Контрольная работа: Производство серной кислоты
1. Производство серной кислоты
1.1 Свойства и области использования серной кислоты
Производство серной кислоты — одной из самых сильных и дешевых кислот — имеет важное народнохозяйственное значение, обусловленное ее широким применением в различных отраслях промышленности.
Безводная серная кислота (моногидрат) — тяжелая маслянистая жидкость (плотность при 20 °С 1830 кг/м3; температура кипения 296,2 °С при атмосферном давлении; температура кристаллизации 10,45 °С). Она смешивается с водой в любых соотношениях со значительным выделением теплоты (образуются гидраты). В серной кислоте растворяется оксид серы. Такой раствор, состав которого характеризуется содержанием свободного SО3(100%-я H2SO4), называется олеумом.
Серная кислота используется для производства удобрений — суперфосфата, аммофоса, сульфата аммония и др. Значителен ее расход при очистке нефтепродуктов, а также в цветной металлургии, при травлении металлов. Особо чистая серная кислота используется в производстве красителей, лаков, красок, лекарственных веществ, некоторых пластических масс, химических волокон, многих ядохимикатов, взрывчатых веществ, эфиров, спиртов и т. п.
Производится серная кислота двумя способами: контактным и нитрозным (башенным). Контактным способом получают около 90 % от общего объема производства кислоты, так как при этом обеспечивается высокая концентрация и чистота продукта.
1.2 Сырье для производства серной кислоты
В качестве сырья для производства серной кислоты применяются элементарная сера и серный колчедан; кроме того, широко используются серосодержащие промышленные отходы.
Серный колчедан характеризуется содержанием серы 35...50 %. В залежах серного колчедана часто присутствуют сульфидные руды, которые используются в производстве цветных металлов (Си, Zn, Pb и др.).
Сульфидные руды подвергаются обжигу, в процессе которого образуются сернистые газы, используемые для производства серной кислоты. В настоящее время сырьем для ее производства служат сероводородные газы, образующиеся при переработке нефти, коксовании углей, а также получаемые при очистке природного газа.
Наиболее просто производство серной кислоты из серы, выделяемой из самородных руд или из побочных продуктов ряда производств (газовой серы). Однако стоимость кислоты, получаемой из серы, выше, чем из колчедана. Кроме того, сера необходима
для производства резины, спичек, сероуглерода, ядохимикатов, лекарственных препаратов и т. д.
На современном этапе обеспечение промышленности серосо-держащим сырьем предусматривается за счет разработки природной и получения попутной серы. В цветной и черной металлургии, газовой и нефтехимической промышленности серу получают из газоконденсатов. Поэтому увеличивается выпуск флотационного колчедана на предприятиях цветной металлургии.
Разрабатывается технология переработки новых видов сырья: сульфатизирующий обжиг коллективного сульфидного концентрата Соколовско-Сарбайского комплекса и обжиг некондиционного колчедана.
1.3 Технология производства серной кислоты контактным способом
Производство серной кислоты контактным способом включает четыре стадии: получение диоксида серы; очистку газа от примесей; получение триоксида серы; абсорбцию триоксида серы.
Первая стадия связана с получением диоксида из колчедана, который обжигают в печах, где протекает необратимая реакция
4FeS2+llO2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q.
Ускорение этой реакции, а следовательно, интенсификация процесса обеспечивается тонким измельчением сырья, тщательным его перемешиванием и избытком воздуха или обогащением воздуха кислородом.
Измельченный серный колчедан обжигают в печах механических полочных, пылевидного обжига и со взвешенным (кипящим) слоем колчедана (рис. 2.1.). Последние печи более эффективны.
Образующийся при обжиге колчедана огарок характеризуется содержанием железа до 50 % и после соответствующей подготовки может быть использован для производства чугуна. Из 1 т колчедана получается 0,72...0,75 т огарка.
Печные газы, получаемые при обжиге колчедана, содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклоны и электрофильтры (вторая стадия производства серной кислоты). В циклонах пыль оседает под действием центробежных сил. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высокого напряжения (60000... 70000 В). Запыленный газ проходит между пластинами электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер электрофильтра, из которого затем удаляется.
В электрофильтрах газ очищается до остаточного содержания пыли примерно 0,2 г/м3,чего вполне достаточно для переработки сернистых газов в серную кислоту нитрозным способом. Контактный способ требует более тщательной очистки не только от пыли, но и от газообразных примесей "отравляющих" катализатор, использующийся при окислении доксида серы.
Обжиговый газ после пылеочистки в электрофильтрах имеет температуру около 350 °С и содержит остатки пыли, а также газообразные примеси соединений мышьяка (As2O3), селена (SeO2) и других элементов, способные разрушать катализатор и снижать
Рис. 2.1. Печь для обжига колчедана в кипящем слое
Колчедан, его активность
Примеси селена целесообразно извлекать из газа и как необходимый промышленности материал. Для очистки газа предусматривается система промывных башен, электрофильтров и сушильных башен. Третья стадия производства серной кислоты является основной. Сухой очищенный газ поступает на контактное окисление SO2 до S03, которое происходит по обратимой экзотермической реакции, протекающей с уменьшением объема газа:
Равновесие данной реакции сдвигается в сторону образования SO3 при снижении температуры и увеличении давления газовой среды. Однако, поскольку в обжиговом газе концентрация сернистого газа и кислорода невелика (содержание балластного азота в газе превышает 80%), увеличение давления в сернокислотном производстве нецелесообразно, в связи с чем основным регулятором равновесия реакции окисления сернистого газа является температура.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--