Производство серной кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это ее свойствами и тем, что она самая дешевая из всех кислот. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур находится в жидком состоянии.

Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Существенная ее часть используется как полупродукт в различных отраслях химической промышленности, прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот, взрывчатых веществ. Серная кислота применяется и при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т. д.

Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение H2S04, а также в виде соединений с водой: H2S04? 2Н20, H2S04?Н20, H2S04?4Н20 и с триоксидом серы: Н2S04?S03, H2S04?2S03.

В технике серной кислотой называют безводную H2S04, ее водные растворы (по сути дела, это смесь Н20, H2S04 и соединений H2S04? nН20) и растворы триоксида серы в безводной H2S04 - олеум (смесь H2S04 и соединений H2S04?nSO3).

Безводная серная кислота -- тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой и триоксидом серы в любом соотношении. Физические свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура кристаллизации, температура кипения, зависят от ее состава.

Безводная 100%-ная кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации (10,7оС). Для уменьшения возможности замерзания товарного продукта при перевозке и хранении концентрацию серной кислоты выбирают такой, чтобы она имела достаточно низкую температуру кристаллизации.

1. Виды сырья

Сырьем для получения серной кислоты могут быть элементарная сера, природные серосодержащие соединения: сульфиды, сульфаты и отходящие газы различных производств, содержащие оксид серы (1У) или сероводород.

Самым распространенным природным серосодержащим сырьем является железный колчедан, представляющий собой сложную породу, состоящую из сульфида железа (пирита), сульфидов других металлов (медь, цинк, свинец, никель, кобальт и т. д.), карбонатов металлов и пустой породы.

Подготовка колчедана к производству серной кислоты заключается в извлечении из него ценных цветных металлов и повышении концентрации сульфида железа.

С экологической точки зрения лучшим сырьем для производства серной кислоты является сера. Элементарную серу получают из серных руд или из газов, содержащих сероводород или оксид серы (IV). В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую (комовую).

Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах. Для этого серу расплавляют непосредственно 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 процессе неполного окисления его над твердым катализатором. При этом протекают реакции:

2H2S + 302 = 2S02 + 2Н20.

2H2S + S02 = 2Н20 + 3S.

2H2S + 02 = 2Н20 + 2S.

Сырьем для производства серной кислоты служит также сероводород, являющийся побочным продуктом очистки коксового газа и нефтепродуктов. Получаемый при этом сероводородный газ достаточно чист и содержит до 90 % (об.) сероводорода.

Немаловажным сырьем для получения серной кислоты являются отходящие газы цветной металлургии, содержащие от 4 до 10 % оксида серы (IV).

2. Химические процессы

Производство серной кислоты из серосодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления серы и образование промежуточных продуктов.

Первая стадия -- получение оксида серы (IV) (печного газа), вторая стадия -- каталитическое окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI) и его абсорбция.

До середины XVIII в. серную кислоту получали термическим разложением сульфата железа FeS04 (железный купорос), поэтому один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом.

В 1736 г. был разработан камерный способ производства, в котором сера в смеси с нитратом калия сжигалась в свинцовых камерах, причем оксид серы (IV) и оксиды азота растворялись в воде на дне камеры.

В последующем в камеры стали вводить пар, и процесс производства превратился в непрерывный.

В начале XIX в. серу сжигали в печах, а оксиды азота получали отдельно разложением нитрата калия серной кислотой.

В начале XX вв. установку была включена специальная башня для улавливания оксидов азота, что повысило интенсивность камерного процесса. В последующем свинцовые камеры были заменены башнями с кислотоупорной насадкой. Тем самым камерный метод производства серной кислоты, сохранив принцип окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI), трансформировался в башенный способ, существующий в настоящее время (второе название этого метода нитрозный). Окисление оксида серы (IV) осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

SO2+N2O3+H2O=H2SO4+2NO.

В 1831 г. Английский ученый П. Филипс разработал контактный способ производства серной кислоты на платиновом катализаторе. Позже платина была заменена контактной массой на основе оксида ванадия (V), что позволило снизить температуру зажигания.

В 1930 г. В практику сернокислого производства были введены печи кипящего слоя (КС) на стадии обжига колчедана, существенно повысившие производительность и снизившие потери серы.

В 1931 г. И.А. Ададуровым и др. Был разработан метод окислении оксида серы (IV) на твердом катализаторе при высоком содержании паров воды в газе, получивший впоследствии название метода мокрого катализа.

В последующем в сернокислое производство был внедрен метод двойного контактирования, что существенно повысило степень контактирования оксида серы (IV), на несколько порядков снизило выброс токсичных газов и дало значительную экономию на строительство очистных сооружений.

В настоящее время практически вся серная кислота производится контактным методом.

Контактный метод получения серной кислоты.

Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы. Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы. В зависимости от вида сырья протекают экзотермические химические реакции обжига:

4FeS2 +11O2= 2Fe2O3 + 8SO2 (1)

S+O2=SO2 (2)

При протекании реакции (1) помимо газообразного продукта реакции S02 образуется твердый продукт Fe203, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединения мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Присутствие этих соединений на стадии контактного окисления диоксида серы может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению (вторая стадия), которая помимо очистки от каталитических ядов включает выделение паров воды (осушку), а также получение побочных продуктов (Se и Те).

Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать лишь осушку газа и утилизацию теплоты.

На третьей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы:

SO2 + 1/2O2 = SO3.

Последняя стадия процесса -- абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом.

Отдельные этапы получения серной кислоты могут быть по-разному скомбинированы в технологической схеме процесса. Существуют принципиальные схемы процесса получения серной кислоты. Одной из них является получение серной кислоты из колчедана по открытой схеме с одинарным контактированием.

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения S02 в S03. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы -- снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента S02.

Повышение степени превращения S02 может быть достигнуто разными путями. Наиболее распространенный из них -- создание схем двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА).

Другим возможным вариантом решения той же задачи является проведение процесса по циклической (замкнутой) схеме с применением технического кислорода.

Следует отметить, что принципиальные схемы являются лишь предварительными схемами, не содержащими большого количества информации. Например, в них не отражен теплообмен между отдельными потоками, необходимый для энерготехнологической схемы, не указаны типы аппаратов, используемых в каждом узле, и т. д. Решить эти проблемы можно, проведя анализ физико-химических и технологических особенностей отдельных стадии процесса.

Ниже рассмотрены особенности производства серной кислоты из колчедана и серы контактным способом по открытой (нециклической) схеме. Из принципиальных схем следует, что в каждой из них можно выделить четыре основные крупные стадии: 1) получение обжигового газа, содержащего диоксид серы; 2) подготовка обжигового газа к контактному окислению; 3) каталитическое окисление диоксида серы; 4) абсорбция триоксида серы.

При различном технологическом оформлении некоторые детали этих стадий, особенно стадии 2, будут отличаться, однако принципиальный подход к их осуществлению и выбору технологического режима зависит от тех задач, которые решаются на рассматриваемом этапе, и в разных конкретных процессах получения серной кислоты будет одинаковым.

Получение обжигового газа из серы.

При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая реакция (2) с выделением очень большого количества теплоты: ДН --362,4 кДж/моль, или в пересчете на единицу массы 362,4/32 = 11,325 кДж/т = 11 325 кДж/кг S.

Расплавленная жидкая сера, подаваемая на сжигание, испаряется (кипит) при температуре 444,6оС: теплота испарения составляет 288 кДж/кг. Как видно из приведенных данных, теплоты реакции горения серы вполне достаточно для испарения исходного сырья, поэтому взаимодействие серы и кислорода происходит в газовой фазе (гомогенная реакция).

Сжигание серы в промышленности проводят следующим образом. Серу предварительно расплавляют (для этого можно использовать водяной нар, полученный при утилизации теплоты основной реакции горения серы). Так как температура плавления серы сравнительно низка, то путем отстаивания и последующей фильтрации от серы легко отделить механические примеси, не перешедшие в жидкую фазу, и получить исходное сырье достаточной степени чистоты. Для сжигания расплавленной серы используют два типа печей -- форсуночные и циклонные. В них необходимо предусмотреть распыление жидкой серы для ее быстрого испарения и обеспечения надежного контакта с воздухом во всех частях аппарата.

Циклонная печь для сжигания серы состоит из двух горизонтальных цилиндров -- форкамеры и двух камер дожигания. Печь имеет воздушный короб (рубашку) для снижения температуры наружной обшивки печи и предупреждения утечки диоксида серы. В форкамеру через две группы сопл тангенциально подают воздух; через форсунку механического типа также тангенциально поступает расплавленная сера. Образующийся при сжигании жидкой серы обжиговый газ вместе с парами серы поступает через пережимное кольцо из форкамеры в первую камеру дожигания, в которой также расположены воздушные сопла и форсунки для подачи серы. Из первой камеры дожигания газ через пережимное кольцо поступает во вторую камеру дожигания, где сгорают остатки серы (в пространстве между пережимными кольцами к газу добавляют воздух).

Рис. 1. Циклонная печь для сжигания серы

1 - форкамера; 2, 3 - камеры дожигания; 4 - воздушный короб; 5, 6 - пережимные кольца; 7, 9 - сопла для подачи воздуха; 8, 10 - форсунки для подачи серы.

Из печи обжиговый газ поступает в котел-утилизатор и далее в
последующие аппараты.

Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в стехиометрическом количестве, т. е. на каждый моль серы 1 моль кислорода, то при полном сгорании серы концентрация будет равна объемной доле кислорода в воздухе Cso2 max =21%. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура.

При адиабатическом сжигании серы температура обжига для реакционной смеси стехиометрического состава составит ~ 1500оС. В практических условиях возможности повышения температуры в печи ограничены тем, что выше 1300oС быстро разрушается футеровка печи и газоходов. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий 13--14% S02.

4. Получение обжигового газа из колчедана

Суммарную реакцию обжига колчедана можно представить в виде реакции, где ДН =-853,8 кДж/моль FeS2, или 7117кДж/кг. Фактически она протекает через несколько последовательно-параллельных стадий. Сначала происходит медленная эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа, а затем начинаются сильно экзотермические реакции горения паров серы и окисления сульфида железа FeS. Часть кислорода воздуха расходуется в реакции на окисление железа и поэтому максимально возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем при сжигании серы. Ее можно определить следующим образом. В воздухе на каждый моль кислорода приходится 79/21 моль азота и инертов. Если на реакцию воздух взят в соответствии со стехиометрическим уравнением, то в реакционной смеси будет присутствовать на каждые 8 моль S02 11 ? 79/21=41,4 моль азота.

Обычно воздух берется в избытке к стехиометрическому количеству, тогда концентрация S02 в обжиговом газе будет тем меньше, чем больше коэффициент избытка.

Колчедан, применяемый для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационный колчедан кроме пирита FeS2 содержит ряд примесей (в частности, соединения мышьяка, селена, теллура, фтора) которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов As203, Se02, Те02 и фторсодержащих газообразных соединении HF, SiF4. Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа.

В состав обжигового газа входит также небольшое количество триоксида серы S03, так как оксид железа при высоких температурах является катализатором окисления S02 в S03.

Обжиг колчедана -- типичный гетерогенный процесс в системе «газ -- твердое», который можно описать моделью с фронтальным перемещением зоны реакции. В соответствии с этой моделью процесс включает ряд диффузионных стадий и саму химическую реакцию, также многостадийную:

Термическое разложение пирита:

FeS2=FeS + S

Газофазное горение серы:

S + O2=SO2

Горение сульфида железа (II):

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2

Суммарная реакция:

4FeS2 +11O2= 2Fe2O3 + 8SO2

Для увеличения скорости процесса стремятся, прежде всего, уменьшить сопротивление диффузионных стадий, т. е. не проводить обжиг колчедана в диффузионной области. Это может быть достигнуто измельчением твердой фазы и интенсивной турбулизацией потока. Наиболее удобным аппаратом для этой цели является печь с псевдосжиженным слоем колчедана (печь «кипящего слоя» КС).

Температура процесса должна быть достаточно большой для обеспечения высокой скорости реакции. При низких температурах (ниже 500оС) не сможет протекать эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа. Однако проведение обжига при очень высоких температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Следствием этого явится увеличение времени полного превращения твердых частиц и понижение производительности печи. Температура спекания колеблется в зависимости от состава (сорта) колчедана в пределах от 800 до 900оС. Проведение процесса в адиабатическом режиме привело бы к разогреву до более высоких температур. Поэтому часть теплоты обжига приходится отводить внутри печи. Удобнее всего это сделать в печах КС, так как в псевдосжиженном слое твердого материала достаточно велик коэффициент теплоотдачи от колчедана к поверхности охлаждающих элементов и в «кипящий» слой можно ввести змеевики охлаждения.

Для обжига колчедана применяют несколько типов непрерывно действующих печей, в которых по-разному решен вопрос о характере движения твердой фазы. В старых сернокислотных установках можно встретить механические (подовые) печи. Измельченный колчедан находится в таких печах па нескольких подах и сгорает по мере перемещения его гребками с одного пода на другой. В печах пылевидного обжига частицы колчедана сгорают во время падения в полой камере. В циклонные печи колчедан подают тангенциально вместе с горячим воздухом с большой скоростью; колчедан сгорает, вращаясь в печи вместе с воздухом: расплавленный огарок вытекает через специальные отверстия.

В настоящее время в сернокислотной промышленности для обжига колчедана применяют в основном печи кипящего слоя с псевдосжиженным слоем твердого материала. В псевдосжиженном слое обеспечивается высокая скорость диффузионных и теплообменных процессов (подвод кислорода к поверхности колчедана, отвод диоксида серы в газовый поток, отвод теплоты от поверхности сырья к газовому потоку). Отсутствие тормозящего влияния массо- и теплообмена позволяет проводить обжиг колчедана в таких печах с высокой скоростью. Печи КС характеризуются максимальной интенсивностью в сравнении с другими конструкциями, применяемыми для обжига колчедана. К недостаткам печей КС можно отнести высокую запыленность обжигового газа (табл. 1):

Таблица 1. Сравнительные характеристики печей КС и механических (подовых)

На рис. 2 изображена печь КС.

Рис. 2. Реактор КС для обжига колчедана. 1 - корпус; 2 - разгрузочная камера; 3 - бункер для огарка; 4 - подовая плита (решетка); 5 - охлаждающие элементы; 6 - коллектор для подачи вторичного воздуха

Она представляет собой шахту, стальной корпус 1 которой футерован огнеупорным материалом. В нижней части печи расположена подовая плита (решетка) 4 с большим числом отверстии, через которые подаваемый снизу воздух равномерно распределяется по всему сечению печи. В зоне кипящего слоя помещены охлаждающие элементы 5 (трубы из углеродистой стали), присоединенные к системе принудительной циркуляции парового котла-утилизатора. Огарок через провальную решетку камеры 2 поступает в бункер 3. Однако большая часть огарка (до 90%) уносится с обжиговым газом. Через коллектор 6 подают вторичный воздух для обеспечения полного сгорания серы.

Печное отделение включает помимо печи обжига колчедана котел-утилизатор и аппараты для очистки обжигового газа от огарковой пыли.

5. Подготовка обжигового газа к контактному окислению

Подготовка обжигового газа к контактному окислению заключается в удалении из него примесей, присутствие которых может вызвать затруднения при проведении последующих стадий, а также нагрев (или охлаждение) до температуры, при которой начинается контактное окисление. Обжиговый газ, полученный сжиганием колчедана в печах КС, содержит большое количество огарковой пыли, соединения мышьяка, селена и фтора. Очистка обжигового газа начинается в печном отделении, где в циклонах и сухих электрофильтрах осаждают огарковую пыль. Содержание пыли в газе после этих аппаратов сухой очистки не должно превышать 50 мг/м3. 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.

Наличие в газе пыли, даже в небольших количествах оставшейся после сухой очистки, может привести к повышению гидравлического сопротивления аппаратов и отравлению катализатора соединениями As, адсорбированными на огарковой пыли. Отравление катализатора произойдет и в том случае, если в газовой фазе останутся оксид мышьяка As203 или соединения фтора (HF и SiF4). Диоксид селена SeO2 не является ядом для катализатора контактного окисления, однако он представляет собой ценное исходное сырье для промышленности полупроводников.

Мокрая очистка обжигового газа заключается в промывке его разбавленной серной кислотой. При этом происходит ряд физических процессов: конденсация, абсорбция и т. п.

Основные примеси обжигового газа (As203, Se02 и др.), находящиеся в газо- и парообразном состоянии, выделяются при промывке серной кислотой, имеющей более низкую температуру, чем очищаемый газ. Примеси частично растворяются в серной кислоте, но большая их часть переходит в состав сернокислотного тумана. Появление тумана объясняют тем, что кроме S02 обжиговый газ содержит небольшое количество триоксида серы и паров воды, которые при охлаждении газа взаимодействуют с образованием паров серной кислоты. В первой промывной башне газ очень быстро охлаждается, при этом пары серной кислоты конденсируются в объеме в виде тумана - мелких взвешенных в газе капель. Суммарная поверхность капель тумана серной кислоты весьма велика, поэтому в них растворяется большое количество As203 , SeO2, и других примесей, выделяющихся из газа вместе с туманом в промывных башнях и электрофильтрах. Тщательная очистка газа от тумана необходима для выделения не только примесей, отравляющих контактную массу, но и содержащейся в каплях серной кислоты, иначе при прохождении газа через аппаратуру и трубопроводы будет происходить коррозия. При плохой очистке газа особенно большое количество тумана серной кислоты может выделяться в нагнетателях, так как высокая окружная скорость газа в них благоприятствует выделению мелких капель кислоты. Наибольшее разрушительное действие производит туманообразная серная кислота в контактном отделении. Продукты коррозии, образующиеся при взаимодействии серной кислоты с металлом труб контактных аппаратов, подогревателей и теплообменников, увеличивают сопротивление аппаратуры, уменьшают коэффициенты теплопередачи и вызывают отложение твердых корок на первых слоях контактной массы.

Для того чтобы мокрая очистка прошла эффективно, ее осуществляют в нескольких аппаратах. Первая промывная башня -- полая, так как в насадочной или тарельчатой колонне будет происходить забивание контактных элементов осаждающейся пылью. Во второй (насадочной) промывной башне происходит укрупнение и частичное осаждение капель тумана. Окончательно туман улавливают в мокрых электрофильтрах.

Для улучшения условий выделения тумана в мокрых электрофильтрах снижают температуру газа и концентрацию орошающей кислоты во второй промывной башне, а после первого электрофильтра пропускают газ через увлажнительную башню, орошаемую очень слабой (5%-ной) серной кислотой. При этом повышается относительная влажность газа, что приводит к поглощению паров воды каплями тумана и увеличению их размера.

Во второй промывной и в увлажнительной башнях газ практически полностью насыщается парами воды. Присутствие паров воды в газе приводит к конденсации кислоты в теплообменниках контактного отделения и образованию тумана в абсорбционном отделении. При этом возможны большие потери серной кислоты с отходящими газами, так как туман очень плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре. Этим объясняется необходимость тщательной осушки обжигового газа в очистном отделении. Осушку газа производят в насадочных башнях, где пары воды абсорбируются концентрированной серной кислотой. Содержание влаги в газе, выходящем из сушильных башен, не должно превышать 0,08 г/м3 (0,01%).

Подготовка к контактному окислению газа, полученного при сжигании серы, значительно проще. Сера практически не содержит примесей, которые при ее сжигании могли бы стать каталитическими ядами. Поэтому очистка газа заключается лишь в его осушке. Так как осушка концентрированной серной кислотой происходит при низких температурах, целесообразно подвергать осушке не обжиговый газ, который пришлось бы специально охлаждать, а холодный воздух, подаваемый на сжигание серы. Обжиговый газ в этом случае будет содержать лишь минимальное (допустимое) количество паров воды и для проведения контактного окисления его нужно лишь охладить в котлах-утилизаторах до температуры зажигания катализатора.

В связи с отсутствием громоздкой очистной аппаратуры схемы производства серной кислоты из серы называют «короткими».

6. Контактное окисление оксида серы (IV)

Реакция окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) представляет собой гетерогенную, каталитическую, обратимую и экзотермическую реакцию.

2SO2 + O2 = 2SO3 - ДH

Тепловой эффект реакции зависит от температуры: при 25оС - 96,05 кДж, при 500оС - 94,2 кДж.

Для повышения скорости окисления оксида серы (IV) используют катализаторы. В разное время для этой цели использовались различные катализаторы: металлическая платина, оксид железа (III), оксид ванадия (V).

Наиболее активный катализатор -- платина. Однако он легко и необратимо отравляется следами мышьяка. Оксид железа (III) дешевый, мало подвержен отравлениям, но активен при температурах выше 625°С.

В современных реакторах в качестве катализатора используют ванадиевые катализаторы, которые менее активны, чем платина, но дешевле и в тысячи раз устойчивее к действию ядов. Ванадиевые катализаторы начинают проявлять активность при температурах выше 380°С.

В производстве серной кислоты в качестве катализатора применяются контактные массы на основе окиси ванадия (V) марок БАВ (барий, алюминий, ванадий) и СВД (сульфо-ванадато-диатомовый).

Температура зажигания контактных ванадиевых масс составляет 380-420°С.

Контактная масса должна находиться в таком состоянии, чтобы были обеспечены минимальное гидравлическое сопротивление потоку газа и возможность диффузии компонентов через слой катализатора. Для этого контактная масса для реакторов с неподвижным слоем катализатора формируется в виде гранул, таблеток или колец средним диаметром около 5 мм, а для реакторов кипящего слоя - в виде шариков диаметром около 1 мм.

Процесс каталитического окисления оксида серы (IV) состоит в нескольких последовательно протекающих стадий: диффузия молекул кислорода и оксида серы (IV) к катализатору; хемосорбция молекул реагентов на поверхности катализатора. Химическое взаимодействие кислорода и оксида серы (IV) на поверхности катализатора с переносом электронов от молекул оксида серы (IV) к молекулам кислорода с образованием неустойчивых комплексов; десорбция образовавшихся молекул оксида серы (VI) и диффузия их с поверхности катализатора в газовую фазу. Стадиями, определяющими общую скорость процесса, являются диффузионные стадии, поэтому говорят, что процесс протекает диффузионной области.

Реакторы или контактные аппараты для каталитического окисления оксида серы по своей конструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные), в которых контактная масса расположена в 4-5 слоях, и аппараты кипящего слоя.

Для увеличения конечной степени контактирования применяют метод двойного контактирования и ведут процесс окислении оксида серы (IV) в две стадии. На первой стадии контактирование ведут до степени превращения, не превышающей 92%, после, чем из контактирующего газа выделяют оксид серы (VI). Затем проводят вторую стадию контактирования до степени превращения оставшегося в газе оксида серы (IV) - 95%.

Метод двойного контактирования позволяет повысить степень превращения до 99,5% и на несколько порядков снизить выброс оксида серы(IV) в атмосферу.

Рис. 3. Схема двойного контактирования

Технологические схемы производства серной кислоты.

Завершающая стадия производства серной кислоты - абсорбция SO3 и превращение его в серную кислоту:

nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3 - ДH

В настоящее время в производстве серной кислоты и олеума контактным методом наиболее распространенной является технологическая схема с использованием принципа двойного контактирования (двойное контактирование - двойная абсорбция).

Получение оксида серы (IV) можно проводить разными способами для примера возьмем технологическую схему производства серной кислоты из железного колчедана с использованием принципа двойного контактирования ДК--ДА.

Заключение

В данной работе были рассмотрены теоретические аспекты производства серной кислоты из различного сырья.

Изучив технологию производства можно сделать вывод, что она малоотходная - переход сырья в целевой продукт может достигать 99,9%.

Данная технология энергосберегающая, так как процесс обеспечивает сам свое энергосбережение. (Исключение потерь тепла из-за термодинамичности-нагрев-охлаждение).

Также процесс учитывает основные принципы химической технологии:

- Наибольшая интенсивность процесса;

- Наилучшее использование сырья;

- Наибольшее использование энергии.

Для более полного превращения SO2 в серную кислоту используют метод двойного контактирования, что позволяет значительно уменьшить выбросы в окружающую среду.

серный колчедан маслянистый

Библиографический список

1. Общая химическая технология: Учебное пособие для студентов / Б.П. Конударов, В.И. Александров, А.В. Атемов -- М.: Издательский центр «Академия»; 2005. - 336с.

2. Общая химическая технология: учебник для вузов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. -- 2-е изд., испр. и доп. -- М.: Высш. шк., 1990. -- 520с.

3. Технология серной кислоты / Б.Т. Васильев, М.И. Отвагина. - М.: Химия, 1985. - 384с.

Размещено на Allbest.ru