Реферат: Понятие химического реактора

Введение

Целью курсовой работы является изучение процессов окисления сернистого газа, как одной из самостоятельных этапов производства серной кислоты, а так же составление материального и теплового балансов этого процесса.

Окисление сернистого газа до трёхокиси серы является важнейшей стадией промышленного производства серной кислоты. Именно способ окисления сернистого газа определяет общий ход получения серной кислоты.

Серная кислота является важнейшим продуктом основной химической промышленности, занимающейся производством неорганических кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений и хлора.

По разнообразию применения серная кислота занимает первое место среди кислот. Наибольшее ее количество расходуется для получения фосфорных и азотных удобрений. Будучи нелетучей кислотой, серная кислота используется для получения других кислот – соляной, плавиковой, фосфорной, уксусной и т. д. Много её идет для очистки нефтепродуктов – бензина, керосина и смазочных масел – от вредных примесей. В машиностроении серной кислотой очищают поверхность металла от оксидов перед покрытием (никелированием, хромированием и др.). Серная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, искусственного волокна, красителей, пластмасс и многого другого. Её употребляют для заливки аккумуляторов. В сельском хозяйстве она используется для борьбы с сорняками (гербицид).

1 Литературный обзор

В настоящее время серная кислота производится двумя спосо­бами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение двуокиси серы при сжигании сернистого сырья. После очистки двуокиси серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до трехокиси серы, которая соединяется с водой с получением серной кислоты. Реакция окисления в хорошо изучена и идет по следующему уравнению:

(1)

Окисление SO2 в SO3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В контактном методе производства серной кислоты окисление двуокиси серы в трехокись осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентри­рованной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. Поэтому в СССР строятся лишь контактные цехи. В настоящее время свыше 80% всей кислоты производится контакт­ным способом.

В нитрозном способе катализатором служат окислы азота. Окисление SO2 происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного способа заключается в том, что полученная при сжигании сернистого сырья двуокись серы, содержащая примерно 9% SO2 и 9—10% O2 очищается от частиц колчеданного огарка и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких (четырех — семи) башен с насадкой. Башни с насадкой работают по принципу идеального вытеснения при политермическом режиме. Температура газа на входе в первую башню около 350° С. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химиче­скими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные окислы азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты NOHSO4. При высокой температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется по уравнению:

(2)

Двуокись серы абсорбируется водой и образует сернистую кислоту:

(3)

последняя реагирует с окислами азота в жидкой фазе:

(4)

Частично может окисляться в газовой фазе:

(5)

, абсорбируясь водой, также дает серную кислоту:

(6)

Окись азота десорбируется в газовую фазу и окисляется до двуокиси азота кислородом воздуха:

(7)

Окислы азота поглощаются серной кислотой в последующих трех-четырех башнях по реакции, обратной уравнению (2). Для этого в башни подают охлажденную серную кислоту с малым содержанием нитрозы, вытекающую из первых башен. При абсорбции окислов получается нитрозилсерная кислота, участвующая в процессе. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться, На практике же из-за неполноты абсорбции имеются потери окислов азота. Расход окислов азота в пересчете на HNO₃ составляет 10—20 кг на тонну моногидрата H₂ SO₄ . Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 75—77%-ную серную кислоту, которая используется в основном для производства минеральных удобрений [1].

1.1 Свойства веществ, принимающих участие в реакции

1.1.1 Сернистый ангидрид

Сернистый ангидрид , двуокись серы, молекулярный вес 64, 066 г/мл, бесцветный газ с резким, характерным запахом, сильно раздражающим слизистые носа и глаз. Он легко переходит в жидкое состояние при атмосферном давлении и температуре -10,1 °С.

В одном объёме воды при 20 °С растворяется примерно 40 объёмов SO2; при этом выделяется тепло в количестве 34,4 кДж/моль. Растворимость сернистого ангидрида воде уменьшается, при повышении температуры. Также его растворимость в серной кислоте ниже, чем в воде. При повышении концентрации кислоты, растворимость уменьшается, затем увеличивается, достигая максимума при 85% концентрации кислоты.

В химических реакциях двуокись серы может являться как окислителем, так и восстановителем.

1.1.2 Серный ангидрид

Серный ангидрид , трёхокись серы, молекулярный вес 80,056. При нормальных условиях бесцветный газ, в воздухе мгновенно вступает в реакцию с водой, образуя взвешенные капли серной кислоты в воздухе.

Так же серный ангидрид может существовать в 3 твёрдых формах: α, β, γ.Это обусловлено полимеризацией соединения. Каждой из этих модификаций соответствуют следующие температуры плавления: 16,8; 31,5; 62, 2° С.

Формы серного ангидрида отличаются между собой строением кристаллической решётки, величиной давления пара, химической активностью и другими свойствами.

Серный ангидрид оказывает сильное водоотнимающее действие и вызывает обугливание растительных и животных тканей. Серный ангидрид — сильный окислитель; окисляя серу, фосфор, углеводороды и другие вещества, он восстанавливается до сернистого ангидрида. Полимерные формы серного ангидрида значительно менее ак­тивны: менее энергично реагируют с водой, слабо дымят на воздухе и проявляют обугливающее действие в незначительной степени.[2]

Жидкий серный ангидрид смешивается с сернистым ангидридом в любых соотношениях. Твердый серный ангидрид растворяется вжидком S0₂ , не образуя при этом химических соединений.

1.2 Источники сырья

Каждый источник имеет свои преимущества и недостатки: полнота реакции, побочные продукты, отчистка от побочных продуктов и т.д.