Saletrę amonową produkuje się przez zobojętnianie 56,5% kwasu azotowego(V) gazowym amoniakiem w neutralizatorze, do którego krąży 15% roztwór azotanu(V) amonu. Roztwór zatęża się w wyparce próżniowej i atmosferycznej, granuluje w wieży, przesiewa, chłodzi i pudruje mączką wapienną. Trzeba wypełnić kartę technologiczną, sporządzić bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry o zawartości 98% NH₄NO₃, opisać schemat blokowy, zestawić punkty kontroli temperatury i dobrać środki ochrony zbiorowej i indywidualnej.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie do tabel wydrukowanych w arkuszu nazwy procesów, operacji i aparatów, równania reakcji, wartości parametrów, obliczenia i środki ochrony indywidualnej. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kroki idą za kolejnością tabel w arkuszu, a w obrębie tabeli - za kryteriami klucza.
Skąd brać odpowiedzi. Prawie wszystko jest w arkuszu: opis procesu (równania, parametry, aparaty), wykaz danych technologicznych (masy molowe, gęstości, wydajność), schematy i wyciąg z karty charakterystyki. Obliczenia policzyłem w skrypcie i porównałem z kluczem oceniania CKE; zaokrąglam tak, jak każe arkusz, i do kolejnego etapu biorę wynik już zaokrąglony. Wpisy słowne są sprawdzone z tekstem kryteriów klucza. Indeksy we wzorach piszę jako indeksy dolne (H₂O) - na egzaminie tak samo, odręcznie.
To jedno z możliwych rozwiązań. W bilansie (tabela 2) każdy wynik zaokrąglam tak, jak każe tabela, i to zaokrąglone wyniki biorę do kolejnych wierszy - klucz uznaje kolejne wyniki, jeżeli są adekwatne do danych z poprzednich obliczeń.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 40 kryteriów w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 30 punktów - można stracić 10 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (po 10) dają bilans materiałowy w tabeli 2 i punkty kontroli temperatury w tabeli 4.
Kroki 1-4 · po tym etapie masz 7 z 40 kryteriów (pkt)
Sporządź kartę technologiczną procesu - uzupełnij Tabelę 1.
Podstawą procesu jest zobojętnienie kwasu amoniakiem: HNO₃ + NH₃ ⇄ NH₄NO₃. Strzałka równowagi, bo opis wprost mówi o odwracalnym charakterze reakcji - stąd rozkład saletry powyżej 100 °C.
Sporządź kartę technologiczną procesu - uzupełnij Tabelę 1.
Tabela każe podać nazwę i stężenie. Do neutralizatora trafiają trzy strumienie: 100% amoniak (gazowy, stężenie z wykazu danych), 56,5% kwas azotowy(V) i 15% roztwór azotanu(V) amonu, który utrzymuje się w obiegu, żeby nie dozować amoniaku wprost do kwasu.
Pominięcie 15% roztworu NH₄NO₃ - to trzeci strumień, którego proporcja utrzymuje temperaturę 175÷180 °C.
Sporządź kartę technologiczną procesu - uzupełnij Tabelę 1.
Opis: powyżej 100 °C saletra rozkłada się z powodu odwracalnego charakteru reakcji zobojętniania, a w wyższej temperaturze powstają gazowe produkty rozkładu: N₂O, NO, NO₂, N₂.
Sporządź kartę technologiczną procesu - uzupełnij Tabelę 1.
Saletra jest stabilniejsza w środowisku zasadowym, więc korzystny jest nadmiar amoniaku. Właściwości mechaniczne poprawia siarczan(VI) amonu powstający po dodatku kwasu siarkowego(VI) w zbiorniku homogenizacyjnym, a przed zbrylaniem chroni pudrowanie mączką wapienną w bębnie.
Kroki 5-12 · po tym etapie masz 17 z 40 kryteriów (pkt)
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Tona saletry zawiera 98% NH₄NO₃: 1000 · 0,98 = 980 kg. Od tej masy liczę wszystkie surowce.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Z równania 1 kmol HNO₃ (63 kg) daje 1 kmol NH₄NO₃ (80 kg): 980 · 63 / 80 = 771,75 kg czystego kwasu. Kwas ma stężenie 56,5%, więc roztworu potrzeba 771,75 / 0,565 = 1365,93, czyli 1366 kg.
Wpisanie 772 kg czystego HNO₃ - tabela pyta o roztwór 56,5%, a nie o kwas 100%.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Amoniak jest gazem 100%, więc wystarczy proporcja z równania: 980 · 17 / 80 = 208,25, czyli 208 kg.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Z neutralizatora nic jeszcze nie odparowało, więc masa roztworu to suma surowców: 1366 + 208 = 1574 kg. Wodą jest wszystko, co nie jest azotanem(V) amonu: 1574 - 980 = 594 kg (to ta sama woda, która przyszła z kwasem: 1366 - 771,75).
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Z neutralizatora wychodzi roztwór 75%: 980 / 0,75 = 1306,67, czyli 1307 kg. Wody jest w nim 1307 - 980 = 327 kg.
Liczenie 75% od 1574 kg - stężenie dotyczy roztworu wychodzącego, więc masę roztworu wyznacza się z masy NH₄NO₃.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Różnica wody przed i po: 594 - 327 = 267 kg odparowuje kosztem ciepła zobojętniania.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Powietrze wchodzi z 0,01 kg wody na 1 kg suchego powietrza, a wychodzi z 0,28 kg, więc 1 kg zabiera 0,27 kg wody (bez zaokrąglania, jak każe tabela). Na 267 kg wody potrzeba 267 / 0,27 = 988,89, czyli 989 kg powietrza.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, sporządź bilans materiałowy produkcji 1 tony saletry amonowej o czystości 98% – uzupełnij Tabelę 2.
Osobny punkt dostaje się za podanie co najmniej pięciu wyników z dokładnością wymaganą w tabeli: liczby całkowite wszędzie poza masą wody odbieranej przez 1 kg powietrza (dwa miejsca po przecinku). Wszystkie wyniki w tabeli spełniają ten warunek.
Zostawienie wyników z przecinkiem (1365,93; 208,25) - tracą punkt za dokładność, mimo poprawnego rachunku.
Kroki 13-15 · po tym etapie masz 25 z 40 kryteriów (pkt)
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania saletry amonowej uzupełnij opis schematu blokowego procesu – Tabela 3.
Do pierwszego bloku obok NH₃ wchodzi kwas - pole A to 56,5% HNO₃, a sam blok B, do którego krąży 15% NH₄NO₃, to zobojętnianie w neutralizatorze.
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania saletry amonowej uzupełnij opis schematu blokowego procesu – Tabela 3.
Blok C, po którym dodaje się amoniak (zbiornik pośredni), to wyparka próżniowa - zatężanie próżniowe do 95% NH₄NO₃. Do homogenizacji dozuje się 96% H₂SO₄ - to pole D.
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania saletry amonowej uzupełnij opis schematu blokowego procesu – Tabela 3.
Po homogenizacji roztwór idzie do atmosferycznej wyparki końcowej - E to zatężanie atmosferyczne (do 99,7%), F to granulacja w wieży. Po przesiewaniu i chłodzeniu blok G z dopływem mączki wapiennej to pudrowanie, a trójkąt H - produkt: saletra amonowa.
Wpisanie w F „przesiewanie” - przesiewanie ma na schemacie własny blok, przed nim jest granulacja.
Kroki 16-18 · po tym etapie masz 35 z 40 kryteriów (pkt)
Sporządź wykaz punktów kontroli temperatury – uzupełnij Tabelę 4.
Tabela ma 7 wierszy, a opis podaje temperatury w pięciu miejscach. W neutralizatorze utrzymuje się 175÷180 °C, w wyparce próżniowej - 140 °C.
Sporządź wykaz punktów kontroli temperatury – uzupełnij Tabelę 4.
W atmosferycznej wyparce końcowej panuje 180 °C. W dolnej części wieży granulacyjnej temperatura nie może przekroczyć 170 °C, bo wyżej saletra dysocjuje na amoniak i kwas.
Sporządź wykaz punktów kontroli temperatury – uzupełnij Tabelę 4.
W chłodnicy fluidalnej granulki schładza się od około 170 °C do najwyżej 25 °C - wpisuję zakres 25÷170.
Kroki 19-21 · po tym etapie masz 40 z 40 kryteriów (pkt)
Korzystając z zamieszczonego wyciągu z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej azotanu(V) amonu, wypisz środki ochrony indywidualnej i zbiorowej dla pracowników mających styczność z gotowym produktem – uzupełnij Tabelę 5.
Środki ochrony zbiorowej są w sekcji 8.2.1 karty (techniczne środki kontroli). Wpisuję dwa z nich: osłony procesu, wentylacja wyciągowa.
Jeden środek zamiast dwóch - kryterium wymaga dwóch z listy karty.
Korzystając z zamieszczonego wyciągu z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej azotanu(V) amonu, wypisz środki ochrony indywidualnej i zbiorowej dla pracowników mających styczność z gotowym produktem – uzupełnij Tabelę 5.
Z sekcji 8.2.2: oczy - gogle ochronne lub osłona twarzy, ręce - rękawice ochronne odporne na działanie chemikaliów wykonane z gumy nitrylowej, ciało - odzież ochronna zgodna z PN EN ISO 13688-12 (oznaczenie normy przepisuję tak, jak stoi w karcie).
Korzystając z zamieszczonego wyciągu z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej azotanu(V) amonu, wypisz środki ochrony indywidualnej i zbiorowej dla pracowników mających styczność z gotowym produktem – uzupełnij Tabelę 5.
Saletra jest ciałem stałym, zagrożeniem dla dróg oddechowych jest pył: gdy się tworzy - półmaska lub maska skompletowana z filtrem P2.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.