Pytania pomocnicze - CHM.06

Surowa ropa jest złożoną mieszaniną wielu węglowodorów i zanieczyszczeń. Trzeba ją rozdzielić na frakcje oraz poddać dalszej obróbce, aby otrzymać paliwa i surowce o wymaganych parametrach.

Proces opiera się na różnicach temperatur wrzenia i lotności składników. Lżejsze frakcje odparowują łatwiej i odbierane są wyżej w kolumnie.

Piec rurowy ogrzewa ropę do temperatury umożliwiającej częściowe odparowanie składników. Tak przygotowana mieszanina trafia następnie do kolumny destylacyjnej.

Destylacja jest procesem fizycznego rozdziału mieszaniny na frakcje. Kraking jest procesem chemicznym, w którym ciężkie węglowodory rozkładają się na lżejsze.

Destylacja rurowo-wieżowa rozdziela ropę na frakcje bez zasadniczej zmiany budowy cząsteczek. Reforming przebudowuje cząsteczki węglowodorów, aby poprawić właściwości benzyn, np. liczbę oktanową.

W kolumnie występuje gradient temperatury: niżej jest cieplej, wyżej chłodniej. Frakcje skraplają się tam, gdzie temperatura odpowiada ich zakresowi wrzenia.

Część frakcji po oczyszczeniu może być wykorzystana jako składniki paliw. Inne kieruje się do dalszych procesów, np. krakingu, reformingu, hydroodsiarczania lub destylacji próżniowej.

Ponieważ przy zbyt niskiej temperaturze mogą krystalizować lub zestalać się. To grozi zatkaniem rurociągów i zakłóceniem procesu produkcji nawozu.

Oznacza przekazywanie ciepła przez ściankę oddzielającą medium grzewcze od ogrzewanego roztworu. Media nie mieszają się ze sobą.

Para wodna oddaje dużą ilość ciepła podczas skraplania i umożliwia skuteczne ogrzewanie instalacji. Jest też łatwa do rozprowadzania w zakładach przemysłowych.

Woda przy ciśnieniu atmosferycznym osiąga temperaturę około 100°C, co może być niewystarczające dla stężonych roztworów wymagających wyższych temperatur.

Solanka jest często stosowana jako czynnik chłodniczy lub medium do pracy w niskich temperaturach. Nie jest typowym medium do wysokotemperaturowego ogrzewania rurociągów.

Gazy spalinowe trudniej precyzyjnie regulować i mogą powodować nierównomierne ogrzewanie. W takich instalacjach korzystniejsze jest stabilne medium, np. para wodna.

Może dojść do ograniczenia przepływu, zatkania rurociągu i zatrzymania procesu. Usuwanie takiego zatoru może być trudne i niebezpieczne.

Ebuliometr służy do pomiaru lub oznaczania temperatury wrzenia cieczy i roztworów.

To temperatura, w której ciecz wrze, czyli przechodzi w parę w całej swojej objętości. Występuje, gdy ciśnienie pary cieczy zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym.

Wrzenie zachodzi wtedy, gdy ciśnienie pary cieczy zrówna się z ciśnieniem otoczenia. Przy niższym ciśnieniu ciecz wrze w niższej temperaturze, a przy wyższym w wyższej.

Temperatura wrzenia dotyczy przejścia cieczy w parę, a temperatura zapłonu dotyczy zapalenia się par cieczy od źródła zapłonu. Są to różne właściwości fizykochemiczne.

Temperaturę krzepnięcia oznacza się innymi metodami, np. z użyciem kriometru. Ebuliometr jest związany z wrzeniem, nie z krzepnięciem.

Destylacja wykorzystuje różnice temperatur wrzenia składników mieszaniny. Składniki bardziej lotne odparowują łatwiej i mogą być oddzielane od mniej lotnych.

Objętość walca oblicza się ze wzoru V = A · L, gdzie A to pole przekroju, a L to długość walca.

W młynie musi pozostać wolna przestrzeń na ruch kul mielących. Bez niej rozdrabnianie byłoby nieskuteczne.

Oznacza to, że objętość całego młyna jest trzykrotnie większa od objętości jednorazowo załadowanego surowca.

Należy pomnożyć objętość surowca przez 3: 2 m³ · 3 = 6 m³.

Długość oblicza się ze wzoru L = V / A. W tym przypadku L = 6 m³ / 1,5 m² = 4 m.

Najczęstszy błąd to podstawienie 2 m³ jako całkowitej objętości młyna, zamiast najpierw uwzględnić, że jest to tylko 1/3 objętości.

Najczęściej kontroluje się gęstość, temperaturę wrzenia oraz temperaturę zapłonu poszczególnych frakcji. Parametry te pozwalają ocenić skład, lotność i bezpieczeństwo otrzymywanych produktów.

Gęstość wskazuje, czy frakcja ma właściwy charakter i skład. Zbyt duża lub zbyt mała gęstość może świadczyć o nieprawidłowym rozdziale składników.

Temperatura wrzenia pokazuje zakres lotności składników znajdujących się we frakcji. Jest podstawą rozdziału mieszanin ciekłych w procesie destylacji.

Temperatura zapłonu określa zagrożenie pożarowe produktu. Niska wartość oznacza, że ciecz łatwo tworzy palne pary.

Na podstawie wyników badań można korygować temperaturę, odbiór frakcji, przepływy i warunki pracy kolumny. Celem jest utrzymanie stabilnej jakości produktów.

Są to parametry związane głównie z obecnością substancji kwaśnych, zasadowych lub korozyjnych. Nie opisują bezpośrednio podstawowego rozdziału frakcji według lotności.

Temperatura wrzenia określa moment intensywnego przechodzenia cieczy w parę. Temperatura zapłonu określa, kiedy pary cieczy mogą zapalić się od źródła zapłonu.

Oczyszczenie usuwa pozostałości poprzednich materiałów i ogranicza ryzyko zanieczyszczenia próbki. Dzięki temu wynik analizy jest bardziej wiarygodny.

Wilgoć na zgłębniku mogłaby rozcieńczyć próbkę, zmienić jej skład lub wpłynąć na oznaczaną zawartość wody. Osuszenie zapobiega takim błędom.

Kilkukrotne napełnienie działa jak przepłukanie powierzchni kontaktujących się z próbką. Usuwa śladowe pozostałości obcych substancji i przygotowuje przyrząd do właściwego pobrania.

Próbka reprezentatywna odzwierciedla skład i właściwości całej badanej partii materiału. Jej pobranie wymaga odpowiedniej techniki i czystych narzędzi.

Resztki detergentu mogą pozostać na powierzchni zgłębnika i zanieczyścić próbkę. Takie działanie może zafałszować wyniki analizy chemicznej.

Może dojść do kontaminacji próbki, czyli wprowadzenia obcych substancji. Wtedy wynik analizy może nie odpowiadać rzeczywistemu składowi badanego materiału.

Uziemienie chroni ludzi przed porażeniem oraz zmniejsza ryzyko iskrzenia i zapłonu substancji łatwopalnych. Pomaga też bezpiecznie odprowadzać ładunki elektrostatyczne.

Uziemienie indywidualne jest celowo wykonanym i kontrolowanym połączeniem z instalacją uziemiającą. Przypadkowy kontakt z konstrukcją może być zawodny, skorodowany lub przerwany.

Nagromadzone ładunki elektrostatyczne mogą spowodować iskrę. W obecności par, gazów lub pyłów łatwopalnych taka iskra może doprowadzić do pożaru albo wybuchu.

System odgromowy służy głównie do ochrony budynku przed wyładowaniami atmosferycznymi. Uziemienie urządzeń chroni bezpośrednio obsługę i instalację podczas normalnej pracy oraz awarii.

Wyłączniki przeciążeniowe zabezpieczają obwód przed nadmiernym prądem. Uziemienie zapewnia bezpieczną drogę odpływu prądu uszkodzeniowego i ogranicza napięcie dotykowe.

Stan uziemienia należy sprawdzać okresowo oraz po naprawach, modernizacjach, przeniesieniu urządzenia lub stwierdzeniu uszkodzenia przewodów ochronnych.

Mineralizacja to rozkład substancji organicznej i przeprowadzenie oznaczanego składnika do formy nieorganicznej. Dzięki temu próbka nadaje się do dalszego oznaczania ilościowego.

Azot w próbce organicznej jest związany w związkach chemicznych, np. białkach lub aminach. Mineralizacja przekształca go do formy amonowej, którą można dalej oznaczać.

Azot organiczny zostaje przekształcony głównie do jonów amonowych. Następnie po zalkalizowaniu roztworu można uwolnić amoniak.

Podczas spopielania w wysokiej temperaturze azot może ulegać stratom w postaci lotnych związków. To mogłoby zaniżyć wynik oznaczenia.

Destylację z parą wodną stosuje się po mineralizacji i zalkalizowaniu próbki. Jej celem jest oddestylowanie amoniaku do roztworu pochłaniającego.

Kwas siarkowy(VI) rozkłada materię organiczną i umożliwia przekształcenie azotu organicznego do formy amonowej. Często stosuje się go razem z katalizatorami przy ogrzewaniu.

To próbka pobrana jednorazowo z jednego miejsca badanej partii materiału. Jest podstawowym elementem dalszego przygotowania próbki do badań.

Próbka pierwotna pochodzi z jednego miejsca. Próbka ogólna powstaje przez połączenie kilku próbek pierwotnych pobranych z różnych miejsc.

Kilka próbek pierwotnych zwiększa reprezentatywność badania. Jest to ważne, gdy surowiec może mieć różny skład w różnych miejscach partii.

Próbka laboratoryjna to odpowiednio przygotowana część próbki ogólnej, przekazywana do wykonania analiz chemicznych lub fizykochemicznych.

Wyniki badań próbki są podstawą oceny całej partii surowca lub produktu. Niereprezentatywna próbka może prowadzić do błędnej decyzji technologicznej lub jakościowej.

Pierwotna jest z jednego miejsca, ogólna jest mieszaniną wielu pierwotnych, a laboratoryjna trafia do analizy. To najprostszy ciąg: pobranie, połączenie, badanie.

Należy zastosować wzór n = m / M. Dla 0,71 g Na2SO4 i masy molowej 142 g/mol otrzymuje się n = 0,71 / 142 = 0,005 mol.

Z równania reakcji Na2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 + 2NaCl wynika, że 1 mol siarczanu sodu reaguje z 1 molem chlorku baru.

Najpierw ustala się liczbę moli potrzebnego BaCl2·2H2O, która wynosi 0,005 mol. Następnie liczy się masę: m = n · M = 0,005 · 244 = 1,22 g.

Ponieważ odważana substancja jest hydratem, czyli zawiera również wodę krystalizacyjną. Masa molowa musi obejmować cały związek BaCl2·2H2O.

Powstaje trudno rozpuszczalny siarczan baru BaSO4. To właśnie jego wytrącenie usuwa jony siarczanowe z roztworu.

Najczęstszy błąd to porównywanie mas reagentów bez przeliczania ich na mole. Proporcje reakcji chemicznej dotyczą moli, a nie bezpośrednio gramów.