерітіндісінің көлемі, мл;
V- анализденетін сынаманы титрлеуге жұмсалған 0,1н аммоний роданидінің ерітіндісінің көлемі, мл;
К- 0,1н нормальды аммоний роданидінің коэффиценті;
3,546- хлордың мөлшері, эквивалентное содержанию нитрата серебра в 1 мл точно 0.1н раствора AgNO3 мл/мг;
m- сынама қалқаларының (навески) массасы, г;
а- анализденетін ерітіндінің аликвоталық бөлігі, мл.
Бақылау сұрақтары:
+ Хлорлы сутектің физико-химиялық сипаттары.
+ HCl алу әдістері. Әр әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері.
+ Неліктен өнеркәсіпте HCl концентрациясы 37 % жоғары алмайды?
+ HCl шикізаттарының көздері.
+ Как сместить равновесие в процессе получения HCl из элементарных хлора и водорода с целью получения большого выхода продукта?
+ HCl өндірісінде қолданылатын пештердің үлгілері.
+ Суытусыз жүретін хлорлы сутек абсорбция әдісін түсіндіру.
+ Абгаздық (абгазной) тұз қышқылын алу.
+ Жұмыс жүргізу тәртібі.
+ Анализ жүргізу әдісі.
+ Тұз қышқылын алуда күкірт қышқылдық әдістің орны.
+ Тұз қышқылы өндірісінде жабдықтарды коррозиядан қорғау әдістері.
+ Тұз қышқылын қолдану облыстары.
+ Понятие выхода от максимально возможного, равновесный выход, выход от равновесного.
+ Шығын коэффициенттері туралы түсінік.
+ Материалдық баланс түрі, оны құру әдісі.
Лабораториялық жұмыс №2
Техникалық күкірт қышқылының анализі.
Мақсаты: техникалық күкірт қышқылының анализ әдістерін игеру және өнімнің сапасын тексеру.
Тапсырма: Күкірт қышқылының өнім сапасын анықтау. Алынған нәтижелерді өндеу.
Техникалық және инструменттік жабдықтар:
Аналитикалық таразы
Электрлік плитка
Титрлеуге арналған бюретка
Конустық колбалар
Пипеткалар
Түтікшелер
Химиялық стакандар
Фильтр қағазы
Груша
1 ҚЫСҚАША ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
Техникалық күкірт қышқылы деп купорос майын, олеумді, мұнаралық қышқылды және нитрлеу, сұйытылған азот қышқылын концентрлеу процестерінде өнделген қышқылдардың регенерирлеу нәтижесәнде алынған күкірт қышқылын айтады.
Күкірт қышқылының жеке сорттарын құрамындағы сусыз қышқылына (моногидратта), бос күкірт ангидридіне (олеумде), азот оксидтеріне, ерімеген қоспаларға, темір және нитро қосылыстарына (регенерленген қышқылда) байланысты ажыратылады. Күкірт қышқылы ГОСТ 4204-77 сәйкес шығарылады.
Күкірт қышқылы түссіз, иіссіз, мөлдір, майлы сұйықтық, суда, спиртте ерімейді.
<<Х.ч.>>, <<ч.д.а.>>, <<ч>> - маркаларына күкірт қышқылының массалық үлесі 93,6-95,6% H2SO4 аспауы керек.
Техникалық күкірт қышқылы ГОСТ 2184-77 сәйкес шығарылады. Техникалық күкірт қышқылы қолданылады: тыңайтқыштар өндіруде, жасанды талшық алуда, капролактама, титан екі тотығында, этил спиртін алуда, анилин бояғыштарын және т.б.өндірістерде. Моногидраттың массалық үлесі 92,5-94,0% H2SO4 құрайды. Бос күкірт ангидридінің массалық үлесі -24 % SO3 артық емес(жоғары олеум үшін), 19 пайыз техникалық олеум үшін. Темірдің массалық үлесі 0,007-0,020 пайыздан артық емес.
Кейбір жағдайда күкірт қышқылының құрамын ерітіндінің тығыздығын концентрациясына байланысты анықтама деректерін қолдана отырып , тығыздығына байланысты табады. Егер тығыздық 200С- та өлшенбесе, онда 200С -қа байланысты құрылған кестеге сәйкес келу үшін температураға өзгеріс еңгізу керек. Сонымен қатар қышқылдың концентрациясына сәйкес құрылған кестедегі тығыздық тек химиялық таза қышқылға арналғанын ескеру керек. Тығыздықтың және концентрацияның бірмәндәләгә ерітіндінің құрамында 94,5% H2SO4 болғанда байқалады. Одан басқа концетрленген ерітінді үшін бірмәнділік бұзылады. Мысалы: тығыздығы 1,84 г/см3 үшін концентрация 95,6-98,72 процент сәйкес келеді.
Сондықтан күкірт қышқылын сілті ерітіндісімен титрлеу арқылы анықтайды. Сонымен катар титрлегенде басқада бос қышқылдар титрленеді. Ол SO42- тұңбасын алу үшін бос қышқылдардың кедергісі жоқ. Бірақ бұл әдіспен анықтау көо уақытты қажет етеді жәнеде тек бос қана емес қосылған қышқыл құрамын көрсетеді.
Егер күкірт қышқылының ерітіндісінде бірталай азотты қылқыл болса, онда соңғы титрді калий перманганатымен титрлеуге болады. Лайланған қышқыл үшін, яғни құрамында мышьяктың қоспасы болса, онда азот оксидін анықтау үшін нитрометрия әдісін қолдану керек. Себебі мышьяктың (VI) оксиді калий перманганатын қайта тотықтырады. Бірақ нитрометрия әдісімен алынған нәтижеге азот нитратыда кіреді.
2 ЖҰМЫС ЖҮРГІЗУ ТӘРТІБІ ЖӘНЕ АЛЫНҒАН НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ
2.1.Күкірт қышқылына сапалық анализ
Иондардың классификациясы бойынша І топқа сульфат-ионының SO42- барий ионымен әрекеттескенде тұз суында қиын еритін ерітінді түзетін иондар жатады.
+ Сульфат-ионың анықтауға сапалық реакция.
2-3 тамшы сульфат ерітіндісіне тұз қышқылын қышқылдық реакция түзгенше қосып, 2-3 тамшы барий хлоридінің ерітіндісін тамшылатыңыз. Ақ түсті тұңба түзіледі.
SО42-+ВаС12=ВаSО4↓+2С1- (23)
барий сульфатының тұңбасы минералды қышқылдарда ерімейді (HCl, HNO3, HF және басқалары)
2.2 Күкірт қышқылына сандық анализ.
Күкірт қышқылының құрамын және бос күкірт ангидридін анықтау.
Реактивтер:
NaOH - 0,1н немесе 0,5н ерітіндісі
қызыл метил индикаторы 0,5%
5г сынамалы қышқыл 0,0002 г дәлдікпен бюксте өлшенеді және 150 мл су құйылған 250 мл өлшегіш колбаға салынады. Негізгі ерітіндіні 200С дейін суытып, белгіге дейін су қосады және жақсылап араластырады. Колбадан пипеткамен 50 мл ерітінді алып, 250 мл конустық колбаға құяды. Метил қызыл индикаторының қатысында 0,5н NaOH ерітіндісінде, ерітінді қызыл түстен сары түске ауысқанша титрлейді.
Моногидрат құрамы Х (%) мына формуламен табылады:
(24)
ондағы V- титрлеуге жұмсалған 0,5н NaOH ерітіндісінің көлемі,мл;
g- сынамалы қылқыл навеска, г;
0,02454 - H2So4 массасы.
Күкірт ангидридінің ортақ құрамы анықталады:
(25)
ондағы V- титрлеуге жұмсалған 0,5н NaOH ерітіндісінің көлемі,мл;
g- сынамалы қылқыл навеска, г;
0,02001- SO3 құрамы.
2.3.Азот оксидтерінің құрамын анықтау
Күкірт қышқылында азот оксидтерін колориметриялық әдіс арқылы алады.
Реактивтер:
Натрий азотты қышқылы
Тұз қышқылы, 1:1 қатынасында ерітілген
Сульфаниламид ( ақ срептоцид, медициналық порошок)
Бромгодрат этил-α- нафтиламин, спирттен кристализацияланған
500 мл өлшегіш колбаға 350-400мл су құяды. Оған 10 мл пипеткамен сынамалы қышқыл қосады: контактты жақсыдан -10мл, мұнаралықтан - 1мл, регенерирленгеннен-5 мл. Ерітіндіге белгіге дейін су қосып, араластырады.
Қышқылды тексерер алдында сұйылтады. 50 мл цилиндрге 5 мл су, 1 мл HСl ерітіндісін, 5 мл сульфаниламин ерітіндісін, 1 мл бромгидрат этил- α -нафтиламин және сынамалы қышқыл ерітіндісін: контактты жақсыдан -10мл, мұнаралықтан - 10мл, регенерирленгеннен - 5 мл құяды.
Цилиндрге белгілі бір мөлшерде су қосады (эталондық ерітінділерді дайындауға арналған шкалада көрсетілгендей). Жақсылап араластырады. 10 -15мин кейін эталонға сәйкес түсті салыстырады. Азот оксидін (N2О3) процентпен мына формула бойынша анықтайды:
Контактталық жаксарған қышқыл үшін:
(26)
мұнаралық қышқыл үшін:
(27)
регенерирленген қышқыл үшін:
(28)
ондағы: V- сынамалы ерітіндіге сәйкес келетін эталонды ерітіндінің көлемі, мл;
р- сынамалы қышқылдың тығыздығы, г/см3.
Эталон шкаласын тұрғызу. Сыйымдылығы 50 мл цилиндрге 5 мл су, 1 мл HCl ерітіндісін (1:1), 5 мл 0,2 %-тік сульфаниламид ерітіндісін, 1 мл 0,3% - тік спиртті бромгидратэтил-α-нафтиламид ерітіндісін құяды. Артынша Б ерітіндісін: жетілдірілген қышқылға - 0,2; 0,6 және 0,8 мл; мұнаралы және регенерициялық қышқылға 5; 10; 15; 20 мл қосады. Бастапқы көлемдік жағдайдағы ерітндіге 25 мл сумен жеткізеді, екінші жағдайда - 50 мл дейін қосып араластырады. Толық түс өзгеру қышқылды қосқанан кейін 10 - 15 мин белгілі болады.
Шкаласы 2 ай уақытта нық көрінеді
Ескерту: Эталон ерітіндісін дайындауға 0,1816 г 100% - к NaNO2 (натрий нитриді ГОСТ 4197 - 66) өлшегіш колбаға 1 л суға тұзды ерітеді, ерітіндіні белгіге дейін сумен жеткізіп араластырады; нәтижесінде А ерітіндісін алады, 0,1 мл N2O3 1 млда. Б ерітіндісін А ерітіндісін қосу арқылы дайындайды. 10 мл А ерітіндісін өлшегіш колбаға 1 л дейін сумен жеткізеді; 1 мл Б ерітіндісі 0,001 мг N2O3 сәйкес келеді.
2.4 Темірдің құрамын сульфосалицил қышқылымен
колориметрялық әдіспен анықтау
Әдіс мазмұны: Үшвалентті темірді сульфосалицилді қышқылдың аммиактағы ерітіндісінде рН = 8,5-11,5 ішкі комплексті байланыста алады, сары түске боялғанда. Екі валентті темір сілтінің ішінде қышқылдық ауада тотығады. Бояғыш тез әрі тұрақты ұзақ уақыта жетіледі. Максималді сіңіру λ = 427 нм байқалады. Боялған байланыстың диссоциациясын тоқтату және ерекшелігіне әсері алюминийдің, кальцийдің, магнийдің сульфосалицил қышқылын арттырады. Темірді осы әдіспен анықтағанда фосфат иондарының қатысында өткізеді.
Реактивтер:
Сулы аммимак, 25% ерітінді
Сульфосалицил қышқылы, 20% ерітінді
Темір нитриді стандартты ерітіндіде (10грамм)
Анализдің жүруі. Бастапқы ерітіндінің аликвотты бөлігін (5 - 10 мл) сыйымдылығы 50 мл өлшегіш колбаға орналастырады, оған 10 мл сульфосалициль қышқылын құяды және аммиакпен ерітіндінің түсі қызғылтымнан сары түске өзгергенше бейтараптайды. Сосын 2 - 5 тамшы аммиак тамызады, ерітінді көлемін белгіге дейін сумен жеткізеді. 10 мин кейін ұзын кюветкада 10 мм қатынасында бос сынамада колориметрлейді фотоэлектроколориметрияда: ФЭК - 56 жарықфильтрімен №4 немесе спектрофотометрдет λ = 430 нм.
Темір оксидінің мөлшері ерітіндінің аликвоталы бөлігі ерітіндісі тікелей калибрде орналасады, темір нитридінің стандартты ерітіндісінің мөлшерінің құрылуында пайдаланады. Құрамына сәйкес 0 - 500 мкг Fe2O3 50мл.
Есеп: темір оксидінің (ІІІ) құрамындағы темір мөлшерін мына формуламен есептейді:
(29)
мұндағы - темір оксидінің құрамы, тікелей калибрлеп табылғаны, мкг
W - негізгі ерітінді мөлшері, мл
А - мысал өлшемі,
В -бастапқы ерітіндінің аликвоталы бөлігі, мл
Мысалда 1-5 % Fe2O3 cалыстырмалы қателігі 5-2 % құрайды.
БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ
* Шикізат түрі және сапалы өнімге әсері.
* Күкірт қышқылының алыну әдісі және салыстырмалы сипаттама әдісі.
* Сульфат-ионының (SO4[2-]) сапалы анализі.
* Күкірт қышқылының анализденетін әдістемесінің мазмұны және бос күкірт ангидриді (SO3).
* Темір оксидінің анализденетін әдістемесінің мазмұны.
* Қандай белгісімен күкірт қышқылын басқа минералды қышқылдарда ажыратады?
* Контактілі және техникалық күкірт қышқылының құрамы.
Зертханалық жұмыс №3 Экстракциялық фосфор
қышқылын алу.
Мақсат: Экстракциялық фосфор қышқылын табиғи фосфатты күкірт қышқылынан дүркін - дүркін және жартылай жағдайда практикалық процессін үйрену.
Тапсырма: Күкірт қышқылының шығынын және ЭФК алу үшін қосылған ертінідіның мөлшерін берілген фосфор құрамынан анықтау. Экстракция және фильтрлеп суспензияны алуды өткізу. Берілген химиялық анализден технологиялық процесстің көрсеткішін есептеу.
Құрылғылар, техникалық және аспаптық құралдар:
ЭФК алуды құрылғысы
Фильтрлеу құрылғысы
Кептіргіш шкаф
Химиялық ыдыстар
Аналитикалық және техникалық таразы
Фотоэлектроколориметр
Электрплита
1 Қысқаша теориялық таныстыру
Экстракциялық фосфор қышқылын фосфор шикізатын күкірт қышқылынан ажырату арқылы алады. Бастапқы шикізатқа құрамына тәуелді және экстракция режимі қышқылда әр түрлі қоспада сақталады: магний, кальций, темір, алюминий, фтор, күкірт қышқылы байланысынды.
Фосфор шикізатының ыдыратудың басты реакциясы:
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4nH2O+3H3PO4+HF (30)
Фосфаттың ыдырауы 4 - 6 сағат ішінде ерітіндінің қатысуымен (фосфор қышқылы) шикізаттың максималды жетістіке жеткенше өткізіледі , сондықтан басында фосфат ажырайды ерітіндіні қосқанда:
Ca5F(PO4)3+(7+m)HЗРO4=5Ca(Н2РО4)2+mH3PO4+HF (31)
Сосын түзілген Ca(H2PO4)2 75 - 93% күкірт қышқылының концентрациясы сезіледі Н3РО4 қатысында:
Ca(Н2PO4)2+H2SO4+mH3PO4+nH2O=CaSO4nH2O+(m+2)H3PO4 (32)
Солуақытта басқа минералдардың ыдырауы жүреді, табиға фосфаттың құрамында(темір мен алюминийдің байланысы, кальций карбонаты мен магнийдің, т.б)
Режим экстракции определяется формой образующегося кристаллогидрата сульфата кальция - ангидрита CaSO4, полугидрата CaSO40,5H2O или дигидрата CaSO42H2O и носит соответствующее название.
Дегидратация режимі 65 - 80°С температурада және Р2О5 концентрациясы сұйық фазада қойртпағы 18 - 32 %, полугидратный 90 - 100°С температурада, ал Р2О5 концентрациясы 35 - 48%, ангидритті 105-115°С температурада, ал Р2О5 концентрациясы 50% көбірек.
Қозғалмалы және ірі қойыртпақты алу үшін:хорошо фильтрующих кристаллов сульфата кальция поддерживают отношение между жидкой и твердой фазами пульпы в пределах от 2,5:1 до 3,5:1 с помощью раствора разбавления (раствора фосфорной кислоты концентрации 14-16% P2O5). Следовательно, разложение фосфатного сырья практически ведется смесью серной и фосфорной кислот по реакции:
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+mH3PO4+5nH2O =5CaSO4nH2O+(m+3)H3PO4+HF (33)
+ Күкірт қышқылының және қосылған ерітіндінің шығынын есептеу.
Күкір қышқылының және қосылған ерітіндінің шығынын берілген фосфор шикізатының анықталған құрамымен есптейді. Күкірт қышқылының шығынын апатиттың ажырауындағы концентраты немесе фосфор ұнынан есептейді. (Расход серной кислоты для разложения апатитового концентрата или фосфоритной муки рассчитывают по содержанию в них СаО.)
Күкірт қышқылының шығынын массасына ыдырағанда 100 масс. фосфат шикізатының бөлігін формула бойынша есптейді:
(34)
мұндағы, а - фосфор шикізаты құрамындағы СаО,%
С - күкірт қышқылының концентрациясы, %
98 немсее 56 күкірт қышқылының молярлық массасы және СаО
N - күкірт қышқылының орташасы
Күкірт қышқылының (V) шығыны:
V = (35)
мұндағы, ρ- күкірт қышқылының ерітіндісіндегі берілген концентрацияның тығыздығы, г/см3
Қосылған ерітіндінің шығынын(W)мына формула бойынша есптейді:
W = F - (100 + S - G), (36)
мұнда, F - фосфат шикізатынын 100 масс. бөлшектерінен шыққын өнім пульпаларынын анықталу формуласы :
F = 100 Г (n+1), (37)
Г - гипс саны немесе құрғақ фосфогипс шығмынын фосфат шикізатынан алынуы (фосфат шикізатынын құрамындағы есептелген СаО және ерімеген қалдық бойынша). Аппатит концентратында Г = 1,6, фосфоритта Г = 1,3 - 1,5. Фосфариттін құрамы тұрақсыз болғандықтан, гипс санын әрбір жағдайда есептеу керек;
n - Ж:Т пульпада көрсетілген қатынас (шамасы 2,5:1 - 3,5:1);
G - газ күйінде судын көміртек диоксидінін жоғалу массасы, фосфат шикізатынын фтордын 100 масс.бөлшектерге ыдырауы кезінде.
Есептеу мысалы: массасы 100г фосфор ұнына, құрамы: P2O5 - 24,5%, F -2,0%, CO2 - 6,5%, MgO - 2,5%, CaO - 39,8%, ерімеген қалдық (н.о.) - 14%. Күкірт қышқылынын концентрациясы -75%, норма - 105% стехиометриялық өлшеміне байланысты, қабылданатын қатынас Ж:Т экстрационды пульпада 3:1, 100г фосфор ұнтағында буланған судын массасы - 3 г; считаем, что в газовую фазу выделяется весь диоксид углерода и 25% фтористых соединений.
Фосфогипстын массасын есептейміз, онын құрамында CaSO4·2H2O және ерімеген фосфат шикізатынын қалдығы бар:
(38)
мұнда 56 және 172 - СаО и CaSO4·2 H2O молярлы массалары.
Онда гипстық сан: (39)
Концентрациясы 75% болғандағы күкірт қышқылынын шығымы H2SO4 (тығыздығы 1,669 г/см[3]):
немесе97,3г (40)
Пульпа шығымы: (41)
Жоғалған газ массасы: G = 6,5 + 3 + 2· 0,25 = 10 г (42)
Сұйылтылған ерітіндінін шығымы: W= 681,21 - (100 + 97,3 - 10)= 493,91 г (43)
2 ҚҰРЫЛҒЫНЫН СИПАТТАМАСЫ
Зертханалық құрылғы фосфор қышқылын алу үшін қосылады реактор-стақан 400 - 500 мл бір немесе екі аралыстырғышпен, элетромоторларын қозғалысқа келуіне. Стақан қақпағының тесігінен (отверстие) шығарылған зат өндіріледі және пульпадан өлшемдер алынады. Реакторға су термостаты қойылған 9, электржылытқышпен жабдықталған 6, арнайы температураға қойылған. Берілген температура реле 8 арқылы тұрады, жылытқыш 6 арқылы байланысады және контакт термометрмен 7. Экстракция процессінде судың буы таралмау үшін реактор кері тоназытқышпен 3 жабдықталған.
3 СУРЕТ. ЭФК алу құрылғысынын схемасы:
1 - колба, 2 - воронка, 3 - керітоназытқыш, 4 - моторчик, 5 - араластырғыш, 6 - жылытқыш, 7 - контактылы термометр, 8 - реле, 9 - термостат.
3 ЖҰМЫСТЫН ЖАСАЛУ РЕТІ ЖӘНЕ АЛЫНҒАН АНАЛИЗДЕРДІ ӨНДЕУ
Арналған реакторға 1, фосфор қышқылын алу үшін, мөлшер мен сұйытылған ерітінді және күкірт қышқылын құяды, реакторды 70 - 100 градусқа дейін су термостатына салады, экстракция мөлшеріне қарай, содан кейін араластырғышты қосады 5. Қоспа ерітіндерді қосқаннан кейін 30 мин ішінде араластырғыш істеп тұрған кезінде, аздап реакторға арналған мөлшермен ұсақталған фосфат шикізат қосады және реакция уақытың белгілейді. Мұғаліммен келісіп бастапқы затты реакторға жіктеуге осылай болады: сұйытылған ерітінді - фосфатты шикізат - күкірт қышқылы. Реакцияның уақытың Время начала реакции в этом случае отмечают от момента смешения фосфатного сырья с раствором разбавления. Фосфат шикізаттың ыдырауы 2 - 4 сағат ішінде жүреді.
Тәжірибе аяқталған кейін экстракционды пульпаны Бюхнердің воронкасында фильтрленеді, Бунзен колбасында вакуум жасаланады (4 сур.).
Алдын ала воронканы фильтрға орнатады,содан кейін фильтр құралына разряд құрайды. Сол үшін жабық кранда 3 вакуум - насосты қосады, кран 6 көмегімен разряд қосады 0,04 - 0,05 Мпа ,вакуумметрмен 2 өлшенеді. Ары қарай экстракциялық пульпаны воронканы ауыстырады, сонымен қатар кран 3 ашады да секундомер арқылы фильтрленеді және уақытын белгілейді. Отмечают время, в течение которого поверхность осадка на фильтре освобождается от жидкости (так называемое время "грубого отсоса" или время "осветления" поверхности осадка). Содан кейін фильтрлеуді жалғастырады және тамшы тамуының толық тоқтауын воронкадан уақытың белгілейді. Затем продолжают фильтрование и отмечают время полного прекращения выделения капель жидкости из воронки (время "сушки осадка").
Содан фильтраты алдын ала өлшенген мензуркаға құяды, фильтраттың көлемін, оның салмағың анықтайды. Воронкадағы тұнбаны 60 - 700C дейін жылытып 2 - 3 рет дистилленген сумен жуады, суды құйған сайын воронкадағы тұңбаның бетін 0,5 - 1 см жабуы керек. Шайған суды фильтраттан бөлек жинайды, оның көлемі мен салмағын анықтайды. Тұңбаны (фосфогипс)
воронкадан ақырыналады, фарфор ыдысына салады, 100 - 1050C дейін кептіріледі тұрақты салмаққа дейін. Мұғалімнің тапсырмасы бойынша құрғақ фосфогипстын салмағын анықтау керек болса алдын ала өлшенген фарфор ыдысында сулы тұңбаны кептіреді және сулы тұңба мен құрғақ тұңбаны өлшейді. Фильтратта және шайылған суда Р2O5 құрамын фотоколориметр әдісімен анықтайды, фосфогипсте Р2O5 общ., Р2O5 водн., Р2O5своб құрамын анықтайды.
Егер мұғалімнің тапсырмасы бойынша процестін кинетикасын анықтау керек болса, экстракция процесінде әрбір жарты сағат сайын шыны трубкамен және резеңке грушамен 5 - 10мл пульпа алады. Пульпа өлшемесін қағаз фильтрмен фильтрлейді. Фильтрленген сұйық фазаны алдын ала аналитикалық таразда өлшенген бюксқа құйып оны 0,0002г дәлдікпен массасын өлшейді. Содан кейін бюкстағы өлшемені дистильденген сумен шайып көлемі 250см3 колбаға құяды, колбадағы ертіндіні белгісіне дейін сумен сұйылтады және араластырады. Ертіндіде H3PO4 және H2SO4 құрамын көлемдік әдіспен анықтайды.
4СУРЕТ. Фильтрлейтін құрылғынын схемасы:
1 - колба Бунзена, 2 - вакуумметр, 3,6 - крандар, 4 - воронка Бюхнер, 5 - буферная емкость.
4АНАЛИЗ ЖҮРГІЗУ ӘДІСІ
4.1 Өлшемдердегі (в пробах ) Р2O5 анықтау
Дәлдігі 0,001г болатын Аналитикалық таразыда массасы 1-2г болатын фосфогипсты өлшейді, көлемі 250 мл болатын өлшегіш колбаға салады. 25мл концентірленген азот қышқылынын ерітіндісін және 10 мл концентірленген тұз қышқылын қосады, шынымен бетін жауып әлсіз отта 30 мин қайнатады, (накрывают часовым стеклом и кипятят на медленном огне 30 мин,) ерітінді буланған сайын су қосылады көлемі 50мл болатындай. (добавляя воду по мере упаривания раствора до объема примерно 50мл.) Ерітінді суығаннан кейін дистильденген суды белгісіне дейін құяды, араластырып фильтірлейді, фильтраттын бірінші порциясын ескермейді, (отбрасывая первые порции фильтрата). Пипеткамен 1мл фильтрат өлшеп алады және 100 мл өлшегіш колбаға құйып 50мл дейін су құяды, 25 мл фосфаттын реактивін қосады (Г ерітіндісі) және белгісіне дейін су құяды. 20 - 25мин кейін оптикалық тығыздығын салыстырма ерітінді қатысында салыстыра өлшейді.
Салыстырма еітіндісін өлшеммен бірге дайындайды, 100мл өлшегіш колбаға 25 мл Г ерітіндісін құяды және белгісіне дейін дистильденген су құяды. Салыстырма ерітіндісін (Раствор сравнения) Р2O5 ортақ формасын анықтау үшін қолданады және бір рет дайындайды.
P2O5 құрамын келесі формуламен есептейді:
Р2O5 общ = (44)
Мұнда, m1 - масса Р2O5, найденная по калибровочному графику, мг;
m2 - анализденетін заттын массасы, г;
V1 - өлшегіш колба көлемі, мл;
V2 - анализденетін ерітінді көлемі, анализге алынған, мл.
+ Фосфогипстегі Р2O5 суда еритін және бос формасын анықтау
4-5 г фосфогипсты дәлдігі 0,001г болатын аналитикалық таразыда өлшеп, көлемі 500мл болатын өлшегіш колбаға салады. Өлшемеге 400 мл су құйып дереу араластырады, камок болмас үшін. Колбаны тығынмен жауып араластырғыш аппаратқа орнатады. 30 мин өткеннен кейін колбадағыны сызығына дейін жеткізеді, құрғақ фильтр"белая лента"арқылы құрғақ ыдысқа фильтірлейді, фильтраттын бірінші порциясын ескермейді.
1 мл фильтрат алып оны 100мл өлшегіш колбаға құяды. Ерітіндіге 2 мл тұз қышқылынын ерітіндісін (20% HСl) және 15 - 20 мл су құяды, 5 - 10 мин қайнатады. Суытып 50 мл су құяды, сосын 25 мл Г ерітіндісін қосып,белгісіне дейін су құяды,араластырып кейін анализдейді және P2O5 ортақ формасы бойыншаесептейді.
P2O5 бос формасын анықтау үшін, P2O5 сумен алынған фильтратынын 50 мл пипеткамен конусты колбаға құяды, 100 - 150 мл сумен сұйылтады 3 - 5 тамшы метиоранж тамызып 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылт түстен сары түске ауысқанға дейін титірлейді. P2O5 бос құрамын келесі формуламен есептейді:
P2O5 своб = (45)
мұнда, V1 - титірлеуге кеткен 0,1M NaOH ерітіндісінін көлемі, мл;
m - фосфогипс өлшемесінін массасы, г;
0,0071 - P2O5 массасы, 1 мл 0,1 M NaOH ерітіндісіне сәйкес, г/дм[3];
500 - P2O5 сумен алған кездегіерітіндінін ортақ көлемі, мл;
50 - титірлеуге алынған анализденетін ерітінді көлемі, мл.
+ фосфорқышқылында және шайылған судағы P2O5 құрамы.
4-5 г фосфор қышқылын немесе суды аналитикалық таразыда 0,001г дәлдікте өлшейді және 250мл көлемді өлшегіш колбаға құяды.Ерітіндіні дистиллденген сумен белгісіне дейін жеткізіп сұйылтады, араластырып фильтрлейді. Бірінші жағдайда 1 мл фильтрат және екінші жағдайда 2 мл фильтрат алып 100мл көлемдегі өлшегіш колбаға құяды, 2 мл 20%-тік HСl ерітіндісін құяды. 5-10 минут қыздырады. 50 мл су және 25мл Г ерітіндісін құйып, белгісіне дейін сумен жеткізіп, 30 минуттан соң фотоколлориметрде салыстырмалы ерітіндімен салыстыра отырып, оптикалық тығыздығын анықтайды. Ары қарай фосфогипстегі P2O5жалпы анықтағандай жасаймыз.
4.4 Көлемдік әдіспен фильтрат құрамындағы фосфор және күкірт қышқылы мөлшерін анықтау
Фосфор қышқылын алудағы экстракциялық әдісте сұйық фазада күкірт қышқылының белгілі бір мөлшері болған кезде процесс аяқталады. Ол жетіспегенде фосфор қышқылы фосфаттың бірнеше мөлшерін кальций дигидрофосфатының түзілуімен ерітіп жібереді.
Фосфор қышқылы мен кальций дигидрофосфатының мөлшерін көлемдік әдіспен анықтауда бірінші, метилоранж қатысында, кейін фенолфталеин қатысында күйдіргіш натрмен титрлейді.
Бірінші күкірт қышқылының екі сутегінде және фосфор қышқылының бір ионын титрлеу реакциясы келесідей:
2H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O (46)
H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O (47)
Екінші фосфор қышқылының екінші сутек ионын және бір кальций фосфатын ауыстыратын ионды титрлейміз:
NaH2PO4+NaOH=Na2HPO4+H2O (48)
Ca(H2PO4)2+2NaOH=CaHPO4+Na2HPO4+2H2O (49)
Анализдің жүруі. Фильтрлеуден алынған қышқыл ерітіндіден пипеткамен 25млалып, 250-300 млкөлемді конусты колбаға құйып, 2-3 тамшы метилоранж тамызып, 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылттан сары түске дейін ауысқанша титрлейміз. Содан соң ерітіндіге 1-2 тамшы фенолфталеин тамызып 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылт түс пайда болғанша титрлейміз.
Екінші титрлеуге кеткен NaOH ерітіндісінің көлемін белгілейміз. Егер а>в болса, онда ерітіндіде күкірт және фосфор қышқылы бар деген сөз. Олардың мөлшерін келесі формуламен табуға болады:
(50)
(51)
мұндағы g - анализ үшін алынған фильтрат массасы, г
Егер а<в болса, онда ерітіндіге фосфор қышқылы мен кальций дигидрофосфаты қатысады. Оның мөлшерін келесі формуламен табады:
(52)
(53)
5 ПРОЦЕСТІҢ НЕГІЗГІ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ КӨРСЕТКІШТЕРІН ЕСЕПТЕУ
5.1 P2O5ерітіндіге өту коэффициенті(Kөту), %:
Kөту = (54)
мұндағы P2O5жалпы, P2O5сулы, P2O5фосф - ылғалды фосфоргипсте және фосфориттегі жалпы және суда еритін формаларының проценттік мөлшері;
Г - гипстік сан - бірлік фосфат шикізатынан алынған фосфогипс массасы.
5.2 Фотогипстің жуылу фосфогипстің суда еритін P2O5 (фосфор қышқылына) дәрежесін көрсететін эффектісінің коэффициенті (Котм), %:
Котм = (55)
мұндағыP2O5сулы - фосфогипстағы суда еритін P2O5мөлшері
P2O5фосф - фосфориттегі P2O5 мөлшері.
5.3Қорытынды шикізаттан фосфор қышқылына P2O5өту дәрежесін сипаттайтын технологиялық шығу коэффициенті (Кшығу), процентпен.
Кшығу= (56)
5.4 Фильтрлеу өнімділігі, кг/(м2сағ):
(57)
мұндағыm - фильтрат немесе тұнба массасы, г
D - фильтрлеу ауданы (воронка), м[2]
- фильтрлеу уақыты, мин.
Технологиялық есептеу қорытындысын 1-3кестеге енгіземіз.
Кесте 1 - Қорытынды реагенттердің құрамы
Фосфатты шикізат
Күкірт қышқылы
Сұйытылған ерітінді
Шығын, г
құрамы, %
Шығын, г
Концентрация, %
Норма, % от стех.
Шығын, г
P2O5,
%
P2O5
CaO
F
CO2
H2O
Процестің технологиялық көрсеткіштері
Гипс саны Г=..., Ж:Т=..., экстракциятемпературасы...[0]С, уақыт ...сағат .
Кесте 2 - процестің технологиялық көрсеткіштері
Өнім массасы, г
Өнімдегі P2O5 мөлшері, %
Кизв
Котм
Квых
G,
кг/
м[2]ч
Фосфо
гипс
ылғалды
Фосфогипс
құрғақ
Фильтрат
жуу суы
Фосфогипс
ЭФК
жуу суы
жалпы
түбінде
бос
Кесте 3 - экстрационды пульпа сұйық фазасының уақыт бойынша құрамының өзгеруі
Үлгі таңдау уақыты
(тәжірибе басынан), мин
Сұйық фаза құрамы, %
H3PO4
H2SO4
Ca(H2PO4)2
3 кесте бойынша сұйық фазадағы күкірт және фосфор қышқылының уақытқа байланысты мөлшерінің қатысында график тұрғызамыз. Жұмыс аяқталған соң әдебиеттердегі мәліметтермен салыстырамыз.
БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ
1. Фосфор қышқылын алуда қандай шикізат пайдаланылады?
2. ЭФК алу режимі, олар қалай ажыратылады.
3. Фотогипс құрамы қандай және оны қалай есептейміз?
4. Гипс саны дегеніміз не?
5. Күкірт қышқылы және фосфатты шикізатты сұйылтылған ертітіндісі шығыны қалай есептеледі?
6. Жұмыс жүргізу тәртібі қандай?
7. Ажырату коэффициенті қалай есептеледі және нені білдіреді?
8. Фосфатты шикізатты ажырату дәрежесі қандай факторға тәуелді?
9. Өнімді фосфор қышқылындағы фосфор және күкірт қышқылының мөлшерін қалай анықтаймыз?
10. Жуу коэффициентінің методикасы мен мәні.
11. Экстракция процесіндегі сұйытылған ерітінді мен циркуляцияланған пульпаның рөлі.
12. Шикізатты ажырату және монокальций фосфатының кристаллизациясын қалай бөлуге болады?
13. Кальций сульфатының кристаллының габитусы қандай факторға байланысты?
14. Фосфатты шикізат құрамындағы қоспалар ЭФК алудың технологиялық процесіне қалай ісер етеді?
15. Технологиялық шығу коэффициентін қалай есептейді?
16. Филтрлеу өнімділігін қалай есептейді?
17. Фосфогипсті жуу схемасының мәні.
18. ЭФК алудағы жартылай гидратты және дигидратты әдістің салыстырмалы мінездемесі.
19. Фосфор қышқылды суспензияны бөлетін вакуум - фильтрдің әсері және түрі.
20. Фосфогипстегі Р2O5 жалпы, Р2O5су., Р2O5 бос анықтау әдістемесі.
Зертханалық жұмыс № 4 Күйдіргіш натрийді химиялық әдіспен алу
ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: Каустикалық сода алудағы (натрийгидроксиді) натрий карбонатының әктаспенерітіндісінің каустификация процесін үйрену.
* ЖАЛПЫ ЕРЕЖЕ
Натрий гидроксидін (техникалық атауы - каустикалық сода) екі әдіспен алады: электрохимиялық және химиялық. Химиялық әдіс модификациясында екі тәсіл жақсы таралған: әктасты және ферритті. Олар бір бірінен тек қана сілті - натрий гидроксидінің ерітіндісінің сұйылтылу процесімен ажыратылады. Электрохимиялық және химиялық әдіспен алынаған сілті концентрациясы мөлшермен бірдей.
Негізгі натрий гидроксидінің мөлшерін әктасты әдіс арқылы табады. Әктасты әдіс араластырып қыздырғанда 18 - 20%-ті натрий карбонаты ерітіндісінің (техникалық атауы - кальцинирленген сода) кальций оксидімен (немесе сөндірілмеген әк) әрекеттесуі. Бұл процесс каустификация деп аталады. Натрий гидроксидінің атауы - каустическая содаосыдан шыққын.
Каустификация процесінің теориялық негізі
Сулы ерітіндіде кальций оксиді кальций гидроксидіне (1) айналады. Одан кейін натрий карбонатымен әрекеттесіп, натрий гидроксидін (2) түзеді.:
CaO+H2O=Ca(OH)2; (1)
Ca(OH)2+Na2CO3<═> 2NaOH+CaCO3↓. (2)
(2) реакция - натрий гидроксиді түзілу реакциясы қайтымды, және белгілі бір жағдайда тепе - теңдік орнайды. Тепе - теңдік жағдайы компонент концентрациясына және ерітінді температурасына байланысты.
Тепе - теңдік жағдайының концентрацияменбайланысы
(2) реакция тепе - теңдік жағдайы ерітіндідегі ОН - және СО3 ион концентрациясының қатынасымен немесе кальций гидроксиді мен кальций карбонатының ерігіштіктерінің қатынасымен және тепе - теңдік константасымен анықталады:
Егер реакция теңдеуің иондық түрде жазатын болсақ:
3
Ca(OH)2 + СО2- <--> CaCO3↓ + 2ОН[-]
Онда тепе-теңдік константасы мына түрде жазуға болады:
Себебі карбонат және кальций гидроксидінің конценрациясы толық анықталған екеуі де қатты фазада практикалық түрде тұрақты, сондықтан оларға тепе-теңдік константасын жазуға болады.
Алынған теңдеуден СО32- ионының концентрациясын азайтсақ, бастапқы ерітіндідегі натрий карбонатаның да концентрациясының азайғанын байқаймыз, яғни тепе-теңдік константасы улкейеді.
Егер гидроксид ионының[OH-]концентрациясын арттыратын болсақ, тепе-теңдік константасы да артады. Сондықтан реакция үшін кальций гидроксидінің (анығы:СаО2-) стехиометриялық мөлшерінен 10% артық мөлшерде алады. Ерігіштік туындыларына сәйкес Ca(OH)2 және CaCO3әрекеттестіру арқылы,[OH-]и[CO3] иондарының концентрациясын теңестіреміз.
ПРCa(OH)2 = [Ca2+][OH-]2
ПРCaCO3 = [Ca2+][CO2-]
тепе-теңдік константасының мәнін табамыз:К′:
K`= ПРCa(OH)2ПРCaCO3
Бұл теңдеудің нәтижесінен байқайтынымыз, тепе-теңдік константасы кальций гидроксиді мен кальций карбонатының осы жағдайдағы ерігіштік арақатынасын анықтайды.
Бастапқы шикізаттың толық өнімге айналуын каустификация α дәрежесімен де анықтауға болады.
Төмендегі кестеде экспериментальды көрсеткіштер көрсетілген:
[OH-] және [CO3-]-тің тепе теңдік константасын сипаттайтын мәндері және тепе-теңдік константасыныңК′мәні, NaCO3 мен NaOH-нің 80°С айналу дәрежесі (α):
С˚эк(Na2СO3),
моль/дм3
Эквиваленттік тепе-теңдікконцентрациясы,моль/дм3
К′
α,%
[OH - ]
[CO2 - ]
3
5,375
4,340
0,518
36,4
80,7
5,125
4,220
0,408
43,6
82,3
4,900
4,095
0,343
48,9
83,6
3,842
3,444
0,199
59,6
89,6
3,073
2,903
0,085
99,1
94,5
2,045
1,982
0,032
122,8
96,9
Берілген таблицадан көріп тұрғандарыңыздай, бастапқы ерітіндідегі натрий карбонатының концентрациясы өскен сайын, каустификация дәрежесі де өседі. Онымен қоса тепе теңдік константасы да артады.
Тепе теңдік константасының температураға тәуелділігі
Жоғарғы температурада кальций гидроксидінің ерігіштігі суда төмендейді. (100гсуда 20°С-та 0,148г және 100°С-та 0,077г), демек ерітіндідегі гидроксид ионының концентрациясы да азаяды.
Температура әсерінен реакция тепе теңдігі солға ауысады және натрий гидроксидінің шығуы баяулайды. Әр түрлі температурада тепе теңдік константасын есептеу мәні, алынған бастапқы ерітіндідегі калций гидроксиді мен карбонатының толық электротиттік диссоциациясы (кальций карбонатының гидролизы) натрий карбонатының натрий гидроксидіне толық айналуы төменгі температурада іске асатынын көрсетеді. 20°С температурада тепе теңдік константасы 2100-ге, сол уақытта 100°С-та К′=90ғана көрсетеді. NaCO3-тің NaOH-қа толық айналуы үшін 15 - 20°С температура жеткілікті екенін көрсетеді. Алайда практикада каустификация процессін жоғары температурада (80 - 100°С) жүргізеді. Оны былай түсіндіреді, біріншіден, температура жоғарылаған сайын, әрекеттестін заттардың әрекеттесу жылдамдығы өседі. Екіншіден, кальций карбонаты мен ерімейтін тұнбадан тұратын қосылыстың тұтқырлығы төмендеуінен, тұнбаның түсу жылдамдығы жоғарылайды. Сонымен қоса, 80°С төмен температурада, натрий гидроксидінің белгілі бір мөлшерін адсорбциялайды және кальций карбонатының жұқа дисперсті тұнбасы түзіледі,
Каустификация процессінің жылдамдығы: алынған ерітінінің сапасы мен саны көп нәрсеге байланысты - оның құрамы, бөлшектерінің размерлеріне, қыздыру жағдайы мен бастапқы шикізаттың құрамындағы басқа да қосылыстар. Практикада каустификацияны 80°С-та 10 - 15%-тік натрий карбонатымен жүргізеді. Каустификация дәрежесін 90% ке жеткізіп, 100-120 г/дм3 нат рий гидроксидін алады. Стехиометриялық мөлшерімен салыстырғанда 10%-тік кальций оксидін алады. Алынған ерітіндіні қайта өңдеу натрий гидроксидін концентрлеу, буландыру мен кристаллизация арқылы бекітіледі.
* ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬДЫ БӨЛІМ
2.1. ПРИБОРЛАР МЕН РЕАКТИВТЕР
Қондырғылар: технохимиялық таразы, натрий карбонатының каустификациясына арналған құрылғы, көлемі 250см3 өлшеуіш цилиндр, көлемі 10 см3кең түпті пипетка; 100 см3конустыколба; химиялық воронка, электроплитка, термометр, фильтрлі қағаз.
Реактивтар: натрий карбонаты (крис) немесе 10%-тік ерітіндісі (тығыздығы 1,103г/см3); калций оксиді (крист.).
+ ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ
Лабораториялық қондырғыны суретте көрсетілгендей етіп жинау.
Гаситель - каустификатор 1 өзіне трёхгорлую шар тәрізді колбаны біріктіреді. Ортаңғы мойынына механикалық бұлғауышты (мешалка) орнатады 2, біреуінің қабырғасына термометрді 3, басқасына химиялық воронканы орнатады. Каустификаторды электроплиткаға жалғанаған 5, баняға жылжытады 4.
10 - 20%-тік ерітіндіге қажетті натрий карбонатынының мөлшерін есептейді (оқытушының тапсырмасы бойынша), ол үшін натрий карбонатын техникалық таразыда өлшеп алып, қажетті мөлшерде су құйып ерітеді. Кей жағдайда лабораториядағы дайын 10%-тік ерітіндіні қолданады.
Каустификаторға воронка арқылы цилиндрге дайындалған натрий карбонатын құяды, оны су моншасында қыздырып, ЛАТР арқылы айналу жылдамдығын 60 айн/мин келтіреді.
Натрий карбонат ерітіндісін күйдіруге арналған лабораториялық қондырғы:
1 - өшіруші - күйдіргіш (каустификатор); 2 - механикалық араластырғыш піскек; 3 - термометр; 4 - су моншасы; 5 - электрлі плитка
Реакциялар теңдеулері бойынша (1) және (2) реакторға жүктелген (тиелген) натрий карбонатының мөлшерін күйдіруге арналған техникалық кальций қышқылының мөлшерін есептейді. Есептеуде техникалық қышқылдағы негізгі комонентті 80 % деп, ал тәжірибе үшін кальций қышқылын 10% артық алады. Кальций қышқылының есептелген мөлшерін өлшейді.
Оқытуышының тапсырмасы бойынша алынған температураға (50 - 90 - С) қол жеткізгеннен кейін колбаның бүйіріндегі мойыны арқылы кальций қышқылын аз бөліктермен (порциялармен) жүктейді (тиейді).
Тиеу (жүктеу) әр 2 - 3 минут сайын бірдей бөліктермен (порциялармен) іске асады.
Тәжірибенің басталу уақытын кальций қышқылының бірінші бөлігін (порциясын) тиеу кезінен бастап белгілейді. Күйдіруді (каустификацияны) 1,5 - 2 сағат жүргізеді. Кальций қышқылының барлық бөліктерін (порцияларын) тиеп болғаннан кейін, әр 15 минут сайын талдау жасауға суспензия
сынамаларын (проба) алып отырады.
Сынамаларды колбаның бүйіріндегі мойын арқылы кең ұшты тамызғыштың көмегімен алады, ол үшін араластырғышты алдын - ала өшіреді. Көлемі шамамен 30 см3 болатын суспензия сынамасын сыйымдылығы 100 см3 конус пішінді колбада орналасқан қағазды сүзгіші (фильтрі) бар құйғышқа көшіреді (салады).
Сусүзбені, яғни сүзгіден өткізілген және тазартылған сұйықтықты оның құрамында карбонат пен натрий гидро қышқылының бар жоқтығына талдау жасайды. Көрсетілген уақыт өтісімен, жүйеде динамикалық тепе-теңдік орнатылады, ал ерітіндіде компоненттердің қоюлануы өзгермейді.
Күйдіру (каустификация) деңгейі α (%) мына формуламен анықталады:
Сэк(NaOH)
2 3
Сэк(Na CO )
100 ,
мұндағы Сэк(NaOH) - уақыттың кез - келген сәтіндегі натрий гидро қышқылы ерітіндісінің эквиваленттік қоюлану деңгейі, моль/дм3; С-эк(Na2СO3) - натрий карбонатының бастапқы ерітіндісіні күйдіргенге (каустификацияға) дейінгі эквиваленттік қоюлануы, моль/дм3.
Тәжірибе нәтижесі кесте түрінде жасалынады.
Жұмыс нәтижесі
Уақыт
τ, мин
Температура
t, -С
Ерітінді құрамы Сэк, моль/дм3
Күйдіру деңгейі
α, %
Сэк(NaOH)
Сэк(Na2CO3)
0
15
30
...
Алынған деректер бойынша күйдіру деңгейінің бектклген температурадағы тәжірибе ұзақтығына тәуелділігі туралы кесте (график) жасалынады. Жұмыс бойынша қорытынды жасалынады.
2. ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ
Лабораториялық жұмыстар жүргізген кезде қауіпсіздік техникасының нұсқауында көрсетілген химиялық лабораторияларда жұмыс істеудің жалпы ережелерін сақтау керек.
Натрий гидро қышқылының сулы ерітіндісімен (сілті) істелетін жұмыстарға ерекше назар аударған жөн, себебі ол концентрацияға тәуелсіз, улы (күйдіргіш) және көпіргіш болып келеді.
Көзге немесе теріге түскен сілті ауыр күйікке әкеп соғады.
Жұмыста қолданылатын кальций қышқылы - ауада тозаңданатын, үгітілген гигроскопиялық ұнтақ. Әктің тозаңын немесе соданы жұту шырышты қабыққа тітіркендіргіш әсер етіп, жөтел туғызады. Кальций қышқылының сумен өзара әрекеттесуі жылудың көп мөлшерде шығуымен іске асады. Сұйықтықтың қайнауын және күйдіргіштен ерітіндінің шығуын болдырмау үшін құрғақ химиялық құйғыштың көмегімен кальций қышқылын реакторға аз бөліктермен (порциялармен) салу керек. Лабораторияда тек халатпен жұмыс істеуге рұқсат етіледі, қажет болса, қорғанудың жекелеген тәсілдерін пайдалануға болады. Жұмыс жүргізуге қауіпсіздік техникасының нұсқауларынан өткен студенттер жіберіледі.
* БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ
* Натрий гидро қышқылын алудағы ферритті әдіс негізінде жатқан реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Осы реакциялардың өту (ағу) шарттарын атаңыз.
* Натрий гидро қышқылын алудағы әктас әдісінің негізінде жатқан реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Мақсатты өнімнің шығуына ықпал ететін шарттарды атаңыз.
* Өшіруші-күйдіргішке (каустификатор) берілетін ерітіндінің құрамында 60 н. д. натрий карбонаты және 20 н. д. н натрий гидро қышқылы бар. Ерітіндінің тығыздығы 1,15 кг/дм3. Компоненттер концентрациясын (моль эк.)/дм3, г/дм3, % (масс.н) - да көрсетіңіз.
Жауабы: (моль эк.)/дм3, г/дм3, % (масс.).
* 1 т күйдіргіш содасына 10,6 м3 сода ерітіндісі қажет.
Ондағы натрий карбонатының құрамы 60 н. д. 1 т күйдіргіш содасын шығаруға (өндіруге) қажетті құрғақ натрий карбонатының шығынын анықтаңыз.
Жауабы: 1685,4 кг.
* Егер әктің құрамындағы белсенді кальций қышқылы 85 %-дан асса, ал күйдіргіштің (каустификациның) ең жоғары (максималды) деңгейі 74,5 % құраса, 1 т 92% күйдіргіш содасын өндіру үшін қажетті сөндірілмеген техникалық әктің шығынын анықтаңыз. Артық әкті стехиометриялық мөлшерге қарсы есептегенде 5 % деп алыңыз. Сода ерітіндісіндегі натрий карбонаты мен натрий гидро қышқылының құрамы 60 және 20 н. д. о. құрайды.
Жауабы: 1067,82 кг.
4 Білімалушылардың өздік жұмыстары
4.1 Өндіріс катализатоларына қойылатын негізгі талаптар. Қасиеттері. Катализато белсенділігін анықтаушы жалпы факторлар. Контакталық массалардың құрамы. Тасымалдаушы, активаторлар, олардың ролі. Контакталық улар. Улану механизмі.
4.2 Дайындалу әдісі бойынша катализаторлардың жіктелуі. Катализаторлар өндірісінің негізгі әдістері: тұндыру, сіңдіру, араластыру, балқыту, цеоилт негізінде және т.б. Өндіріс кезеңдері.
4.3 Экстракциялық фосфор қышқылының комбинирленген алу тәсілдері.
4.4 Каустикалық сода өндірісі материалдық балансының есебі.
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz