Реферат: Стадия обжига колчедана в производстве серной кислоты

4FeS₂ +11O₂ = 2Fe₂ O₃ + 8SO₂ (I)

При протекании реакции (I) помимо газообразного продукта реакции SO₂ образуется твердый продукт Fe₂ O₃ , 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 Te).

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

SO₂ + 1/2O₂ ↔ SO₃ (III)

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

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения SO₂ в SO₃ . Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы – снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента SO₂ .

Обжиг FeS₂ производят в печикипящего слоя на воздушном дутье. При этом протекает необратимая реакция:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂ O₃ + 8SO₂ + 13476 кДж.

Продукты окислительного обжига колчедана – обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида железа Fe₂ O₅ , пустой породы и невыгоревшего остатка сульфида железа. Огарок после соответствующей подготовки может быть использован для производства чугуна. Состав обжигового газа зависит от природы сырья, состава и избытка воздуха при обжиге. В него входят сернистый ангидрид, кислород и азот [4].

Печные газы, получаемые при обжиге колчедана, содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклоны и электрофильтры. В циклонах пыль оседает под действием центробежной силы пылинок в завихряющемся потоке газа. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высоко напряжения. Запыленный газ проходит между пластинками электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер электрофильтра, из которого выгружается.

Далее газ проходит через две промывные башни, две ступени мокрых электрофильтров. После осушки в сушильной башне его газодувкой подают через систему теплообменников в контактный аппарат (см. рисунок 3.1). Конверсия идет аналогично производству серной кислоты из серы.

Производство серной кислоты могут осуществлять и в одну стадию катализа, при этом степень превращения SO₂ в SO₃ не превышает 98,5%. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~ 93% H₂ SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа. Производительность современных установок достигает 1500–3100 тонн серной кислоты в сутки [8].

Блок-схема производства

		воздух

Операторная схема процесса

1 - печь, 2- контактный аппарат, 3- абсорбер

Рисунок 3.1.– Схема производства серной кислоты из колчедана

1 – тарельчатый питатель; 2 – печь; 3 – котел-утилизатор; 4 – циклоны; 5 – электрофильтры; 6 – промывные башни; 7 – мокрые электрофильтры; 8 – отдувочная башня; 9 – сушильнаябашня; 10 – брызгоуловитель; 11, 15 – моногидратные абсорберы; 12 – теплообменники; 13 – контактный аппарат; 14 – олеумный абсорбер; 16 – холодильники.

4. Расчет материального баланса

Расчет материального баланса является основным этапом. На основе материального баланса определяется целый ряд важнейших техноэкономических показателей: расход сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности; тепловой баланс и, соответственно, расход энергии, и теплообменную аппаратуру; экономический баланс производства, себестоимость продукции и, следовательно, рентабельность производства.

Исходные данные:

1. В печь поступает колчедан 40 т/сут.

2. Состав колчедана, % масс:

FeS₂ – 70%;

песок (глина) –25%;

влага – 5%.

3. Содержание FeS₂ в огарке – 2 %.

4. Коэффициент избытка воздуха α = 1,5. Состав воздуха кислород-21%_об. , азот-79%_об. .

Решение:

4FeS₂ + 11O₂ →8SO₂ +2Fe₂ O₃

1. Рассчитаем, сколько пирита содержится в колчедане:

40 · 0,7 = 28 т/сут

2. Рассчитаем, сколько песка содержится в колчедане:

40 · 0,25 = 10 т/сут

3. Рассчитаем, сколько влаги содержится в колчедане:

40 · 0,05 = 2 т/сут

4. Молярная масса компонентов реакционной смеси : Mr(FeS₂ ) = 120 кг/кмоль, Mr(O₂ ) = 32 кг/кмоль, Mr(Fe₂ O₃ ) = 160 кг/кмоль, Mr(SO₂ ) = 64 кг/кмоль.