Реферат: Производство серной кислоты. Производство серной кислоты реферат

Реферат - Производство серной кислоты

Производство серной кислоты

Сернаякислота – один из основных много тоннажных продуктов химической промышленности.Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладаеткомплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Сернаякислота не дымит, не имеет цвета, запаха, при обычной температуре находится вжидком состоянии. В концентрированном виде не корродирует черные металлы. В тоже время серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образуетмногочисленные устойчивые соли и дешева.

Высокаяактивность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостьюпроизводства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ееприменения. Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства ипотребления занимает первое место. Мировое производство ее составляет более 160млн. т. в год. Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны.Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до60 %), многие кислоты (фосфорная, уксусная, соляная) и соли производятся взначительной части при помощи серной кислоты. Серная кислота широко применяетсяв производстве цветных и редких металлов, а также в производстве красителей (от2 до 16 %), химических волокон (от 5 до 15 %) и металлургии (от 2 до 3 %).Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой идругих. На рисунке представлены области применения серной кислоты и олеума.

Безводнаясерная кислота (моногидрат) Н2SО4 представляет собой тяжелуюмаслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях свыделением большого количества тепла. Плотность серной кислоты при 00Сравна 1.85 г./см3. Она кипит при Т = 2960С изамерзает при -100С. Серной кислотой называют не только моногидрат,но и водные растворы его (Н2SО4 + nН2О), а также растворысерного ангидрида в моногидрате (Н2БО4 + пБО3), называемые олеумом. Олеум навоздухе «дымит» вследствие десорбции из него БО3. Чистая сернаякислота бесцветна, техническая окрашена примесями в черный цвет.

Н2SО4 *(n‑1) SО3 ← Н2SО4 → Н2SО4 * (m -1) Н2О

Олеум                 моногидрат    воднаякислота

При m = n =1 это моногидрат, при m >n – водные растворы, при m<n – растворы оксида серы в моногидрате.При смешении с водой образуются гидраты состава Н2SО4* nН2О; Н2SО4* 2Н2О; Н2SО4* 4Н2О исоединения с оксидом серы Н2SО4*SО3 и SО4* 2SО3.

Эти гидратыи соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации иобразуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизацииниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислотыучитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства ихранения должны иметь низкую температуру кристаллизации. Для транспортировки,применения серной кислоты большое значение имеет изменение температурыплавления и температуры ее кипения в зависимости от концентрации. Привозрастании концентрации от 0% Н2SО4 до 64.35 % SО3 (своб) последовательно образуетсяшесть гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которыевзаимно нерастворимы в твердом виде. В области концентраций SО3 от 64.36 % до 100 %при кристаллизации образуются твердые растворы. В зимнее время при низкихтемпературах нельзя производить и применять кислоту с концентрацией, близкой кчистому SО3; 2SО3 * Н2О; SО3 *Н2О, так какиз этих растворов могут выпадать кристаллы, которые забьют кислотопроводы междуцехами, хранилища, насосы.

Пары сернойкислоты при повышении температуры диссоциируют

Н2SО4→ Н2О +SО3

и притемпературах выше 4000С уже содержат больше молекул SО3, чем Н2SО4

2Н2SО4 ↔2Н2О + 2SО3↔2SО3 + 2 Н2О +О2

4000С7000

Сернаякислота весьма активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство металлов;вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. Она отнимаетводу от других кислот, от кристаллогидратов солей. Дерево и другие растительныеи животные ткани, содержащие целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются поддействием концентрированной серной кислоты, вода связывается с кислотой и отткани остается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кислоте целлюлоза икрахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человекаконцентрированная серная кислота вызывает ожоги.

Еще в 13веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4, поэтому и сейчас один изсортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже серная кислотане производится из купороса. Ныне серная кислота производится двумя способами:нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленностив конце 19 и начале 20 века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный).

Первойстадией сернокислотного производства по любому методу является получениесернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки сернистого газа(особенно в контактном способе) его окисляют до серного ангидрида, который,соединяясь с водой, образует серную кислоту. Окисление SО2 в SО3 протекает крайне медленно.Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В контактномметоде окисление сернистого ангидрида в серный осуществляется на твердыхконтактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способапроизводства себестоимость более чистой и высококонцентрированной сернойкислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В н.в. около 80 % всейкислоты производится контактным способом.

В нитрозномспособе катализатором служат оксиды азота. Окисление БО2происходит, в основном, в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой.Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущностьбашенного способа заключается в том, что полученный при сжигании сернистогосырья сернистый газ, содержащий примерно 9% SО2 и 9-10% О2,очищается от пыли и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких башенс насадкой. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов,осложненных химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадкаорошается нитрозой, в которой растворенные оксиды азота химически связаны ввиде нитрозилсерной кислоты КОНSО4. В последующих трех – четырех башнях десорбированныев газовую фазу в результате реакции окислы азота поглощаются серной кислотой,образуя вновь нитрозилсерную кислоту. Таким образом, окислы азота совершаюткругооборот и теоретически не должны расходоваться. Нитрозным способом получаютзагрязненную примесями и разбавленную 70–75 % серную кислоту, котораяиспользуется в основном в производстве минеральных удобрений.

Сырьем впроизводстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различныесеросодержащие соединения, из которых могут быть получена сера илинепосредственно оксид серы.

Природныезалежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в формесульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля,природного газа. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы втопочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегосяпри очистке горючих газов. Таким образом, сырьевые источники производствасерной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырьяиспользуют преимущественно элементарную серу и железный колчедан. Ограниченноеиспользование таких видов сырья, как топочные газы ТЭС и газы медеплавильногопроизводства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (4). При этомдоля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

В общейсхеме сернокислотного производства существенное значение имеют две первыестадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание иаппаратурное оформление существенно зависят от природы сырья, которая взначительной степени, определяет сложность технологического производства сернойкислоты.

1. Железныйколчедан.

Природныйжелезный колчедан представляет сложную породу, состоящую из сульфида железа РеБ2,сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца и др.), карбонатов металлов ипустой породы. В РФ залежи колчедана имеются на Урале и Кавказе, где егодобывают в рудниках в виде рядового колчедана. Процесс подготовки рядовогоколчедана к производству ставит целью извлечение из него ценных цветныхметаллов и повышение концентрации дисульфида железа.

Чистыйпирит содержит 53.5% серы и 46.5% железа. В серном колчедане содержание серыобычно колеблется от 35 до 50%, железа от 30 до 40%, остальное составляютсульфиды цветных металлов, углекислые соли, песок, глина и др.

Схемаподготовки рядового колчедана представлена нарисунке.

кислотасерный сырье химический

/>

На основематериального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяютсяразмеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения параметровтехнологического режима процесса.

2. Сера.

Элементарнаясера может быть получена из серных руд или газов содержащих сероводород илиоксид серы. В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовуюкомовую:

/>

Натерритории РФ залежей самородной серы практически нет. Источником газовой серыявляются Астраханское газоконденсатное месторождение, Оренбургское и Самарскоеместорождения попутного газа.

Изсамородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно вподземных залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно подземлей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серуна поверхность сжатым воздухом.

Схемаподготовки самородной серы

/>

Получениегазовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих итехнологических газов, основано на процессе неполного его окисления над твердымкатализатором. При этом протекают реакции:

/>

3.Сероводород.

Источникомсероводорода служат различные горючие газы: коксовый, генераторный, попутный,газы нефтепереработки. Извлекаемый при их очистке газ, содержит до 90 %сероводорода и не нуждается в специальной подготовке.

Доля сырьяв себестоимости продукции сернокислотного производства достаточно велика.Поэтому технико-экономические показатели этого производства существенно зависятот вида используемого сырья. В таблице приведены основные ТЭП производствасерной кислоты из различного сырья (за 100 % взяты показатели производствана основе железного колчедана).

Заменаколчедана серой приводит к снижению капитальных затрат на строительство иулучшению экологической обстановки в результате ликвидации отвалов огарка иуменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу. Вследствие сложностей странспортом серной кислоты сернокислотные заводы располагаются преимущественнов районах ее потребления.

Поэтомупроизводства серной кислоты развито во всех экономических районах РФ.Важнейшими центрами его являются: Щелково, Новомосковск, Воскресенск, Держинск,Березняки, Пермь.

Производствосерной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химическихпроцессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья ипромежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:

/>

– стадияполучения печного газа (оксида серы (4)),

– стадия каталитического окисления оксида серы (4) до оксидасеры (6) и абсорбции его (переработка в серную кислоту).

В реальномпроизводстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья,очистки печного газа, и другие механические и физико-химические операции. Вобщем случае схема производства серной кислоты может быть выражена в следующемвиде:

Сырье→подготовкасырья →сжигание (обжиг) сырья → Очистка печного газа →контактирование → абсорбция → контактированного газа → сернаякислота

Конкретнаятехнологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностейкаталитического окисления оксида (4), наличия или отсутствия стадий абсорбцииоксида серы (6).

Химическаяи принципиальная схема производства.

Химическаясхема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательныестадии:

- окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородомвоздуха:

4FеS2 +11О2= 2Fe2О3 + 8 SO2,

- каталитическое окисление оксида серы (4) избытком кислородапечного газа:

2SO2 + О2 = 2SO3,

- абсорбцию оксида серы (6) с образованием серной кислоты:

SO3 +Н2О =h3SO4

Потехнологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчеданаявляется наиболее сложным процессом и состоит из нескольких последовательнопроводимых стадий.

Принципиальнаясхема этого производства представлена на рисунке.

1 – получение обжигового газа: 1 – обжиг колчедана, 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе, 3 – общая очистка газа, 4 – специальнаяочистка газа; 11 – контактирование: 5 – подогрев газа в теплообменнике, 6 – контактирование;111 – абсорбция: 7 – абсорбция оксида серы (6) и образование серной кислоты.

/>

Сернистыйангидрид S02 – это бесцветный газ, в2.3 раза тяжелее воздуха, с резким запахом. При растворении в воде образуетсяслабая и нестойкая сернистая кислота SO2 +Н2О = h3SO3.

Рассмотримпроизводство сернистого газа обжигом основного сырья – колчедана и затемсжиганием серы.

Окислительныйобжиг колчедана.

Обжигколчедана в токе воздуха представляет необратимый некаталитический гетерогенныйпроцесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциациидисульфида железа: 2FеS2 = 2FеS+ S2 и окисления продуктов диссоциации: S2 +2О2 = 2SO2,                    4FеS +702= 2Fе2О3 +4 SO2, что описывается общим уравнением:

4FеS2 + 11 О2 = 2Fе203 + 8SO2+ ДH,

где ДH = 3400 кДж.

Скоростьпроцесса окислительного обжига выражается общим для гетерогенных процессовуравнением:

U = dm/ dф = KmFДС.

где: Км– коэффициент массопередачи.

F – поверхность контакта фаз (катализатора),

ДС – движущаясила процесса.

Такимобразом, скорость процесса обжига зависит от температуры (через Км),дисперсности обжигаемого колчедана (через F), концентрациидисульфида железа в колчедане и концентрации кислорода в воздухе (через ДС).

На рисункепредставлена зависимость скорости обжига колчедана от температуры (а) иразмеров частиц обжигаемого колчедана (б).

/>

Увеличениедвижущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающейсодержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом иприменением избытка воздуха при обжиге до 30 % сверх стехиометрическогоколичества. На практике обжиг ведут при температуре не выше 1000 °С. т. к.за этим пределом начинается спекание частиц.

В качествереакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции:механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слояотличаются высокой интенсивностью (до 10000 кг/м2*сут), обеспечиваютболее полное выгорание дисульфида железа. Недостаток – повышенное содержаниепыли в газе обжига, что затрудняет его очистку.

В н. в.печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты изколчедана.

Продуктыокислительного обжига колчедана – обжиговый газ и огарок, состоящий из оксидажелеза (3), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа. В составобжигового газа входят оксид серы (4), кислород, азот и незначительноеколичество оксида серы (6), образовавшегося за счет каталитического действияоксида железа(3). На практике печной газ содержит 13-14% оксида серы (4), 2%кислорода, и около 0.1% оксида серы (6). Т.к. в печном газе должен быть избытоккислорода для последующего окисления оксида серы (4), его состав корректируют,разбавляя воздухом до содержания оксида серы(4) 7–9% и кислорода 9–11%.

Обжиговыйгаз необходимо очистить от пыли, сернокислотного тумана и веществ, являющихсякаталитическими ядами или представляющими ценность как побочные продукты. Вобжиговом газе содержится до 300 г./м3 пыли, которая на стадииконтактирования засоряет аппаратуру и снижает активность катализатора, а такжетуман серной кислоты.

Пыль исернокислотный туман удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа,которая включает операции механической (грубой) и электрической тонкой)очистки. Механическую очистку газа осуществляют пропусканием газа черезцентробежные пылеуловители (циклоны) и волокнистые фильтры, снижающиесодержание пыли в газе до 10–20 г./м3. После общей очисткиобжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальнойочистке для удаления остатков пыли и тумана и, главным образом, соединениймышьяка и селена, которые при этом утилизируются. В специальную очистку газавходят операции охлаждения его до температуры ниже температур плавления оксидамышьяка и селена в башнях, орошаемых последовательно 50% и 20% серной кислотой,удаления сернокислотного тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей осушкигаза в скрубберах, орошаемых последовательно 95% серной кислотой. Из системыспециальной очистки газ выходит с температурой 1400С.

Контактнымспособом производится большое количество серной кислоты, в том числе оллеум.

Контактныйспособ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализаторапримесей; 2) контактное окислением сернистого ангидрида в серный; 3) абсорбциюсерного ангидрида серной кислотой. Главной стадией является контактноеокисление SO2 в SO3.

Контактноеокисление оксида серы (4)

Реакцияокисления оксида серы (4) до оксида серы (6), лежащая в основе процессаконтактирования обжигового газа, представляет собой гетерогенно-каталитическую,обратимую, экзотермическую реакцию и описывается общим уравнением: SO2 + 0.5 О2 →SO3 + ДН.

Тепловойэффект реакции зависит от температуры. Система «SO2 – О2 – SO3» характеризуется состояниемравновесия в ней и скоростью процесса окисления оксида серы (4), от которыхзависит суммарный результат процесса.

Константаравновесия реакции окисления оксида серы (4) равна:

Кр = р8О3 / р8О2 *PO2,

где: рэО3,р8О2. рО2 – равновесные парциальные давления оксида серы (6), оксида серы (4),и кислорода соответственно.

Степеньпревращения оксида серы (4) в оксид серы (6) или степень контактирования,достигаемая на катализаторе, зависит от активности катализатора, температуры,давления, состава контактируемого газа и времени контактирования и описываетсяуравнением:

/>

Где: рS03, где рS03 и рS02 – те же величины, что и в предыдущем уравнении.

/>

Энергияактивации реакции окисления оксида серы (4) кислородом в оксид серы (6) весьмавелика. Поэтому в отсутствии катализатора реакция окисления даже при высокойтемпературе не идет. Применение катализатора позволяет снизить энергиюактивации реакции и увеличить скорость окисления.

Впроизводстве серной кислоты в качестве катализатора применяют контактные массына основе оксида ванадия (5) марок БАВ и СВД, названные так по начальным буквамэлементов, входящих в их состав:

БАВ (барий,алюминий, ванадий) состава:

V205 (7 %) + K2S04+ ВаS04 + Al2(S04)3+ Si02 (кремнезем)

/>

Предполагается,что процесс окисления оксида серы (4) на этих катализаторах идет через стадиюдиффузии реагентов к поверхности катализатора, на которой образован комплексоксида ванадия (5) с активатором, сорбции реагентов на катализаторе споследующей десорбцией продукта реакции (оксида серы(6)):

V205 + S02 = V204 + S03, V204 + 0.502 = V205.

Температуразажигания контактных ванадиевых масс составляет 380–420оС и зависитот состава контактируемого газа, повышаясь с уменьшением содержания в немкислорода. Обеспечение высокой температуры в начале процесса окисления требуетбольших затрат энергии на подогрев газа, поступающего на контактирование.Поэтому на практике температуру газа на входе в контактный аппарат, поступающегона первый слой катализатора, задают несколько выше температуры зажигания (4200С).В ходе реакции выделяется большое количество тепла и так как процесс в слоекатализатора идет без отвода тепла, то температура газа повышается, после этогогаз охлаждается в теплообменнике и направляется на второй слой катализатора,затем снова охлаждают и т.д. Таким образом, противоречие между кинетикой итермодинамикой процесса окисления оксида серы (4)

достаточноуспешно снимается конструкцией и температурным режимом работы контактногоаппарата на стадии, каждая из которых отвечает оптимальным условиям протеканияпроцесса контактирования: температура 4000С, давление 0.1 Мпа,содержание оксида серы (4) в газе 0.07 об. долей, содержание кислорода в газе0.22 об. долей.

Реакторыили контактные аппараты для каталитического окисления оксида серы по своейконструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные,фильтрующие), в которых контактная масса расположена в 4–5 слоях и аппаратыкипящего слоя. Отвод тепла после прохождения газом каждого слоя катализатораосуществляется путем введения в аппарат холодного газа или воздуха, или спомощью встроенных в аппарат или вынесенных отдельно теплообменников.Совокупность контактного аппарата, теплообменников и газопроводов представляетконтактный узел.

Дляувеличения конечной степени контактирования применяют метод двойногоконтактирования и ведут процесс окисления оксида серы в две стадии. На первойстадии контактирование ведут до степени превращения не превышающей 0.90–0.91дол. единицы, после чего из контактированного газа выделяют оксид серы (6).Затем проводят вторую стадию контактирования до степени превращения оставшегосяв газе оксида серы (4) 0.95 дол. единицы. Метод двойного контактированияпозволяет повысить степень контактирования до 0.995 дол. ед. и на несколькопорядков снизить выброс оксида серы (4) в атмосферу.

Абсорбцияоксида серы.

Последнейстадией в производстве серной кислоты контактным способом является абсорбцияоксида серы (6) из контактированного газа и превращение его в серную кислотуили олеум.

Абсорбцияоксида серы (4) представляет обратимую экзотермическую реакцию и описываетсяуравнением:

nSO3 + Н2О → h3SO4 + (n -1) SO3 + ДН

Взависимости от количественного соотношения оксида серы (6) и воды может бытьполучен продукт различной концентрации: при n >2 олеум, при n =1 моногидрат (100 % сернаякислота), при n <1 водный раствор кислоты(разбавленная серная кислота).

Наилучшейпоглощающей способностью обладает азеотроп серной кислоты концентрацией 98.3%.Использование кислоты более низкой концентрации приводит к интенсивномуобразованию тумана, а применение олеума к снижению степени абсорбции. Абсорбцияоксида серы сопровождается выделением значительного количества тепла. Поэтомудля обеспечения полноты поглощения оксида серы (6) процесс ведут при охлаждениигаза и используют аппараты с большим абсорбционным объемом, обеспечивающиеинтенсивный отвод тепла. С этой же целью процесс абсорбции ведут в две стадии,используя на первой в качестве сорбента 20%-ный олеум, а на второй 98.3-нуюкислоту.

Технологическаясхема производства серной кислоты контактным методом. В н. в. в производстве серной кислоты контактным методом наиболеераспространенной является схема с использованием принципа двойного контактирования«ДК-ДА» (двойное контактирование – двойная абсорбция). Производительностьустановки до 1500 т/сут. Расходные коэффициенты: колчедан 0.82 т, вода 50 м3,электроэнергия 82 кВт*ч

Сжиганиесерыпроисходит значительно проще и легче, чем обжиг колчедан. Технологическийпроцесс производства серной кислоты из элементарной серы отличается от процессапроизводства из колчедана следующими особенностями:

· особая конструкция печей для получения печного газа;

· повышенное содержание оксида серы (4) в печном газе;

· отсутствие стадии предварительной очистки печного газа.

Принципиальнаясхема производства серной кислоты из серы представлена на рисунке:

/>

1 – осушкавоздуха, 2 – сжигание серы, 3 – охлаждение газа,

4 – контактирование,5 – абсорбция оксида серы (6).

Фактическисера перед горением плавится и испаряется и сгорает в газовой фазе. Горениесеры представляет гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествуетпроцесс перехода твердой серы в жидкое состояние и ее последующее испарение:

/>

Такимобразом, процесс горения протекает в газовой фазе в потоке предварительновысушенного воздуха и описывается уравнением:

S + О2 = SO2 + ДH

Длясжигания чистой серы применяют форсуночные и циклонные печи. Перед подачей впечь серу плавят в плавильном котле глухим паром, отфильтровывают от примесей ираспыляют сжатым воздухом через форсунку в печи; при этом сера испаряется исгорает. В форсуночной печи перешивание серы с воздухом недостаточное,тормозится процесс диффузией и происходит экстенсивно. В циклонной печиблагодаря тангенциальному подводу воздуха происходит исключительно сильноеперешивание паров серы с воздухом и интенсивность сгорания увеличивается.

Печной газпри сжигании серы отличается более высоким содержанием оксида серы (4) и несодержит значительного количества пыли. При сжигании самородной серы в немтакже отсутствуют соединения мышьяка и селена, являющимися каталитическимиядами.

Товарныесорта серной кислоты

Современнаяпромышленность выпускает несколько сортов серной кислоты и олеума,различающихся концентрацией и чистотой. Чтобы уменьшить возможностькристаллизации продуктов при перевозке и хранении, а также в самомпроизводстве, установлены стандарты на товарные сорта, концентрации которыхотвечают эвтектическим составам с наиболее низкими

Содержание Н2 SO4%

Температура, 0С

www.ronl.ru

Реферат - Производство серной кислоты

.

Серную кислоту производят в больших количествах на сернокислотных заводах.

I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты:

II. Подготовка сырья.

Разберём производство серной кислоты из пирита FeS2 .

1) Измельчение пирита.

Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

2) Очистка пирита.

После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.

III. Химизм производства.

Производство серной кислоты из пирита состоит из трёх стадий.

ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг пирита в печи для обжига в «кипящем слое».

Уравнение реакции первой стадии

t = 800°C

4FeS2 + 11O22Fe2 O3 + 8SO2 + Q

Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в «подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета.

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.

Образовавшийся оксид железа Fe2 O3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).

Таким образом выполняется принцип химического производства — безотходность производства.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.

Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.

Осушку печного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2 .

ВТОРАЯ СТАДИЯ — окисление SO2 в SO3 кислородом.

Протекает в контактном аппарате.

Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O22SO3 + Q

Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3 ).

а) температура:

Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-500°С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V2 O5 .

б) давление:

Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2 ), а справа — 2V SO3. Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении.

Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате.

Температура 400-500°С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3 .

Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ — поглощение SO3 серной кислотой.

Протекает в поглотительной башне.

А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO3 + h3 O h3 SO4. Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: h3 SO4 ·nSO3 .

Уравнение реакции этого процесса nSO3 + h3 SO4h3 SO4 ·nSO3

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Охрана окружающей среды,

связанная с производством серной кислоты.

Основным сырьем для производства серной кислоты, является сера. Она относится к числу наиболее распространенных числу химических элементов на нашей планете.

Производство серной кислоты происходит в три стадии на первой стадии получают SO2, путем обжига FeS2, затем SO3, после чего на третьей стадии получают серную кислоту.

Научно-техническая революция и связанный с ней интенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения в окружающей среде. Например отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в тисках экологического кризиса. Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы — увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине “кислых” дождей повреждены памятники архитектуры (Тадж-Макал).

В зоне до 300 км от источника загрязнения (SO2 ) опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км. — сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост с/х культур. Закисление водоемов (весной при таянии снега, вызывает гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб — громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.

Рассмотрим химические метода отчистки от наиболее распространенных газообразных загрязняющих воздух веществ. Известно более 60 методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серы известняком, раствором сульфита — гидросульфита аммония и щелочным раствором алюмината натрия. Интерес также представляют каталитические методы окисления оксида серы в присутствии оксида ванадия.

Особое значение имеет очистка газов от фторсодержащих примесей, которые даже в незначительной концентрации вредно влияют на растительность. Если в газах содержится фтороводород и фтор, то их пропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5-10% раствору гидроксида натрия. В течении одной минуты протекают следующие реакции:

F2 +2NaOH-> O2 +h3 O+2NaF

HF+NaOH->NaF+h3 O;

Образующийся фторид натрия обрабатывают для регенерации гидроксида натрия:

2NaF+CaO+h3 O->CaF2 +2NaOH

www.ronl.ru

Курсовая работа по химии "Производство серной кислоты"

КУРСОВАЯ РАБОТА

Производство серной кислоты

Разработал учитель химии

Дьяконова Татьяна Сергеевна

МКОУ «Хабайдакской основной школы»

Реферат

Курсовая работа - 20 с., рисунка - 1, источников - 3.

КОЛЧЕДАН; АНГИДРИД; ВОЗДУХ; КАТАЛИЗАТОР; МОНОГИДРАТ.

Целью работы являлось изучение производства серной кислоты.

В данной работе изучена характеристика исходного сырья для производства серной кислоты. Были исследованы физико-химические показатели. Изучена возможность производства серной кислоты.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….........5

1. Сырьевые источники получения серной кислоты………………..…...…....6

2 Краткое описание промышленных способов получения

серной кислоты…………………………………………………..………..…….7

3 Выбор катализатора…………………………………………………………..11

4 Обоснование способа производства…………………………………………12

5 Стадии и химизм процесса…………………………………………………...13

6 Конденсация серной кислоты……………………………………………….15

7 Технологическая схема производство серной кислоты из железного колчедана……………………………………………………………….……..…16

Заключение ………………………………………………………………….…...19

Список использованных источников …………………………………….…….20

Введение

Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: п SО3 · т Н2О.

Моногидрат серной кислоты - бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37 оС, температурой кипения 296,2 оС и плотностью 1,85 т/м3. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты состава Н2SО4 · Н2О, Н2SО4 · 2Н2О, Н2SО4 · 4Н2О и соединения с оксидом серы Н2SО4 · SО3 и Н2SО4 ·2SО3.

Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.

Температура кипения серной кислоты также зависит от ее концентрации, то есть состава системы "оксид серы (VI) - вода". С повышением концентрации водной серной кислоты температура ее кипения возрастает и достигает максимума 336,5 оС при концентрации 98,3 %, что отвечает азеотропному составу, а затем снижается. Температура кипения олеума с увеличением содержания свободного оксида серы (VI) снижается от 296,2 оС (температура кипения моногидрата) до 44,7 оС, отвечающей температуре кипения 100 %-ного оксида серы (VI).

При нагревании паров серной кислоты выше 400 оС она подвергается термической диссоциации по схеме:

400оС 700 оС

2 Н2SО4 2Н2О + 2SО3 2Н2О + 2SО2 + О2.

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60 %), а также в производстве красителей (от 2 до 16 %), химических волокон (от 5 до 15 %) и металлургии (от 2 до 3 %). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

1 Сырьевые источники получения серной кислоты

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).

Природные залежи самородной серы невелики, хотя кларк ее равен 0,1 %. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов метало, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.

Таким образом, сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV).

При этом доля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

В общей схеме сернокислотного производства существенное значение имеют две первые стадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление существенно зависят от природы сырья, которая в значительной степени, определяет сложность технологического производства серной кислоты.

2 Краткое описание промышленных способов получения серной кислоты

Производство серной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:

где I – стадия получения печного газа (оксида серы (IV)),

II – стадия каталитического окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) и абсорбции его (переработка в серную кислоту).

В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа и другие механические и физико-химические операции.

В общем случае производство серной кислоты может быть выражено в следующем виде:

Сырье подготовка сырья сжигание (обжиг) сырья

очистка печного газа контактирование абсорбция

контактированного газа серная кислота

Конкретная технологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностей каталитического окисления оксида серы (IV), наличия или отсутствия стадии абсорбции оксида серы (VI).

В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SО2 вSО3, различают два основных метода получения серной кислоты.

В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SО2 вSО3 проводят на твердых катализаторах.

Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции:

SО3 + Н2О Н2SО4

При проведении процесса по нитрозному (башенному) методу в

качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.

Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным

продуктом является серная кислота:

SО3 + N2О3 + Н2О Н2SО4 + 2NО

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.

1. Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:

4FеS2 + 11О2 = 2Fе2S3 + 8SО2,

2SО2 + О22SО3

SО3 + Н2О Н2SО4

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.

2 Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом отличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей. К ним относятся:

– особая конструкция печей для получения печного газа;

• повышенное содержание оксида серы (IV) в печном газе;

• отсутствие стадии предварительной очистки печного газа.

Последующие операции контактирования оксида серы (IV) по физико-химическим основам и аппаратурному оформлению не отличаются от таковых для процесса на основе колчедана и оформляются обычно по схеме ДК-ДА. Термостатирование газа в контактном аппарате в этом методе осуществляется обычно путем ввода холодного воздуха между слоями катализатора

3 Существует также способ производства серной кислоты из сероводорода, получивший название "мокрого" катализа, состоит в том, что смесь оксида серы (IV) и паров воды, полученная сжиганием сероводорода в

токе воздуха, подается без разделения на контактирование, где оксид серы (IV) окисляется на твердом ванадиевом катализаторе до оксида серы (VI). Затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где пары образующейся серной кислоты превращаются в жидкий продукт.

Таким образом, в отличие от методов производства серной кислоты из колчедана и серы, в процессе мокрого катализа отсутствует специальная стадия абсорбции оксида серы (VI) и весь процесс включает только три последовательные стадии:

1 Сжигание сероводорода:

Н2S + 1,5О2 = SО2 + Н2О

с образованием смеси оксида серы (IV) и паров воды эквимолекулярного состава (1 : 1).

2 Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI):

SО2+ 0,5О2 SО3

с сохранением эквимолекулярности состава смеси оксида серы (IV) и паров воды (1 : 1).

3 Конденсация паров и образование серной кислоты:

SО3 + Н2О Н2SО4

таким образом, процесс мокрого катализа описывается суммарным уравнением:

Н2S + 2О2 = Н2SО4

Существует схема получения серной кислоты при повышенном давлении. Влияние давления на скорость процесса возможно оценить в кинетической области, где практически отсутствует влияние физических факторов. Повышение давления влияет как на скорость процесса, так и на состояние равновесия. Скорость реакции и выход продукта с повышением давления увеличиваются за счет повышения действующих концентраций SO2 и О2 и увеличения движущей силы процесса. Но при увеличении давления так же возрастают производственные затраты на сжатие инертного азота. Так же увеличивается температура в контактном аппарате, т.к. при высоком давлении и невысокой температуре значение константы равновесия мало, по сравнению со схемой под атмосферным давлением.

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения SО2 в SО3. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы – снизить выбросы в окружающую среду

вредного компонента SО2.

Для решения этой проблемы велось много различных исследований в различных областях: абсорбция SO2, адсорбция, исследования в изменении конструкции контактного аппарата.

Существую различные конструкции контактных аппаратов:

- контактный аппарат с одинарным контактированием: такой аппарат характеризуется невысокой степенью превращения диоксида серы в триоксид. Недостаток этого аппарата заключается в том, что газ, выходящий из контактного аппарата, имеет высокое содержание диоксида серы, что отрицательно сказывается с экологической точки зрения. Используя данный аппарат, отходящие газы необходимо очистить от SO2. Для утилизации SO2 существует много различных способов: абсорбция, адсорбция,…. Это, конечно, снижает количество выбросов SO2 в атмосферу, но это увеличивает, в свою очередь, количество аппаратов в технологическом процессе, высокое содержание SO2 в газе после контактного аппарата показывает низкую степень использования SO2 , поэтому данные аппараты в производстве серной кислоты не используюися.

- контактный аппарат с двойным контактированием: ДК позволяет достичь того же минимального содержания SO2 в выхлопных газах, что и после химической очистки. Метод основан на известном принципе Ле-Шателье, согласно которому удаление одного из компонентов реакционной смеси сдвигает равновесие в сторону образования этого компонента. Сущность метода заключается в проведении процесса окисления диоксида серы с выделением триоксида серы в дополнительном абсорбере. Метод ДК позволяет перерабатывать концентрированные газы.

- контактный аппарат с промежуточным охлаждением.

Сущность метода заключается в том, что газ, поступающий в

контактный аппарат, пройдя через слой катализатора, попадает в теплообменник, там газ охлаждается, затем поступает на следующий слой катализатора. Этот метод так же увеличивает степень использования SO2 и содержание его в выхлопных газах.

3 Выбор катализатора

Наиболее активным катализатором является платина, однако она вышла из употребления вследствие дороговизны и легкой отравляемости примесями обжигового газа, особенно мышьяком. Окись железа дешевая, но при обычном составе газа – 7 % SO2 и 11 % О2 она проявляет каталитическую активность только при температурах выше 625 0С, т.е. когда хр 70 %, и поэтому применялась лишь для начального окисления SO2 до достижения хр 50-60 %. Ванадиевый катализатор менее активен, чем платиновый, но дешевле и отравляется соединениями мышьяка в несколько тысяч раз меньше, чем платина; он оказался наиболее рациональным и только он применяется в производстве серной кислоты. Ванадиевая контактная масса содержит в среднем 7 % V2O5; активаторами являются окислы щелочных металлов, обычно применяют активатор К2О; носителем служат пористые алюмосиликаты. В настоящий момент катализатор применятся в виде соединения SiO2, K и/или Cs, V в различных пропорциях. Такое соединение оказалось наиболее устойчивым к кислоте и наиболее стабильным. Во всем мире его более корректное названия "ванадий - содержащий". Такой катализатор разработан специально для работы с невысокими температурами, что приводит в меньшим выбросам в атмосферу. Кроме того такой катализ дешевле нежели калий/ванадиевый. Обычные ванадиевые контактные массы представляют собой пористые гранулы, таблетки или кольца.

4 Обоснование способа производства

Получение серной кислоты из сероводорода (мокрый катализ) на Пермском нефтеперерабатывающем заводе является малотоннажным производством (65тыс. тонн в год). В основном, это производство создано для того, чтобы снизить выбросы серосодержащих газов и максимально перерабатывать сырье, которое в данном случае является отходом процесса гидроочистки нефти.

Помимо использования сероводорода, в процессе получения серной кислоты протекают 3 реакции:

Н2S + 1,5О2 = SО2 + Н2О

SО2 + 0,5О2 SО3

SО3 + Н2О Н2SО4

Эти три реакции протекают с выделением значительного количества тепла, которое используется для различных нужд цеха производства серной кислоты и в различных целях предприятия: получение пара, который используется в данном производстве, получение пара высокого давления, который используют другие установки, подогрев воздуха, поступающий в котлы для сжигания сероводорода и в контактный аппарат.

Преимущество получения серной кислоты из сероводорода заключается в том, что данный процесс максимально использует и сероводород, и диоксид серы, что в значительной мере снижает выбросы в атмосферу, при проведении процесса, состоящего из 3 реакций, используются невысокие температуры и атмосферное давление, что значительно снижает энергозатраты по сравнению со схемой, которая применяет высокое давление. С учетом того, что в результате технологического процесса выделяется большое количество тепла, процесс, благодаря этому, протекает автотермично.

5 Стадии и химизм процесса

Процесс получения серной кислоты методом "мокрого" катализа состоит из следующих основных стадий.

1 Получение сернистого ангидрида (SO2) путем сжигания сероводородсодержащего газа по следующей реакции:

2h3S + 3O2 = 2SO2 + 2 h3O

2 Охлаждение дымовых газов и утилизация тепла реакции горения сероводорода в котле-утилизаторе с получением водяного пара.

3 Окисление сернистого ангидрида до серного ангидрида (SO3) на ванадиевом катализаторе в контактном аппарате (конвертере) R-104 по следующей реакции:

2SO2 + O3 = 2 SO3

4 Получение серной кислоты (h3SO4) путем конденсации в конденсаторе WSA У-109 по реакции:

SO3 + h3O = h3SO4

5 Для получения улучшенной серной кислоты (содержание окислов азота N2O3 менее 0,5 ppm) предусмотрена схема подачи гидразингидрата в поток серной кислоты, поступающей на участок концентрирования серной кислоты.

Гидразинсульфат, полученный при добавлении гидразина к серной кислоте, взаимодействует с нитрозилсернистой кислотой, обуславливающей содержание N2О3 в продуктовой кислоте:

4NOSO3H + N2h5· h3SO4 3N2 + 5h3SO4

Избыток гидразина окисляется с образованием элементарного азота:

N2h5·h3SO4 + O2 N2 +2h3O + h3SO4

Химическийсостав серной кислоты выражается формулой h3SO4. Структурная формула серной кислоты выглядит следующим образом:

Относительная молекулярная масса серной кислоты - 98,08 кг/кмоль.

Безводная серная кислота содержит 100 % h3SO4 или 81,63 % SO3 и 18,37 % мас. h3O. Это бесцветная маслянистая жидкость не имеющая запаха с температурой кристаллизации 10,37 ºС. Температура кипения безводной серной кислоты при давлении 1,01·105 Па (760 мм рт.ст.) составляет 298,2 ºС. Плотность при 20 ºС составляет 1830,5 кг/м3.

С водой и сернистым ангидридом серная кислота смешивается в любых пропорциях.

В процессе производства серной кислоты для окисления сернистого ангидрида в серный применяются ванадиевый катализатор. Он представляет собой пористое вещество, на которое нанесено активное комплексное соединение, содержащее пятиокись ванадия V2O5.

В данном случае применяется катализатор марки VK-WSA фирмы "Хальдор Топсе".

Температура зажигания катализатора 400-430 ºС. При температуре выше 620 ºС активность катализатора быстро снижается, т.к. при этом распадается активный комплекс, содержащий пятиокись ванадия (V2O5), а также разрушается структура носителя, что приводит к разрушению катализатора и образованию пыли.

Срок службы катализатора не менее 4 лет.

6 Конденсация серной кислоты

Конденсация парой серной кислоты. В некоторых случаях, газ, используемый для получения серной кислоты, не содержит вредных примесей (мышьяка, фтора). Тогда экономически целесообразно не подвергать такой газ промывке в специальной аппаратуре, а передавать сразу на контактирование. Обычно его не подвергают также осушке, поэтому такой процесс называют мокрым катализом (например, получение серной кислоты из сероводорода). Газ, поступающий на стадию получения серной кислоты, содержит SO3 и Н20, и образование серной кислоты происходит не в результате абсорбции серного ангидрида растворами кислоты, а вследствие образования паров h3SO4 и конденсации их в башне с насадкой или другой аппаратуре, предназначенной для этого процесса.

При медленном охлаждении газа, содержащего SO3 и Н2О, можно провести процесс конденсации паров серной кислоты без образования тумана. Однако скорость процесса при этом мала и часто экономически выгоднее вести охлаждение с большей скоростью, допуская образование некоторого количества тумана, а затем выделить этот туман из газовой смеси. Чтобы туман легче осаждался в фильтрах, процесс ведут при таких условиях, в которых образуются крупные капли. Этому соответствует невысокое значение возникающего пересыщения и более высокая температура орошающей кислоты, чем при обычном процессе абсорбции ("горячая" абсорбция).

Конденсация кислоты идет внутри стеклянных трубок, в которые поступает технологический газ, содержащий пары кислоты. Внутри стеклянных трубок расположены спирали, служащие в качестве центров для осаждения серной кислоты. На конце каждой трубки установлен патронный фильтр (каплеотбойник), предназначенный для улавливания тумана серной кислоты. Внешняя поверхность труб (межтрубное пространство) охлаждается атмосферным воздухом. Очищенный газ с остаточной концентрацией серной кислоты менее 20 ррм и температурой не более 120 градусов цельсия сбрасывается в дымовую трубу.

Давление пара в котле-утилизаторе поддерживается достаточно высоким, чтобы температура теплообменных поверхностей. котла была выше точки росы серной кислоты (275 °С).

Несконденсированный газ из башни-конденсатора по футерованному газоходу через гидравлический затвор поступает в мокрые электрофильтры.

Последние предназначены для улавливания изгазов тумана серной кислоты концентрацией 93— 94 % (масс.). Гидравлический затвор может также служить брызгоуловителем. Очищенный газ выводится в атмосферу. Для первоначального прогрева катализатора в контактном аппарате используют пусковой подогреватель, в котором воздух нагревается за счет сжигания топливного

  7 Технологическая схема производство серной кислоты из железного колчедана

Технологическая схема производства серной кислоты из железного колчедана с использованием принципа двойного контактирования ДК—ДА показана на рисунке 1. Колчедан через дозатор подают в печь (1) кипящего слоя. Полученный запыленный обжиговый газ, содержащий 13 % SO2 и имеющий на выходе из печи температуру около 700 °С, подают сначала в котел-утилизатор (3), а затем на стадию сухой очистки от огарковой пыли (в циклоны (4) и в сухой электрофильтр (5)). В котле-утилизаторе (3)  происходит охлаждение газа с одновременным по­лучением энергетического водяного пара (давление 4 МПа и температура 450 °С), который может быть использован как в самой установке для компенсации затрат энергии на работу компрессо­ров и насосов, так и в других цехах завода.

В очистном отделении, состоящем из двух промывных башен (6) и (7), двух пар мокрых электрофильтров (8) и (9) и сушильной башни (10), происходит очистка газа от соединений мышьяка, селена, фтора и его осушка.

Первая полая промывная башня 6 работает в испарительном режиме: циркулирующая кислота охлаждает газ, при этом теплота затрачивается на испарение воды из кислоты, поступающей на орошение. Концентрацию орошающей кислоты в первой башне, равную 40... 50 %-ной h3SO4, поддерживают постоянной путем раз­бавления 10... 15 %-ной кислотой из второй промывной башни (7). Кислота из второй башни поступает в сборник (18) и после охлаждения возвращается на орошение.

После второй промывной башни газ проходит последовательно две пары мокрых электрофильтров (8) и (9), затем насадочную сушильную башню (10), орошаемую 93...94 %-ной серной кислотой при температуре 28...30 °С. Кислота циркулирует между су­шильной башней (10) и сборником (18), часть кислоты отводится как готовая продукция на склад. Для поддержания постоянной концентрации h3SO4 в сборник кислоты 18 вводят 98... 99 %-ную кислоту из моногидратных абсорберов (17) и (20). Для поддержания постоянной температуры на стадии осушки циркулирующую кислоту охлаждают в холодильнике воздушного охлаждения (22). Перед сушильной башней обжиговый газ разбавляют воздухом для сни­жения в нем концентрации SO2 до 9 % и увеличения избытка кис­лорода в соответствии с оптимальными условиями окисления ди­оксида серы.

1 — печь; 2 — система гидроудаления огарка; 3 — котел-утилизатор; 4 — циклон с пересыпным устройством; 5 — сухой электро­фильтр; 6— полая промывная башня; 7— насадочная промывная башня; 8,9— мокрые электрофильтры; 10— сушильная башня; 11— фильтр-брызгоуловитель; 12 — турбогазодувка; 13 — теплообменники контактного узла; 14 — контактный аппарат; 15 — пусковой подогреватель; 16 — теплообменник; 17 — второй моногидратный абсорбер; 18 — сборник кислоты; 19 — холодильник;20 — первый моногидратный абсорбер; 21 — олеумный абсорбер; 22 — холодильник воздушного охлаждения кислоты

Рисунок 1 - Технологическая схема производства серной кислоты из колчедана по способу ДК—ДА

После сушильной башни обжиговый газ проходит через фильтр-брызгоуловитель (11) и поступает в турбогазодувку (12). В теплообменниках (13) газ нагревается за счет теплоты продуктов реакции до температуры зажигания катализатора (420...440 °С) и поступа­ет на первый слой контактного аппарата, где происходит окисление 74 % SO2 с одновременным повышением температуры до 600°С. После охлаждения до 465°С газ поступает на второй слой контакт­ного аппарата, где степень превращения достигает 86 %, а температура газа возрастает до 514 ºС. После

охлаждения до температуры 450ºС газ поступает на третий слой контактного аппарата, где степень превращения SO2 увеличивается до 94...94,5 %, а темпе­ратура повышается до 470°С.

Затем в соответствии с требованиями метода ДК—ДА реакционный

газ охлаждают в теплообменниках (13) до 100 °С и направ­ляют на абсорбцию первой ступени: сначала в олеумный абсор­бер (21), затем в моногидратный абсорбер (20). После моногидратного абсорбера и фильтра-брызгоуловителя газ вновь нагревают до температуры 430 °С и подают на четвертый слой катализатора. Кон­центрация SO2 в газе составляет теперь 0,75...0,85 %. В четвертом слое происходит окисление остаточного SO2 с конверсией ≈ 80%, сопровождающееся повышением температуры до 449°С. Реакционную смесь вновь охлаждают до температуры 409 °С и направляют на последний (пятый) слой контактного аппарата. Общая сте­пень превращения после пяти стадий контактирования составля­ет 99,9 %.

Газовую смесь после охлаждения направляют в моногидрат­ный абсорбер второй ступени абсорбции (17). Непоглощенный газ, состоящий в основном из воздуха, пропускают через фильтр (11) для выделения брызг и тумана и выбрасывают в атмосферу через выхлопную трубу.

Производительность установки составляет до 1500 т/сут по моногидрату.

Расход на 1 т моногидрата: колчедана 0,82 т, воды 50 м3, элек­троэнергии 82 кВт -ч.

Заключение

В производстве h3SO4 соблюдены основные направления развития химической промышленности:

1. Технология малоотходная - переход сырья в целевой продукт достигает

2. Энергосберегающее, так как процесс обеспечивает сам свое энергосбережение.

Эта химическая технология обладает рядом функций:

1 Рациональное использование сырья и энергии.

2 Масштабность и дешевизна.

Поскольку процесс непрерывен, он обладает рядом достоинств:

• Большое количество продукта с 1 объема аппарата - высокая интенсивность процесса.

• Исключение потерь тепла из-за термодинамичности - нагрев-охлаждение.

• Легкость автоматизации.

Также процесс учитывает основные принципы химической технологии:

1. Наибольшая интенсивность процесса;

2. Наилучшее использование сырья;

3. Наибольшее использование энергии.

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения SО2 в SО3. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы - снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента SО2.

Повышение степени превращения SО2 может быть достигнуто разными путями. Наиболее распространенный из них - создание схем двойного контактирования и двойной абсорбции.

Список используемых источников

1 Васильев, Б.Т. Технология серной кислоты / Васильев. Б.Т. М.И.Отвагина - М.: Химия, 1985. - 386 с.

2 Кутепов, А.М. Общая химическая технология [Текст]: учебник /А.М. Купетов, Т.И. Бондарева - М.: Высшая школа, 1990. - 223 с.

3 Амелин, А.Г. Производство серной кислоты / Амелин. А.Г. М.: Высшая школа, 1983 г. – 245 с.

videouroki.net

Смотрите также

• 
  Олово реферат по химии
• 
  Мы против наркотиков реферат
• 
  Насилие над детьми реферат
• 
  Метрическая система мер реферат
• 
  Метеориты и астероиды реферат
• 
  Медицинские ресурсы интернета реферат
• 
  Личность и язык реферат
• 
  Контрольно измерительные инструменты реферат
• 
  Кони а ф реферат
• 
  Древние города мира реферат
• 
  Вредоносное программное обеспечение реферат