Современная энергосберегающая технология синтеза аммиака из азотоводородной смеси, осуществленная по циклической схеме

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ БИОТЕХНОЛОГИИ  И ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ

     

Допустить к защите

«____» ___________ 2012 г.

Руководитель Горькова И. В.

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Современная энергосберегающая технология синтеза аммиака из азотоводородной смеси, осуществленная по циклической схеме»

 

 

Автор работы  __ Волобуева Т. В.          080105            Био-481____________

Специальность _________240901 – Биотехнология_____________________

Руководитель работы _______к. с-х. н., доцент И. В. Горькова___________

 

Работа защищена с оценкой            _____________

 

Члены комиссии                           ________________

                                                       ________________

                                                       ________________

Регистрация

«____» ___________ 2012 г.

Лаборант   _____________

 

ОРЕЛ – 2012 г

 

Введение

Во всех индустриально  развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Производству азотных удобрений и их основы, аммиака, в нашей стране уделялось первостепенное внимание.

Аммиак - ключевой продукт  различных азотсодержащих веществ, представленных на рисунке 1, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве; на нем полностью базируется азотно - туковая отрасль.

Показатель потребления  природного газа является одним из важнейших факторов, определяющих рентабельность производства аммиака. На выработку 1 тонны аммиака российские агрегаты потребляют 1115-1380м3 природного газа. Зачастую высокое потребление природного газа связано с тем, что большинство российских агрегатов являются устаревшими и значительно уступают используемым в передовых странах по энерго- и материалоемкости и экологическим требованиям. Но в последние годы на большинстве предприятий проводятся работы по реконструкции и модернизации производств, в результате которых расход природного газа и электроэнергии снижается

 Аммиак, , - простейшее соединение азота с водородом. Бесцветный газ с очень резким характерным запахом (нашатырный спирт), легко растворяется в воде.

Жидкий аммиак - бесцветная подвижная жидкость. При испарении  жидкого аммиака он поглощает  много тепла (теплота испарения 23,37 кДж/моль), поэтому его используют в холодильниках. При температуре  минус 77,7ºС жидкий аммиак превращается в белые кристаллы.

Газообразный аммиак очень  хорошо растворяется в воде. При 20°C в одном объёме воды растворяется 700 объёмов аммиака. Так получают аммиачную воду.

Твердый  аммиак представляет собой бесцветные кристаллы с  кубической решеткой. Наличие  водородных  связей  наряду  со  значительной  полярностью молекул  аммиака  обуславливают  сильное  взаимодействие  между  ними, вследствие чего физические свойства NH3 во многом аномальны по сравнению  с однотипными соединениями (PH3,  SbH3, AsH3). Так, у ближайшего аналога аммиака  −  фосфина  РН3  температура кипения 87,4°С (у NH3  − -33,35 °C),  а температура плавления − 133,8°С ( у NH3  − -77,7оC),  несмотря  на  то,  что молекула PH3  вдвое  тяжелее  молекулы NH3. 

Аммиак почти наполовину легче воздуха. Плотность газообразного  аммиака при 0°С и 101,3 кН/м2 (760 мм рт. ст.) 0,7714 кг/м3. Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он очень токсичен для организма, поэтому большая часть аммиака превращается печенью в менее токсичное соединение – мочевину, которая затем выводится почками.

Уже в глубокой древности  был известен хлористый аммоний (нашатырь – бессмертный огонь, персидское название). Получали в Ливии и Египте, сжигая в печах верблюжий навоз. Газ оседал в пористых полостях дымоходов, там его собирали и продавали в емкостях для лечебных и промышленных целей под названием «амоньянсос» - (греч. песчаная соль), затем его называли «аммониак», а в русской транскрипции – «аммиак».

В природе чистого аммиака  не существует.

Аммиак образуется в организме  человека как продукт белкового  обмена и обезвреживается превращением его в мочевину и выводится из организма.

Аммиак играет важнейшую  роль в жизни растений, потому и  применяется как удобрение.

Вообще соединение азота  играют неисключительную роль в деятельности человека (производство некоторых пластмасс, красителей, химических волокон, взрывчатых веществ и пороха, медикаментов и др.). Вследствие большой инертности азота долгое время не удавалось найти способы фиксации его в соединениях. Лишь в начале ХХ века были найдены три метода: электродуговой (соединение азота и кислорода при высокой температуре), цианамидный (реакция карбида кальция с азотом при 1000°С с образованием цианамида) и аммиачный метод – фиксация азота в соединении с водородом – получивший широкое промышленное применение в производстве минеральных удобрений.

Аммиак  ядовит,  заражает  водоемы  при  попадании  в  них.  Предельно допустимые концентрации (ПДК) в воздухе населенных мест: среднесуточная и максимально разовая − 0,2 мг/м3; предельно допустимая в рабочем помещении промышленного предприятия − 20 мг/м3. Запах ощущается при концентрации 40 мг/м3. Если же его содержание в воздухе достигает 500 мг/м3, он опасен для вдыхания ( возможен  смертельный  исход).  Аммиак  сильно  раздражает слизистые  оболочки.  Жидкий  аммиак  вызывает  сильные  ожоги  кожи.  При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути. При хроническом отравлении  −  расстройство пищеварения,  катар верхних  дыхательных путей, ослабление  слуха.  Учитывая  вышеизложенное,  синтез  аммиака относится к категории опасных производств.  Для безопасного функционирования оборудования важно осуществлять бесперебойное энергоснабжение, выполнять все  работы  в  строгом  соответствии  с  регламентом,  а  также  проводить диагностические измерения и своевременный ремонт.

По  объемам  производства  аммиак  занимает  одно  из  первых  мест  в химической промышленности. Аммиак выпускается в жидком виде или в виде водного раствора − аммиачной воды, которая обычно содержит 25% NH3.

Основным направлением использования  аммиака является производство минеральных  удобрений – преимущественно  азотных (карбамида,  нитрата  и сульфата аммония) и фосфатных (аммофоса, диаммофоса).  Аммиачную воду также  применяют  в  качестве  удобрения.  Более  того,  в  ряде  случаев  поля поливают  из  цистерн  непосредственно  жидким  аммиаком.  Также  аммиак используется  для  получения  азотной  кислоты,  капролактама,  соды ( по аммиачному  методу),  и,  в  меньшей  степени,  в  процессе  выработки азотсодержащих  солей  и  синильной  кислоты.  Кроме  того,  аммиак  является хорошим растворителем для большинства азотосодержащих соединений.

Помимо  химической  промышленности NH3  применяется  в  легкой промышленности  при  очистке  и  крашении  хлопка,  шерсти  и шелка.  В нефтехимической  промышленности  химикат  используют  для  нейтрализации кислотных  отходов,  а  в  производстве  природного  каучука  аммиак  помогает сохранить  латекс  в  процессе  его  перевозки  от  плантации  до  завода.  В сталелитейной промышленности NH3 используют для создания защитных сред (азотирования – насыщения  поверхностных  слоев  стали  азотом,  что значительно  увеличивает  ее  твердость).  В  криогенной  технике  аммиак используется  в  качестве  хладагента.  Медики  используют  водные  растворы аммиака (нашатырный  спирт)  в  повседневной  практике:  ватка,  смоченная  в нашатырном спирте, выводит человека из обморочного состояния.

 

 

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

1.1 Тенденции развития химической промышленности

 

Химическая промышленность -- вторая после электронной ведущая отрасль индустрии, которая наиболее быстро обеспечивает внедрение достижений научно-технического прогресса во все сферы хозяйства и способствует ускорению развития производительных сил в каждой стране. Особенность современной химической промышленности –  ориентация главных наукоемких производств (фармацевтического, полимерных материалов, реагентов и особо чистых веществ), а также продукции парфюмерно-косметической, бытовой химии и т.д. на обеспечение повседневных нужд человека и его здоровья.

Развитие химической промышленности обусловило процесс химизации народного хозяйства. Он предполагает повсеместное широкое использование продукции отрасли, всемерное внедрение химических процессов в разные отрасли хозяйства. Такие отрасли промышленности, как нефтепереработка, тепловая энергетика (кроме АЭС), целлюлозно-бумажная, черная и цветная металлургия, получение строительных материалов (цемент, кирпич и т.д.), а также многие производства пищевой промышленности основаны на использовании химических процессов изменения структур исходного вещества. При этом они зачастую нуждаются в продукции самой химической промышленности, т.е. тем самым стимулируют ее ускоренное развитие.