«Технологія зв’язаного азоту та мінеральних кислот»

ВСТУП.

1. Характеристика продуктів зв’язаного азоту та мінеральних кислот.
2. Значення зв’язаного азоту. Біологічний та технічний методи фіксації атмосферного азоту.
3. Властивості азоту та його сполук. Історія розвитку технологій.

Розділ 1. Високотемпературна фіксація азоту атмосфери.

1. Дуговий метод.
2. Нові напрямки зв’язування атмосферного азоту.

Розділ  2. Технологія ціанаміду кальцію.

1. Стадії технології. Одержання карбіду кальцію.
2. Теоретичні основи технології ціанаміду кальцію.
3. Технологічна схема та основне обладнання технології.

Розділ 3. Технологія одержання азоту, кисню і рідких газів методом глибокого охолодження.

Тема 1. Принципи скраплення газів. Термодинамічні основи скраплення газів.

1. Ізоентальпний та ізоентропний процеси розширення газів.
2. Цикли глибокого охолодження.

Тема 2. Цикли розділення повітря

1. Рівновага рідина-пар у системі азот-кисень.
2. Закономірності конденсації і фракційного випарювання повітря.

Тема 3. Установка для одержання азоту.

1. Кисневі установки. Конструкція апаратів.
2. Виділення фракцій рідких газів: аргону, криптону, ксенону, неону, гелію.

Розділ 4. Технологія виробництва водню й азотоводневої суміші методом глибокого охолодження.

Тема 1. Одержання технологічних газів.

1. Воденьвмісні технологічні гази.
2. Теорія процесів розділення коксового газу.
3. Розподілення компонентів коксового газу за фракціями.

Тема 2. Технологічні схеми вилучення водню.

1. Використання процесів ізоентальпного та ізоентропного розширення газів.
2. Конструкція обладнання.

Розділ 5.  Хімічні способи одержання водню й азотоводневої суміші.

Тема 1. Основи конверсії природного газу.

1. Теорія конверсії природного газу парами води, вуглекислотою, киснем, сумішшю різних окислювачів.
2. Рівновага та кінетика реакції.
3. Каталізатори.

Тема 2. Конверсія оксиду вуглецю (II) водяною парою.

1. Рівновага реакції конверсії.
2. Вплив температури, тиску і надлишку пара на ступінь конверсії оксиду вуглецю (II).
3. Каталізатори, отрути. Кінетика реакції.

Тема 3. Технологічні схеми конверсії природного газу й оксиду вуглецю (II).

1. Технологічні схеми виробництва водню для одержання 1360-1500 т на добу аміаку.
2. Основне технологічне устаткування.
3. Обслуговування установок. Видаткові коефіцієнти.

Розділ 6.  Газифікація твердого палива.

Тема 1. Фізико-хімічні основи процесів.

1. Рівноважний склад газової фази.
2. Якісна і кількісна характеристика твердого палива.
3. Методи газифікації.

Тема 2. Сучасні газогенераторні процеси.

1. Основні сучасні промислові процеси газифікації твердих палив.
2. Процеси Лургі, Вінклера, Копперса-Тотцека, їхні характеристики

Розділ 7.    Виробництво водню електролізом води.

Тема 1. Теоретичні основи електролітичного розкладання води.

1. Розрахунок теоретичної напруги.
2. Визначення оптимальної концентрації електроліту і температури процесу електролізу.
3. Матеріали для анода, катода і діафрагми.
4. Підхід до визначення оптимального ККД електролітичної ванни.

Тема 2. Ванни з моно- і біполярними електродами

1. Конструкція обладнання, розміри.
2. Очищення води. Виділення важкої води.
3. Загальна схема електролітичного виробництва водню.

Розділ 8.  Технологія виробництва синтетичного аміаку.

Тема 1. Рівновага реакції синтезу аміаку.

1. Вплив тиску, температури, співвідношення азоту і водню, домішок – метану й аргону на вихід аміаку.
2. Фактори, що визначають проведення процесу при підвищених температурах.
3. Каталізатори, їх склад, умови приготування і відновлення. Відновлення каталізаторів у колоні і попередньо поза колоною. Каталітичні отрути.

Тема 2. Методи виділення аміаку з газу.

1. Вплив тиску і температури на ступінь конденсації аміаку.
2. Розчинність газів у рідкому аміаку.
3. Класифікація систем синтезу аміаку по величині тиску.
4. Конструкція колон синтезу аміаку.

Тема 3. Схеми установок синтезу аміаку.

1. Збереження і транспорт аміаку.
2. Питання проектування агрегатів великої потужності.
3. Перспективи розвитку виробництва синтетичного аміаку.

Розділ 9. Технологія виробництва неконцентрованої азотної кислоти контактним окислюванням аміаку.

Тема 1. Дослідження С.Кюльмана, Б.Освальда і І.І. Андрєєва по контактному окиснюванню аміаку.

1. Хімізм процесу.
2. Необхідність використання каталізатора виборчої дії. Застосовувані каталізатори, їх склад і форма. Отруєння каталізаторів. Очищення повітря й аміаку.
3. Оптимальна концентрація аміаку і її визначення. Окислювання аміаку киснем і  повітрям, збагаченого киснем.
4. Температурний режим. Умови його підтримки. Утрати каталізатора і шляхи їхнього зменшення.

Тема 2. Властивості оксидів азоту.

1. Рівновага реакції утворення NO2, N2O4 і N2O3.
2. Кінетика процесів.
3. Взаємодія оксидів азоту з водними розчинами азотної кислоти.
4. Рівновага і кінетика процесів.
5. Вплив температури, тиску і концентрації оксидів азоту на швидкість реакції і концентрацію продукційної кислоти.

Тема 3. Абсорбція оксидів азоту.

1. Конструкція абсорбційних колон.
2. Схеми виробництва азотної кислоти під атмосферним тиском, під тиском і комбінованим тиском. Порівняльна характеристика різних систем одержання азотної кислоти.
3. Методи зниження витрати енергії в системах, що працюють під тиском.

Розділ 10.  Технологія виробництва концентрованої азотної кислоти.

Тема 1. Властивості концентрованої азотної кислоти.

1. Склад потрійних сумішей: азотна кислота-сірчана кислота-вода й азотна кислота- нітрат магнію-вода.
2. Склад парової фази над потрійними сумішами.
3. Технологія концентрування азотної кислоти за допомогою сірчаної кислоти і нітрату магнію.

Тема 2. Умови виробництва концентрованої азотної кислоти методом прямого синтезу безпосередньо з оксидів азоту.

1. Виділення з газу надлишкової реакційної води.
2. Окислювання оксиду азоту (II) киснем і концентрованою азотною кислотою.
3. Відбілювання концентрованої азотної кислоти від оксидів азоту.
4. Конденсація оксидів азоту.
5. Автоклавний процес.
6. Кінетика процесу взаємодії рідких окислів азоту з водяними розчинами азотної кислоти з одержанням концентрованої азотної кислоти.
7. Конструкція апаратів для одержання концентрованої азотної кислоти.

Розділ 11.  Технологія одержання синильної кислоти.

1. Застосування синильної кислоти в промисловому виробництві.
2. Умови одержання ціаністого водню з аміаку і метану.
3. Вплив температури, співвідношення компонентів на вихід ціаністого водню і на швидкість реакції на платиновому каталізаторі.
4. Виділення ціаністого водню з газів.
5. Схеми виробництва. Охорона праці й екологія. Шляхи переробки синильної кислоти.

1. Розрахунок рівноважного складу газів реакцій одержання NO дуговим методом.
2. Розрахунок видаткових коефіцієнтів у виробництві CaCN₂
3. Розрахунок ізоентропного і ізоентальпного ефектів у технології одержання N₂ і O₂ криогенним методом. Визначення тепла, холоду, температури. Розрахунок складу парової і рідкої фази.
4. Розрахунок ізоентропного і ізоентальпного ефектів у технології одержання N₂ і Н₂ криогенним методом із коксового газу.
5. Складання і розрахунок матеріальних балансів хіміко-технологічних процесів (конверсія CH₄ і CO, окиснювання NH₃).
6. Розрахунок видаткових коефіцієнтів газифікації твердого палива
7. Розрахунок основних фізико-хімічних характеристик процесу виробництва водню.
8. Розрахунок рівноважного складу газів реакцій синтезу NH₃, конверсії CO і CH₄, і ін.
9. Розрахунок основних фізико-хімічних характеристик кислот (густина, теплота утворення і розведення, тиск парів кислоти), технологічних параметрів процесу.
10. Розрахунок кінетичних параметрів процесу абсорбції (коефіцієнт абсорбції, швидкість, загальний тиск).

1. Методи фіксації атмосферного азоту та їх характеристика. Технічні методи: дуговий, ціанамідний та аміачний, їх характеристика.
2. Схема виробництва концентрованої азотної кислоти із нітрозних газів, одержаних окисненням аміаку під атмосферним тиском.
3. Характеристика колон синтезу аміаку, їх конструкція, методи підтримування постійної температури в колоні.
4. Високотемпературна фіксація атмосферного азоту. Дуговий метод: рівновага, співвідношення азоту та кисню, вплив температури та тиску на вихід оксиду азоту, швидкість прямої та зворотної реакції. Методи загартування продуктів реакції.
5. Принципова схема технології синильної кислоти. Конструкція контактного апарату.
6. Каталізатори реакції конверсії СН₄. Характеристика, склад, спосіб приготування, отруєння. Методи відновлення каталізаторів.
7. Технологія виробництва ціанаміду кальцію. Стадія одержання карбіду кальцію, температура процесу, вплив чистоти початкових речовин на вихід карбіду кальцію. Стадія азотування карбіду кальцію, вплив температури на вихід ціанаміду кальцію та швидкість реакції.
8. Схема установки виробництва азотної кислоти під єдиним тиском 0,716 МПа. Характеристика контактного апарату.
9. Каталізатори конверсії СО. Склад, характеристика, приготування, отруєння.
10. Теоретичні основи зрідження газів. Ізоентальпний та ізоентропний методи розширення повітря. Диферемційний ефект Джоуля-Томсона.
11. Технологічна схема виробництва азотної кислоти АК-72. Характеристика абсорбційної колони.
12. Каталізатори синтезу аміаку, їх склад,умови приготування , відновлення. Каталітичні отрути.
13. Цикли охолодження та зрідження повітря. Простий цикл Лінде, розрахунок холодопотужності, кількість рідкого повітря та питомих витрат енергії. Принципова схема простого циклу Лінде.
14. Конструкція контактних апаратів у процесах конверсії СН₄ та СО, їх характеристика, умови роботи.
15. Принципова схема виробництва НСN. Техніка безпеки, охорона довкілля.
16. Цикли глибокого охолодження Капіци та Клода. Принципова схема, знаходження кількості рідкого повітря, діаграми Т-S.
17. Каталізатори конверсії метану та оксиду вуглецю (II), синтезу аміаку та окиснення аміаку. Склад каталізаторів та методи приготування.
18. Принципова схема одержання інертних газів (аргон, криптон, ксенон, неон, гелій) методом  глибокого охолодження.
19. Закономірності фракційної конденсації та фракційного випарювання повітря. Характеристика колони подвійної ректифікації, принцип роботи, матеріал.
20. Принципова схема одержання азотної кислоти із азоту та кисню з допомогою плазми. Характеристика роботи плазмотрону.
21. Кінетика синтезу аміаку. Методи виділення аміаку із суміші газів. Вплив тиску й температури на ступінь конденсації аміаку.
22. Технологія виробництва водню та азотоводневої суміші методом глибокого охолодження. Одержання коксового газу, його склад, очищення від смоли, аміаку. бензолу, оксидів азоту. Теорія процесу розділення коксового газу, фракції. Метод фракційної конденсації.
23. Способи одержання розбавленої азотної кислоти, їх характеристика та економічність.
24. Газогенератори газифікації твердого палива Лургі, Вінклера, Копперса-Тотцека. Характеристика, оптимальні умови роботи.
25. Газифікація твердого палива. Фізико-хімічні основи процесу, рівноважний склад газової фази. Характеристика методів газифікації та сучасних газогенераторних процесів: Лургі, Вінклера, Копперса-Тотцека.
26. Конструкція контактних апаратів для синтезу аміаку і окиснення аміаку.
27. Способи розділення рідкого повітря. Методи очищення повітря від пилу, вологи, СО₂ та С₂Н₂.
28. Хімічні способи одержання водню та азото-водневої суміші. Конверсія природного газу, окиснювачі, каталізатори, рівноважний склад суміші, кінетика процесу.
29. Схема розділення повітря, що працює з двома тисками, проміжним охолодженням та використанням ізоентальпного ефекту розширення газів (Г – 6800).
30. Способи вилучення СО і СО₂ із синтез-газу. Хімізм процесів.
31. Конверсія оксиду вуглецю парою води, рівновага реакції, вплив температури, тиску, надлишку пари та ступінь конверсії. Каталізатори та їх отруєння.
32. Схеми колон одно- і двократної ректифікації рідкого повітря, принципи їх роботи, вибір конструкційного матеріалу.
33. Взаємодія оксидів азоту (NO₂, N₂O₄, N₂O₃) з водою. Хімізм, рівновага та кінетика процесів.
34. Основи очищення синтез-газу після конверсії від оксидів вуглецю. Характеристика способів, оптимальні умови очищення, залишкова концентрація оксидів вуглецю.
35. Схема 2-х ступеневої аміачної холодильної установки. Застосування.
36. Рівновага реакції синтезу аміаку. Вплив тиску, температури, співвідношення початкових компонентів на вихід аміаку.
37. Технологія одержання водню електролізом води. Теоретичні основи процесу, види електролітів, оптимальна концентрація та температура. Знаходження оптимального ККД електролітичної ванни. Характеристика ванн з моно- та біполярними електродами, їх конструкція, розміри.
38. Характеристика схем установок синтезу аміаку. Принципова схема виробництва аміаку потужністю 1360-1500 тон за добу.
39. Каталізатори окиснення аміаку і контактного окиснення суміші аміаку, метану киснем повітря. Характеристика, склад, одержання, отрути.
40. Технологія виробництва аміаку. Рівновага реакції, вплив тиску, температури, співвідношення азоту і водню, домішок на вихід аміаку. Каталізатори, їх склад, умови приготування та відновлення, отруєння каталізатора.
41. Схема зрідження повітря методом 2-х тисків з проміжним охолодженням. Діаграма Т-S.
42. Основні апарати та обладнання схеми виробництва концентрованої азотної кислоти методом прямого синтезу (автоклавний метод).
43. Технологія виробництва аміаку. Методи вилучення аміаку із суміші газів, вплив тиску і температури на ступінь конденсації аміаку. Розчинність газів у рідкому аміаку. Характеристика продувних та танкових газів.
44. Принципова схема установки для одержання концентрованої кислоти з допомогою її концентрування сірчаною кислотою.
45. Фізико-хімічні основи одержання коксового газу, його склад, характеристика. Методи виділення з коксового газу смоли, аміаку, бензолу, оксидів азоту.
46. Фізико-хімічні основи конверсії СО  водяною парою.  Рівновага  реакції. Вплив температури, тиску, співвідношення  компонентів  на  ступінь  конверсії.
47. Схема установки для концентрування азотної кислоти з допомогою нітрату магнію.
48. Ізоентропний та ізоентальпний процеси розширення газів, їх характеристика, знаходження диференційного ефекту.
49. Технологія виробництва розбавленої азотної кислоти. Контактне окиснення аміаку до оксидів азоту, хімізм процесу, температура, каталізатори, концентрація аміаку в повітряно-аміачній суміші, застосування кисню, вплив тиску на вихід оксиду азоту (II).
50. Схема синтезу аміаку потужністю 1360-1500 т/добу. Характеристика основного обладнання.
51. Характеристика циклів Лінде. Розрахунок холодопотужності, вихід рідкого повітря. Витрати енергії.
52. Технологія виробництва розбавленої азотної кислоти. Характеристика оксидів азоту, методи їх одержання, рівновага реакцій, вплив тиску та температури на вихід оксидів азоту.
53. Принципова схема установки синтезу аміаку середнього тиску потужністю 600 т/добу. Характеристика колони синтезу аміаку,  методи  підтримування температури.
54. Теоретичні основи зрідження газів. Принципові умови одержання низьких температур
55. Теоретичні основи поглинання оксидів азоту з метою одержання азотної кислоти. Хімізм процесів, вплив температури та тиску, умови розкладання азотистої кислоти. Методи знешкодження оксидів азоту в промислових умовах, їх характеристика.
56. Принципові схеми очищення синтез-газу від оксидів вуглецю МЕА та мідь-аміачними розчинами.
57. Каталізатори окиснення  аміаку  до  Характеристика, склад,  умови  приготування.  Отруєння.
58. Технологія виробництва концентрованої азотної кислоти методом прямого синтезу безпосередньо із оксидів азоту. Механізм процесу, вплив температури, тиску, співвідношення початкових компонентів на вихід кислоти.
59. Принципові схеми газогенераторних процесів по Віклеру, Копперсу-Тотцеку та Лургі, їх характеристика.
60. Основні апарати конверсії СН₄ парою  води  першої та другої ступені, характеристика, конструкція, принцип роботи.
61. Високотемпературна фіксація атмосферного  азоту.  Дуговий  метод.  Рівновага,  вплив температури,  співвідношення  компонентів,  тиску  на  вихід
62. Принципова схема розділення коксового газу (Г – 7500).
63. Хімізм, рівновага та кінетика реакції одержання NO₂, N₂O₄, N₂O₃.
64. Теоретичні основи окиснення  NO  киснем  повітря  та  концентрованою   азотною  кислотою..  Хімізм   процесів.
65. Принципова схема розділення повітря методом Капіци (АКт-16-2). Характеристика регенераторів.
66. Дуговий метод одержання оксидів азоту. Швидкість реакції утворення NO  з елементів та швидкість розпадання  оксиду азоту (II). Методи загартування продуктів реакції.
67. Характеристика хімічних способів одержання  водню  та  азотоводневої  суміші.  Хімізм  процесів.
68. Принципова схема установки розділення повітря (Г-6800). Колона ректифікації рідкого повітря, принцип роботи, вибір матеріалу.
69. Оптимальні умови  проведення  автоклавного  процесу  при виробництві  концентрованої  азотної  кислоти.  Температура,  співвідношення початкових  компонентів,  термін процесу.
70. Технологія одержання синильної кислоти. Характеристика способів, метод Андрусова. Вплив температури, співвідношення тиску на вихід ціанистого водню. Каталізатори процесу, зменшення безповоротних втрат, отруєння.
71. Принципова технологічна схема виробництва ціанаміду кальцію. Характеристика основного обладнання.
72. Конструкція контактних апаратів окиснення аміаку до NO у  виробництві  HNO₃.
73. Технологія виробництва концентрованої азотної кислоти за допомогою сірчаної кислоти та нітрату магнію. Властивості концентрованої азотної кислоти та використання.
74. Технологічна схема одержання синтез-газу в агрегаті синтезу аміаку потужністю 1360 -1500 т/добу. Характеристика основного обладнання конверсії метану та оксиду вуглецю (II).
75. Фізико-хімічні основи газифікації твердого палива, хімізм процесів, рівноважний склад.  Методи газифікації.

СКАЧАТЬ

1. Технологія зв’язаного азоту: Підручник / за ред. О.Я. Лобойка. – Харків: НТУ «ХПІ», 2007. – 536 с.
2. Методи розрахунків у технології неорганічних речовин (ч. Зв’язаний азот): Підручник / Лобойко О.Я., Товажнянський Л.Л., Слабун І.О. та ін. – Харків: НТУ «ХПІ», 2001. – 512 с.
3. Технология связанного азота (В.И. Атрощенко, А.М. Алексеев, А.П. Засорин и др.). Под ред.акад. АН УССР Атрощенко В.И. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1985. –327с.
4. Справочник азотчика. Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака. – 2-е изд. – М.: Химия, 1986. – 512с.
5. Справочник азотчика. Производство разбавленной и неконцентрированной азотной кислоты. Производство азотных удобрений. – 2-е изд., М.: Химия,1987. – 464с.
6. Атрощенко В.И., Каргин С.И., Технология азотной кислоты. М.: Химия, 1970. – 496с.
7.  Методы расчетов по технологии связанного азота / Под ред. акад. В.И. Атрощенко. – К.:  Вища школа, 1978. – 312с.
8. Гринь Г.І. Методичні вказівки по схемам виробництва в ТНР для підготовки бакалаврів. – Харків: НТУ «ХПІ», 2017. – 70 с.
9. Получение синильной кислоты по методу Андруссова / Г.И. Гринь, А.Я. Лобойко и др. – Харьков: Основа. 1999. – 368 с.