Лабораторные работы по общей химической технологии (стр. 22 )

A. Механизм процесса         B. Структура образовавшегося кокса

C. Используемое сырье        D. Выход газообразных продуктов

E. Степень превращения

4. Укажите параметр не влияющий на процесс крекинга:

A. Давление        B. Температура        C. Устойчивость сырья

D. Время проведения процесса        E. объем реактора

5. Укажите основные элементы нефти:

A. С; Н.        B. С:Н:S:O                C. C;O        D. C;S;H                E. H;O;S.

Контрольные вопросы

Перечислите основные аппараты и приборы лабораторной установки Укажите причины снижения активности катализатора крекинга Для чего необходимы проверка установки на герметичность во время эксперимента? Какие продукты образуются при каталитическом крекинге? Опишите химические реакции превращения углеводородов при каталитическом крекинге Напишите уравнение реакции термического распада гептана при крекинге на два углеводорода  с меньшей молекулярной массой. Напишите уравнение реакции дегидрирования бутана при крекинге. В чем заключаются основные преимущества каталитического крекинга перед термическим? Какими свойствами должны обладать катализаторы каталитического крекинга? Как осуществляется их регенерация? Октановые числа бензинов, полученных за счет термического крекинга, находятся в пределах от 60 до 75, а бензинов каталитического крекинга – выше 80. Каков состав этих бензинов?

Литература

, Принципы технологии основного и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа, 2003. 536 с. , , Пиролиз углеводородного сырья. М.: Химия, 1987. 240 с. , , Теория химических процессов основного основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1975. 346с.

Работа 15. КОКСОВАНИЕ КАМЕННОГО УГЛЯ

1. Цель работы

1. Проведение коксования каменного угля

2. Составление материального баланса процесса коксования

2. Теоретическая часть

       Пиролиз (сухая перегонка) угля без доступа воздуха при температуре 800-900 0С, называемый коксованием, служит для получения кокса, который необходим для металлургической промышленности и получения различных химических соединений (аммиака, бензола, толуола, нафталина, антрацена и др.). В качестве сырья применяют коксующиеся угли или шихту, состоящую из углей разных марок.

       Коксование проводят в камерных или шахтных печах, работающих в политермическом режиме с постепенным подъемом температуры, поэтому процесс сопровождается многичленными первичными и вторичными химическими реакциями (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Схема коксовой печи

Термические превращения угля начинаются при температурах около 2000С. Однако уже при нагревании до 1200С выделяются физически связанная влага, адсорбируемые углем газы (диоксид углерода, метан, компоненты воздуха). При температурах более 2000С начинается выделение некоторого количества воды, образующейся при термическом разложении органической массы сырья (ОМУ), а также диоксида углерода. Это является результатом достаточно сложных химических превращений, затрагивающих в основном внешние полярные группы. В диапазоне 250-3250С процессы разложения угольного вещества усиливаются. Идет интенсивное выделение паров воды, диоксида углерода, выделяется некоторое количество сероводорода и органических соединений серы. На этой стадии заметно уменьшается содержание кислорода в угле, особенно в угле ранней стадии метаморфизма. Однако и в этом температурном интервале идет расщепление химических связей лишь на концевых участках макромолекул угля. Глубоких изменений внутренней структуры органической массы угля ещё не происходит. При температурах выше 3500С начинается разложение основной органической массы угля. Глубокое разложение органической массы угля, выделение жидких в обычных условиях веществ (смолы) завершается при температуре около 5500С. При 5500С остается твердый остаток – полукокс, поэтому процесс термической переработки, заканчивается при температуре 500-5500С, обычно называют полукоксованием. При последующем нагревании протекают процессы дальнейшего уплотнения вещества полукокса, формирование и развитие микрокристаллитных графитоподобных структур. Эти процессы сопровождаются отщеплением газообразных продуктов – в первую очередь водорода, а также некоторых количеств аммиака, метана, оксида углерода, азота. К 9000С завершается образование достаточно высоконауглероженного твердого остатка – кокса.

       Конечными продуктами пиролиза будут как индивидуальные вещества (сероуглерод, бензол, толуол, ксилолы, аммиак, антрацен, нафталин и т. д.), так и смеси веществ (масла – нафталиновое, поглотительное и др.; сольвент – смесь изомеров триметилбензола и ароматических углеводородов; каменноугольный пек, обратный коксовый газ и др.).

3. Экспериментальная часть

Химические реактивы, посуда, приборы

Каменный уголь Хлорид кальция Раствор серной кислоты 0,5 моль/л Раствор серной кислоты 20%-ный Раствор гидроксида натрия 30%-ный Ксилол Индикатор метиловый оранжевый Оксид ртути (II) Установка для коксования угля Фарфоровая ступка с пестиком

Порядок проведения работы

Описание установки и подготовка ее к работе

Коксование угля проводят в фарфоровой трубке 1, помещенной в электропечь 2 (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Схема установки для коксования: 1-трубка для коксования, 2-электропечь, 3-термопара, 4-газоотводная трубка, 5-манометр, 6-ловушка, 7-баня с охлждающей смесью, 8-трубка с CaCl2, 9-11-поглотительные склянки, 12,13-трубки с активированным углем, 14-газометр, 15-18-краны.

Температуру процесса измеряют термопарой 3. Трубка для коксования должна герметично закрываться с обеих сторон и на одном конце иметь газоотводную трубку 4, соединенную с манометром 5. Газоотводная трубка последовательно соединяется с системой для улавливания летучих продуктов коксования: ловушкой 6, поглотительными склянками Дрекселя 9-11, двумя трубками с активированным углем 12,13 и газометром 14 и помещается в сосуд Дьюара или баню 7, которые заполняются водой со льдом. Трубка 8 используется для улавливания следов влаги и заполняется прокаленным хлоридом кальция. Склянка 9 служит для поглощения аммиака и заполняется 10-20 мл раствора серной кислоты (1 моль/л) с индикатором – метиловым оранжевым. Склянку 10 используют доя улавливания СО2 и сероводорода, она заполняется 30 мл раствора гидроксида натрия (30%). Поглотительную склянку 11 заполняют 30 мл раствора оксида ртути и в ней улавливают непредельные углеводороды. Две трубки 12, 13 (V-образные) служат для улавливания сырого бензола, и их заполняют высушенным активированным углем. Газометр 14 заполняют насыщенным раствором хлорида натрия. Все поглотительные сосуды перед началом работы взвешивают с точностью до 0,0001 г. Установку собирают и перед началом работы проверяют на герметичность. Для этого отключают манометр 5 (закрывают краны 16 и 18) и открывают краны 15 и 17. Если установка герметична вытекание жидкости из газометра 14 постепенно должно прекратиться.

Проведение коксования

Каменный уголь дробят в фарворовой ступке, перемешивают, взвешивают (с точностью до 0,01 г) и пересыпают в предварительно взешенную трубку для коксования. Затем трубку вставляют в печь и разравнивают угольную загрузку так, чтобы уголь располагался ровным слоем по той части трубки, которая находится в печи. Трубку коксования устанавливают с небольшим наклоном, а газоотводную трубку помещают в пробке как можно ниже. После сбора установки и повторной проверки на герметичность открывают кран 17 на газометре 14, чтобы запорная жидкость вытекала из газометра. Давление в манометре 5 поддерживают в пределах 1,3.102 Па. Включают печь 2, ведут нагревание до температуры 1123 К, а затем выдерживают при этой температуре 30 мин.

По окончании коксования выключают электропечь, перекрывают все краны и зажимы, отсоединяют трубку 1 от поглотительной системы. Горячая трубка охлаждается на листе асбеста. Поглотительные склянки разъединяют, выдерживают 15 мин и взвешивают.

Анализ продуктов коксования

Массу кокса определяют путем взвешивания остывшей трубки и определения ее привеса. Массу надсмольной воды и смолы определяют путем взвешивания ловушки и вычитания массы пустой ловушки. Привес ловушки 6 дает массу сконденсировавшейся смолы и воды. Массу воды определяют в конденсате путем азетропной отгонки воды с ксилолом. Для этого в круглодонную колбу 1 на 250 мл наливают конденсат из ловушки. Ловушку промывают 15-25 мл ксилола, а промывную жидкость сливают в колбу 1.

Рис. 15.3. Прибор для азеотропной разгонки конденсата: 1-колба, 2-ловушка, 3-холодильник, 4-колба-обогреватель

Собирают прибор (рис. 15.3), соединяя колбу с холодильником 3 через ловушку 2. Смесь перегоняют. Дистиллят собирается в градуированной ловушке до тех пор, пока не прекратится увеличение водного слоя. Вся масса воды определяется по показанию мениска в ловушке и по привесу хлоркальциевой трубки 8.

Для определения массы выделившегося аммиака оттитровывают избыток серной кислоты (1м) в поглотительной склянке 9. По разности взятой кислоты и обратно оттитрованной рассчитывают массу аммиака. Привес поглотительных сосудов 10, 11, 12, 13 дает массу веществ: сероводорода и СО2, непредельных углеводородов и сырого бензола. Полученный в газометре объем несконденсированного газа пересчитывают на нормальные условия

где V0 – объем газа при нормальных условиях, л; V – объем газа в условиях опыта, л; Р – барометрическое давление, Па; h – упругость водяных паров при данной температуре газа, Па; Т – температура газа, К.

Массу газа в данном объем V0 рассчитывают по формуле:

m = V0 . 0,458

где m – масса газа при нормальных условиях, кг; V0 – объем газа при нормальных условиях, л; 0,458 – средняя плотность газов коксования, кг/м3.

4. Задания и оформление работы

Результаты работы записывают в тетрадь. Составляют материальный баланс процесса коксования на 1 кг угля, данные расчета сводят в таблицу:

Приход	Расход
Продукты	кг	%	Продукты	кг	%
Уголь	100	Кокс
Смола
Аммиак
H2S и СО2
Непр. угл.
Сырой бензол
Газ
Потери

Блиц-тест

1. Пористое вещество содержит 95-97 % углерода в органической массе, источник теплоты, компонент шихты:

А. кокс        В. полукокс        С. антацид

D. уголь        Е. древесный уголь

2. Какой из полученных продуктов составляет наибольшую массовую долю при коксовании твердого топлива

A. кокс        B. коксовый газ                C. каменноугольная смола

D. надсмольная вода                        E. сырой бензол

3. К каким реакторам относится коксовая печь

A. реакторам непрерывного действия

B. к реакторам периодического действия

C. к реакторам идеального смешения

D. к адиабатическим реакторам

E. к высокотемпературным реакторам

4.  Основным потребителем кокса является:

А. Цветная металлургия        В. Карбамидная промышленность

С. Полимерная промышленность                D. Резиновая промышленность

E.  Промышленность химических волокон

5. Укажите последнюю стадию производства кокса:

А. Обжиг                В. Получение пека        С. Изготовление брикетов

D. Высушивание                E.  Измельчение

Контрольные вопросы

Каковы особенности переработки твердого топлива Перечислите виды переработки твердого топлива Укажите условия проведения коксования, конечные продукты этого процесса Опишите химические реакции и процессы, протекающие при коксовании каменного угля. Как влияют температура, плотность загрузки, скорость процесса на процессы коксования? Опишите процесс полукоксования. Какие продукты образуются при полукоксовании? Что такое коксовый газ? Какие продукты образуются при переработке коксового газа? В чем заключается подготовка к коксованию? Как классифицируются угли по их способности к коксованию? Перечислите коксоующихся углей. Что такое пластическое состояние углей? Перечислите основные характеристики пластического состояния углей.

Литература

Классификация горючих ископаемых по структурно-химическим показателям и основные пути использования ископаемых углей: , , — Санкт-Петербург, НТК "Трек", 2007 г.- 152 с. Новые подходы к стандартизации методов оценки качества углей в системе технического регулирования: — Санкт-Петербург, НТК "Трек", 2007 г.- 288 с. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей: , , Л — Москва, НТК "Трек", 2008 г.- 368 с.

Яшкарова Марзия Габитхановна

Оразжанова Ляззат Каметаевна

Лебаева Жемис Темиргалиевна

Лабораторные работы по Общей химической технологии

Учебное пособие

Рекомендовано к печати Ученым Советом Семипалатинского государственного университета им. Шакарима

Сдано в набор 04.12.2011

Подписано в печать 09.12.2011

Формат 60х84 1/6. Бумага офсетная

Тираж 500 экз.

Отпечатано в типографии Семипалатинского государственного

университета имени Шакарима

071412, 0 «А»