Кратко рассказать по рисунку производство серной кислоты. Производство серной кислоты

воздух

Серная кислота

1 –осушка воздуха, 2- сжигание серы, 3- охлаждение газа,

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

Фактически сера перед горением плавится и испаряется и сгорает в газовой фазе. Горение серы представляет гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествует процесс перехода твердой серы в жидкое состояние и ее последующее испарение:

Sтв → Ѕжидк →Ѕпар.

Таким образом, процесс горения протекает в газовой фазе в потоке предварительно высушенного воздуха и описывается уравнением:

S + О 2 = SО 2 – ΔH

Для сжигания чистой серы применяют форсуночные и циклонные печи. Перед подачей в печь серу плавят в плавильном котле глухим паром, отфильтровывают от примесей и распыляют сжатым воздухом через форсунку в печи; при этом сера испаряется и сгорает. В форсуночной печи пермешивание серы с воздухом недостаточное, тормозится процесс диффузией и происходит экстенсивно. В циклонной печи благодаря тангенциальному подводу воздуха происходит исключительно сильное пермешивание паров серы с воздухом и интенсивность сгорания увеличивается.

Печной газ при сжигании серы отличается более высоким содержанием оксида серы (4) и не содержит значительного количества пыли. При сжигании самородной серы в нем также отсутствуют соединения мышьяка и селена, являющимися каталитическими ядами.

Товарные сорта серной кислоты

Современная промышленность выпускает несколько сортов серной кислоты и олеума, различающихся концентрацией и чистотой. Чтобы уменьшить возможность кристаллизации продуктов при перевозке и хранении, а также в самом производстве, установлены стандарты на товарные сорта, концентрации которых отвечают эвтектическим составам с наиболее низкими температурами кристаллизации.

Производство карбамида

Карбамид (мочевина) среди азотных удоб­рений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчиво­стью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобре­ниями, т. е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроско­пичен, может применяться не только как удобрение, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, ши­роко используется для получения сложных удобрений, удобрений с ре­гулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.

Карбамид CO(NH 2) 2 - белое кристаллическое вещество, содержа­щее 46,6% азота. Его получение основано на реакции взаимодейст­вия аммиака с диоксидом углерода:

2NH 3 + CO 2 ↔ CO(NH 2) 2 + H 2 O; ΔН = -110.1 кДж (1)

Таким образом, сырьем для производства карбамида служат ам­миак и диоксид углерода, получаемый в качестве побочного продукта при производстве технологического газа для синтеза аммиака. Поэтому производство карбамида на химических заводах обычно комбинируют с производством аммиака.

Реакция (I) - суммарная; она протекает в две стадии. На первой стадии происходит синтез карбамата:

2NH 3 (г) + CO 2 (г) ↔ NH 2 СОО NH 4 (ж); ΔН =–125,6кДж (2)

На второй стадии протекает эндотермический процесс отщепления воды от молекул карбамата, в результате которого и происходит об­разование карбамида:

NH 2 СООNH 4 (ж) ↔ CO(NH 2) 2 (ж) + H 2 O (ж) ; ΔН =15,5кДж (3)

Реакция образования карбамата аммония - обратимая экзотерми­ческая реакция, протекающая с уменьшением объема. Для смещения равновесия в сторону продукта ее необходимо проводить при повышен­ном давлении. Для того чтобы процесс протекал с достаточно высокой скоростью, необходимы повышенные температуры. Повышение дав­ления компенсирует отрицательное влияние высоких температур на смещение равновесия реакции в обратную сторону. На практике син­тез карбамида проводят при температурах 150-190°С и давлении 15-20 МПа. В этих условиях реакция протекает с высокой скоростью и практически до конца.

Разложение карбамата аммония - обратимая эндотермическая реакция, интенсивно протекающая в жидкой фазе. Чтобы в реакторе не происходило кристаллизации твердых продуктов, процесс необхо­димо вести при температурах не ниже 98°С [эвтектическая точка для системы CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4 ]. Более высокие температуры сме­щают равновесие реакции вправо и повышают ее скорость. Максималь­ная степень превращения карбамата в карбамид достигается при 220°С. Для смещения равновесия этой реакции вводят также избыток ам­миака, который, связывая реакционную воду, удаляет ее из сферы реакции. Однако добиться полного превращения карбамата в карба­мид все же не удается. Реакционная смесь помимо продуктов реакции (карбамида и воды) содержит также карбамат аммония и продукты его разложения - аммиак и СО 2 .

Для полного использования исходного сырья необходимо либо пред­усмотреть возвращение непрореагировавших аммиака и диоксида углерода, а также углеаммонийных солей (промежуточных продуктов реакции) в колонну синтеза, т. е. создание рецикла, либо отделение карбамида от реакционной смеси и направление оставшихся реаген­тов на другие производства, например на производство аммиачной селитры, т. е. проведение процесса по открытой схеме.

В последнем случае плав, выходящий из колонны синтеза, дроссе­лируют до атмосферного давления; равновесие реакции (2) при темпе­ратурах 140-150°С практически полностью смещается влево и весь оставшийся карбамат разлагается. В жидкой фазе остается водный раствор карбамида, который упаривают и направляют на грануляцию. Рецикл образовавшихся газообразных аммиака и диоксида углерода в колонну синтеза потребовал бы их сжатия в компрессоре до давления синтеза карбамида. Это сопряжено с техническими трудностями, свя­занными с возможностью образования карбамата при низких темпера­турах и высоком давлении уже в компрессоре и забивки машин и тру­бопроводов твердыми частицами.

Поэтому в закрытых схемах (схемах с рециркуляцией) обычно при­меняют только жидкостной рецикл. Существует ряд технологических схем с жидкостным рециклом. К числу наиболее прогрессивных при­надлежат так называемые схемы с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса. Стриппинг (отдувка) заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синте­за ведут при давлении, близком к давлению на стадии синтеза, продувкой плава сжатым СО 2 или сжатым аммиаком. В этих условиях дис­социация карбамата аммония происходит за счет того, что при про­дувке плава диоксидом углерода резко снижается парциальное дав­ление аммиака и происходит смещение равновесия реакции (2) влево. Такой процесс отличается использованием теплоты реакции образо­вания карбамата и более низким расходом энергии.

На рис. 15.18 приведена упрощенная схема крупнотоннажного агре­гата синтеза карбамида с жидкостным рециклом и применением стрип­пинг-процесса. В ней можно выделить узел высокого давления, узел низкого давления и систему грануляции. Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, а также аммиак и диоксид углеро­да поступают в нижнюю часть колонны синтеза 1 из конденсатора высокого давления 4. В колонне синтеза при температуре 170-190°С и давлении 13-15 МПа заканчивается образование карбамата и проте­кает реакция синтеза карбамида. Расход реагентов подбирают таким образом, чтобы в реакторе молярное отношение NH 3:СО 2 составляло 2,8-2,9. Жидкая реакционная смесь (плав) из колонны синтеза карба­мида поступает в отдувочную колонну 5, где стекает по трубкам вниз. Противотоком к плаву подают сжатый в компрессоре до давления 13- 15 МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и уменьшения коррозии оборудования добавлен воздух в ко­личестве, обеспечивающем в смеси концентрацию кислорода 0,5-0,8%. Отдувочная колонна обогревается водяным паром. Парогазовая смесь из колонны 5, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 4. В него же вводят жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим потоком в инжекторе 3, подающем в конденсатор раствор углеаммонийных солей из скруббера 2 и при необходимости часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе обра­зуется карбамат. Выделяющуюся при реакции теплоту используют для получения водяного пара.

Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят непрореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого давления 2, в котором большая часть их конденсируется за счет водного охлажде­ния, образуя водный раствор карбамата и углеаммонийных солей.

Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 5, содержит 4-5% карбамата. Для окончательного его разложения раст­вор дросселируют до давления 0,3-0,6 МПа и затем направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 8. Жидкая фаза стекает в колонне вниз по насадке противотоком к парогазовой смеси, поднимаю­щейся снизу вверх; из верхней части колонны выходят NH 3 , CO 2 и водяные пары. Водяные пары конденсируются в конденсаторе низкого давления 7, при этом растворяется основная часть аммиака и диоксида углерода. Полученный раствор направляют в скруббер 2. Оконча­тельная очистка газов, выбрасываемых в атмосферу, производится аб­сорбционными методами (на схеме не показана).

70%-ный водный раствор карбамида, выходящий из нижней час­ти ректификационной колонны 8, отделяют от парогазовой смеси и на­правляют после снижения давления до атмосферного сначала на вы­парку, а затем на грануляцию. Перед распылением плава в грануля­ционной башне 12 к нему добавляют кондиционирующие добавки, на­пример мочевиноформальдегидную смолу, чтобы получить неслеживающееся удобрение, не портящееся при хранении.

Принципиальная схема с полным рециклом

Аммиак ВОДА

УПАРИВАНИЕ

ДИСТИЛЛЯЦИЯ

СИНТЕЗ

КАРБАМИД

УГЛЕРОДА

РАСТВОр АММОНИЙНЫХ сОЛЕЙ

РАСХОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

СЫРЬЕ И ЭНЕРГИЯ (НА1Т ГОТОВОГО ПРОДУКТА)	ПРОИЗВОДСТВО НИТРАТА АММОНИЯ	ПРОИЗВОДСТВО КАРБАМИДА
АММИАК	0.214	0.58	0.576
ДИОКСИД УГЛЕРОДА	-	0.77	0.75
АЗОТНАЯ КИСЛОТА	.786	-	-
ВОДА, М 3	0.5
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, кВт*ч	25.1
Пар, т	0.214	1.5	1.05

Сырье

Сырьем для производства калия служит почти исключительно природный минерал сильвинит – смесь сильвина КСl и галита NаСl с содержанием калия 22-25%, считая на К 2 О. Значительно реже хлорид калия получают из карналлита КСl *МgСl 2 * 6Н 2 О, содержащего около 17% К 2 О.

Сульфат калия получают из лангбейнита К 2 SО 4 *2МgSО 4 , шенита К 2 SО 4 *2МgSО 4 *6 Н 2 О, каинита КСl *МgSО 4 *3 Н 2 О и других минералов.

Крупнейшее в мире месторождение калийных солей в РФ находится на Урале (Верхнекамское месторождение). Оно представлено сильвинитовыми и карноллитовыми рудами; происхождение его связано с испарением бассейнов древнего пермского моря. Отличительной особенностью Верхнекамского месторождения является большое содержание газов в порах и пустотах породы (Н 2 , СО 2 , СН 4 , N 2). Содержание КСl в добываемом сильвините колеблется от 23 до 30%, NаСl – от 65 до 75%, нерастворимых глинистых веществ от 0.5 до 3.0%

Потенциальным источником сырья для производства калийных удобрений может стать Мировой океан, в водах которого концентрация калия достигает 0.07%, что в пересчете на К 2 О составляет 7*10 14 тонн. Сгущенная путем испарения в бассейнах и бессточных водоемах морская вода может явиться источником для промышленного получения солей калия. Таким способом получают, например, хлористый калий из рапы Мертвого моря.

Переработку сильвинитовых и карналлитовых руд на хлористый калий осуществляют:

a. методами растворения и раздельной кристаллизации, основанной на различии температурных коэффициентов растворимости солевых составляющих руды (эти методы называют еще тепловыми или галлургическими;

b. путем механического обогащения породы, главным образом флотацией;

c. комбинацией флотационного обогащения с растворением и кристаллизацией мелких фракций руды.

Аналогичными приемами перерабатываются и сульфатные породы.

В н.в. флотационным методом вырабатывается около 80% всего хлорида калия.

Получение хлористого калия

Флотационный способ производства

Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде насыщенного ими солевого раствора. Это достигается селективной гидрофобизацией поверхности частиц калийных минералов с помощью флотореагентов-собирателей.

Технологические схемы флотационного производства хлорида калия зависят от минералогического и гранулометрического состава флотируемого сильвинита: содержания в нем примесей (глинистых шламов), размеров зерен компонентов и различаются методами обработки глинистых шламов. В общем случае флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита включает следующие операции:

d. Измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1-3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0.5 мм.

e. Отделение глинистого шлама-тонкодисперсных глинисто-карбонаных примесей методами флотации, гидравлической классификации, или гравитации.

f. Флотационное разделение водорастворимых минералов руды (сильвина и галита) в присутствии собирателей (основная флотация).

g. Перечистная флотация полученного концентрата для удаления из него оставшихся примесей.

h. Обезвоживание концентрата методами сгущения и фильтрования с возвратом в процесс оборотного раствора.

i. Сушка влажного концентрата.

Процессы мокрого размола и флотации проводят в среде солевых растворов, насыщенных водорастворымыми компонентами руды (сильвин и галит), что исключает их потери при производстве и позволяет организовать замкнутый циклический процесс. В качестве флотоагентов - собирателей на стадии отделения шлама используют реагент ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита), на стадии основной флотации – вещества, способствующие гидрофобизации частиц сильвина: солянокислые соли высших (С 10 –С 22) первичных аминов, а также высокомолекулярные углеводороды.

На рисунке представлена технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита с предварительной флотацией глинистого шлама, применяемая для переработки руд с невысоким содержанием нерастворимого остатка (менее 2.5). Для руд с более высоким содержанием его используются схемы с предварительным механическим обесшламиванием или с отделением шлама путем введения депрессора - карбоксиметиллцеллюлозы, способствующего отделению шлама на стадии основной флотации.

В качестве реагентов пенной флотации применяют смесь карбоновых кислот. После перечистной флотации требуется сгущать глинистые шламы и подвергать их противоточной промывке, однако трудности, связанные с разрушением пены, образующейся при шламовой флотации, затрудняют проведение этих операций, что приводит к значительным потерям хлористого калия с жидкой фазой.

Для повышения степени извлечения калия производят термическую обработку галитовых хвостов, содержащих некоторое количество сильвина. Для этого галитовую пульпу нагревают до 60-70 0 С, при этом твердый КСl растворяется, так как при повышении температуры раствор становится ненасыщенным КСl. Затем хвосты обезвоживают и удаляют в отвал, а маточный раствор охлаждают в вакуум-кристаллизаторах для выделения из него хлористого калия.

Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает 0.90-0.92 дол. ед., а готовый продукт содержит 93-95% соли. Степень извлечения может быть повышена, если в технологической схеме предусмотрена перечистная флотация отделяемого глинистого шлама для извлечения из него хлорида калия.

Технологическая схема выделения хлорида калия из сильвинита флотационным методом .

Сильвинит

Реагент ФР-2

вода

Соли аминов

Хвосты NаСl

на сушку

1-бункер сильвинита, 2-мельница мокрого размола, 3- смеситель-растворитель,

4-сито, 5- флотационная машина шламовой флотации, 6-флотационная машина

основной флотации, 7- флотационная машина перечистной флотации, 8-центрифуга

для отделения оборотного раствора от концентрата, 9-сборник оборотного раствора,

10-сгуститель шлама, 11- сито для отделения хвостов.

Галургический способ производства

Галургический способ выделения хлорида калия из сильвинита или метод избирательного растворения и раздельной кристаллизации основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии, т.е. в системе «КСl-NаСl –Н 2 О». В растворах, насыщенных обеими солями, при повышении температуры от 20-25 до 90-100 0 С содержание хлорида калия возрастает примерно в два раза, а хлорида натрия несколько уменьшается. При охлаждении такого горячего раствора он становится пересыщенным относительно хлорида калия, который будет кристаллизоваться, а хлорид натрия останется в растворе. При последующем нагревании этого раствора он останется насыщенным относительно хлорида натрия и становится ненасыщенным относительно хлорида калия.

Растворимость хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии (в масс. долях)

Поэтому после обработки подобным раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться только хлорид калия, переходя в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет. Это свойство системы «КСl-NаСl–Н 2 О» и используется в галургическом методе извлечения хлорида калия из сильвинитовой руды дл яорганизации циклического цикла.

Процесс галургического производства хлорида калия включает шесть основных стадий:

1) измельчение сильвинитовой руды;

2) выщелачивание хлорида калич из сильвинита горячим оборотным раствором (щелоком);

3) отделение горячего щелока от твердой фазы (хлорида натрия и пустой породы) и его осветление;

4) охлаждение раствора и кристаллизация из него хлорида калия;

5) сушка хлорида калия;

6) нагревание оборотного раствора и возвращение его на стадию выщелачивания сильвинита

Получение сульфата калия.

Известны следующие пути получения сульфата калия:

1) переработка галургическими методами – растворением и кристаллизацией полиминеральных сульфатнокалийных руд;

2) конверсионный и ионитный способы на основе взаимодействия хлоритсого калия и различных сульфатных солей;

3) комбинирование флотационного обогащения сульфатнокалийных руд с переработкой концентрата галургическим способом;

4) при происзводстве соляной кислоты из хлористого калия и серной кислоты или сернистого газа;

5) гидротермический метод переработки полиминеральных руд или сульфатных солей и хлоритсого калия с получением вкачестве побочного продукта соляной кислоты;

6) переработка водонерастворимых калийных руд.

Сырье для производства серной кислоты

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

Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного газа. 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 ТЭС и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (4). 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.

Промышленность получает серную кислоту двумя способами: контактным и нитрозным.

Технология производства серной кислоты контактным способом применяется наиболее широко и заключается в следующих четырех стадиях.

1. Получение SO2 путем обжига пирита (FeS2)

Для проведения этой реакции пирит (другое название - серный колчедан) измельчают для увеличения скорости реакции и очищают от примесей флотационным методом. Затем пирит засыпают в специальные печи, куда происходит подача обогащенного кислородом воздуха.

При взаимодействии пирита с кислородом происходит образование оксида серы четырехвалентной, оксида железа трехвалентного и значительного количества тепловой энергии. Этот процесс можно выразить уравнением реакции:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8 SO2 + Q

После проведения реакции оксид серы (IV) очищают от примесей водяных паров и оксида железа (III). В итоге получается смесь двух газов: SO2 и остатков не прореагировавшего O2.

2. Окисление SO2 в SO3

Для превращения SO2 в SO3 используют контактный аппарат, где происходит смешение оксида серы четырехвалентной и кислорода. Уравнение данной реакции можно представить в следующем виде:

2 SO3 + Q2 SO2 + O2

Так как эта реакция обратима, то для протекания ее в нужном направлении соблюдают следующие условия:

• температура 400-500°С
• наличие катализатора V2O5
• повышенное давление
• избыток кислорода

3. Поглощение SO3 98% серной кислотой

Теоретически для образования серной кислоты достаточно растворить SO3 в воде. Однако эта реакция протекает экзотермически. Вследствие выделения значительного количества тепла серная кислота получается в виде тумана.

Чтобы избежать его получения оксид серы (VI) смешивают с 98% серной кислотой в абсорбционной колонне. Результатом реакции является маслянистая жидкость – олеум.

SO3 + H2SO4 = H2SO4 ∙ SO3

4. Преобразование олеума в серную кислоту

Чтобы осуществить эту реакцию, достаточно добавить к олеуму воду. В итоге получается концентрированный (98%) раствор серной кислоты.

H2SO4 ∙ SO3 + H2O = 2H2SO4

Технология производства серной кислоты нитрозным способом также осуществляется в несколько этапов:

1. Получение SO2

Первый этап сходен с таковым в контактном способе – оксид серы (IV) получают из пирита, либо другого серосодержащего сырья.

2. Получение нитрозы

Смесь оксидов азота (II) и (IV) в соотношении 1:1 поступает в специальные башни, где подвергается действию 75% серной кислоты. В ходе реакции образуется нитрозилсерная кислота:

NO + NO2 + 2H2SO4 = 2NOHSO4 + H2O

Нитроза – это нитрозилсерная кислота, растворенная в серной кислоте.

3. Получение H2SO4

Нитроза из реакции 2 поступает в другую башню, куда также подается оксид серы (IV) из реакции 1. Нитроза подвергается гидролизу, главным продуктом которого является азотистая кислота:

NOHSO4 + H2O = HNO2 + H2SO4

Затем азотистая кислота окисляет оксида четырехвалентной серы до серной кислоты:

2HNO2 + SO2 = H2SO4 + 2NO

В результате проведенных реакций получается серная кислота 75% концентрации. Для того чтобы получить концентрированную серную кислоту, приходится проводить ее упаривание, что является объективным недостатком этого способа промышленного изготовления серной кислоты.



Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности.

Области применения. 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.

Сырье. Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения (железный колчедан, сероводород и др.), а также отходящие газы цветной металлургии, содержащие оксиды серы. Преимущественно в качестве сырья используют элементарную серу и железный колчедан.

Теоретические основы синтеза. Общую схему сернокислотного производства можно представить тремя основными стадиями:

1 - сжигание или обжиг исходного сырья. Аппаратурное оформление этой стадии существенно зависят от природы сырья.

4FеS 2 + 11О 2 = 2Fе 2 S 3 + 8SО 2 (8.5.1)

S + О 2 = SО 2 (8.5.2)

Н 2 S + 1,5О 2 = SО 2 + Н 2 О (8.5.3)

2 - стадия каталитического окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI):

SО 2 + 0,5О 2 = SО 3 (8.5.4)

3 - абсорбции оксида серы (VI) (переработка в серную кислоту):

SО 3 + Н 2 О = Н 2 SО 4 (8.5.5)

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

В зависимости от типа катализатора, применяемого на стадии окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI), различают два основных метода получения серной кислоты:

Контактный, при котором используются твердые катализаторы;

Нитрозный (башенный), при котором в качестве катализаторов используют газообразные оксиды азота.

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, при этом используют ванадиевые катализаторы, которые содержат V 2 O 5 , щелочные промоторы и носитель - силикатный материал природного или синтетического происхождения.

Рассмотрим принципиальные схемы процесса получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы.

Колчедан, применяемый для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационный колчедан кроме пирита FeS 2 содержит ряд примесей (в частности, соединения мышьяка, селена, теллура, фтора), которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов As 2 O 3 , SeO 2 ,TeO 2 и фторсодержащих газообразных соединений HF, SiF 4 . Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа.

Обжиг колчедана проводят в печах с псевдоожиженным слоем колчедана (печь «кипящего слоя» КС) при температурах 800 - 900 0 C.

Обжиговый газ, полученный сжиганием колчедана в печах КС, содержит большое количество огарковой пыли, соединения мышьяка, селена и фтора. Очистка обжигового газа от пыли осуществляется в циклонах и сухих электрофильтрах, затем газ направляют на стадию мокрой очистки (в промывное отделение), где из обжигового газа удаляют остатки пыли, каталитические яды (соединения мышьяка и фтора), а также соединения селена.

Мокрая очистка обжигового газа заключается в промывке его разбавленной серной кислотой. Примеси частично растворяются в серной кислоте, но большая их часть переходит в состав сернокислотного тумана, поэтому предусмотрена стадия осушки и удаления тумана.

Очищенный газ поступает в контактное отделение. Реакция окисления оксида серы (IV) в оксид серы (IV), лежащая в основе процесса контактирования обжигового газа, представляет собой гетерогенно-каталитическую, обратимую, экзотермическую реакцию. С понижением температуры и повышением давления контактируемого газа равновесная степень превращения Х р возрастает, что согласуется с принципом Ле-Шателье. В то же время, при постоянных температуре и давлении равновесная степень превращения тем больше, чем меньше содержание оксида серы (IV) в газе, то есть чем меньше соотношение SО 2: О 2 . Это отношение зависит от вида обжигаемого сырья и избытка воздуха. Фактическая степень превращения оксида серы (IV) зависит от активности катализатора, температуры, давления, состава контактируемого газа и времени контактирования.

Так как реакция окисления SO 2 относится к типу экзотермических, температурный режим ее проведения должен приближаться к линии оптимальных температур. На выбор температурного режима дополнительно накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижним температурным пределом является температура зажигания катализаторов, составляющая в зависимости от конкретного вида катализатора (в настоящее время в качестве катализатора используют пентоксид ванадия промотированный щелочными металлами) и состава газа 400 - 440 0 C. Верхний температурный предел составляет 600 - 650 0 C и определяется тем, что выше этих температур происходит падение активности катализатора.

Реакторы или контактные аппараты для каталитического окисления оксида серы (IV) по своей конструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные или фильтрующие), в которых контактная масса расположена в 4-5 слоях, и аппараты кипящего слоя. Отвод тепла после прохождения газом каждого слоя катализатора осуществляется путем введения в аппарат холодного воздуха или газа, или с помощью встроенных в аппарат или вынесенных отдельно теплообменников.

После каталитического окисления газ подается на адсорбцию в поглотительную башню. Для того чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 . Уравнение реакции этого процесса

nSO 3 + H 2 SO 4 H 2 SO 4 ·nSO 3 (8.5.6)

а – из колчедана методом одинарного контактирования;

б - из серы методом двойного контактирования;

в – циклическая из серы.

Рисунок 8.5.1 – Принципиальные схемы получения серной кислоты.

Промышленный способ синтеза серной кислоты. Для увеличения выхода продукта в настоящее время в производстве серной кислоты и олеума контактным методом наиболее распространенной является технологическая схема с использованием принципа двойного контактирования «ДКДА» (двойное контактирование - двойная абсорбция). Сущность двойного контактирования состоит в том, что процесс окисления SO 2 на катализаторе проходит в два этапа. На первом степень превращения составляет около 90%. Затем из газа выделяют SO 3 , направляя газ в дополнительный, промежуточный абсор­бер. В результате в газе увеличивается соотношение О 2: SO 2 , что позволяет на втором этапе увеличить сте­пень превращения оставшегося диоксида серы до 95-97%. Общая степень превращения достигает 99,5- 99,7%, а содержание SO 2 в отходящих газах составляет около 0,03% (при одинарном контактировании - деся­тые доли процента).

При двойном контактировании сернистый газ дваж­ды нагревается от начальной температуры около 50° С (после осушки в сушильной башне и выделения серного ангидрида в первой стадии абсорбции), поэтому для обе­спечения автотермичности процесса концентрация SO 2 в газе на входе в первую стадию контактирования должна поддерживаться 9-10%.

Схема контактного отделения с двойным контактиро­ванием изображена на рис. 8.5.2.

Газ проходит теплообмен­ники 1 и 2 ипоступает на первый, а затем на второй и третий катализаторные слои аппарата 3. После треть­его слоя газ подают в промежуточный абсорбер 6, из не­го в теплообменники 4и 8, а затем в четвертый слой катализатора. Охлажденный в теплообменнике 4газ проходит абсорбер 7 и из него выводится в атмосфе­ру. В случае возможных нарушений режима абсорбции очистка газа от сернокислотного тумана и брызг произ­водится в волокнистом фильтре 5.

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения, из которых можно получать серу или непосредственно оксид серы (IV). Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав компонентов нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количества серы выделяются в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии, а также в виде сероводорода, образующегося в разнообразных химических производствах и при очистке 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 следует отметить, что доля колчедана в балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает и уже превышает 60 % общего количества серосодержащего сырья.

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

Рассмотрим основные виды сырья для производства серной кислоты:

1) Железный колчедан. Природный железный колчедан представляет собой сложную породу, состоящую из сульфида железа FeS 2 , сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, никеля, кобальта и др.), карбонатов металлов и пустой породы. На территории РФ существуют залежи колчедана на Урале и Кавказе, где его добывают в рудниках в виде рядового колчедана;

2) Сера . Элементарная сера может быть получена из серных руд или из газов, содержащих сероводород или оксид серы (IV). В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую (комовую). На территории РФ залежей самородной серы практически нет. Источниками газовой серы являются Астраханское газокон-денсатное месторождение, Оренбургское и Самарское месторождения попутного газа.

Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах (метод Фраша). В последнем случае серу расплавляют под землей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом.

Получение газовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих и технологических газов, основано на неполном окислении его над твердым катализатором. При этом протекают реакции:

H 2 S+1,5O 2 →SO 2 +H 2 O 2

H 2 S+SO 2 →2H 2 O+1,5S 2

2H 2 S+0 2 →2Н 2 0+S 2

3) Сероводород . Источником сероводорода служат различные горючие газы: коксовый, генераторный, попутный, газы нефтепереработки. Извлекаемый при их очистке сероводород достаточно чист, содержит до 90 % основного вещества и не нуждается в специальной подготовке;

4) Газы цветной металлургии . В этих газах содержится от 4 до 10 % оксида серы (IV) и они могут непосредственно использоваться для производства серной кислоты.

Доля сырья в себестоимости продукции сернокислотного производства достаточно велика. Поэтому технико-экономические показатели этого производства существенно зависят от вида используемого сырья. В таблице 1 приведены основные технико-экономические показатели (ТЭП) производства серной кислоты из различных видов сырья.

Замена железного колчедана серой приводит к снижению капитальных затрат на строительство, улучшению экологической обстановки в результате ликвидации отвалов огарка и уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу.

Похожая информация:

1. V2: Задача 2. ПРОИЗВОДСТВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС, ИЗДЕРЖКИ, ПРИБЫЛЬ

Сколько стоит написать твою работу?

Выберите тип работы Дипломная работа (бакалавр/специалист) Часть дипломной работы Магистерский диплом Курсовая с практикой Курсовая теория Реферат Эссе Контрольная работа Задачи Аттестационная работа (ВАР/ВКР) Бизнес-план Вопросы к экзамену Диплом МВА Дипломная работа (колледж/техникум) Другое Кейсы Лабораторная работа, РГР Он-лайн помощь Отчет о практике Поиск информации Презентация в PowerPoint Реферат для аспирантуры Сопроводительные материалы к диплому Статья Тест Чертежи далее »

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту .

Хотите промокод на скидку 15% ?

Получить смс
с промокодом

Успешно!

?Сообщите промокод во время разговора с менеджером.
Промокод можно применить один раз при первом заказе.
Тип работы промокода - "дипломная работа ".

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 FeS 2 .

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

4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 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 Fe 2 O 3 (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: SO 2 , O 2 , 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 SO 2 и кислорода О 2 .

ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO 2 в SO 3 кислородом.

Протекает в контактном аппарате.

Уравнение реакции этой стадии: 2SO 2 + O 2 2SO 3 + 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 SO 3).

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 SO 3 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 V 2 O 5 .

б) давление:

Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO 2 и 1V O 2), а справа - 2V SO 3 . 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 SO 2 и O 2 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 SO 3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO 2 и О 2 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 SO 2 в SO 3 . Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO 2 в SO 3 .

Образовавшийся оксид серы SO 3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO 3 серной кислотой.

Протекает в поглотительной башне.

А почему оксид серы SO 3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 . 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: H 2 SO 4 ·nSO 3 .

Уравнение реакции этого процесса nSO 3 + H 2 SO 4 H 2 SO 4 ·nSO 3

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 SO 2 , путем обжига FeS 2 , затем SO 3 , 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 (SO 2) 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:

F 2 +2NaOH-> O 2 +H 2 O+2NaF

HF+NaOH->NaF+H 2 O;

Образующийся фторид натрия обрабатывают для регенерации гидроксида натрия:

2NaF+CaO+H 2 O->CaF 2 +2NaOH

Похожие рефераты:

Азотная кислота – одна из важнейших минеральных кислот. По объему производства в химической промышленности занимает 2 место после серной кислоты. Азотная кислота широко применяется для производства продуктов для промышленности и сельского хозяйства.

Азотная кислота – одна из важнейших минеральных кислот. По объему производства в химической промышленности занимает 2 место после серной. Азотная кислота применяется для производства многих продуктов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве.

Характеристика способов получения аммиака. Цианамидный процесс - первый промышленный процесс, который использовался для получения аммиака. Работа современного аммиачного завода. Десульфуратор как техническое устройство по удалению серы из природного газа.

Сургутский Государственный Университет Кафедра химии РЕФЕРАТ по теме: ЖЕЛЕЗО Выполнил: Бондаренко М.А. 596/2 гр. Проверил: Щербакова Л.П. Сургут, 2000

Получение этилена дегидратацией этанола над оксидом алюминия. Получение ацетилена и опыты с ним, утилизация обесцвеченного раствора KMnO4 и бромной воды. Получение веществ в процессе нагревания спирта и серной кислоты, обесцвечивающих бромную воду.

Товарные и определяющие технологию свойства серной кислоты. Сырьевые источники. Современные промышленные способы получения серной кислоты. Пути совершенствования и перспективы развития производства. Процесса окисления сернистого ангидрида. Катализатор.

Фенол как химическое вещество, его применение и значение. Особенности стадий получения фенола. Краткая характеристика процесса его производства через бензолсульфокислоту, хлорбензол, изопропилбензол, окислительным хлорированием бензола. Виды сырья.

Южно-Уральский государственный университет Миасский машиностроительный факультет. Кафедра Технологии производства машин. Итоговый реферат. «Характеристика химического элемента