《无机化工产品生产技术与操作》合成氨部分

32绪论主要内容1《典型无机化工产品生产技术》原由本课程教法选择和考核评价方法典型无机化工产品在国民经济中的重要地位及其发展概况无机化工产品种类繁多，生产技术也千差万别，实难以《无机化工生产技术》一书以概之，故改名为《无机化工生产技术与操作》1《典型无机化工产品生产技术》原由主要内容典型无机化工产品主要包括合成氨、化学肥料、硫酸与硝酸、纯碱与烧碱、主要无机盐等五个方面。都属于大宗化学品和典型无机化工产品。本书重点介绍典型无机化工产品的生产原理、生产原料路线选择、工艺流程组织、生产运行与操作条件的优化，以及典型设备选型、操作控制要点及常见故障排除措施等表0-12008年我国典型无机产品的产量/万t合成氨硫酸硝酸纯碱烧碱尿素磷肥钾肥复混肥517951008001950247050001350(折P2O5)1000自产300进口7001500水泥碳酸钙玻璃150000轻钙550重钙75057442.9(万重量箱)注：1万重量箱平板玻璃约等于500吨。632142典型无机化工产品在国民经济中的重要地位及其发展概况合成氨堪称现代化学工业的领头羊硫酸曾被誉为“工业之母”硝酸唯一兼有强酸性和强氧化性化学肥料是现代农业的基石5纯碱与烧碱是重要的基本化工原料无机盐是化学工业的基础一般认为，现代化学工业的标志----1913年德国的哈伯和博施首次采用铁为催化剂、直接以氢气和氮气为原料、在高温高压下成功合成氨。划时代意义的人工固氮技术的重大突破。合成氨工业化被公认为化学方面最重要的发明之一和对高压化学合成技术上作出的重大贡献，哈伯和博施先后分别于1918年和1931年荣获诺贝尔化学奖。这种直接合成氨法称为哈伯-博施法。合成氨工业化的成功极大地促进了高压机生产技术、高压化学合成技术和催化剂生产技术的发展，使德国一跃成为当时世界工业强国。合成氨生产堪称现代无机化学工业的领头羊。1合成氨堪称现代化学工业的领头羊氨的应用化学肥料85~90%化工原料10~15%碳铵、氯化铵磺胺类药物、维生素、氨基酸硝酸、纯碱有机化合物中的含氮中间体含氮无机盐最常用的制冷剂已内酰胺、丙烯腈、酚醛树脂硫酸铵、硝酸铵尿素氨氨的应用领域我国合成氨工业发展现状小型合成氨数量中型合成氨数量大型合成氨数量合成氨总产量/万t世界排名解放初2004.51992年15395522229812004年4608230420012008年51001硫酸产量与合成氨相当，工业化生产已有270年历史，曾被誉为“工业之母”。化肥工业中，每生产一吨硫酸铵，就要消耗纯硫酸760kg。每生产一吨过磷酸钙，消耗硫酸360kg；农药方面如硫酸铜、硫酸锌是植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂；冶金工业中电解液就需要使用硫酸；石油工业中每吨原油精炼需要硫酸约24kg，每吨柴油精炼需要硫酸约31kg；化学纤维每生产1t环氧树脂，需用硫酸2.68t，号称“塑料王”的聚四氟乙烯，每生产1t，需用硫酸1.32t；2硫酸曾被誉为“工业之母”染料工业几乎没有一种染料（或其中间体）的制备不需使用浓硫酸或发烟硫酸。浓硫酸为浓缩硝酸生产中的脱水剂；氯碱工业中，以浓硫酸干燥氯气、氯化氢；无机盐工业中，如冰晶石、氟化铝、硼砂、磷酸三钠、磷酸氢二钠、硫酸铅、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备；许多无机酸和有机酸的制备，也常需要硫酸作原料。此外，电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，都消耗相当数量的硫酸。我国硫酸工业发展现状硫铁矿为原料/%硫磺为原料/%冶炼烟气为原料/%总产量/万t世界排名1995年82.12001年29.42004年399512006年44.32007年510012008年2411t硫磺可以生产3t硫酸，2t蒸气，336度电量，且无三废排放，良好的生产环境与经济效益是硫磺法生产硫酸得到快速发展最主要的因素。近几年来，随着我国有色金属工业的迅猛发展，冶炼烟气制酸也获得快速发展，铜陵有色、江西铜业、甘肃金川等硫酸产量在100万t/a以上的特大型企业，均以冶炼烟气制酸为主，2008年我国烟气吸收法制酸已占24%。硫酸装置的大型化、规模化、集约化发展取得了巨大进步。将进一步淘汰4万t/a的硫铁矿制酸装置，限制10万t/a硫铁矿制酸装置，硫酸企业有望向“能源工厂”转变，实现以硫资源为主线，以能源循环为辅线，实现了以硫酸为核心的循环经济。硝酸兼有强酸性和强氧化性的特点，各类酸中产量仅次于硫酸的重要化工原料；主要用于无机化工制造硝酸铵、硝酸铵、硝酸磷肥、氨磷钾等复合肥料。在有机工业、染料工业、涂料工业、医药工业、印染工业、橡胶工业、塑料工业、冶金工业中和国防工业等也有广泛用途。3硝酸唯一兼有强酸性和强氧化性我国硝酸工业发展现状常压法/万t综合法/万t双加压法/万t总产量/万t世界排名解放初0.450.452007年70512008年4008001至2008年底我国已拥有先进的双加压法工艺的硝酸生产装置20套，占我国硝酸总产能的50%，大大缩短了我国与世界先进水平的差距。但我国还不算是硝酸工业强国，世界发达国家均普遍采用27万t级和50万t级硝酸装置，我国年产27万t双加压法完全国产化硝酸装置目前国内仅有几家企业正在筹建，随着取缔和关闭落后生产装置，淘汰配置低、规模小、能耗高的装置，我国硝酸工业正在向规模化发展化肥是农作物增产增收的物质基础，粮食的“粮食”。化肥对我国粮食单产增长的贡献率高达40％～50％。使用化肥以提高粮食单产，已经成为确保全球粮食安全的关键和现代农业的基石。中国能以世界7%的耕地养活占世界约22%的人口，应该说一半功劳归于化肥。另外一半功劳呢？4化学肥料是现代农业的基石建国初我国化肥工业只有硫酸铵和硝酸铵两个品种，年产量只有6000t。目前我国化肥生产量约占世界总量的约1/3，表观消费量约占35%，世界上最大的化肥生产国和消费国。一是化肥工业的基本特征是“多氮少磷缺钾”；二是高浓度化肥比例低。为什么？三是复合肥料比例低。⑴纯碱。建材方面主要用于制造玻璃，这是纯碱的最大消费部门，每t玻璃消耗纯碱0.2t。在轻工方面：洗衣粉、三聚磷酸钠、保温瓶、灯泡、白糖、搪瓷、皮革、日用玻璃、造纸等；在化工方面：制取钠盐、金属碳酸盐、小苏打、硝酸钠、亚硝酸钠、硅酸钠、硼砂、漂白剂、填料、洗涤剂等；冶金工业：冶炼助熔剂、选矿用浮选剂、炼钢和炼锑用作脱硫剂；在陶瓷工业中制取耐火材料和釉也要用到纯碱；印染工业用作软水剂；制革工业用于原料皮的脱脂、提高铬鞣液碱度；食用级纯碱用于生产味精、面食等。5纯碱与烧碱是重要的无机碱性化工原料我国纯碱工业发展现状生产企业生产技术总产量/万t世界排名解放初210008.82008年49366018301氨碱法/%联碱法/%2008年我国纯碱企业平均年产量37.34万吨。氨碱法路线的山东海化集团有限公司的年产能为300万吨；联碱法的湖北双环化工集团有限公司年产能为100万吨。但在节能减排方面与世界先进水平仍有较大差距。例如：氨碱企业，液氨平均消耗大于4.5kg／t碱，是世界最好水平的1.5-2倍；制碱装备运行周期和稳定性低于国外；自控技术水平参差不齐，劳动效率低下；能源消耗偏高等。⑵烧碱使用烧碱最多的部门是化学药品制造；其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶再生；无机盐生产中，制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。如普通肥皂；造纸行业主要是制浆耗碱，烧碱起苛化作用；印染、纺织工业上，用大量碱液去除棉纱、羊毛的油脂；生产人造纤维也需要烧碱或纯碱。例如，制粘胶纤维首先要用18～20％烧碱溶液（或纯碱溶液）去浸渍纤维素，使它成为碱纤维素。我国烧碱工业发展现状生产企业生产技术总产量/万t世界排名解放初几家1.501.52005年179785.4629.21414.61隔膜法/%离子膜法/%氯产品数量盐酸、液氯、漂白粉等几种200余种，主要品种70多个我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂，日产烧碱2t。离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。目前我国隔膜法烧碱产量占55%，离子膜法烧碱所占比例占到45%，后者具有继续发展的潜力。氯碱工业企业平均生产规模7.9万t／a；大多数企业的规模较小，与国外大型烧碱企业相比差距非常之大，日本、欧盟的前5家企业分别集中了它们烧碱生产能力的50%，美国的5家大公司集中了美国烧碱生产能力的80%，而我国前5家企业的生产能力不到全国总生产能力的16%。二、本课程教法选择和考核评价方法采用什么样的教学方法？由同学们共同选择……一是传统的教学方法：二是新型的项目化教学方法：三、项目化教学特点和考核评价方法1、项目化教学必须进行整体教学设计“课程的整体教学设计”包括课程目标设计、课程内容设计、能力训练项目设计、进程表设计、第一节课梗概、考核方案设计、工具材料等主要内容。本课程的特点是：项目不多，但项目庞大、工艺复杂。如“合成氨”部分在传统的学科教学中将安排36~40课时，如此得复杂庞大的项目不可能一次课就能完成。因此，结合本课程的实际，采取将一个大项目分为若干个任务。2、必须突出能力目标，而不是知识目标传统的“知识本位课程教学”以表达知识、传授知识、消化知识、理解知识、记忆知识、再现知识等为已任。高职课程教学必须突出能力目标，而不是知识目标。能力本位课程要求任课教师按照课程教学的能力目标重新设计课程考核方式，必须重新设计出适用于项目化教学的“学生能力考核方式”。3、教学过程必须体现“教、学、做”一体化为了有效地训练职业能力，在课程教学过程中要尽可能“边做边学”、“在做中学”。项目化教学一般要求采用小班授课，需要在多媒体教室或理实一体化教室中进行，以便“教、学、做”实现有机融合。小班授课效果会更好？4、项目化教学课程内容的载体是项目和任务在传统的知识本位学科中，知识的载体是语言、文字、图形和公式，这些知识主要是通过教师在课堂的讲课来传授的。但职业能力不能传授，“高分低能”的根源。学生的职业能力是训练出来，而不是靠教师“讲”出来的，而训练能力的载体是“项目和任务”。学生只能在完成真实的、大型的、综合的、典型的、有趣的、具有挑战性的项目和任务过程中，才能真正训练出解决本专业实际问题所需的综合能力。5、学生是课程教学过程的主体在知识本位课程中，教师是课程教学的主体……在项目化课程中，学生是课程教学过程的主体……学生要花大量时间用于课外查阅资料、讨论提纲、撰写论文、制做ppt；在课堂上教师只是一名“导演”，其职责主要用于精心的课堂组织、画龙点睛式的点拔，广大学生才是“主演”，课堂时间的70~80%是学生在进行分组汇报、讨论、甚至争论，基本上达到“知识是学生学会的，能力也是学生练出来的”目的；剩余20~30%的课堂时间才由主讲教师进行最后的总结和评价，并布置下次课内容等。6、师生身份的置换项目化教学过程中，师生身份一般必须进行置换。主讲教师可以身为董事长、总经理、或项目发包方，主讲教师不再是×老师，而是×总。一个班级就是一家技术开发公司，班长和团支书（或党支书）可以分别担任副总经理、党委书记，学生需要进行分组，一个班假如有40名同学，可分为5~6个组，每个组设一名项目经理、一名副经理，1~2名工程师，2~3名技术人员等。不论是主讲教师，还是学生，每人都有一个全新的身份，每人都要制作一张身份卡，注明公司名称、姓名、职务等，上课就是进行项目论证的过程，每人都必须配戴身份卡。身份置换如何操作？7、考核评价方法项目化教学考核评价方法可分为三个方面一是各项目或任务完成情况考核评分表；二是各项目或任务记分总表；三是平时表现记录表，该项由指导教师把握，一般约占总分的20%。表1-2任