Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Ивановский государственный химико-технологический университет
УТВЕРЖДАЮ
проректор ИГХТУ по
учебной работе
_________Светцов В.И.
«____»_________200 г.
Факультет
Кафедра
неорганической химии и технологии
технологии неорганических веществ
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: химическая технология неорганических веществ
По направлению 240100 Химическая технология и биотехнология
Для специальности 240301 Химическая технология неорганических веществ
Курсы
Семестры
Всего часов по дисциплине (трудоемкость):
Аудиторные занятия (час):
Лекции (час):
Экзамен:
Зачет:
Практические (семинарские) занятия (час):
Лабораторные занятия (час):
Самостоятельная работа (час):
Иваново 2004
4
7,8
293
155
56
7,8 семестры
7,8 семестры
99
138
Рабочая учебная программа составлена на основании требований ГОС высшего
профессионального образования по направлению подготовки бакалавра 240100
«Химическая
технология
и
биотехнология»,
направлению
подготовки
дипломированного специалиста 240301 «Химическая технология неорганических
веществ» проф. Ильиным А.П., доц.Куниным А.В.
Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры технологии
г. № _11___
неорганических веществ «__19___»__апреля____2004
Заведующий кафедрой
А.П. Ильин
Рабочая учебная программа рекомендована секцией специальных дисциплин
научно-методического совета «__25___»___апреля________2004 г.
Председатель секции
Ю.Г.Воробьев
Рабочая учебная программа рассмотрена и утверждена научно-методическим
советом факультета неорганической химии и технологии
«__10___»__июня______2004 г., протокол №__5__
Председатель НМС факультета
Н.Ф.Косенко
2
1. ВВЕДЕНИЕ
Цель дисциплины
Дисциплина «Химическая технология неорганических веществ» входит в цикл
специальных дисциплин и имеет своей целью формирования у студентов
специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» целостной
системы знаний по технологии неорганических веществ, включающей состояние
сырьевой базы, общие закономерности и принципы переработки минерального сырья
для получения неорганических продуктов, принципиальные технологические схемы
производств продуктов неорганического синтеза; минеральных солей, щелочей,
удобрений, катализаторов, особо чистых веществ и т.д.
Требования к знаниям и умениям по завершению изучения дисциплины
Студент должен:
иметь представление:
-о структуре отрасли технологии неорганических веществ, ее управлении, системе
научно-исследовательских и проектных организаций, их взаимосвязи;
-о номенклатуре выпускаемой продукции, контроле ее качества, системе
стандартизации, сертификации;
знать:
-о сырьевой базе промышленности неорганических веществ, свойствах, показателях
качества исходных продуктов;
уметь использовать:
-химические свойства основных классов неорганических веществ и методы их синтеза;
-способы выделения основных и побочных продуктов неорганического синтеза;
-физико-химическую сущность реакций получения основных неорганических
продуктов;
-типы и конструкции основных аппаратов для проведения процессов;
-технологию и общие принципы осуществления наиболее распространенных
химических процессов неорганического синтеза;
-способы рекуперации и утилизации газовых, жидких и твердых отходов производства
неорганических веществ;
иметь опыт:
-проведения качественного и количественного анализа сырья и основных продуктов
неорганического синтеза;
-проведения материальных и тепловых расчетов основных технологических стадий
производств неорганических продуктов.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Разделы (модули) программы
2.1.Производства продуктов основного неорганического синтеза
Лекционный материал (26 час.)
1. Продукты неорганической технологии и области их применения. Основные
направления развития неорганической технологии. Классификация технологических
процессов, их экономическая эффективность. Основные тенденции развития
промышленности неорганических веществ. Создание агрегатов большой единичной
3
мощности, снижение материало- и энергоемкости производств. География
расположения предприятий основного неорганического синтеза на территории России
и СНГ.
(1 час.)
2. Сырьевые источники для получения продуктов неорганической технологии.
Основные разведанные запасы природного сырья (природный газ, нефть, сера). Общие
закономерности и принципы переработки минерального сырья для получения
неорганических продуктов. Основные закономерности химической технологии. Роль
вторичных материальных ресурсов для получения неорганических продуктов. (1 час.)
3. Основные понятия и общие сведения о катализе и катализаторах. Гомогенный
и гетерогенный катализ. Классификация каталитических процессов по механизму.
Области протекания гетерогенно-каталитических реакций. Основные типы
каталитических
процессов
и
реакторов.
Основные
потребительские
и
эксплуатационные характеристики катализаторов.
(2 час.)
4. Основной неорганический синтез. Сырье для производства аммиака и
соединений связанного азота. Современные методы получения водорода: электролиз
воды, газификация твердого топлива, конверсия газов, глубокое охлаждение коксового
газа. Основные направления применения водорода. Энергетические и техникоэкологические перспективы перехода на водородную технологию.
Получение синтез-газа. Газификация топлива. Химические методы получения
водорода и азотно-водородной смеси. Проблемы и перспективы водородной
технологии.
(3 час)
5. Производство аммиака. Роль в жизнедеятельности растений. Методы
фиксации атмосферного азота: плазменный, микробиологический, каталитический.
Сероочистка природного газа. Физико-химические основы конверсии углеводородных
газов. Катализаторы конверсии. Утилизация тепла реакции. Конверсия оксида
углерода. Очистка конвертированного газа от оксидов углерода. Получение диоксида
углерода. Физико-химические основы и катализаторы синтеза аммиака в агрегате
крупной единичной мощности.
(2 час.)
6. Синтезы на основе оксида углерода. Синтеза из оксида углерода и водорода.
Синтез Фишера-Тропша. Физико-химические основы процессов производства
синтетических спиртов. Свойства метанола и способы его получения. Катализаторы и
кинетика процесса.
(2 час.)
7. Способы получения ацетилена. Карбиды металлов. Получение ацетилена из
карбида кальция. Физико-химические основы процесса переработки природного газа в
ацетилен. Принципиальные технологические схемы и аппаратурное оформление
процесса. Применение и переработка ацетилена. Синтезы на основе ацетилена.
Получение ацетальдегида прямой гидратацией ацетилена. Производство уксусной
кислоты.
(2 час.)
8. Получение азотной кислоты. Физико-химические основы процесса окисления
аммиака в оксид азота (II).Катализаторы окисления аммиака. Переработка оксидов
азота. Принципиальная схема производства разбавленной азотной кислоты.
Производство концентрированной азотной кислоты.
(2 час)
4
9. Получение аммиачной селитры. Физико-химические свойства аммиачной
селитры. Основные показатели качества продукта. Добавки, улучшающие качество.
Аппаратурное оформление основных стадий производства. Нейтрализация азотной
кислоты аммиаком. Выпаривание воды из растворов аммиачной селитры.
Гранулирование. Охлаждение гранул.
(1 час.)
10. Производство карбамида. Физико-химические свойства. Физико-химические
основы синтеза. Промышленные схемы производства.
(1 час.)
11. Производство синильной кислоты. Свойства синильной кислоты, методы ее
производства. Получение синильной кислоты контактным окислением аммиака и
метана.
(1 час.)
12. Производство серы и серной кислоты. Физико-химические свойства серной
кислоты и олеума. Сорта серной кислоты и олеума. Сырье для производства серной
кислоты. Элементарная сера как важнейший источник сырья для производства серной
кислоты. Обжиг серосодержащего сырья. Физико-химические основы процесса
окисления SO2 в SO3. Катализаторы окисления диоксида серы. Одинарное, двойное и
тройное контактирование. Абсорбция серного ангидрида. Аппаратура для осушки газа
и абсорбции серного ангидрида. Производство серной кислоты из элементарной серы.
Получение концентрированного и жидкого диоксида серы. Получение жидкого
триоксида серы и высококонцентрированного олеума. Получение улучшенных и
специальных сортов серной кислоты. Очистка отходящих газов и нейтрализация
сточных вод.
(2 час.)
13. Производство катализаторов и сорбентов. Состав промышленных
катализаторов и требования к ним. Научные основы приготовления и технологии
катализаторов. Физико-химические и эксплуатационные характеристики катализаторов
и сорбентов. Пористая структура контактных масс и ее роль в катализе. Удельная
поверхность и методы ее измерения. Механическая прочность. Основные методы
приготовления катализаторов. Основные типы катализаторов, используемых в
производстве неорганических веществ, принципиальные технологические схемы их
приготовления. Природа изменения активности катализатора под действием
реакционной среды и условий эксплуатации. Регенерация промышленных
катализаторов. Совершенствование технологических процессов с применением новых
видов катализаторов.
(3 час)
14. Классификация неорганических продуктов по степени чистоты. Химические
и физические примеси. Классификация особо чистых веществ. Методы получения
особо чистых неорганических веществ. Производство пищевой углекислоты из
отходящих газов производства аммиака. Принципиальная технологическая схема
глубокой очистки фосфорной кислоты.
(2 час)
15. Экологические проблемы в технологии неорганических веществ. Охрана
труда. Методы глубокой очистки газов от вредных примесей. Система водоподготовки
в производствах основного неорганического синтез.
(1 час.)
Лабораторные занятия (39 час.)
1. Анализ серной кислоты.
2. Определение серы в колчедане.
5
3. Анализ карбамида.
4. Анализ аммиачной селитры.
5. Анализ медноаммиачного раствора.
6. Синтез медьсодержащего катализатора.
7. Определение активности катализатора.
Самостоятельная работа (63 час.)
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
Коллоквиумы - 4
Сроки сдачи: 3,6,8,12 недели
Контрольные работы - 4
Сроки сдачи: 4,8,13 недели
Расчетные работы:
1. Материально-тепловые расчеты процессов конверсии углеводородных газов.
2. Материально-тепловые расчеты процессов плавления и фильтрации серы в
производстве серной кислоты.
3. Материально-тепловые и конструктивные расчеты производства аммиачной
селитры.
Сроки сдачи: 3,7,10,12 недели
ЛИТЕРАТУРА
Основная: №1, с. 3-327; №2, с. 8-41, с. 90-124; №3 с.45-68; №9 с.15-55, 197-223, 575-660
Дополнительная: №1, с. 13-37, с. 137-236; №2, с. 3-60; №3; №4, с.36-96; №5, с. 21-168;
№6, с. 288-347
2.2 Производство минеральных удобрений, солей и щелочей.
1. История и основные направления развития производства минеральных
удобрений, солей и щелочей. Продукты неорганической технологии, области их
применения. Роль удобрений в развитии растений. Макро- и микропитательные
элементы. Классификация удобрений по происхождению, назначению, составу,
свойствам, способам получения и степени растворимости. Антагонизм и синергизм
удобрений
(2 час)
2. Сырьевые источники для получения основных продуктов минеральной
технологии (фосфориты, апатит, калийсодержащие минералы, залежи солей, рассолы,
раны). Комплексная переработка сырья. Общие закономерности и основные принципы
переработки минерального сырья для получения неорганических продуктов.
Комбинирование производств, выпускающих удобрения и сырье для них. Роль
вторичных материальных ресурсов для производства неорганических веществ.
(2 часа)
3. Характеристика основных (типовых) технологических процессов в
производстве минеральных удобрений, солей и щелочей. Их экономическая
эффективность. Обжиг. Виды обжига. Факторы, влияющие на скорость процесса
обжига. Растворение (физическое, химическое; движущая сила процесса растворения;
факторы, влияющие на скорость процесса растворения). Кристаллизация (виды
кристаллизации). Гетерогенный ионный обмен. Экстракция.
(2 час)
4. Способы обогащения сырья для производства минеральных удобрений, солей
и щелочей (флотация; гидросепарация, гравитационная сепарация, электросепарация,
6
магнитная сепарация). Гранулирование
минеральных удобрений).
(основные
способы
гранулирования
(2 час)
5. Фосфорсодержащие удобрения и их роль в повышении урожайности
сельскохозяйственных культур. Фосфоритная мука, ее получение, свойства и
применение в сельском хозяйстве.
(2 час)
6. Термохимические методы переработки природных фосфатов. Физикохимические основы производства элементарного фосфора и термической фосфорной
кислоты (одноступенчатый и двухступенчатые способы). Их свойства и области
применения. Сравнительная оценка технологии производства фосфорной кислоты
термическим и экстракционным методами.
(2 час)
7. Мокрые методы переработки фосфорсодержащего сырья. Сернокислотное
разложение. Физико-химические основы процесса. Способы получения простого
суперфосфата (камерный, поточный, камерно-поточный). Гранулированный и
аммонизированный суперфосфаты. Обезвреживание и утилизация газовых выбросов
фосфатных производств.
(2 час)
8. Физико-химические основы получения экстракционной фосфорной кислоты,
режимы получения (дигидратный; полугидратный; ангидридный); факторы, влияющие
на фильтруемость суспензии. Концентрирование фосфорной кислоты.
(2 час)
9. Фосфорнокислотное разложение фосфатного сырья. Получение двойного
суперфосфата камерным, поточным и камерно- поточным способами. Физикохимические основы процесса. Основные стадии получения двойного суперфосфата.
Содержание форм Р2О5 в двойном суперфосфате.
(2 час)
10. Гидротермальные методы переработки природных фосфатов с целью
получения обесфторенных фосфатов. Получение моно- и дикальцийфосфата. Физикохимические основы процессов.
(2 час)
11. Азотнокислотного разложения фосфатного сырья. Влияние температуры,
концентрации и нормы азотной кислоты на полноту и скорость разложения фосфатного
сырья. Способы уменьшения соотношения СаО: Р2О5 в азотнокислотной вытяжке:
вымораживание нитрата кальция; введение дополнительного количества фосфорной
кислоты; осаждение избытка кальция серной кислотой или сульфатами аммония,
натрия либо калия; осаждение избытка кальция в виде СаСО3 диоксидом углерода и
аммиаком.
(2 час)
12. Получение комплексных удобрений на основе азотнокислотной вытяжки и
экстракционной фосфорной кислоты. Нитроаммофоска, диаммофоска, аммофос.
Способы переработки тетрагидрата нитрата кальция– побочного продукта
производства нитрофосфатов.
(2 час)
13.Роль калия в развитии растений. Виды калийных солей, применяемых в
качестве удобрений. Получение хлорида калия из сильвинита флотацией и
галургическими методами. Виды, получение и применение бесхлорных калийных
удобрений.
(2 час)
7
14. Физико-химические основы производства кальцинированной соды. История
вопроса. Очистка солевого раствора от ионов кальция и магния. Аммонизация солевого
раствора. Карбонизация аммонизированного раствора, фильтрация раствора
бикарбоната натрия. Обжиг известняка и получение гашеной извести. Регенерация
фильтровой жидкости. Пути использования хлорида кальция– отхода содового
производства.
(2 час)
15. Производство каустической соды. Методы производства NaOH и их
сравнительная характеристика. Физико-химические основы производства гидроксида
натрия каустификацией содового раствора.
(2 час)
Лабораторные занятия (60 час.)
1. Определение содержания соединений кальция в природных фосфатах (в пересчете
на СаО).
2. Определение содержания соединений фосфора в природных фосфатах (в пересчете
на Р2О5).
3. Определение свободной, усвояемой и общей форм Р2О5 в суперфосфатах.
4. Анализ кальцинированной соды.
5. Определение аммонийного азота в аммофосе.
6. Анализ медного купороса.
7. Анализ хромпика.
8. Определение фтора в экстракционной фосфорной кислоте.
Самостоятельная работа (75 час.)
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
Сроки сдачи: 4,7,10,13,15 недели.
Сроки сдачи: 5,8,11,14 недели.
Коллоквиумы − 5
Контрольные работы − 4
Расчетные работы − 4.
− Материально-тепловые расчеты процесса восстановления фосфатного сырья
углеродом в присутствии SiO2.
− Материально-тепловые расчеты процессов сернокислотного разложения фосфатного
сырья.
− Материально-тепловые расчеты процессов фосфорнокислотного разложения
фосфатного сырья.
−Материально-тепловые расчеты процессов азотнокислотного разложения фосфатного
сырья.
Сроки сдачи: 6,9,12,15 недели
ЛИТЕРАТУРА
Основная: №4, с.19-1504; №5, с. 5-350; №6, с.250-492; №7, с.84-370.
Дополнительная: №7, с.3-288; №8, с.3-376; №9, с.206-264; №10, с.3-288; №11, с.3-464.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная
1. Технология связанного азота /Под ред. В.И. Атрощенко.- Киев: Высшая школа,
1985.-327 с.
2. Васильев Б.Т., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1985.-384 с.
3. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности /Под
ред. В.М. Олевского. М.: Химия, 1987.-464
8
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1974. т.1.-792 с., т. 2.-760 с.
Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л.: Химия, 1989.-352 с.
Позин М.Е., Копылев Б.А., Бельченко Т.В. и др. Расчеты по технологии
неорганических веществ. Л.: Химия, 1989.-492 с.
Позин М.Е. Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических
веществ. Л.: Химия, 1980.-368 с.
Ильин А.П., Морозов Л.Н., Смирнов Н.Н. Химическая технология неорганических
веществ. Сборник лабораторных работ. Иваново, 2002. -80 с.
Крылов О.В. Гетерогенный катализ: Учебное пособие для вузов /О.В.КрыловМ.:ИКЦ «Академический», 2004.-679 с.
Дополнительная
1. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1983.-360 с.
2. Самсонов О.А., Солон Б.Я. Технология азотной кислоты. Расчеты на ЭВМ.
Учебное пособие.- Иваново, 1991.-144 с.
3. Расчеты по технологии неорганических веществ: Учебное пособие для вузов 2-е
изд., перераб. /Под ред. М.Е.Позина.Л.: Химия, 1989.-357 с.
4. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности
/М.Е.Иванов, В.М.Олевский, Н.Н.Поляков и др.-М.: Химия, й1990.-268 с.
5. Производство аммиака /Под ред. В.П.Семенова.-М.: Химия, 1985.-385 с.
6. Водород. Свойства. Получение, хранение,транспортировка, применение:
Справочное издание /Под ред. Д.Ю.Гамбурга, Н.Ф.Дубровина. -М.: Химия, 1989.385 с.
7. Фабич Б.М., Окладников В.П., Лигач В.Н. и др. Комплексное использование сырья
и отходов. М.: Химия, 1988. 288с.
8. Соколовский А.А., Унанянц Т.П. Краткий справочник по минеральным
удобрениям. М.: Химия, 1977. 376с.
9. Викторов М.М. Графические расчеты в технологии неорганических веществ. М.:
Химия, 1972. 464с.
10. 10.Яхонтова В.Я. и др. Кислотные методы переработки фосфатного сырья. М.:
Химия, 1988. 288с.
11. Технология комплексных и фосфорных удобрений /Эвенчик С.Е., Бродский А.А./ −
М.: Химия, 1987. 464с.
9