Химическая технология.
Производство аммиака и метанола

Ключевые слова конспекта: Химическая технология. Химические процессы, лежащие в основе производства аммиака и метанола. Характеристика этих процессов. Общие научные принципы химического производства. Биотехнология. Нанотехнология.

Химическая технология — это наука о наиболее эффективных методах и средствах переработки сырья (природных ресурсов) для получения веществ и материалов, используемых в различных отраслях хозяйства.

Область изучения химической технологии охватывает нефтехимию, целлюлозно-бумажную и пищевую промышленность, производство стройматериалов, чёрную и цветную металлургию и многие другие отрасли.

В курсе химии средней школы вы знакомились с важнейшими химическими производствами: чугуна и стали, алюминия, серной и азотной кислот, аммиака, полимеров, метанола и др. Обобщим представления о химическом производстве на примерах получения аммиака и метанола, которые имеют много общего.

Оба производства используют в качестве сырья природный газ метан. Из него путём конверсии (превращения) получают водород:

Необходимый для производства аммиака азот получают фракционной перегонкой жидкого воздуха.

В основе синтеза аммиака лежит химическая реакция, уравнение которой вы хорошо знаете:

Нетрудно убедиться, что эта характеристика справедлива и для реакции синтеза метанола:

В производстве метанола используется цинк-хромовый катализатор ZnO / Cr₂O₃ • СгO₃.

Такими условиями являются:

• увеличение концентрации исходных веществ и уменьшение концентрации продуктов, что достигается повышением давления (при этом аммиак и метанол превращаются в жидкость);
• понижение температуры, согласно принципу Ле Шателье, так как реакции экзотермические (при этом резко уменьшается скорость реакций, поэтому их проводят при оптимальных температурах: 450—500 °С для аммиака и 370—400 °С для метанола).

Рассмотрим схему установки по производству аммиака и метанола. Реагирующие смеси тщательно очищают и подают в турбокомпрессор, где аммиак сжимают до 25—60 МПа, а метанол до 25—30 МПа, смешивают с циркуляционным газом и направляют в колонну синтеза.

Колонны синтеза имеют разную конструкцию. Рассмотрим колонну, совмещающую в одном корпусе катализаторную коробку и теплообменник.

Исходную смесь газов сначала нагревают в теплообменнике за счёт движущихся противотоком выходящих газов. Противоток — движение веществ навстречу друг другу с целью создания наилучших условий для обмена энергией.

При всех указанных условиях проведения реакции равновесный выход продуктов составляет не более 20 %, поэтому синтез проводят по принципу многократной циркуляции, т. е. непрореагировавшую смесь газов много раз возвращают в производство после отделения полученных продуктов. Благодаря замкнутой схеме промышленный синтез аммиака и метанола полностью отвечает принципу экологической целесообразности и безопасности химического производства.

Современная технология сочетает достижения естественно-научных знаний физики, химии, биологии, экологии и др.

Инновационным направлением является биотехнология, т. е. использование живых организмов или клеточных структур для производства химических веществ.

В современной биотехнологии выделяют три направления: генная (или генетическая) инженерия, клеточная инженерия, биологическая инженерия.

В настоящее время бурно развивается новое направление химической технологии — нанотехнология. Её отличие от других технологических процессов состоит в производстве веществ и материалов с уникальными свойствами путём манипулирования атомами и молекулами. Это манипулирование осуществляется различными физико–химическими методами, например, порошковой технологией, физическим и химическим осаждением плёночных покрытий и др. Особую роль в нанотехнологии играют современные приборы, например сканирующие зондовые микроскопы.

XXI век обещает стать веком нанонауки и нанотехнологий. Лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман ещё в 1959 г. утверждал, что проникновение в наномир — это бесконечный путь человечества, на котором оно практически не ограничено материалами, а следует лишь за собственным разумом.

Конспект урока по химии «Химическая технология». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии