1. Гомогеные и гетерогенные процессы

1.1. Разложение аммиачно-цинкового раствора

При классификации химико-технологических процессов по фазовому состоянию все процессы делятся на гомогенные и гетерогенные. В гомогенных системах все взаимодействующие вещества находятся в одной фазе – в жидкой или газообразной. Гетерогенные системы включают в себя не менее двух фаз, а в производственных процессах участвуют три или четыре фазы, например, Г-Ж-Т, Г-Ж-Т-Т и т.д.

Скорость технологических процессов есть величина результирующая скоростей прямой, обратной и побочных реакций, а также конвекции и диффузии исходных веществ в зону реакции и продуктов из этой зоны. Если скорость реакции меньше скорости диффузионных процессов подвода исходных реагентов и отвода продуктов, то процесс протекает в кинетической области и для его ускорения следует повышать температуру, концентрацию реагирующих веществ и применять катализаторы. В кинетической области протекает большинство гомогенных процессов. Многие гетерогенные протекают в диффузионной области. Эти процессы ускоряются, прежде всего перемешиванием реагирующих веществ.

Скорость процесса рассчитывается на основе выхода продукта за определённый промежуток времени или через константу скорости процесса.

Выходом продукта называется отношение количества фактически полученного продукта к максимальному количеству продукта , которое могло бы получиться из исходных веществ:

x = /

Максимальное количество продукта рассчитывают на основании стехиометрических соотношений.

Выход продукта может зависеть от многих параметров и выражается сложной функцией, поэтому в лабораторных работах зависимость выхода продукта от какого-либо параметра следует определять при постоянстве всех остальных параметров технологического режима.

В настоящей работе изучается химико-технологический процесс получения оксида цинка из аммиачно-цинкового раствора, основными стадиями которого являются сложные гетерогенные некаталитические процессы, протекающие в системах Г-Ж-Т, Г-Ж..

Данный процесс является частью гидрометаллургической технологии переработки промышленных цинксодержащих отходов, работающей по замкнутому циклу, основными стадиями которой являются:

• аммиачное выщелачивание цинксодержащих отходов;

• очистка раствора аммиаката цинка от сопутствующих примесей;

• разложение аммиаката цинка острым паром;

• сушка осадка гидроксида цинка и его прокалка.

Получение оксида цинка разложением аммиачно-цинкового раствора может быть описано суммарными уравнениями реакций:

[Zn(NH₃)₄](OH)₂ → Zn(OH)₂ + 4NH₃

Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O

Аммиак, образовавшийся в процессе разложения, абсорбируется водой и направляется в начало процесса на выщелачивание цинксодержащего материала.

Целью работы является исследование процесса получения оксида цинка разложением аммиаката цинка и изучение влияния различных факторов на выход конечного продукта.

Описание установки

Работа выполняется на установке, приведённой на рис.1.

Рис.1. Схема установки для разложения аммиаката цинка

1 – парогенератор, 2 – предохранительная емкость, 3 – реактор, 4 – абсорбционная колонка для улавливания аммиака, 5 – сборник конденсата.

Острый пар из парообразователя 1 подается в реактор 3, заполненный раствором аммиаката цинка. Аммиак совместно с водяным паром абсорбируется водой в полой колонке 4. Конденсат собирают в сборнике 5 и подают на орошение последующих порций аммиака.