Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Апреля 2013 в 22:01, реферат
Серная кислота широко применяется в производстве цветных и редких металлов, а также в металлообрабатывающей промышленности. Получение ряда красителей (для тканей), лаков и красок (для зданий и машин), лекарственных веществ и некоторых пластических масс также связано с применением серной кислоты. При помощи серной кислоты производят этиловый и другие спирты, некоторые эфиры, синтетические моющие средства, ряд ядохимикатов для борьбы с вредителями сельского хозяйства и сорными травами.
Крупнейшим потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений: суперфосфата, сульфата аммония и др. многие кислоты, например, уксусная, соляная, фосфорная, и другие соли производятся в значительной части при помощи серной кислоты.
Серная кислота широко
применяется в производстве цветных
и редких металлов, а также в
металлообрабатывающей
Жидкий SO2 применяют в холодильной технике, для отбеливания бумажной массы и сахарных растворов, как консервирующее вещество при транспортировании и хранении плодов и др.ё
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (4).
Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно под землей, нагнетая в скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом. Схема подготовки самородной серы:
Суммарная реакция обжига колчедана (1) фактически протекает через несколько последовательно-параллельных стадий. Сначала происходит медленная эндотермическая стадия термического разложения дисульфида железа, а затем начинаются сильно экзотермические реакции горения паров серы и окисление сульфида железа FeS. Часть кислорода воздуха расходуется в реакции на окисление железа и поэтому максимально возможная концентрация диоксида серы в обжиговом газе в этом случае ниже, чем при сжигании серы. Обычно воздух берется в избытке к стехиометрическому количеству, тогда концентрация SO2 в обжиговом газе будет меньше, чем больше коэффициент избытка.
Колчедан, применяемый для обжига, предварительно обогащают флотацией. Флотационный колчедан кроме пирита FeS2 содержит ряд примесей, которые при обжиге переходят в состав обжигового газа в виде оксидов. Наличие этих соединений обусловливает необходимость последующей очистки газа. В состав обжигового газа также входит небольшое количество триоксида серы, так как оксид железа при высоких температурах является катализатором окисления SO2 в SO3.
Обжиг колчедана – типичный гетерогенный процесс в системе «газ-твердое». Процесс включает ряд диффузионных стадий и саму химическую реакцию, также многостадийную. Для увеличения скорости процесса стремятся уменьшить сопротивление диффузионных стадий, т.е. не проводить обжиг колчедана в диффузионной области. Это может быть достигнуто измельчением твердой фазы и интенсивной турбулизацией потока. Наиболее удобным аппаратом для этой цели является печь кипящего слоя. Температура процесса должна быть достаточно большой для обеспечения высокой скорости реакции. При низких температурах (ниже 500) не сможет протекать эндотермическая реакция термического разложения дисульфида железа. Однако проведение обжига при очень больших температурах может вызвать нежелательный физический процесс спекания частиц горящего материала, приводящий к увеличению их размеров. Температура спекания колеблется в зависимости от состава колчедана в пределах от 800 до 900. Проведение процесса в адиабатическом режиме привело бы к разогреву до более высоких температур. Поэтому часть теплоты обжига приходится отводить внутри печи. Удобнее всего сделать это в печах КС.
В настоящее время в сернокислотной промышленности для обжига колчедана применяют в основном печи кипящего слоя с псевдоожиженным слоем твердого материала. В псевдоожиженном слое обеспечивается высокая скорость диффузионных и теплообменных процессов. Печи КС характеризуются максимальной интенсивностью в сравнении с другими конструкциями, применяемыми для обжига колчедана. К недостаткам печей КС можно отнести высокую запылённость обжигового газа.
Печь КС представляет собой шахту, стальной корпус 1 которой футерован огнеупорным материалом. В нижней части печи расположена подовая плита (решетка) 4 с большим числом отверстий, через которые подаваемый снизу воздух равномерно распределяется по всему сечению печи. В зоне кипящего слоя помещены охлаждающие элементы 5 (трубы из углеродистой стали), присоединенные к системе принудительной циркуляции парового котла-утилизатора. Огарок через провальную решетку камеры 2 поступает в бункер 3. Однако большая часть огарка (до 90%) уносится с обжиговым газом. Через коллектор 6 подают вторичный воздух для обеспечения полного сгорания серы. Печное отделение включает помимо печи обжига колчедана котел-утилизатор и аппараты для очистки обжигового газа от огарковой пыли.
Обжиговый газ, полученный сжиганием колчедана в печах КС, содержит большое количество огарковой пыли, соединения мышьяка, селена и фтора. Очистка обжигового газа начинается в печном отделении, где в циклонах и сухих электрофильтрах осаждают огарковую пыль. Содержание пыли в газе после этих аппаратов сухой очистки не должно превышать 50 мг/м3. Затем газ направляют на стадию мокрой очистки (в промывное отделение), где из обжигового газа удаляют остатки пыли, каталитические яды (соединения мышьяка и фтора), а также соединения селена. Если в газовой фазе останутся оксид мышьяка или соединения фтора, то произойдет отравление катализатора. Диоксид селена не является ядом для контактного окисления, однако он представляет собой ценное исходное сырьё для промышленности полупроводников.
Мокрая очистка обжигового газа заключается в промывке его разбавленной серной кислотой. При этом происходит ряд физических процессов: конденсация, абсорбция и др.
Основные примеси обжигового газа, находящиеся в паро- и газообразном состоянии, выделяются при промывке серной кислотой, имеющей более низкую температуру, чем очищаемый газ. Примеси частично растворяются в серной кислоте, но большая их часть переходит в состав сернокислотного тумана. Появление тумана объясняют тем, что кроме SO2 обжиговый газ содержит небольшое количество триоксида серы и паров воды, которые при охлаждении газа взаимодействуют с образованием паров серной кислоты. В первой промывной башне газ очень быстро охлаждается; при этом пары серной кислоты конденсируются в объеме в виде тумана – мелких взвешенных в газе капель. Для того, чтобы мокрая очистка прошла эффективно, ее осуществляют в нескольких аппаратах. Первая промывная башня – полая, так как в насадочной или тарельчатой колонне будет происходить забивание контактных элементов осаждающейся пылью. Во второй (насадочной) промывной башне происходит укрупнение и частичное охлаждение капель тумана. Окончательно туман улавливают в мокрых электрофильтрах. Для улучшения условий выделения тумана в мокрых электрофильтрах снижают температуру газа и концентрацию орошающей кислоты во второй промывной башне, а после первого электрофильтра пропускают газ через увлажнительную башню, орошаемую очень слабой (5%-й) серной кислотой. При этом повышается относительная влажность газа, что приводит к поглощению паров воды каплями тумана и увеличению их размера. Во второй промывной и в увлажнительной башнях газ практически полностью насыщается парами воды. Присутствие паров воды в газе приводит к конденсации кислоты в теплообменниках контактного отделения и образованию тумана в абсорбционном отделении. При этом возможны большие потери серной кислоты с отходящими газами, так как туман очень плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре. Этим объясняется необходимость тщательной осушки обжигового газа в очистном отделении. Осушку газа производят в насадочных башнях, где пары воды абсорбируются концентрированной серной кислотой. Содержание влаги в газе, выходящем из сушильных башен, не должно превышать 0,08 г/м3 (0,01%).
Известно сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, пятиокись ванадия и окись железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Окись железа требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 гр. C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее рациональным, и только он применяется при производстве серной кислоты.
Контактное окисление диоксида серы является типичным примером гетерогенного окислительного экзотермического катализа. Равновесие обратимой реакции 2SO2 + O2 = 2SO3 в соответствии с принципом Ле-Шателье сдвигается в сторону образования SO3 при понижении температуры и повышении давления, соответственно увеличивается равновесная степень превращения SO2 в SO3. Повышение давления увеличивает и скорость реакции.
Колчедан через дозатор подают в печь кипящего слоя 1.полученный запылённый обжиговый газ, содержащий 13% SO2 и имеющий на выходе из печи температуру 700 градусов, подают сначала в котел-утилизатор 3, а затем на стадию сухой очистки от огарковой пыли (в циклоны 4 и сухой электрофильтр 5). В котле-утилизаторе происходит охлаждение газа с одновременным получением энергетического водяного пара (давление 4 МПа и температура 450), который может быть использован как в самой установке для компенсации затрат энергии на работу компрессоров и насосов, так и в других цехах завода. В очистном отделении, состоящем из двух промывных башен 6 и 7, двух пар мокрых электрофильтров 8 и 9 и сушильной башни 10, происходит очистка газа от соединений мышьяка, селена, фтора и его осушка. Первая полая промывная башня 6 работает в испарительном режиме: циркулирующая кислота осушает газ, при этом теплота затрачивается на испарение воды из кислоты, поступающей на орошение. Концентрацию орошающей кислоты в первой башне, равную 40-50% H2SO4, поддерживают постоянной за счет разбавления 10-15%-ной кислотой из второй промывной башни 7. Кислота из второй башни поступает в сборник 18 и после охлаждения возвращается на орошение. После второй промывной башни газ проходит последовательно две пары электрофильтров 8 и 9, затем насадочную сушильную башню 10, орошаемую 93-94%-ной серной кислотой при температуре 28-30 градусов. Кислота циркулирует между сушильной башней 10 и сборником 18; часть кислоты отводится как готовая продукция на склад. Для поддержания постоянной концентрации H2SO4 в сборник 18 вводят 98-99%-ную кислоту из моногидратных абсорберов 17 и 20. Для поддержания постоянной температуры на стадии осушки циркулирующую кислоту охлаждают в воздушном холодильнике 22. Перед сушильной башней обжиговый газ разбавляют воздухом с целью снижения в нем концентрации SO2 до 9% и увеличения избытка кислорода в соответствии с оптимальными условиями окисления диоксида серы.