Реферат: Понятие химического реактора
Традиционно основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты получают из серы, треть – из колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.
В то же время отходящие газы – наиболее дешевое сырье, низкие оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является серы. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих газов.
В СССР доля серы и серного колчедана в производстве серной кислоты постепенно уменьшается. Возрастает степень использования газов цветной металлургии, сероводорода и других «отходов» различных производств.
Однако, несмотря на прогноз, подавляющим источником сернистого ангидрида остались элементарная сера и серный колчедан.
1.2.1 Серный колчедан
Главная составляющая часть – сульфид железа FeS2 , содержащий 53,5% S и 46,5% Fe.
Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан добывают в рудниках в виде кусков размером 50— 400 мм. Флотационный колчедан получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в качестве примесей к рядовому колчедану. Пиритный концентрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы.
В качестве примеси в серном колчедане встречаются соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, теллура, углекислые и сернокислые соединения кальция и магния, кварц, окись алюминия и др. В незначительном количестве в серном колчедане обычно содержатся золото и серебро. Таким образом, серный колчедан представляет собой руду, в состав которой входит ряд минералов. Серный колчедан имеет желтоватый или желтовато-серый цвет, плотность его около 5 г/см3 , насыпной вес в зависимости от сорта колчедана и размеров его .кусков 2,2—2,4 т/м3 . . Поэтому количество серы в пирите колеблется в широких пределах – от 30% до 52%.
В качестве сырья для серной кислоты может быть применен также углистый колчедан. Он получается путем отделения от углей (сортировкой и грохочением) и содержит до 18% углерода (именно с этим связано его название).
1.2.2 Газы цветной металлургии
В процессе обжига медных, цинковых, свинцовых руд и других концентратов, содержащих, цветные металлы образуются отходящие газы и огарок, идущий на переработку и извлечение цветного метала. Эти отходящие газы богаты как сернистым, так и серным ангидридом.
Использование этих газов очень важно и эффективно: например, на 1 тонну меди, можно получить 10 тонн серной кислоты, не прибегая при этом к обжигу дополнительного серосодержащего сырья! Кроме того – это экологически безопасно, т.е. отходящий газ не идёт на выброс в атмосферу, а идёт на дополнительную переработку.Состав отходящих газов представлен на таблице 1.
Таблица 1 – Состав сернистого газа
| Отходящие газы | Состав газов, % | ||||
 |  |  |  |  | |
Обжиговые газы Ватержакетные газы Конверторные газы Газы отражательных печей | 7-10 4-8 До 8 1-2,5 | 0,3-0,5 - До 0,5 - | 8-11 9-15 До 10 0,3-1,2 | - 0,8-2 - 14-18 | - - - До 0,8 |
1.2.3 Элементарная сера
Элементарную серу получают из самородных руд, а так же из газов, содержащих сернистый ангидрид или сероводород. Элементарная сера является лучшим видом сырья для производства серной кислоты, при её сжигании образуется смесь из и , которая лучше всего подходит для контактного окисления. После сжигания серы не образуется огарка, что является хорошим преимуществом в производстве: отпадает ряд аппаратов, которые очищают газовую смесь от пыли и остатках огарка [3].
Относительная атомная масса серы 32,064. При обычной температуре сера находится в твердом состоянии. Она существует в двух кристаллических формах — ромбической и моноклинной. Их свойства представлены на таблице 2.
Таблица 2 – Разновидности серы
| Свойства | Ромбическая сера | Моноклинная сера |
|
Плотность, г/см3 Область устойчивости, °С Температура плавления |
2,07 Ниже 95,4 112,8(при быстром нагревании) |
2,06 95,5-119,0 118,8 |
Температура кипения серы 444,6 °С. При нагревании сера плавится, плавление сопровождается увеличением объема. При 120° С расплавленная сера легкоподвижна, при 190° С это темно-коричневая вязкая масса, а при 400° С расплав становится снова легкоподвижным. Это связано с. изменением структуры молекул при изменении температуры.
1.2.4 Сероводород
Большинство горючих газов содержат сероводород, который почти всегда является нежелательной примесью. Например, в мартеновских печах сероводород попадает в расплавленный метал, оседая там и портя его качество. Природный газ, используемый в органическом синтезе и в бытовых нуждах должен иметь сероводород в количестве не превышающем 20 мг\м3. Все эти газы отчищают, путём промывки растворами, поглощающими H2S. При нагревании эти растворы выделяют сероводород в 90% составе. Дальше его можно пустить на производство серы или серной кислоты.