Przemysłowe technologie chemiczne otrzymywanie kwasu siarkowego(VI), otrzymywanie gazu syntezowego, otrzymywanie amoniaku i mocznika, otrzymywanie kwasu azotowego(V) i saletry amonowej, otrzymywanie kwasu solnego, otrzymywanie sody kalcynowanej – metoda Solvaya, otrzymywanie sody kaustycznej (NaOH) i chloru – metoda elektrolityczna, otrzymywanie miedzi, otrzymywanie glinu metodą elektrolizy, otrzymywanie surówki żelaza.

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania kwasu siarkowego(VI) . Ciekła siarka Tlen atmosferyczny 1. Spalanie Tlenek siarki(IV) 20% Oleum V2O5, T = 673 K 2. Katalityczne utlenienie 96% H2SO4 Tlenek siarki(VI) 98% H2SO4 3. Absorpcja SO3 w stężonym H2SO4

Równania reakcji do schematu Etap 1. Spalanie siarki w tlenie atmosferycznym: S + O2  SO2 Etap 2. Katalityczne utlenienie SO2 w tlenie atmosfer.: 2 SO2 + O2  2 SO3 Etap 3. Absorpcja SO3 w stężonym H2SO4 / SO3 nie absorbuje się w wodzie, tworzą się trudne do skondensowania opary H2SO4, powstaje oleum – kwas dwusiarkowy/ pirosiarkowy(VI), który rozcieńcza się wodą: SO3 + H2SO4  H2S2O7 H2S2O7 + H2O  2 H2SO4 V2O5, T = 673 K

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania gazu syntezowego Pozostałości z destylacji ropy naftowej Węgiel / koks Gaz ziemny Odsiarczenie Powietrze + O2 Ni/Al2O3, T = 1173K H2O(g) H2O(g) 1. Zagazowanie węgla kamiennego 2. Konwersja z parą wodną Zagazowanie Generator Surowy gaz syntezowy

Równania reakcji do schematu Metoda 1. Zagazowanie węgla kamiennego w generatorze: C + O2  CO2 CO2 + C  2 CO / gaz generatorowy C + H2O(g)  CO + H2 / gaz wodny Metoda 2. Konwersja gazu ziemnego parą wodną, obecnie jest główną metodą otrzymywania gazu syntezowego: 2 CH4 + H2O(g)  CO + 3 H2 Ni/Al2O3, T = 1173 K

Azot ze skroplonego powietrza Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania amoniaku i mocznika CO – zawracany do konwersji innych proc. Gaz syntezowy Odczyszczenie z CO i CO2 CO2 Azot ze skroplonego powietrza Wodór T, p 1.Synteza amoniaku 2.Synteza mocznika Fe/Al2O3, K2O, T=773 K, p Amoniak Mocznik

Równania reakcji do schematu Synteza 1. Otrzymywanie amoniaku: N2 + 3 H2  2 NH3 Synteza 2. Otrzymywanie mocznika: CO2 + 2 NH3  NH2 – CO – ONH4 NH2 – CO – ONH4  CO(NH2)2 + H2O Fe/Al2O3, K2O, T=773 K, p T, p

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania HNO3 i NH4NO3 Tlen Amoniak 1.Katalityczne utlenienie 4. Zobojętnianie NH3 Pt, Rh Tlenek azotu(II) Saletra amonowa 2. Utlenienie NO Woda Tlenek azotu(IV) HNO2 3. Absorpcja w wodzie 50% HNO3

Równania reakcji do schematu Etap 1. Katalityczna utlenianie amoniaku do NO: 4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O Etap 2. Utlenianie tlenku azotu(II) do NO2: 2 NO + O2  2 NO2 2 NO2  N2O4 Etap 3. Absorpcja tlenku azotu(IV) w wodzie: N2O4 + H2O  HNO2 + HNO3 3 HNO2  2 NO + HNO3 + H2O Etap 4. Zobojętnianie amoniaku kwasem azotowym(V): NH3 + HNO3  NH4NO3 Pt, Rh

Węgiel kamienny, ropa naftowa, gaz ziemny Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania kwasu chlorowodorowego Sól kamienna / solanka Węgiel kamienny, ropa naftowa, gaz ziemny 1. Elektroliza Gaz syntezowy Chlor Wodór Oczyszczenie z CO i CO2 2. Spalanie temp. Kwas chlorowodorowy Chlorowodór 3. Absorpcja w wodzie

Równania reakcji do schematu Etap 1. Elektroliza wodnego roztworu soli kamiennej: A(+): 2 Cl-  Cl2 + 2 e- K(-): 2 H2O + 2 e-  H2 + 2 OH- Etap 2. Spalanie wodoru w atmosferze chloru: H2(g) + Cl2(g)  2 HCl(g) Etap 3. Absorpcja chlorowodoru w wodzie w warunkach adiabatycznych – bez wymiany energii cieplnej z otoczeniem: HCl(g)  HCl(aq) HCl(g) + H2O(c)  H3O+ + Cl- T lub światło H2O

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania sody kalcynowanej Sól kamienna / solanka Wapienie T Woda Na2CO3 Ca(OH)2 CaO Oczyszczenie 1. Wypalanie CO2 NH3 Absorpcja 5. Gaszenie 2. Karbonizacja 4. Regeneracja NH3 Filtracja Ca(OH)2 Ca(OH)2 NaHCO3 CaCl2 Na2CO3 3. Kalcynacja

Równania reakcji do schematu Etap 1. Wypalanie wapieni: CaCO3  CO2 + CaO Etap 2. Karbonizacja wysyconej amoniakiem solanki: 2 NaCl + 2 NH3 + 2 CO2 + 2 H2O ↔ 2 NaHCO3 + 2 NH4Cl Etap 3. Kalcynacja wodorowęglanu sodu – sody oczyszczonej : 2 NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O Etap 4. Regeneracja amoniaku: 2 NH4Cl + Ca(OH)2  2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O Etap 5. Gaszenie wapnia palonego: CaO + H2O  Ca(OH)2 T T

2. Elektroliza metodą przeponową Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania sody kaustycznej (NaOH) i chloru Sól kamienna / solanka CO2 Oczyszczenie solanki NaCl Dosycanie / zatężanie 1. Elektroliza metodą rtęciową 2. Elektroliza metodą przeponową Cl2 H2O Na(Hg) NaOH Cl2 H2 3. Reakcja z wodą H2

Równania reakcji do schematu Metoda 1. Elektroliza metodą rtęciową: NaCl ↔ Na+ + Cl- K(-) / rtęciowa: Na+ + 1e-  Na A(+) / grafitowa: 2 Cl  Cl2 + 2 e- powstaje amalgamat Na(Hg) – sód rozpuszczony w rtęci, który reaguje z wodą: 2 Na(Hg) + 2 H2O  2 NaOH + 2 Hg + H2 Metoda 2. Elektroliza metodą przeponową – przestrzeń anodowa i katodowa rozdzielone są błoną półprzepuszczalną: K(-) / żelazna: 2 H2O + 2 e-  2 OH- + H2 H2O H2O

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania miedzi Rudy miedzi: Cu2S, CuFeS2, Cu2O, CuS SiO2 Redukcja związków miedzi w konwertorze 1. Prażenie rudy w piecu półkowym Miedź konwertorowa Rudy miedzi wzbogacone 2.Elektrochemiczna rafinacja miedzi Powietrze Rozdzielenie w piecu szybowym Cu Szlam anodowy: Au, Ag, Pt, Re Żużel / krzemiany żelaza Kamień miedziowy

Równania reakcji do schematu Etap 1. Prażenie rud: 2 Cu2S + 3 O2  2 Cu2O + 2 SO2 2 Cu2O + Cu2S  6 Cu + SO2 Etap 2. Przetopienie miedzi konwertorowej i poddanie jej elektrochemicznej rafinacji w elektrolicie – zakwaszony kwasem siarkowym(VI) roztwór CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42- : K(-)/Cu czysta: Cu2+ + 2 e-  Cu A(+)/Cu konwertorowa: Cu  Cu2+ + 2 e- T T H2O

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania glinu metodą elektrolizy Topniki: Na3AlF6, CaF2: Tt = 950oC Boksyty – główny składnik Al2O3: Tt = 2300oC T = 1300oC 1. Stapianie i termodysocjacja 2. Elektroliza Tlen Glin

Równania reakcji do schematu Etap 1. Stapianie i termodysocjacja: Al2O3  2 Al3+ + 3 O2- Etap 2. Elektroliza stopionego tlenku glinu na elektrodach grafitowych: K(-)/grafit + stopiony Al: Al3+ + 3e-  Al A(+)/grafit: 2 O2-  O2 + 4e- W trakcie elektrolizy wydzielający się tlen w warunkach wysokiej temperatury wchodzi w reakcje z grafitem, anoda ulega zużyciu: C + O2  CO2 2 C + O2  2 CO T/ kriolit T T

Schemat ideowy procesu technologicznego otrzymywania surówki żelaza Topniki: CaCO3, MgCO3 , SiO2 Rudy żelaza: Fe2O3, Fe3O4, Fe2O3∙nH2O, FeCO3 Koks Powietrze Suszenie / 200oC Reduktory: C, CO FeO 1. I strefa redukcji / 500 - 800oC 2. II strefa redukcji / 800 - 1200oC Surówka żelaza 3. III strefa redukcji / 1200 - 1500oC Żużel wielkopiecowy / CaSiO3, MgSiO3, Al2(SiO3)2

Równania reakcji do schematu Reduktory: procesy w wielkim piecu hutniczym C + O2  CO2 C + CO2  2 CO I strefa redukcji tlenków żelaza: 3 Fe2O3 + CO  2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2 II strefa redukcji tlenku żelaza(II): FeO + CO  Fe + CO2 III strefa – redukcja bezpośrednia: FeO + C  Fe + CO Produkt uboczny: żużel wielkopiecowy: CaCO3 + MgCO3 + 2 SiO2  CaSiO3 + MgSiO3 + 2 CO2 T T T T T

Równania reakcji do schematu / cd Produkt uboczny: gaz wielkopiecowy H2, CO i CH4, jest wykorzystywany do ogrzania powietrza wtłaczanego do wielkiego pieca. Surówka: surówka biała: zwiera węgiel w postaci Fe3C, znaczne ilości manganu oraz nieznaczne ilości krzemu, surówka szara: zawiera węgiel w postaci grafitu, znaczne ilości krzemu oraz niewielkie ilości manganu. Żeliwo: produkt stapiania surówki szarej z koksem i wapieniem. Stal: stop zwierający 0,5 – 1,7% węgla, otrzymuje się z surówki białej metodami Bossemera – Thomsona lub Siemensa – Martina, celem jest odwęglenie oraz całkowite usunięcie siarki, fosforu, krzemu i manganu.

Równania reakcji do schematu / cd Istota procesów odwęglania: proces przeprowadza się w specjalnych piecach z wykorzystanie gorącego powietrza lub tlenu: 2 Fe + O2  2 FeO Si + 2 FeO  SiO2 + 2 Fe Mn + FeO  MnO + Fe 4 P + 10 Fe  P4O10 + 10 Fe C + FeO  CO + Fe T T T T T