Bazele tehnologiei chimice anorganice

  CUPRINS:
Partea I. PROCESE PRINCIPALE IN TEHNOLOGIA CHIMICA ANORGANICA 21

1. INTRODUCERE 24
Bibliografie generala 28

2. PROCESE DE NUCLEATIE 31
2.1. Echilibre de cristalizare 36
2.1.1. Influenta raportului dintre componentii initiali CY si BX 41
2.1.2. Influenta temperaturii 42
2.1.3. Influenta concentratiei componentilor sistemului 43
2.1. Echilibre de precipitare 46
2.1.1. Solubilitatea precipitatelor 46
2.1.2. Coprecipitarea 53
2.2. Procese sol-gel 57
2.3.1. Chimia proceselor sol-gel 58
2.3.1.1. Hidroliza sarurilor minerale 58
2.3.1.2. Procese chimice in solutii de alcoxizi 62
2.3.2. Aplicatii ale procesului sol-gel 67
2.3.2.1. Aplicatii directe 67
2.3.2.2. Utilizari sub forma de ceramici 68
2.4. Cinetica proceselor de nucleatie 76
2.4.1. Consideratii generale 76
2.4.2. Formarea si cresterea germenilor de cristalizare 77
2.4.3. Distributia particulelor 80
Bibliografie 83

3. PROCESE TOPOCHIMICE 93
3.1. Caracteristici generale 93
3.2. Ecuatii de viteza ale proceselor topochimice in regim nestationar 96
3.3. Ecuatii caracteristice regimului stationar 103
3.3.1. Reactoare cu deplasare totala 104
3.3.2. Reactoare cu amestecare perfecta 106
Bibliografie 109

4. PROCESE CATALITICE ETEROGENE 112
4.1. Tipuri de reactii catalitice 112
4.2. Conversia la echilibru 113
4.2.1. Conversia bioxidului de sulf la trioxid 113
4.2.2. Sinteza amoniacului 117
4.2.3. Conversia oxidului de carbon cu vapori de apa 121
4.2.4. Conversia oxidului si bioxidului de carbon la metan 124
4.2.5. Conversia metanului cu vapori de apa 126
4.3. Cinetica proceselor catalitice 129
4.3.1. Modele cinetice derivand din teoria adsorbtiei pe suprafete omogene 129
4.3.1.1. Conversia bioxidului de sulf la trioxid 133
4.3.1.2. Sinteza amoniacului 137
4.3.2. Adsorbtia pe suprafete neomogene 143
4.3.2.1. Conversia bioxidului de sulf 144
4.3.2.2. Sinteza amoniacului 147
4.3.3. Determinarea experimentala a ecuatiilor cinetice 149
4.4. Catalizatori si mecanisme catalitice 153
4.4.1. Catalizatori utilizati pentru conversia bioxidului de sulf 153
4.4.2. Catalizatori utilizati in sinteza amoniacului 154
4.4.3. Catalizatori pentru oxidarea amoniacului 156
4.4.4. Catalizatorii utilizati la conversia metanului cu vapori de apa 158
4.4.5. Catalizatorii utilizati pentru oxidarea oxidului de carbon cu vapori de apa 158
4.4.6. Catalizatorii utilizati pentru oxidarea oxidului de carbon cu oxigen 159
4.4.7. Catalizatori pentru conversia oxidului si bioxidului de carbon la metan 160
Bibliografie 160

5. PROCESE DE EXTRACTIE A COMPUSILOR ANORGANICI 168
5.1. Solventi si mecanisme de extractie 172
5.1.1. Solventi complexanti 173
5.1.2. Solventi cationici 174
5.1.3. Solventi anionici 175
5.1.4. Solventi de chelatizare 175
5.2. Parametrii care influenteaza extractia la echilibru 176
5.3. Extractia in mai multe trepte 181
5.4. Sisteme de extractie 184
5.4.1. Extractia lantanidelor 185
5.4.1.1. Extractia cu tri-n-butyl-fosfat 186
5.4.1.2. Extractia cu acid di(2-etyl-hexil) fosforic 186
5.4.1.3. Extractia cu Cyanex 923 186
5.4.1.4. Extractia in tetra(PO)-calix[4] arena 190
5.4.2. Extractia actinidelor 191
5.4.2.1. Extractia toriului 192
5.4.2.2. Extractia toriului si uraniului 194
5.4.2.3. Extractia plutoniului 195
5.4.2.4. Extractia neptuniului 197
Bibliografie 198


Partea a II-a. APLICATII INDUSTRIALE 201

6. FABRICAREA CARBONATULUI DE SODIU 205
6.1. Purificarea solutiei saturate de clorura de sodiu 206
6.2. Absorbtia amoniacului 209
6.2.1. Procesul tehnologic 210
6.2.2. Aplicatie practica 212
6.3. Carbonatarea solutiilor amoniacale de clorura de sodiu 215
6.3.1. Mecanismul si viteza procesului de carbonatare 215
6.3.2. Cristalizarea bicarbonatului de sodiu in conditii de echilibru 220
6.3.2.1. Caracterizarea sistemului reciproc de saruri din punct de vedere al legii fazelor 220
6.3.2.2. Gradul de transformare al reactantilor initiali in bicarbonat de sodium 225
6.3.2.3. Corelatia intre gradul de transformare al reactantilor initiali si compozitia initiala a acestora 226
6.3.2.4. Dependenta gradului de cristalizare al NaHCO3 de temperatura 228
6.3.2.5. Influenta concentratiei clorurii de sodiu asupra gradului de cristalizare a bicarbonatului de sodiu 230
6.3.3. Cinetica procesului de cristalizare a bicarbonatului de sodiu 232
6.3.4. Analiza procesului tehnologic de carbonatare-cristalizare 236
6.4. Filtrarea bicarbonatului de sodiu 238
6.5. Recuperarea amoniacului prin distilare 239
6.5.1. Echilibrul sistemului NH3-H2O 240
6.5.2. Tehnologia procesului de distilare a amoniacului 241
Aplicatii 242
6.6. Descompunerea termica a bicarbonatului de sodiu 244
6.6.1. Consideratii generale 244
6.6.2. Cinetica procesului de descompunere a bicarbonatului de sodiu 245
6.6.3. Variante tehnologice 247
6.6.3.1. Descompunerea bicarbonatului de sodiu in cuptor rotativ 247
6.6.3.2. Descompunerea bicarbonatului de sodiu in strat fluidizat 249
6.7. Descompunerea termica a calcarului 251
6.7.1. Viteza de descompunere termica a calcarului 252
6.7.2. Regimul termic al cuptoarelor utilizate pentru descompunerea calcarului 253
Aplicatii 255
Bibliografie 257

7. COMPUSI OXIDICI CU PROPRIETATI MAGNETICE SI ELECTRICE 260
7.1. Consideratii generale 260
7.2. Obtinerea feritelor 263
7.2.1. Obtinerea feritelor prin coprecipitare 263
7.2.2. Obtinerea feritelor prin descompunerea complecsilor polimerici 265
7.3. Sinteza titanatilor, zirconatilor si zirconotitanatilor 266
7.3.1. Precipitarea directa 267
7.3.2. Sinteza prin intermediul precursorilor peroxidici 267
7.3.3. Sinteza hidrotermala 270
7.3.4. Sinteze prin procedeul sol-gel 270
7.4. Sinteza niobatilor 273
Procedee de sinteza 273
7.5. Domenii de utilizare ale compusilor oxidici 275
7.5.1. Utilizarile feritelor 275
7.5.2. Utilizarile titanatilor si zirconotitanatilor 276
7.5.3. Utilizarile niobatilor 277
Bibliografie 279

8. EXTRACTIA URANIULUI 285
8.1. Solubilizarea uraniului 285
8.2. Separarea uraniului din solutii 287
8.2.1. Separarea uraniului prin schimb ionic 287
8.2.2. Separarea uraniului prin extractie in solventi organici 288
8.3. Procedee de extractie a uraniului 292
8.3.1. Obtinerea uraniului din minereuri uranifere 292
8.3.2. Obtinerea uraniului continut in fosfatii naturali 294
Aplicatii 299
Bibliografie 303

9. TEHNOLOGIA FABRICARII ACIDULUI SULFURIC 306
9.1. Obtinerea gazelor sulfuroase 306
9.1.1. Reactii de obtinere a bioxidului de sulf 306
9.1.2. Compozitia gazelor de combustie 307
9.1.3. Cinetica proceselor de ardere a minereurilor cu sulf 310
9.1.3.1. Combustia sulfului elementar 310
9.1.3.2. Combustia sulfurilor metalice 311
9.1.4. Procedee de obtinere a gazelor sulfuroase 313
9.1.4.1. Combustia sulfului elementar 313
9.1.4.2. Combustia concentratelor de sulfuri metalice 314
Aplicatii 315
9.2. Oxidarea catalitica a bioxidului de sulf 318
9.2.1. Regimul termic optim 319
9.2.2. Regimul adiabatic 320
9.2.3. Variante tehnologice 322
9.2.3.1. Variante tehnologice care utilizeaza gazele reci 322
9.2.3.2. Variante tehnologice care utilizeaza gazele calde 326
Aplicatii 330
9.3. Absorbtia trioxidului de sulf 332
9.3.1. Absorbtia trioxidului de sulf la echilibru 333
9.3.2. Cinetica procesului de absorbtie a trioxidului de sulf 336
9.3.3. Tehnologia absorbtiei trioxidului de sulf 337
Bibliografie 341

10. TEHNOLOGIA FABRICARII AMONIACULUI 344
10.1. Eliminarea compusilor organici cu sulf 344
10.2. Conversia hidrocarburilor la hidrogen 345
10.2.1. Oxidarea partiala cu oxigen 345
10.2.2. Conversia cu vapori de apa 346
10.2.3. Conversia oxidului de carbon cu vapori de apa 348
10.2.4. Procedee industriale de conversie a metanului cu vapori de apa 349
10.3. Purificarea gazelor rezultate din conversia metanului 350
10.3.1. Absorbtia bioxidului de carbon in apa 350
10.3.2. Absorbtia bioxidului de carbon in solutii de monoetanol-amina 352
10.3.3. Absorbtia bioxidului de carbon in solutii de carbonat de potasiu 353
10.3.4. Absorbtia oxidului de carbon in solutii cupro-amoniacale 354
10.3.5. Purificarea catalitica a gazelor de sinteza 355
10.4. Sinteza amoniacului 356
10.4.1. Procedee industriale de sinteza a amoniacului 357
10.4.1.1. Procedee de sinteza la presiune medie 357
10.4.1.2. Procedee de sinteza la presiune ridicata 359
10.4.1.3. Reactoare de sinteza 360
Aplicatii 361
10.4.2. Bilantul vaporilor de apa in procesul conversiei metanului 363
10.4.3. Eliminarea bioxidului de carbon din gazele de sinteza 365
10.4.4. Eliminarea oxidului de carbon din gazele de sinteza 367
10.4.5. Bilantul fazei gazoase in cazul separarii totale a amoniacului 369
10.4.6. Bilantul de materiale in cazul separarii incomplete a amoniacului 371
Bibliografie 373

11. TEHNOLOGIA FABRICARII ACIDULUI NITRIC 377
11.1. Oxidarea amoniacului 377
11.1.1. Consideratii termodinamice 377
11.1.2. Date cinetice 379
11.1.3. Procedee industriale de oxidare a amoniacului 382
11.1.3.1. Oxidarea amoniacului la presiune atmosferica 382
11.1.3.2. Oxidarea amoniacului la presiuni mari 384
11.1.3.3. Reactoare catalitice 384
11.2. Oxidarea oxidului de azot in faza gazoasa 385
11.2.1. Consideratii termodinamice 385
11.2.2. Consideratii cinetice 388
11.3. Oxidarea oxidului de azot in faza lichida 390
11.4. Absorbtia oxizilor de azot 392
11.5. Procedee de obtinere a acidului nitric diluat 395
11.6. Concentrarea acidului nitric prin distilare 396
11.7. Sinteza directa a acidului nitric concentrat 398
Aplicatii 400
Bibliografie 405
  PREZENTARE:
Lucrarea “Bazele Tehnologiei Chimice Anorganice” contine principalele procese care fundamenteaza aceasta tehnologie, cum sunt procesele nucleative de cristalizare, precipitare si sol-gel, procesele topochimice, procesele de extractie a sarurilor minerale si procesele catalitice eterogene. Toate aceste procese sunt ilustrate prin aplicatii industriale, punandu-se in evidenta corelatia dintre aspectele teoretice si cele aplicative. Aceasta presupune cunoasterea Chimiei Anorganice si Analitice, a Chimiei Fizice si a Ingineriei Chimice.

Prin continutul sau lucrarea este utila studentilor cu profil anorganic din Facultatea de Chimie Industriala, oferindu-le posibilitatea unei mai bune intelegeri a fenomenelor chimice aplicate.

Pentru inginerii chimisti care isi desfasoara activitatea in industrie sau in institutiile de proiectare aceasta lucrare le ofera posibilitatea intelegerii mai aprofundate a datelor cuprinse in monografii specializate, cum sunt Tehnologia fabricarii acidului sulfuric, a amoniacului, a sarurilor minerale, a ingrasamintelor, a produselor cloro-sodice, a compusilor oxidici etc.

Lucrarea poate fi utilizata nu numai de studentii care se specializeaza in domeniul fabricarii compusilor anorganici ci si de inginerii care lucreaza in domenii conexe.

Autorii
  PREFATA:
DESPRE AUTORI:

Prof. dr. ing. Eugen PINCOVSCHI a absolvit, in anul 1953, Facultatea de Chimie Industriala din Universitatea Politehnica din Bucuresti. Ca profesor universitar, si-a desfasurat activitatea didactica si stiintifica in domeniul Tehnologiei Anorganice si apoi al Ingineriei Mediului. A elaborat numeroase cursuri,manuale si lucrari stiintifice in domeniile mentionate si a initiat colaborari cu numerosi parteneri din universitati europene. In perioada 1970-1975 a colaborat, in calitate de membru al Centrului de Coordonare pentru Protectia Mediului cu sediul la Dresda - Germania, cu specialisti din Germania, Ungaria, Polonia, Cehoslovacia si Uniunea Sovietica. Intre anii 1979 si 1983 a participat, in calitate de consilier, la construirea si punerea in functiune a Fabricii de Ingrasaminte din Homs - Siria, fabrica proiectata de specialisti romani. In anul 1992 incepe colaborarea cu universitati de prestigiu din Franta, Italia si Anglia, in cadrul a doua programe TEMPUS. Intre anii 1997 si 2001 a coordonat un program de colaborare cu universitatile din Herfordshire (Anglia), Barcelona (Spania) si Lisabona (Portugalia), colaborare ce s-a concretizat prin infiintarea Centrului National de Cercetare in domeniul Ingineriei Protectiei Mediului, dotat cu aparatura moderna, fapt ce a permis initierea de noi cercetari si colaborari. In anul 1993 a infiintat, in cadrul Catedrei de Tehnologie Anorganica, o noua specializare: „Ingineria Protectiei Mediului“. Din 1998, este profesor consultant in cadrul catedrei in care si-a desfasurat activitatea o perioada de 45 de ani.

Dr. ing. Dan-Ioan POPESCU a absolvit in anul 1971 Facultatea de Chimie Industriala din Universitatea Politehnica din Bucuresti. In anul 1981 obtine titlul de doctor in Inginerie chimica cu teza „Cloruri de fosfonitril“. A publicat peste 60 de articole in reviste de specialitate internationale si din Romania. Este coautor sau coordonator la 5 carti in domeniul de specialitate. A inceput activitatea profesionala ca inginer cercetator la Institutul de Proiectare si Inginerie in Rafinare si Petrochimie - Ploiesti (1971-1973). A activat ca cercetator stiintific - sef de laborator sinteze produse chimice pentru industria textila (1973-1984) si ca inspector de specialitate in cadrul Consiliului de Coordonare a Activitatii Economice din cadrul Consiliului de Ministri (1984-1989). A avut mai multe functii de conducere: director general al Institutului de Cercetari Textile (1990-1993); secretar de stat la Ministerul Industriei (1994-1995); ministru al comertului (1996-1997); ministru al industriei si resurselor (2001-2003); ministru de stat si ministru al economiei si comertului (2003-2004). A fost membru al Parlamentului Romaniei: presedinte al Comisiei de Industrie si Servicii, Camera Deputatilor (1997-2000 si 2005-2008). A ocupat diferite functii in organisme profesionale si non-guvernamentale: vicepresedinte al RENAR (1991-1998); vicepresedinte al consiliului de administratie al Camerei de Comert si Industrie a Romaniei, Bucuresti (1995-2000); presedintele Patronatului UGIR - 1903 (1997-2001). Din anul 2005 este presedintele Fundatiei Clubul Industriasilor din Romania.
  CUVINTE CHEIE: