Реферат: Производство серной кислоты из серы
Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.
nSO3 + H2 O = H2 SO4 + (n-1)SO3 +Q………(3)
если n>1, то получается олеум (раствор SO3 в H2 SO4 )
если n=1 , то получается моногидрат (98,3% H2 SO4 )
если n<1, то получается разбавленная серная кислота
При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO3 из газовой фазы. Для полного извлечения SO3 необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO2 над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако, в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO3 будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде – азоте, т.е. с образованием сернокислотного тумана:
SO3( г) + H2 O(г) H2 SO4( г) H2 SO4( туман) ; Q>0
Туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда и возрастают потери серной кислоты.
Высказанные соображения позволяют решить вопрос о выборе абсорбента. Оптимальным абсорбентом является 98,3%-ная серная кислота (техническое название – моногидрат), соответствующая азеотропному составу. Действительно, над этой кислотой практически нет ни паров воды, ни паров SO3 . Протекающий при этом процесс можно условно описать уравнением реакции:
SO3 + nH2 SO4 + H2 O= (n+1) H2 SO4
Использование в качестве поглотителя менее концентрированной серной кислоты может привести к образованию сернокислотного тумана, а над 100%-ной серной кислотой или олеумом в паровой фазе довольно велико равновесное парциальное давление SO3 , поэтому он будет абсорбироваться не полностью. Однако если в качестве одного из продуктов процесса необходимо получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и абсорбцию 98,3%-ной кислотой (2-й абсорбер).
В принципе при высоких температурах над 98,3%-ной кислотой может быть значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также будет снижать степень абсорбции SO3 . Ниже 100*С равновесное давление паров H2 SO4 очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции.
Таким образом, для обеспечения высокой степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100*С. Однако в процессе абсорбции SO3 происходит закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H2 SO4 при однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1-1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая высокую кратность циркуляции.
Задание для расчета
Вариант №3
Стадии производства серной кислоты:
1. подготовка сырья : очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;
2. сжигание серы : S + O2 = SO2 (1) .Процесс ведут с избытком воздуха;
3. контактное окисление SO2 в SO3 : SO2 + 0,5O2 = SO3 (2).Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550*С;
4. абсорбция SO3 : SO3 + H2 O = H2 SO4 (3). Абсорбционная колонна орошается 98,3% H2 SO4 . Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~93% H2 SO4 в соответствии с требованиями ГОСТа.
Исходные данные для расчета
| Показатель | Значения |
Степень превращения серы в SO2 , % | 92.0 |
Степень превращения SO2 в SO3 , % | 99.0 |
| Степень абсорбции SO3 , % | 99.8 |
| Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат, % (по объему) | 8.0 |
| Содержание H2 SO4 в целевом продукте, % по массе | 92.5 |
| Базис расчета, кг H2 SO4 | 2000 |
Выполнение расчета.
1.Составляем блок-схему производства.
|
| |||
 | ||||
03
 |
011
12 23 302
012
301
011 - Сера жидкая
012 - Воздух
12 - SO2 содерж. газ
23 - SO3 содерж. газ
03 - Вода
301 - Выхлопные газы
302 – Серная кислота
2. Составление уравнений по каждому узлу.
1.Составляем уравнения по первому узлу: