Научно-исследовательская работа по химии на тему ТОЛЬКО теория по теме: Процесс исследования выделения аммиака из газовых смесей

Актуальность темы исследования. Аммиак является одним из основных продуктов крупнотоннажной химии, объемы его производства в мировом масштабе измеряются десятками миллионов тонн в год. Диапазон его применения достаточно широк. Аммиак используется в качестве сырья для процессов неорганического и органического синтеза, в производстве красителей, взрывчатых веществ. Благодаря сочетанию своих теплофизических свойств является хорошим хладагентом. Находит свое применение в медицине. Аммиак является ключевым продуктом для получения большинства азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. В наибольших количествах он используется для получения азотсодержащих удобрений - карбамида CO(NН2); аммиачной селитры NН3NО3; сульфата аммония, нитрофоса, нитрофоски, жидких комплексных удобрений (ЖКУ) и др. Его применяют также для получения полимерных материалов и многих других продуктов.
Технология синтеза аммиака достаточно сложна, включает в себя большое количество единиц оборудования, использует большой спектр ресурсов. В этом и кроется ее потенциал. Абсорбция аммиака из газов — наиболее рациональный способ извлечения больших количеств вещества. При этом представляется возможным полностью утилизировать аммиак и основания. Однако достаточно часто возникает необходимость извлекать из газов сравнительно небольшие количества веществ. В особенности это относится к замкнутым системам вентиляции бытовых и производственных помещений
Цель исследования – изучить и проанализировать процесс выделения аммиака из газовых смесей.
Задачи исследования:
1) изучить схему синтеза аммиака;
2) рассмотреть три способа разделения газовых смесей: абсорбционный, мембранный и адсорбционный;
3) проанализировать процесс выделения аммиака из газовых смесей.
Объект исследования – абсорбционный способ.
Предмет исследования – процесс выделения аммиака.
Структура работы: введение, три главы, заключение и список использованной литературы.


1 Схема синтеза аммиака

Исторически реализовано несколько вариантов технологии связанного азота. Одним из них является электродуговой метод. При помощи электрической дуги из воздуха синтезируется монооксид азота, является полупродуктом для последующего синтеза азотсодержащих соединений различного строения. Реакция протекает по следующему уравнению:

N2+O2 ↔ 2NO-Q.

Температура в зоне реакции составляет 3000°С. Данный метод крайне энергозатратен. Так для получения 1 тонны оксида азот необходимо затратить 60-70 МВт электрической энергии. Поэтому данный метод не получил распространения. Первым промышленным способом синтеза аммиака является цианамидный способ. Суть метода заключается в проведении нескольких последовательных превращений. Сначала проводят реакцию получения карбида кальция из извести и углерода. Далее из карбида кальция получают цианамид кальция путем нагревания в азотной атмосфере. Полученный цианамид разлагают водой по следующей реакции:

СаСN2(тв) + 3Н2О = 2NН3↑ + СаСО3 (тв).

Процесс достаточно сложный, связан обращением веществ в трех фазовых состояния: твердом, жидком, газообразном. Также энергетические затраты достаточно велики. В настоящее время данная технология используется незначительно. Наиболее распространен на современном этапе аммиачный процесс связывания азота. Он заключается в прямом каталитическом синтезе аммиака из азота и водорода по следующей реакции:

N2+3H2 ↔ 2NH3+45,9 кДж
Данный метод наиболее эффективен энергетической точки зрения по сравнению с описанными выше методами. Для его осуществления необходим 10 источник водорода, которым может служить как ископаемое сырье, так и вода, и биогаз. Для сравнения расход электроэнергии на 1 тонну аммиака не превышает 4МВт на тонну. Основная масса крупнотоннажных производств в мире функционирует по данной технологии.
В начале двадцатого века был разработан процесс получения аммиака из бокситов, то есть сырья неорганической природы. Были введены в строй промышленные установки. Но по причинам экономической природы производства по этой технологии не функционируют в настоящее время. В настоящее время для синтеза аммиака используется азотводородная смесь. Аппаратурное оформление процесса определяется в основном источником водорода.