Реферат на тему:
"Аммиак: свойства, производство, использование".
Содержание
Введение 3
Экологические свойства аммиака 4
Аммиак, его обмен и роль в патологии 5
Отраслевой план действий по охране окружающей среды 6
Выбросы в атмосферный воздух 7
Образование и накопление твердых отходов 11
Строительство установок по переработке опасных отходов в регионах 17
Введение
Аммиак — низкокипящая жидкость. При острых отравлениях аммиаком появляется насморк, першение и боль в горле, слюнотечение, охриплость голоса, гиперемия слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз.
При тяжелых отравлениях появляется чувство оттеснения в груди, сильный приступобразный кашель, удушье, головная боль, боль в желудке, рвота, задержка мочи. Наступает резкое расстройство дыхания и кровообращения.
Первая помощь: при попадании в глаза аммиачных растворов следует немедленно промыть глаза проточной водой и закапать сульфидом натрия. При попадании на кожу немедленно следует смыть струей воды. При поражении кожи газообразным аммиаком нужно примочить 5% раствором уксусной или лимонной кислотой. После оказания первой помощи пострадавшего направить в медицинский пункт.
Аммиак применяется в промышленности в охладительных машинах (холодильниках), в медицине, в промышленности.
Экологические свойства аммиака
Аммиак – активное и "едкое" соединение (едкость кислот и щелочей проявляется в том, что большие количества ионов Н+ или ОН – разъедают живую ткань растений, животных и, естественно, человека; впрочем, неживую "ткань" они тоже разъедают). Однако если заменить в аммиаке один, два или все три атома водорода на органические радикалы, то "едкость" существенно снижается, а основные свойства остаются. Такие соединения выполняют в живой природе функции оснований.
Животные и человек используют уже приготовленные растениями азотсодержащие органические соединения, поэтому для нас с вами аммиак, безусловно, яд. При попадании на кожу концентрированный раствор аммиака вызывает химические ожоги, при вдыхании большого количества аммиака может наступить отек легких – реакция организма на вдыхание почти всех едких веществ.
Однако, как и многие другие яды, в малых дозах аммиак оказывает положительное влияние на организм: 10%-й раствор аммиака в воде используют в медицине для стимуляции дыхания (его не пьют, конечно, а просто дают понюхать), центральной нервной системы и т. п.
В больших количествах аммиак вреден и для растений. Но в небольших количествах он им необходим. Ведь без азота, и в частности без аммиака, не построить те органические соединения, которые потом превращаются в растительные белки, а в дальнейшем – в белки животных. Большим количествам газообразного аммиака растения противостоят по-разному. Некоторые стараются прекратить ему доступ внутрь (например, закрывают устьица на листьях). Другие растения перерабатывают аммиак с помощью соответствующих ферментов в нитрат-ионы, которые для растений не ядовиты, тем самым запасая ценный для своего развития элемент.
Аммиак, его обмен и роль в патологии
Характерными признаками аммиачного токсикоза является обычно повышение возбудимости, развития судорог, угнетения дыхательного центра. Малые дозы аммиака приводят к повышению условнорефлекторной возбудимости и ослаблению тормозного процесса. Большие дозы аммиака, наоборот, вызывают исчезновение условных рефлексов.
В последнее время установлен интересный факт зависимости токсичности аммиака от величины рН среды. При низких значениях рН аммиак обычно токсичен лишь в больших количествах, тогда как при более высокой рН среды гораздо меньшие дозы аммиака могут быть летальными. Чем ниже рН окружающей среды по сравнению с рН клетки, тем меньше проникает аммиаки в клетку, и наоборот.
Аммиак в организме может соединяться с солями магния и фосфора, образуя плохо растворимые соединения — трипельфосфат. Уменьшение концентрации ионов магния в тканях приводит к нарушению их функций.
Содержание АТФ в мозговой ткани в условиях аммиачного отраления снижается. При нарушениях функций печени содержание аммиака в крови увеличивается.
Отраслевой план действий по охране окружающей среды
Экологическая ситуация в отрасли основной органической и неорганической химии. В некоторых городах, где расположены только химические предприятия, средняя продолжительность жизни составляет около 45 лет, хотя непосредственные причины этого не вполне ясны.
Экологические проблемы отрасли непосредственно связаны с ее экономическими проблемами. Устаревшие технологии и оборудование не способствуют решению проблем загрязнения среды. Поэтому вложения в модернизацию промышленности напрямую связаны с улучшением экологической ситуации в отрасли. Недостаток таких вложений ведет к снижению спроса на продукцию и объема производства. Неэффективность производства и относительно большое количество отходов на единицу продукции уменьшают доходы, необходимые для инвестирования в природоохранные объекты.
Проблема недостатка инвестиций в химическую промышленность усугубляется тем, что большинство потенциальных инвесторов, особенно иностранных, боятся вкладывать деньги в химические предприятия, имеющие значительные объемы накопленных в прошлом отходов, без четкого определения обязательств по очистке территории. В России экологическая ответственность за прошлый ущерб — проблема нерешенная. Поэтому, в лучшем случае инвестиции идут в абсолютно новые производства на новых площадках, в худшем – от них отказываются.
Экологическая ситуация в отрасли основной органической и неорганической химии оценивается по-разному. В целом нельзя сказать, что ситуация так плоха, как об этом говорят некоторые средства массовой информации.
Выбросы в атмосферный воздух
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Источники загрязнений — теплоэлектростанции, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак; химические и цементные заводы. От предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в воздух в больших количествах поступают углеводороды, диоксид серы, оксиды азота, сероводород, аммиак, хлор, фенол, формальдегид, ацетон, бензол, толуол и другие вещества. Значительные потери углеводородов (CnHn) и других веществ на нефтеперерабатывающих и нефтехимических промышленных предприятиях, приводящие к загрязнению атмосферного воздуха, — свидетельство необходимости разработки и реализации мероприятий по снижению выбросов и выделений. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки,
Общее количество выбросов загрязняющих веществ (около 870 наименований) в атмосферный воздух предприятиями отрасли в 1995 году превысило 240 тыс. тонн или 1,29% всех промышленных выбросов в России. Из-за снижения производства объем выбросов с 1991 года сократился приблизительно на две трети. Большая часть этих выбросов приходится на углекислый газ, двуокись серы и окислы азота, а также аммиак и углеводороды при производстве азотных удобрений и в процессе органического синтеза. Объем выбросов жидких и газообразных вредных веществ в атмосферу в 1995 году составил 197,500 тонн или 84,4% всех выбросов отрасли в атмосферу.
Оксиды азота предприятия хлорной, содовой промышленности и промышленности органического синтеза выбрасывают без очистки. Значительная часть летучих органических соединений также выбрасывается без очистки.
Значительное влияние на качество атмосферного воздуха в радиусе от пяти до шести км оказывают выбросы оксидов серы и азота, аммиака, хлорорганических соединений, в том числе фреонов 11 и 12, пятиокиси ванадия, ртути, частиц хрома, твердых и газообразных фторидов, дихлорэтана, этанола, метанола, бензола, ацетона и формальдегида оказывают. Отдельные вредные вещества — сероводород, серная кислота, капролактам, минеральная сажа, угольная и мазутная пыль и свинец регистрируются на расстоянии 1,5 — 2 км от предприятий.
Особую опасность вызывают выбросы веществ, которые происходят из-за аварий или в результате обычной утечки (например, аммиака при производстве удобрений, хлора и ртути при производстве хлора и каустической соды, хрома при производстве неорганических красителей, свинца при органическом синтезе, и сероводорода при производстве технического углерода). Однако эти выбросы существенно уменьшились в результате сокращения потребности в этих соединениях, производство которых в ближайшем будущем будет полностью остановлено.
Одна из главных проблем химической отрасли, как и других отраслей российской промышленности — проблема неорганизованных выбросов, которые не учитывают ни предприятия, ни природоохранные органы.
Утечки летучих соединений не включают в отчеты о выбросах, что ведет к недооценке общего количества выбросов на предприятиях.
Оборудование, контролирующее выбросы, не соответствует международным нормам из-за своей конструкции или отсутствия ухода за ним.
Значительное загрязнение атмосферного воздуха связано не только с промышленными выбросами, но и с влиянием испарений полигонов промышленных отходов и отстойников. Главным образом это относится к предприятиям хлорной, содовой промышленности и предприятиям промышленности тяжелого органического синтеза.
Причина отсутствия контроля за неорганизованными источниками загрязнения – его дороговизна. Сокращение рассеянных выбросов почти всегда подразумевает внедрение новых технологий (например, установки низкого давления), использование более дорогого оборудования (лучшие трубопроводы, герметичные клапаны, дополнительная очистка), или более частую замену запасных частей, которые и сейчас уже в дефиците.
Потребление воды и сброс сточных вод.
Производственные сточные воды загрязнены, в основном, отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Отрасль — крупный потребитель воды и "производитель" сточных вод. В1995г Потребление воды. составило 830 млн. куб. метров. Более половины от этого количества приходится на производство удобрений, и почти все остальное потребляет производство хлора, кальцинированной соды и органических соединений. В 1995 г. отрасль сбросила свыше 1 куб. км отработанной воды.
Более 50 % сбросов отрасли не отвечают принятым экологическим нормативам. Превышение концентраций азота (в основном, в виде нитратов), установленных для стоков, остается общей проблемой для производителей удобрений, так как российские стандарты по азоту довольно жесткие. Со сточными водами сбрасывается также значительное количество фосфора. Объем сброса сточных вод в бассейне Волги составляет 37% от общего объема, при этом только пять предприятий имеют очистные сооружения полностью обеспечивающие очистку промышленных стоков.
Образование и накопление твердых отходов
Образование, накопление и переработка твердых опасных отходов – одна из острейших проблем российской химической отрасли.
В 1995 году предприятия отрасли произвели около 12 млн. тонн твердых промышленных отходов, или 13,3% от общего количества промышленных отходов в России. Основной их источник (около 97% от общего количества) – предприятия минеральных удобрений и хлорной промышленности. Причем, это вещества четвертого класса опасности. Хотя эти отходы не считаются опасными, накопление больших их количеств приводит к загрязнению почв и грунтовых вод.
Уровень утилизации отходов остается низким: перерабатывают лишь около 30% отходов.
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка и др. вещества. Во время сброса прохождение материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не редко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода.
Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др
Вода. В природной воде аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Хорошо растворим в воде с образованием гидроксида аммония.
Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм3 аммония, в бытовых стоках — 2-7 мг/дм3; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммонийного азота (на одного жителя).
Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации — возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия — возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением pH среды.
Таблица 4.2. Содержание аммония в водоемах с различной степенью загрязненности
| Степень загрязнения (классы водоемов) | Аммонийный азот, мг/дм3 |
| Очень чистые | 0,05 |
| Чистые | 0,1 |
| Умеренно загрязненные | 0,2-0,3 |
| Загрязненные | 0,4-1,0 |
| Грязные | 1,1-3,0 |
| Очень грязные | >3,0 |
Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхностных и подземных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.
Действующие сооружения по очистке воды используют устаревшие технологии 70-х-60-х годов, которые потребляют большое количество энергии. Обработка шлама обычно не соответствует международным стандартам (обычно его вываливают просто на землю), а ливневые воды редко подвергаются обработке.
В то же время платежи за сверхлимитные загрязнения слишком малы, чтобы стимулировать инвестиции предприятий в улучшение природоохранного оборудования. Более того, даже если уровень платежей повысить в несколько раз, это не даст результатов, поскольку у предприятий нет денег для его приобретения.
Большая часть полигонов, отстойников и хранилищ переполнена. Это вынуждает предприятия сжигать накопленные отходы или сбрасывать их в овраги, балки и водные объекты, что в свою очередь приводит к загрязнению воздуха, воды и почвы.
Предприятий по коммерческой переработке опасных отходов катастрофически не хватает, услуги же существующих не по карману предприятиям отрасли.
Таким образом, основные проблемы химической промышленности, связанные со сбросом сточных вод, можно свести к следующим:
большое потребление воды в производственных процессах,
большой объем сточных вод
малая мощность очистных сооружений,
разнообразие сбрасываемых вредных веществ, в том числе высоко токсичных, таких как ртуть, хром, кадмий, дихлорэтан.
Загрязнение почвы и подземных вод
Азотные удобрения производят на заводах, связывая азот воздуха с водородом. В результате образуется аммиак, который затем окисляется до азотной кислоты. Соединяя аммиак с азотной кислотой, получают наиболее распространенное азотное удобрение – аммиачную селитру, которая содержит около 34% азота.
Применяют как удобрение водный раствор аммиака, содержащий около 20% азота. Его производство обходится значительно дешевле, чем производство аммиачной селитры. Но перевозить жидкий аммиак и вносить его в почву сложнее: нужны специальные цистерны и особые культиваторы – растениепитатели. Для того, чтобы аммиак не улетучивался из почвы, его необходимо заделывать по меньшей мере на глубину 10-15 см.
Из других азотных удобрений применяются сернокислый аммоний, содержащий до 20% азота, натриевая селитра (16% азота), калийная селитра (13,5% азота и 46,5% окиси калия) и мочевина – наиболее богатое азотом соединение (до 46% азота).
Так как мы недостаточно осмотрительно обращаемся с азотными удобрениями и азотсодержащими отбросами, реки и озера могут перенасытиться азотом, попадающим в них с водой. В таких водоемах и подземных водах концентрация азота может настолько повыситься, что вода станет вообще не пригодной для питья. Кое-где это уже произошло. Не исключено, что удастся использовать процессы микробной денитрификации для уменьшения количества связанного азота, но потребуется еще много усилий на то, чтобы разработать методы практического применения денитрификаторов.
Деятельность, направленная, на то, чтобы прокормить растущее народонаселение, должна быть уравновешена, поисками путей к сохранению равновесия в круговороте азота
Мероприятия по восстановлению почв проводили только на предприятиях, где произошли аварии.
На многих предприятиях планы по рекультивации и очистке почвы и подземных вод не разработаны.
Нет четких представлений о степени загрязнения отдельных территорий.
Одна из наиболее очевидных экологических проблем химических заводов — накопление значительных количеств отходов в результате прошлой деятельности. Система контроля за соответствием текущих размещений отходов экологическим нормам пока еще только в процессе рассмотрения.
В целом, география и уровень загрязнения почвы на предприятиях остаются неизвестными. Предприятия иногда контролируют загрязнение грунтовых вод из-за размещения твердых отходов вокруг прудов. Так, например, на некоторых предприятиях по производству удобрений проводился мониторинг состояния грунтовых вод вокруг фосфогипсовых отвалов. Тем не менее, как и в случае с загрязнением почв, размеры и уровень загрязнения вод обычно не известны.
Государству и региональным властям неизбежно придется решать проблему ликвидации загрязнений от предприятий, уже прекративших свою деятельность. В связи с этим перед отраслью стоят три основных вопроса экологического регулирования:
совершенствование существующих стандартов,
совершенствования механизма соблюдения стандартов,
решение проблемы ответственности за прошлое загрязнение.
Что может помочь улучшению экологической ситуации в отрасли?
Разработан Отраслевой План Действий по Охране Окружающей Среды, рекомендации которого условно можно разделить на 4 группы:
I) рекомендации в области промышленной политики;
2) рекомендации в области налоговой политики;
3) рекомендации, направленные на улучшение экологических показателей отрасли и
4) рекомендации по природоохранным инвестициям в отдельные предприятия.
Рекомендации, направленные на улучшение экологических показателей отрасли. Эти рекомендации, которые могут быть использованы и в других отраслях промышленности, включают:
Пересмотр существующих нормативов качества поверхностных вод и атмосферного воздуха, и приведение их в соответствие с международными нормами.
Строительство установок по переработке опасных отходов в регионах
Учреждение специального фонда, направленного на финансирование существующих проектов реконструкции и строительство новых водоочистных сооружений. Разработку программы рекультивации земель для выявления участков почв и подземных вод, загрязненных химическими предприятиями, их восстановления и очистки. Разработку учебных программ для повышения эффективности системы управления природоохранной деятельностью, которая включала бы приобретение навыков и разработку политики проведения инспекций и аудитов, и более специализированный курс для профессиональных экологов.
Разработку программы предотвращения загрязнения/минимизации отходов, которую можно будет использовать в качестве модели для всей отрасли.
Кроме мероприятий, направленных на улучшение экологических показателей и финансовой ситуации в отрасли, существуют также различные инвестиционные возможности на уровне предприятий. В ходе разработки ОПДООС мы определили 43 инвестиционных проекта, стоимость которых составляет от 100 тысяч до 50 миллионов долларов. Инвестиционные проекты можно разделить на пять категорий:
Модернизация процессов
Энергосбережение
Регенерация отходов
Повторное использование сточных вод
Улучшение технологий переработки отходов.
Вот некоторые примеры таких проектов:
Восстановление металлов из пиритных отходов ("Аммофос", Череповец)
Модернизация очистных сооружений ("Куйбышевазот", Тольятти)
Регенерация пара на производстве метанола ("Щекиноазот", Щекино)
Модернизация установки Клауса с целью уменьшения выбросов двуокиси серы ("Волжский оргсинтез", Волжский).
Завершение строительства нового цеха по производству каустической соды мембранным методом ("Каустик", Волгоград).
Завершение модернизации цеха по производству фосфорной кислоты (Воскресенские минудобрения).
Для всех этих проектов характерен короткий период окупаемости, составляющий в среднем менее двух лет, и не превышающий пяти лет.
В рамках мероприятий, связанных с инвестированием, следует подготовить справочник для инвесторов и развить брокерскую систему для горизонтальной и вертикальной интеграции.
План включает в себя также организационные мероприятия:
сотрудничество с региональными властями для разработки модельной льготной налоговой программы, направленной на привлечение инвестиций и улучшение экологических показателей отрасли.
оказание помощи в создании промышленных торговых групп
улучшение системы управления природоохранной деятельностью на предприятиях.
referati-besplatno.ru
Алкины как химические вещества
В промышленности ацетилен применяется весьма широко и разработан способ его получения термолизом метана или гидрированием углерода при 3000 оС: Реакцию проводят, используя электрическую дугу между угольными электродами в токе водорода, т.к...
Аминокислоты
1.Аминокислоты получаются при гидролизе белка, который протекает при нагревании белковых веществ при температуре равной 1000С , в присутствии серной кислоты в течении 24-48 часов...
Галогеноалканы, их свойства и получение
Способы получения органических галогенидов можно объединить в две группы: реакции замещения и реакции присоединения. Выбор пути и условий реакции зависят от строения углеродного скелета галогенируемой молекулы и того атома или группы атомов...
Одноатомные спирты и их применение в медицине
1.Самый общий способ получения спиртов, имеющий промышленное значение, -- гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором: Из этилена получается этиловый спирт, из пропена -- изопропиловый...
Оксисоединения альдегиды и кетоны
Для получения альдегидов и кетонов могут быть использованы реакции окисления-восстановления, замещения, присоединения, отщепления, Реакции окисления Альдегиды могут быть получены окислением или дегидрированием первичных спиртов...
Получение хлористого винила
Хлористый винил может быть получен одним из следующих способов. 1...
Производство аммиака: краткая характеристика
Работа современного аммиачного завода очень сложна. Это утверждение кажется удивительным, если «ориентироваться» только лишь на достаточно просто выглядящее уравнение реакции (1), являющееся основой синтеза аммиака...
Производство меламина на ОАО "Невинномысский Азот"
Впервые меламин был получен Либихом в 1834 г. сплавлением тиоцианата калия с хлоридом аммония. В 1913 г. Штале и Краух получили меламин на дициандиамида по реакции...
Синтез, очистка и анализ 2-нафтилацетата
2-Нафтилацетат можно получить из органических веществ различных классов несколькими способами: реакцией этерификации, ацилирования спиртовгалогенарилами...
Строение и свойства алкенов
Получение алкенов в промышленности осуществляют термической переработкой нефти (крекинг) и каталитическим дегидрированием алканов на смешанных оксидах хрома и железа...
Технология получения высокоочищенного хитозана из панцирей ракообразных
Хитозан является аминополисахаридом, полученным при удалении ацетильной группы в хитине в результате обработки его в жестких условиях раствором щелочи, что позволяет заместить ацетильные группы хитина аминогруппами. Таким образом...
Фенолы: методы синтеза и химические свойства
Фенол и его гомологи образуются при сухой перегонке дерева и в большом количестве - при перегонке каменного угля. Однако коксохимическое производство не может полностью удовлетворить промышленные потребности в феноле. Кроме того...
Химические свойства простых циклических эфиров на примере этилоксирана
Этиленоксид был открыт в 1859 году французским химиком-органиком Шарлем Адольфом Вюрцем действием гидроксида калия на 2-хлорэтанол: Удобным и одним из старейших препаративных методов получения окиси этилена является действие щёлочи на...
Химия эпихлоргидрина
...
Этиленгликоль
В промышленном масштабе этиленгликоль получают главным образом гидратацией окиси этилена: Н2С - СН2 +Н2О СН2ОН - СН2ОН О При гидратации окиси этилена, кроме этиленгликоля, образу-ются ди-, три-, тетра- и полиэтиленгликоли...
him.bobrodobro.ru
Муниципальное образовательное учреждение
Новосафоновская средняя общеобразовательная школа
Производство аммиака: краткая характеристика
Прокопьевский район 2006
Содержание
Введение
1.Способы получения аммиака
2. Современный процесс получения аммиака
Список использованной литературы
Введение
Общей экономической задачей каждого химического предприятия является получение химических веществ высокого качества и в достаточном количестве, чтобы их реализация приносила прибыль. С этим связано требование, чтобы все ресурсы использовались как можно более эффективно. Однако этого можно достичь лишь в том случае, если максимально эффективен сам химический процесс. В химической промышленности вместо понятия «реагенты» гораздо чаще используются термины «исходные материалы», «сырьевые материалы» или просто сырьё», иногда — «руда». Чтобы какой-либо процесс был экономически оправдан, необходимо достичь оптимального выхода целевого продукта из сырьевых материалов. Оптимальный выход не обязательно совпадает с теоретическим выходом или даже с максимально достижимым выходом. Получение максимально достижимого выхода может, например, потребовать слишком большого расхода какого-либо дорогостоящего исходного материала, или же слишком длительного проведения процесса, или же создаются экстремальные условия (очень высокие температуры или давления), чреватые опасными аварийными ситуациями и т.п., — всё это может сделать максимально достижимый выход экономически невыгодным.
Фактический выход каждого конкретного химического процесса может зависеть от целого ряда факторов, главные из них — температура, давление, присутствие катализатора, чистота исходных материалов, эффективность извлечения конечного продукта. Промышленное производство веществ подразумевает отличное знание теоретических закономерностей протекания химических реакций (энергетика химических реакций, химическая кинетика и катализ, химическое равновесие).
Все перечисленные ниже факторы важны, в особенности, если речь идёт о таких многотоннажных производствах, таких, как, например, производство аммиака.
Проектировщики химических предприятий создают сверхмощные установки по производству аммиака. Так, например, созданы установки, производящие 1000-1200 тонн аммиака в сутки. В настоящее время во всём мире ежегодно производится около 5 млн. тонн аммиака.
1. Способы получения аммиака
аммиак цианамидный процесс десульфуратор
Первым промышленным процессом, который использовался для получения аммиака, был цианамидный процесс. При нагревании извести СаО и углерода получали карбид кальция СаС2. Затем карбид нагревали в атмосфере азота и получали цианамид кальция СаСN2; далее аммиак получали гидролизом цианамида:
СаСN2(тв) + 3Н2О = 2NН3↑ + СаСО3(тв)
Этот процесс требовал больших затрат энергии и экономически был невыгоден.
В 1908 г. Немецкий химик Ф. Габер обнаружил, что аммиак можно получать из водорода и атмосферного азота на железном катализаторе. Первый завод по производству аммиака этим методом использовал водород, который получали электролизом воды. В последствии водород стали получать из воды путём восстановления коксом. Такой способ получения водорода намного экономичнее. После открытия Габера стремительно стало расти производство аммиака, это неудивительно, поскольку огромные количества аммиака необходимы для получения азот содержащих удобрений. На изготовление их используется приблизительно 80% всего получаемого в мире аммиака. Вместе с азотсодержащими удобрениями в почву вносится в растворимой форме азот, в котором нуждается большинство растений. Остальные ≈20% производимого аммиака используются для получения полимеров, взрывчатых веществ, красителей и других продуктов.
Современный процесс получения аммиак основан на его синтезе из азота и водорода с использованием специального катализатора:
N2 + 3Н2 ↔ 2NН3 ↑ + 45,9 кДж (1)
Поскольку данная реакция обратимая, возникает вопрос: при каких температурах и давления выгоднее всего добиваться максимального выхода
продукта? Так как реакция экзотермическая, то исходя из принципа Ле Шателье ясно, что чем ниже температура процесса, тем больше равновесие будет сдвигаться в сторону образования аммиака, и можно предположить, что следует максимально понижать температуру. Но в действительности всё обстоит сложнее: при низких температурах реакция практически не идёт, поэтому приходится принимать компромиссное решение. Поскольку для установления оптимального состояния равновесия реакции требуется низкая температура, а для достижения удовлетворительной скорости — высокая температура, на практике процесс проводят при температуре ≈ 400 – 500 оС.
Но даже при такой высокой температуре для достижения достаточной скорости реакции требуется присутствие специального катализатора. В качестве катализатора используется губчатое железо, активированное оксидами калия и алюминия.
Из уравнения реакции видно, что общее число молей уменьшается от 4 до 2. Согласно принципу Ле Шателье в таком случае процесс выгодно проводить, повышая давление. Но этот вывод лишь качественный, анна практике нужно точно знать, насколько увеличится выход NН3 (на 10% или всего на 0,1%) при увеличение давления. В таблице 1 количественно показано влияние температуры и давления на выход аммиака (процентное содержание аммиака в равновесной смеси) по реакции.
Из этой таблицы видно, что повышение температуры при любом давлении заметно снижает содержание аммиака в газовой смеси, однако при температурах ниже 500 оС скорость реакции очень мала, поэтому на практике процесс обычно проводят при температуре 450 оС.
Таблица 1
Температура, оС | Содержание аммиака в объёмн. % при разных давлениях | |||
| 1 атм | 100 атм | 300 атм | 800 атм | |
| 400 | 0,41 | 25,4 | 48,2 | 79,3 |
| 450 | 0,21 | 16,1 | 35,9 | 62,7 |
| 500 | 0,12 | 14,9 | 25,8 | 51,1 |
| 550 | 0,07 | 6,8 | 18,2 | 40,2 |
| 600 | 0,05 | 4,5 | 12,8 | 30,9 |
Что касается давления, то здесь используется давления порядка 300 – 100 атм, но чаще всего «среднее» давление ≈ 250 атм. Хотя при этих условиях только около 20% исходных веществ превращается в аммиак, однако в результате использования циркуляционной технологической схемы (введение непрореагировавших Н2 и N2 вновь в реакцию) суммарная степень превращения исходных веществ в аммиак является очень высокой.
2. Современный процесс получения аммиака
Работа современного аммиачного завода очень сложна. Это утверждение кажется удивительным, если «ориентироваться» только лишь на достаточно просто выглядящее уравнение реакции (1), являющееся основой синтеза аммиака. Однако утверждение о сложности промышленного синтеза аммиака не покажется чрезмерным уже после первого ознакомления со схемой действия аммиачного завода, работающего на природном газе (рис.1). Первая стадия в процессе синтеза аммиака включает десульфуратор. Десульфуратор — техническое устройство по удалению серы из природного газа. Это совершенно необходимая стадия, поскольку сера представляет собой каталитический яд и «отравляет» никелевый катализатор на последующей стадии получения водорода.
Вторая стадия промышленного синтеза аммиака предполагает конверсию метана (промышленное получение водорода). Конверсия метана — это обратимая реакция, протекающая при 700 – 800 оС и давлении 30 – 40 атм с помощью никелевого катализатора при смешивании метана с парами воды:
СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 (2)
Образовавшийся по данной реакции водород, казалось бы, уже можно использовать для синтеза аммиака по реакции (1) — для этого необходимо запустить в реактор воздух содержащий азот. Так и поступают на стадии (3), однако на этой стадии происходят другие процессы.
Происходит частичное сгорание водорода в кислороде воздуха:
2Н2 + О2 = Н2О(пар)
В результате на этой стадии получается смесь водяного пара, оксида углерода (II) и азота. Водяной пар, в свою очередь, восстанавливается снова с образованием водорода, как на второй стадии по торой стадии по им образом, после первых трёх стадий имеется смесь водорода, азота и «нежелательного» оксида углерода (II).
На рис.1 стадия (4) обозначена как реакция «сдвига», но проходить она может при двух температурных режимах и разных катализаторах. Окисление
СО, образующегося на двух предыдущих стадиях, до СО2 проводят именно по этой реакции:
СО + Н2О(пар) ↔ СО2 + Н2 (3)
Процесс «сдвига» проводят последовательно в двух «ректорах сдвига». В первом из них используется катализатор Fe3О4 и процесс проходит при достаточно высокой температуре порядка 400 оС. Во втором процессе используется более эффективный медный катализатор и процесс удаётся провести при более низкой температуре.
На пятой степени оксид углерода (IV) «вымывают» из газовой смеси при помощи поглощения щелочным раствором:
КОН + СО2 = К2СО3.
Реакция «сдвига» (3) обратимая и после 4-й стадии в газовой смеси на самом деле остаётся ещё ≈ 0,5% СО. Этого количества СО вполне достаточно, чтобы загубить железный катализатор на главной стадии синтеза аммиака(1). На 6-й стадии оксид углерода (II) удаляют реакцией конверсии водородом в метан на специальном никелевом катализаторе при температурах 300 – 400 оС:
СО + 3Н2 ↔ СН4 +Н2О
Газовую смесь, которая теперь содержит ≈ 75% водорода и 25% азота, подвергают сжатию; давление её при этом возрастает от 25 – 30 до 200 – 250 атм. В соответствии с уравнением Клайперона-Менделеева такое сжатие приводит к очень резкому повышению температуры смеси. Сразу же после сжатия приходиться охлаждать до 350 – 450 оС. Именно этот процесс и описывается с точностью реакцией (1).
Список использованной литературы
1.Н.Е. Кузьменко, В.В. Ерёмин, В.А. Попков. Химия. Теория и задачи. — М.: ОНИКС 21 век», «Мир и образование», 2003.
2.Н.Е. Кузьменко, В.В. Ерёмин. Сборник задач по химии с решениями. — М.: ОНИКС 21 век», «Мир и образование», 2003.
superbotanik.net
