Технология связанного азота

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В. С. Черномырдина. 

(филиал в г. Воскресенске)

Кафедра «Неорганической химии»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Введение в специальность»

Тема: "Технология связанного азота"

Выполнил: студент 2-го курса (заочное отделение) Шепельков И.М. (шифр 410227)

Специальность: 240301 – «химическая технология неорганических веществ»

Проверил: Русин В. Н.

Воскресенск, 2012

Технология производства цианамида кальция

   Вторым методом связывания азота оказался цианамидный метод (открыт в 1905 году.)

   Процесс получения цианамида кальция – азотирование азотом – записывается в виде реакции:

 CaC2 + N2 = CaCN2 + C

   Реакция обратима и протекает автотермично, но в две стадии. Сначала при температуре 1000 – 1100 градусов Цельсия образуется цианистый кальций:

CaC2+N2=Ca(CN)2

   Которая затем распадается на цианамид кальция и углерод:

Ca(CN)2=CaCN2+C

   Реакция идет в диффузионной области является гетерогенной реакцией между твердым и газообразным реагентами. Для увеличения поверхности контактирования важны хорошая газопроницаемость шихты и тонкое измельчение карбида кальция.

   Обратимость реакции азотирования проявляется в том, что при температуре 1200 градусов Цельсия цианамид кальция начинает разлагаться на исходные вещества, и равновесие реакции полностью сдвигается в лево. Для понижения температуры азотирования в шихту добавляют готовый цианамид (20 %), или хлористый кальций ( до 25%), или фтористый кальций (до 2%).

   Технология цианамида кальция предусматривает либо непрерывны процесс – в канальных печах ( с вагонетками шихты) или трубчатых (вращающихся) печах, либо периодический процесс. Именно последний нашел наиболее широкое применение. Азотирование карбида кальция проводили в ретурных печах периодического действия с электронагревом производительностью 5 т. готового продукта за цикл (40-42 часа). Шихту вместе с добавками загружают в печь, закрывают и в ней устанавливают электрод. Начинают подавать азот, вытесняя воздух, а зачем включают ток и за 2-3 часа при непрерывной подаче азота нагревают реакционную массу до температуры 1000-1100 градусов Цельсия. Далее реакция азотирования протекает автотермично, поэтому электрический ток (нагрев) отключают. После окончания реакции азотирования давление азота в печи повышается, т.к. поглощение азота карбидом кальция закончилось, выход цианамида кальция составляет 82-85%. При этом реакционная масса увеличивается и спекается. Чтобы её охладить, в инертной атмосфере подачу азота в печь осуществляют до тех пор , пока температура твердых блоков цианамида кальция не снизится до 600-700 градусов Цельсия. Затем подачу азота прекращают и дают возможность в течение 1-2 часов остыть в печи. После чего охлажденные блоки цианамида кальция вынимают и направляют на дробление. Цианамид кальция ядовит и измельченный способен к пылению, все эти обстоятельства учитываются в упаковке – готовый продукт не должен распыляться и контактировать с окружающей средой при погрузке и транспортировке.

   Отметим, что расход электроэнергии и в этом методе (с учетом получения карбида кальция) высок – около 10-12 тысяч кВт.ч на 1 тонну связанного азота. Цианамид применяется как азотное удобрение и дефолиант (уничтожает листья при сборе хлопчатника), а также в органическом  синтезе. В 50-е годы в мире производилось около 2.0 млн т в год цианамида кальция.

В настоящее время этот продукт потерял свое значение в качестве азотного удобрения и доля производства цианамида кальция для производства связанного азота весьма незначительна. Тем не менее, работы по совершенствованию данного метода продолжаются.

   Среди последних исследований отметим работу, где предлагается в плазме синтезировать дициан C2N2 из углеводородного сырья и атмосферного азота при температуре выше 3000 градусов Цельсия. Используют дициан, полученный плазмо-химический методом. Рекомендуют синтез цианамида кальция вести при температуре 400 – 1000 градусов Цельсия по реакции:

СаO+C2N2=CaCN2+CO+Q

Список использованной литературы

1. Технология связанного азота. Русин В. Н., Тарчигина Н. Ф.