Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák 6. előadás.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák 6. előadás."— Előadás másolata:

1 Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák 6. előadás

2 A kénsav  A kénsavat már az arab alkimisták a X. században ismerték és a XV. században vitriololaj néven Európában is elterjedt.  Ólomkamrás gyártási technológiája már a XVIII. században ismert volt.  A természetben ritka, egyes hőforrásokban és néhány puhatestű, leginkább csigák nyálmirigyének váladékában található meg.

3 A kénsavgyártás nyersanyagai  A fém-szulfidok közül a piritnek van a legnagyobb jelentősége, a bányászott pirit 42-47% ként tartalmaz.  Kísérő szennyeződések: Cu, Zn, As, Pb, Co, Mg, Ca, Bi…  Elemi kén: természetes kénelőfordulásból vagy kén-hidrogén tartalmú gázokból és ipari hulladékokból  A bányászott szén 1-2%, a nyers kőolaj kb. 3% ként tartalmaz.  A kitermelésre érdemes kéntartalék becsült mennyisége: Piritben: 1.5x10 9 t, Kőolajban 10 9 t, Terméskén 1.5x10 8 t  Az elemi kén legnagyobb lelőhelyei az USA-ban, Szicíliában, Japánban, Chile-ben és Lengyelországban vannak.

4 Bányászati módszerek  Az elemi ként bányászati módszerekkel hozzák a felszínre.  A kibányászott kőzetekből kiolvasztással vagy desztillálással nyerik a kenet.  A bányászatban a legelterjedtebb a Frasch-eljárás, amelynek lényege az, hogy lefúrnak a kénréteg aljáig, három koncentrikus csőböl álló csőrendszeren át, nyomás alatt °C-os vizet és forró levegőt préselnek a kénrétegbe, a kén megolvad és az olvadékot a forró levegő a felszínre hozza.

5 Mesterségesen előállított kén  A mesterségesen előállított kén kiindulási anyagai lehetnek: kén- hidrogén tartalmú földgázok, továbbá olyan ipari gázok, melyek különböző szénfeldolgozási eljárások fő- vagy melléktermékei, vagy kéntartalmú kőolajok feldolgozásának termékei.  A kén-hidrogén kivonására az egyik módszer az etanol-aminos eljárás: A mosofolyadék di- vagy trietanol amin vizes oldata.  Kén-hirogénből kenet az ún. C LAUS -eljárással állítanak elő.  Az eljárás lényege a kén-hidrogént sztöchiometrikus levegővel égetve elemi ként nyerhetünk. 2H 2 S + 2O 2 = SO 2 + S + 2H 2 O ∆H=-53 kcal/mol  Katalizátor: Bauxit

6 Claus-eljárás folyamatvázlata  A bruttó reakciót két lépcsőben játszatják le. Először a kén-hidrogén egy részét elégetik, és a felszabaduló hőt hasznosítják  A maradék kén-hidrogént és a keletkezett kén-dioxidot Claus kemencében aktivált bauxit katalizátoron ragáltatják.  2H 2 S + SO 2 H 2 O + 3S (∆H=-35.7kcal/3kén)  A végső kitermelés 97%-os.  Az elemi kén felhasználása: kénsavgyártás, szén-diszulfid előállítása, műanyagipar – kaucsuk vulkanizálása, növényvédőszeripar, szinezékek

7 Kén-dioxid előállítása  Nyersanyag: kén, vagy kéntartalmú ásványok (pirit)  Kén-dioxid kénből  Reakció: S + O 2 SO 2 ∆H= kcal/mol  Ha kénsavgyártás céljából égetik a kenet, akkor nagy levegőfelesleggel dolgoznak, mert a további oxidációhoz amúgy is szükség van oxigénre.

8 Kén-dioxid piritből  A bányászott pirit 42-47% ként tartalmaz  Reakciók: 2FeS O 2 = Fe 2 O 3 + 4SO 2 ∆H= kcal/mol SO 2 3FeS 2 + 8O 2 = Fe 3 O 4 + 6SO 2 ∆H= kcal/mol SO 2  Berendezés: fluid pörkölés (a piritet lebegtetve égetik ki, így a szemcsék egyenletesebben melegíthetők, kisebb az összetapadás veszélye, jobb hatásfok érhető el)  Pörkgáz tisztítása: a kemencékből ° hőmérsékletű gáz lép ki, amely szennyezett különböző lebegő részecskékkel, továbbá a szennyezett piritből származó gőzökkel - elektromos porleváasztó  Jelölések 1: levegő befúvatás 2: piritzagy folyamatos adagolása 3: pörk elvezetés 4: esetleges vízbefecskendezés 5: pörkgáz elvezetés 6: fűtés (induláskor)

9 Kontakt kénsavgyártás  A fölös levegővel kevert kén-dioxid katalizátor jelenlétében kén-trioxiddá oxidálható, 97% feletti konverzióval  Bruttó reakció: 2SO 2 + O 2 2SO 3 ∆H=-22.98kcal/mol  Katalizátor: V 2 O 5, °C, 1 bar  Exoterm, egyensúlyi, mól-szám változással jár Formázott V 2 O 5 /SiO 2 katalizátor a reaktorba történő betöltés előtt

10 Blokkséma pirit illetve kén nyersanyagra

11 Abszorpció  A konverterből kikerülő gázban az eredetileg jelen volt kén- dioxidnak 97-98%-a kén-trioxiddá alakult. A gáz °C-on hagyja el a konvertert, amelyet egy hőcserélőn keresztülvezetve ~100°-ra hűtenek. A hűtés során a gáz nedvességtartalmától függően különböző mennyiségű óleum válik ki.  A gáz ezután a 2(-3) oszlopból álló abszorber rendszerbe kerül. Utolsó tornyába 95-98% kénsavat vezetnek, amelyből itt néhány %-os óleum, majd az első toronyba kerülve 20% óleum keletkezik. A tornyok régebben kovácsolt vasból, napjainkban saválló acélból készülnek. A tornyok töltőanyaga Raschig-gyűrű, amelyből kb. 2 m magas réteg elegendő az abszorpcióhoz.  Az óleumból később hígítással állítják elő a kívánt töménységű kénsavat. A kereskedelemben kapható cc. H 2 SO %-os.

12 Abszorpció  Óleumabszorber belseje  Az abszorber rendszer Jelölések: 1: Kontakt kemence 2,3 Abszorber tornyok 4: Hűtők 5: Hőcserélő 6: Véggáz elvezetés Szaggatott vonal: gáz útja Folytonos vonal: folyadék útja

13 Foszforsav előállítása  A vízmentes foszforsav színtelen, monoklin kristályokban kristályosodik, op. 42,4 o C  A foszforsavat leginkább nagy töménységű (75 – 85% - os) vizes oldat formájában használják fel és hozzák forgalomba  Előállítása:  Termikus foszforsav: sárgafoszfor elégetése és a keletkezett P 2 O 5 átalakítása vízből foszforsavvá  Fluorapatit feltárása kénsavval

14 Foszforsav gyártása  A fluorapatitot kénsavval tárják fel  Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 5 H 2 SO 4 = 3 H 3 PO CaSO 4 + HF  A feltárást 60 – 80% -os kénsavval végzik  A keletkező kalcium–szulfátot a fel nem tárt maradékkal együtt szűréssel kell a foszforsavtól elválasztani  Foszforsav gyártása sárgafoszforból  P O 2 = 2 P 2 O 5 ∆H = -720 kcal  2 P 2 O H 2 O = 4 H 3 PO 4 ∆H = -90 kcal  A megömlesztett sárgafoszfort elporlasztva levegővel elégetik, és a keletkezett foszfor–pentoxidot a reaktor további szakaszában beporlasztott vízzel foszforsavvá alakítják.

15 Az előállítás folyamatábrája

16 Műtrágyagyártás  Tápelem :  az elem hiánya esetén a növény fejlődésében zavar áll be  az elem pótlásával a hiánytünetek megelőzhetőek vagy megszüntethetőek  az elem hatása kimutatható az élettani folyamatokban  az elem nem helyettesíthető más elemekkel (Arnon)  azok az elemek, amelyek a növények növekedéséhez és zavartalan fejlődéséhez szükségesek, s funkciójukat más elem nem tudja ellátni (Mengel)

17 TÁPELEMEK Nélkülözhetetlen elemek Kedvező hatású elemek C, H, H, N, P, S K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B Na (cukorrépa) Cl (répa, retek, zeller) Si (gabonafélék, rizs) makroelemek C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg 0,1%-nál nagyobb mennyiségben található a szárazanyagban mikroelemek v. nyomelemek 0,1%-nál kisebb mennyiségben található a szárazanyagban Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B hatás alapján előforduló mennyiség alapján Növények összetétele

18 Műtrágyák  Legfontosabb tápelemek: N, P, K  Csoportosítás összetétel szerint:  Egyszerű (egy hatóanyag): N, P, K  Összetett:  Kevert  Komplex: NP, NPK, NPK + mikroelem  Halmazállapot szeint:  Szilárd  Folyékony (oldat)  Összetétel megadása a hatóanyag alapján:  N: tömegtört, P: P 2 O 5 tömegtört, K: K 2 O tömegtört  Keverteknél: a N-t veszik alapul

19 Szerves és műtrágya felhasználás, * szántó+kert+szőlő+gyümölcs ÉvekSzerves trágya, millió t Műtrágya felhasználás ezer t/év N P 2 O 5 K 2 O Összesen Mg. művelt területre* kg/ha/év , , , , , , , , , ,

20 Műtrágyák  Szerep:  Tápanyagutánpótlás biztosítása  pH szabályozása  Talajszerkezet optimalizálása  Talajerőutánpótlás:  Természetes  Mesterséges: kémiai út – szervetlen technológia: N, P, K, (Ca, Mg, + nyomelemek)  Liebig féle minimumtörvény (XIX)  A termés nagyságát a növények igényéhez képest minimumban lévő tápelem határozza meg.

21 N Tápelemek/ N N-talajban 0,02-0,4%

22 N Tápelemek/ N N hiány N felesleg - levelek fakó világossárga színűek (csökkent kloroplasztiszképződés) - sötétzöld üde növényzet (fokozott kloroplasztiszképződés)

23 P Tápelemek/ P

24 P-talajban 0,02-0,1% Szerves 50% !!! Szervetlen 50 %

25 K Tápelemek/ K

26 K-talajban 0,2-3,3%

27 K Tápelemek/ K K hiány K felesleg - cukrok, aminosavak felhalmozódása – kórokozokra fogékonyabb - száraz időben hervadási tünetek - idősebb levelek végein klorofillhiányos állapot- hervadás -hatása nem ismert!!

28 Nitrogénműtrágyák  Ammónia: felhasználása: 85-90% műtrágyagyártás, vagy közvetlen trágyázás  Hatás sebessége alapján:  Gyors hatásúak: nátrium-nitrát, kalcium-nitrát, kálium-nitrát, ammónium-nitrát (péti só)  Lassabban hatók: ammónium-szulfát, karbamid, cseppfolyós ammónia, ammónia-oldat, kalcium-ciánamid (mész-nitrogén)

29 Ammónium-nitrát gyártása  35,8% N-tartalmú vegyület  Vízben jól oldódik  Erősen higroszkópos  Tárolása robbanásveszélyes  A kristályos tiszta termék robbanószer  Mészkőporral vagy dolomittal keverve mész-ammonsalétrom (MAS) ill. pétisó néven forgalmazzák  Gyártásának lépései:  Salétromsav közömbösítése ammóniával  Az ammónium-nitrát oldat bepárlása ammónium-nitrát olvadékká  Az ammónium nitrát olvadékból szilárd termék előállítása

30 Ammónium-nitrát gyártása  Salétromsav közömbösítése ammóniával  Az ammóniát gáz, a salétromsavat 50-60%-os oldat formájában alkalmazzák.  A reakció erősen exoterm  NH 3 (g) + HNO 3 (g) = NH 4 NO 3 (sz) ∆H= -145,7 kJ/mol  A semlegesítést Rasching-gyűrűkkel töltött toronyban végzik

31 Ammónium-nitrát gyártása  Az ammónium-nitrát oldat bepárlása ammónium-nitrát olvadékká  A toronyból távozó oldatot utósemlegesítik  Bepárlás: 170°C-nál kisebb hőfokon vákuumbepárlókban  Az ammónium nitrát olvadékból szilárd termék előállítása  A szilárd ammónium-nitrátot kristályosítással és hűtéssel állíthatjuk elő.  Mész-ammon-salétrom gyártásakor a kb. 95%-os °C-os olvadékot mészkőporral keverik  Szórótorony: a torony tetején porlasztó- röpítő berendezés (szórócentrifuga): az olvadékot cseppekre bontja, melyet az alulról érkező levegő hűt és szárít. A granulált szilárd anyagot a torony aljáról kaparószerkezettel távolítják el.

32 Ammónium-nitrát gyártása

33 Karbamid  A legnagyobb N-tartalmú (46,6%) szilárd nitrogénműtrágya  Takarmányadalékként is hasznosítható: kérődzők (1kg karbamid az állati anyagcsere során 2,6kg fehérjévé alakul)  Előállítása: cseppfolyós ammóniát és szén-dioxidot reagáltatnak 200°C körüli hőmérsékleten, 200 bar nyomás alatt csőreaktorban  Tartózkodási idő: perc  A reakció két lépésben játszódik le:  2 NH 3 + CO 2 ⇔ NH 4 -OCO-NH 2 (ammóniumkarbamát) ( Δ H = -160 kJ/mol)  NH 4 -OCO-NH 2 → NH 2 -CO-NH 2 + H 2 O ( Δ H = +30 kJ/mol)

34 Karbamid  A reakció végén NH 3 és CO 2 is marad a folyadékelegyben, ezt az oldatból eltávolítják és a rendszer elejére vezetik  A karbamid oldatot bepárlással töményítik  Granulálás: szórótoronyban

35 Foszfortartalmú műtrágyák  Ásványi foszfátok:  fluorapatit: Ca 5 (PO 4 ) 3 F  hidroxilapatit: Ca 5 (PO 4 ) 3 OH  foszforit: mikrokristályos apatit  A rossz vízoldhatóság miatt a növények számára nem hasznosíthatók  A gyártástechnológia célja a nyersanyag vízoldhatóságának növelése: savas feltárás (H 2 SO 4, H 3 PO 4, HNO 3, HCl)

36 Szuperfoszfátgyártás  18-19% P 2 O 5 tartalmú  Hatóanyaga a vízoldható monokalcium-foszfát Ca(H 2 PO 4 ) 2  Előállítás: a nyersfoszfátok kénsavas feltárásával  Bruttó reakcióegyenlet:  2 Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 7 H 2 SO 4 = 3 Ca(H 2 PO 4 ) CaSO HF  A feltárás két lépésben játszódik le:  Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 5 H 2 SO 4 = 3 H 3 PO CaSO 4 + HF  Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 7 H 3 PO 4 = 5 Ca(H 2 PO 4 ) 2 + HF  A kénsavval történő reakció gyors, a foszforsavas feltárás lassú

37 Szuperfoszfátgyártás  Mellékreakciók: a HF a foszfát SiO 2 tartalmával reagál  4 HF + SiO 2 SiF H 2 O  2 HF + SiF 4 H 2 SiF 6  A nyersfoszfát vas és alumínium szennyezései szintén reagálnak a foszforsavval, ami hatóanyag veszteséget eredményez, ezért kénsavfelesleggel kell dolgozni, hogy a foszforsav kis feleslegben keletkezzék.  A gyártás technológiai lépései:  Nyersanyag előkészítése  Feltárás  Szuperfoszfát késztermékké alakítása

38 KÁLIMŰTRÁGYÁK  Vízoldható sók: sótelepek, fedősók  Szilvinit KCl + NaCl  Karnallit KCl· MgCl 2 · 6 H 2 O  Kainit KCl· MgSO 4 · 3 H 2 O  Nyers só feldolgozás: K 2 O tartalom növelése, (Cl- tartalom csökkentése)  Fizikai: nehézülepítés, osztályozás, flotálás  Fizikai-kémiai: frakcionált kristályosítás, extrakció

39 Összetett műtrágyák  Talajszükséglet – tápanyagarány  NP-műtrágyák  Ammóniumfoszfátok  NH 4 H 2 PO 4 (MAP)  (NH 4 ) 2 HPO 4 (DAP)  (NH 4 ) 3 PO 4 (TAP) bomlik  NH 4 -polifoszfátok  NPK-műtrágyák

40 Szuperfoszfátgyártás  Nyersanyag előkészítése:  Apatit gondos finomra őrlése (nagy fajlagos felület), a kénsav mennyiségének, koncentrációjának (67-68%), hőmérsékletének (60-70°C) beállítása  Nyersfoszfátok feltárása:  A nyersanyagok összekeverése után különböző feltáró berendezésekben  Moritz-Standaert rendszerű szuperfoszfát reaktor: 7 m átmérőjű, acélköpenyes, vasbeton forgóhenger  A forgó reaktortestet fogaskoszorún keresztül csigával hajtják meg. Egy fordulat 1-3 óra.  Bal oldalon történik az anyag feltárása, jobb oldalon pedig kaparó szerkezet távolítja el a szuperfoszfátot  Késztermékké alakítás  Utóérlelés: 2-10 hét  Hideg vagy meleg eljárással granulálás

41 Szuperfoszfát gyártás  Késztermékké alakítás  Utóérlelés: 2-10 hét  Hideg vagy meleg eljárással granulálás

42

43

44

45

46


Letölteni ppt "Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák 6. előadás."

Hasonló előadás


Google Hirdetések