Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák
description
Transcript of Kémiai technológia I. Kénsav, foszforsav, műtrágyák
Kmiai technolgia I. Knsavgyrts
Kmiai technolgia I.Knsav, foszforsav, mtrgyk 5. eladsA knsavA knsavat mr az arab alkimistk a X. szzadban ismertk s a XV. szzadban vitriololaj nven Eurpban is elterjedt.lomkamrs gyrtsi technolgija mr a XVIII. szzadban ismert volt. A termszetben ritka, egyes hforrsokban s nhny puhatest, leginkbb csigk nylmirigynek vladkban tallhat meg.
A knsavgyrts nyersanyagaiA fm-szulfidok kzl a piritnek van a legnagyobb jelentsge, a bnyszott pirit 42-47% knt tartalmaz.Ksr szennyezdsek: Cu, Zn, As, Pb, Co, Mg, Ca, BiElemi kn: termszetes knelfordulsbl vagy kn-hidrogn tartalm gzokbl s ipari hulladkokblA bnyszott szn 1-2%, a nyers kolaj kb. 3% knt tartalmaz.A kitermelsre rdemes kntartalk becslt mennyisge: Piritben:1.5x109t, Kolajban109t, Termskn 1.5x108tAz elemi kn legnagyobb lelhelyei az USA-ban, Szicliban, Japnban, Chile-ben s Lengyelorszgban vannak.Bnyszati mdszerekAz elemi knt bnyszati mdszerekkel hozzk a felsznre. A kibnyszott kzetekbl kiolvasztssal vagy desztilllssal nyerik a kenet.A bnyszatban a legelterjedtebb a Frasch-eljrs, amelynek lnyege az, hogy lefrnak a knrteg aljig, hrom koncentrikus csbl ll csrendszeren t, nyoms alatt 150-160C-os vizet s forr levegt prselnek a knrtegbe, a kn megolvad s az olvadkot a forr leveg a felsznre hozza.
Mestersgesen ellltott knA mestersgesen ellltott kn kiindulsi anyagai lehetnek: kn-hidrogn tartalm fldgzok, tovbb olyan ipari gzok, melyek klnbz sznfeldolgozsi eljrsok f- vagy mellktermkei, vagy kntartalm kolajok feldolgozsnak termkei.A kn-hidrogn kivonsra az egyik mdszer az etanol-aminos eljrs: A mosofolyadk di- vagy trietanol amin vizes oldata.Kn-hirognbl kenet az n. Claus-eljrssal lltanak el.Az eljrs lnyege a kn-hidrognt sztchiometrikus levegvel getve elemi knt nyerhetnk.2H2S + 2O2 = SO2 + S + 2H2O H=-53 kcal/molKataliztor: Bauxit
Claus-eljrs folyamatvzlataA brutt reakcit kt lpcsben jtszatjk le. Elszr a kn-hidrogn egy rszt elgetik, s a felszabadul ht hasznostjkA maradk kn-hidrognt s a keletkezett kn-dioxidot Claus kemencben aktivlt bauxit kataliztoron ragltatjk. 2H2S + SO2 H2O + 3S (H=-35.7kcal/3kn) A vgs kitermels 97%-os.Az elemi kn felhasznlsa: knsavgyrts, szn-diszulfid ellltsa, manyagipar kaucsuk vulkanizlsa, nvnyvdszeripar, szinezkek
Kn-dioxid ellltsaNyersanyag: kn, vagy kntartalm svnyok (pirit)Kn-dioxid knblReakci:S + O2 SO2 H= -70.2 kcal/molHa knsavgyrts cljbl getik a kenet, akkor nagy levegfelesleggel dolgoznak, mert a tovbbi oxidcihoz amgy is szksg van oxignre.
Kn-dioxid piritblA bnyszott pirit 42-47% knt tartalmazReakcik:2FeS2 + 5.5O2 = Fe2O3 + 4SO2H= -102.8 kcal/mol SO23FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2H= -95.1 kcal/mol SO2Berendezs: fluid prkls (a piritet lebegtetve getik ki, gy a szemcsk egyenletesebben melegthetk, kisebb az sszetapads veszlye, jobb hatsfok rhet el)Prkgz tiszttsa: a kemenckbl 400-600 hmrsklet gz lp ki, amely szennyezett klnbz lebeg rszecskkkel, tovbb a szennyezett piritbl szrmaz gzkkel - elektromos porlevasztJellsek 1: leveg befvats 2: piritzagy folyamatos adagolsa 3: prk elvezets4: esetleges vzbefecskendezs5: prkgz elvezets 6: fts (indulskor)
Kontakt knsavgyrtsA fls levegvel kevert kn-dioxid kataliztor jelenltben kn-trioxidd oxidlhat, 97% feletti konverzivalBrutt reakci: 2SO2 + O2 2SO3 H=-22.98kcal/molKataliztor: V2O5, 420-450C, 1 barExoterm, egyenslyi, ml-szm vltozssal jr
Formzott V2O5/SiO2 kataliztor a reaktorba trtn betlts eltt
Blokksma pirit illetve kn nyersanyagra
AbszorpciA konverterbl kikerl gzban az eredetileg jelen volt kn-dioxidnak 97-98%-a kn-trioxidd alakult. A gz 150-200C-on hagyja el a konvertert, amelyet egy hcserln keresztlvezetve ~100-ra htenek. A hts sorn a gz nedvessgtartalmtl fggen klnbz mennyisg leum vlik ki.A gz ezutn a 2(-3) oszlopbl ll abszorber rendszerbe kerl. Utols tornyba 95-98% knsavat vezetnek, amelybl itt nhny %-os leum, majd az els toronyba kerlve 20% leum keletkezik. A tornyok rgebben kovcsolt vasbl, napjainkban savll aclbl kszlnek. A tornyok tltanyaga Raschig-gyr, amelybl kb. 2 m magas rteg elegend az abszorpcihoz.Az leumbl ksbb hgtssal lltjk el a kvnt tmnysg knsavat. A kereskedelemben kaphat cc. H2SO4 98.0%-os.
Abszorpcileumabszorber belseje
Az abszorber rendszer
Jellsek: 1: Kontakt kemence 2,3 Abszorber tornyok 4: Htk 5: Hcserl 6: Vggz elvezets Szaggatott vonal: gz tja Folytonos vonal: folyadk tja
Foszforsav ellltsaA vzmentes foszforsav szntelen, monoklin kristlyokban kristlyosodik, op. 42,4 oCA foszforsavat leginkbb nagy tmnysg (75 85% - os) vizes oldat formjban hasznljk fel s hozzk forgalombaEllltsa:Termikus foszforsav: srgafoszfor elgetse s a keletkezett P2O5 talaktsa vzbl foszforsavvFluorapatit feltrsa knsavvalFoszforsav gyrtsaA fluorapatitot knsavval trjk felCa5(PO4)3F + 5 H2SO4 = 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + HFA feltrst 60 80% -os knsavval vgzik A keletkez kalciumszulftot a fel nem trt maradkkal egytt szrssel kell a foszforsavtl elvlasztaniFoszforsav gyrtsa srgafoszforblP4 + 5 O2 = 2 P2O5 H = -720 kcal2 P2O5 + 6 H2O = 4 H3PO4 H = -90 kcal A megmlesztett srgafoszfort elporlasztva levegvel elgetik, s a keletkezett foszforpentoxidot a reaktor tovbbi szakaszban beporlasztott vzzel foszforsavv alaktjk.
Az elllts folyamatbrja
MtrgyagyrtsTpelem :az elem hinya esetn a nvny fejldsben zavar ll beaz elem ptlsval a hinytnetek megelzhetek vagy megszntethetekaz elem hatsa kimutathat az lettani folyamatokbanaz elem nem helyettesthet ms elemekkel (Arnon)
azok az elemek, amelyek a nvnyek nvekedshez s zavartalan fejldshez szksgesek, s funkcijukat ms elem nem tudja elltni (Mengel)TPELEMEKNlklzhetetlen elemekKedvez hats elemekC, H, H, N, P, S K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, BNa (cukorrpa)Cl (rpa, retek, zeller)Si (gabonaflk, rizs)makroelemekC, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg0,1%-nl nagyobb mennyisgben tallhat a szrazanyagbanmikroelemek v. nyomelemek0,1%-nl kisebb mennyisgben tallhat a szrazanyagbanFe, Mn, Cu, Zn, Mo, Bhats alapjnelfordul mennyisg alapjnNvnyek sszetteleMtrgykLegfontosabb tpelemek: N, P, KCsoportosts sszettel szerint:Egyszer (egy hatanyag): N, P, Ksszetett:KevertKomplex: NP, NPK, NPK + mikroelemHalmazllapot szeint:SzilrdFolykony (oldat)sszettel megadsa a hatanyag alapjn:N: tmegtrt, P: P2O5 tmegtrt, K: K2O tmegtrtKeverteknl: a N-t veszik alapulSzerves s mtrgya felhasznls, 1931-2000 * sznt+kert+szl+gymlcsvekSzerves trgya, milli tMtrgya felhasznls ezer t/v N P2O5 K2O sszesen Mg. mvelt terletre*kg/ha/v1931-194022,4171921951-196021,233331783151960-196520,614310056299571966-197022,22931701506131091971-197514,847932640012052181976-198014,355640151114682501981-198515,460439449514932821986-199013,255928037412132301991-19956,01722526223441996-20004,823540423176319MtrgykSzerep:Tpanyagutnptls biztostsapH szablyozsaTalajszerkezet optimalizlsaTalajerutnptls:TermszetesMestersges: kmiai t szervetlen technolgia: N, P, K, (Ca, Mg, + nyomelemek)Liebig fle minimumtrvny (XIX)A terms nagysgt a nvnyek ignyhez kpest minimumban lv tpelem hatrozza meg.
Tpelemek/ N
N-talajban 0,02-0,4%Tpelemek/ NN hinyN felesleg
- levelek fak vilgossrga sznek (cskkent kloroplasztiszkpzds)- sttzld de nvnyzet(fokozott kloroplasztiszkpzds)Tpelemek/ P
Tpelemek/ PP-talajban 0,02-0,1%Szerves 50%!!! Szervetlen 50 %
Tpelemek/ K
Tpelemek/ KK-talajban 0,2-3,3%
Tpelemek/ KK hinyK felesleg- cukrok, aminosavak felhalmozdsa krokozokra fogkonyabb- szraz idben hervadsi tnetek- idsebb levelek vgein klorofillhinyos llapot- hervads-hatsa nem ismert!!
NitrognmtrgykAmmnia: felhasznlsa: 85-90% mtrgyagyrts , vagy kzvetlen trgyzsHats sebessge alapjn:Gyors hatsak: ntrium-nitrt, kalcium-nitrt, klium-nitrt, ammnium-nitrt (pti s)Lassabban hatk: ammnium-szulft, karbamid, cseppfolys ammnia, ammnia-oldat, kalcium-cinamid (msz-nitrogn)Ammnium-nitrt gyrtsa35,8% N-tartalm vegyletVzben jl olddikErsen higroszkposTrolsa robbansveszlyesA kristlyos tiszta termk robbanszerMszkporral vagy dolomittal keverve msz-ammonsaltrom (MAS) ill. ptis nven forgalmazzk
Gyrtsnak lpsei:Saltromsav kzmbstse ammnivalAz ammnium-nitrt oldat beprlsa ammnium-nitrt olvadkkAz ammnium nitrt olvadkbl szilrd termk ellltsaAmmnium-nitrt gyrtsaSaltromsav kzmbstse ammnivalAz ammnit gz, a saltromsavat 50-60%-os oldat formjban alkalmazzk.A reakci ersen exotermNH3(g) + HNO3(g) = NH4NO3(sz) H= -145,7 kJ/molA semlegestst Rasching-gyrkkel tlttt toronyban vgzik
Ammnium-nitrt gyrtsaAz ammnium-nitrt oldat beprlsa ammnium-nitrt olvadkkA toronybl tvoz oldatot utsemlegestikBeprls: 170C-nl kisebb hfokon vkuumbeprlkbanAz ammnium nitrt olvadkbl szilrd termk ellltsaA szilrd ammnium-nitrtot kristlyostssal s htssel llthatjuk el.
Msz-ammon-saltrom gyrtsakor a kb. 95%-os 130-165C-os olvadkot mszkporral keverikSzrtorony: a torony tetejn porlaszt- rpt berendezs (szrcentrifuga): az olvadkot cseppekre bontja, melyet az alulrl rkez leveg ht s szrt . A granullt szilrd anyagot a torony aljrl kaparszerkezettel tvoltjk el.
Ammnium-nitrt gyrtsa