Производство серной кислоты

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СЕВЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

Федерального  государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет  «МИФИ» 
 
 

Кафедра экономики 
 
 
 
 
 
 
 

Производство  серной кислоты

Курсовая  работа по дисциплине

«Основы химической технологии» 
 
 
 

                                                Студент гр. В-318

                                                                      ___________ Соловьева Е.Ю. 
 

      Руководитель: профессор

                                                                                  ____________ Софронов В.Л.

                                                                                  «______»__________2011 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Северск – 2011

Содержание 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

       Серная  кислота – один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку  она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

       Серная  кислота широко используется в производстве минеральных удобрений, различных  солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотнимающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления и для многих других целей. [2]

       Последние годы российский рынок серной кислоты  был крайне нестабилен. Крайне негативно  на рынке кислоты отразился и  мировой финансовый кризис. Продажи  серной кислоты за 2008-2009 гг упали на 11,5% – до 8,5 млн т. В 2010 г рынок быстро пошел вверх, к концу года продажи выросли до 9,3 млн т.

       В обозримой перспективе по прогнозам BusinesStat рост продаж серной кислоты продолжится.[7]

       На  долю России приходится практически 70% от всего объема серной кислоты, произведенной в СНГ. На втором месте находится Украина (11%), на третьем — Узбекистан (6,9%). Беларусь занимает 5,7% от общего объема производства H₂SO₄ в СНГ, Казахстан — 4,5% и Туркменистан — 2,2%.

       В России основной объем производства серной кислоты приходится на химическую промышленность (70%). Самыми крупными мощностями располагают ОАО «Аммофос» (2,5 млн тонн), «Балаковские минеральные удобрения» (БМУ, 1,4 млн тонн) и «Воскресенские минеральные удобрения» (ВМУ, 1,1 млн тонн).

       Наша  страна занимает четвертое место в мире по производству серной кислоты после США, Китая и Марокко.[8]

       Целью исследования является изучение темы «Производство серной кислоты» с  точки зрения новейших отечественных  и зарубежных исследований по сходной проблематике.

       В рамках достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

• изучить теоретические аспекты и выявить природу «Производство серной кислоты»;
• сказать об актуальности проблемы «Производство серной кислоты в современных условиях»;
• изложить возможности решения тематики «Производство серной кислоты»;
• обозначить тенденции развития «Производство серной кислоты».

Работа имеет  традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, состоящую  из 4 глав, заключение и библиографический  список. 

1 Аналитический обзор

       1.1 Физические и химические свойства  серной кислоты

       Безводная серная кислота (моногидрат) представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой  во всех соотношениях с выделением большого количества теплоты. Плотность при равна 1,85 г/см³. Она кипит при и замерзает при - . Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его ( + ), а также растворы триоксида серы в моногидрате ( + называемые олеумом). Олеум на воздухе «дымит» вследствие десорбции из него . Чистая серная кислота бесцветна, техническая окрашена примесями в темный цвет.

       Для производства, транспортировки, применения серной кислоты большое значение имеет изменение температуры  плавления и температуры кипения  ее в зависимости от концентрации. При увеличении концентрации от 0% до 64,35% (своб.) последовательно образуется шесть гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которые взаимно нерастворимы в твердом виде, а образуют эвтектические смеси. В области концентраций 64,35 до 100% при кристаллизации образуются твердые растворы. В зимнее время при низких температурах нельзя производить и применять кислоту концентрацией, близкой к чистой ; и так как из этих растворов могут выпадать кристаллы, которые забьют кислотопроводы между цехами, хранилища, насосы и неутепленную аппаратуру. Все товарные сорта серной кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям.

       Смесь, соответствующая 98,3% , является азеотропной и имеет единую температуру конденсации паров и кипения жидкости . При небольшом изменении состава в обе стороны от азеотропной точки температура начала конденсации пара, называемая точкой росы, сильно отличается от температуры начала кипения жидкого раствора. Соответственно отличаются составы жидкой фазы и полученных из нее паров (или наоборот).

       Пары  серной кислоты при повышении температуры диссоциируют: и выше уже содержат больше молекул , чем . Дальнейшее нагревание вызывает диссоциацию Выше в парах преобладает , а выше диссоциирует почти полностью. Степень диссоциации меняется при изменении давления. Такого рода термическая диссоциация характерна для сложных химических соединений. [3]

       Серная  кислота весьма активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство чистых металлов, вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты  из солей. Особенно жадно серная кислота  соединяется с водой благодаря способности давать гидраты. Она отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей и даже кислородных производных углеводородов, которые содержат не воду как таковую, а водород и кислород в сочетании Дерево и другие растительные и животные ткани, содержащие целлюлозу , крахмал и сахар, разрушаются в концентрированной серной кислоте; вода связывается с кислотой и от ткани остается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кислоте целлюлоза и крахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человека концентрированная серная кислота вызывает ожоги.[4]

       1.2 Сырьевые источники

       Процесс получения серной кислоты протекает  по двум реакциям:

           (I)

         (II)

       Реакция (I) описывает окисление сернистого ангидрида, в результате чего получается серный ангидрид. Вторая реакция (II) показывает взаимодействие серного ангидрида и воды с получением серной кислоты. Из уравнений (I) и (II) следует, что для получения серной кислоты необходимы кислород, получаемый из воздуха, вода и сернистый ангидрид.

       Следовательно, первым сырьевым материалом для производства серной кислоты является воздух, вторым – вода, третьим – сернистый  ангидрид. Откуда же берут сернистый ангидрид? Сырьем для получения сернистого ангидрида, а следовательно, и серной кислоты служит сера или материалы, в состав которых входит сера.

       Сера  – твердое желтое вещество, имеющее  температуру плавления  и кипящее при . Сера встречается в природе в так называемых серных рудах, в которых она смещена с другими веществами. При нагревании серной руды сера, расплавляясь, вытекает из нее. На этом принципе основан один из методов извлечения ее из серных руд.

       Развитие  процессов получения серы из отходящих  газов увеличивает значение серы для сернокислотной промышленности.

       Серный  колчедан – желтовато – серый  с блестящими вкраплениями камень. В состав колчедана входит минерал  пирит  . Содержание серы в колчедане колеблется от 35 до 50%, а железа – от 30 до 43%. Остальное составляют примеси – соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, селена и др. Добытый на рудниках колчедан в виде кусков различной величины доставляют на химические заводы. Такой колчедан называют рядовым.

       Помимо  этого, серный колчедан может быть получен  из медных руд, идущих на производство меди и имеющих в своем составе  .При переработке медной руды на специальных предприятиях – обогатительных фабриках – получают продукт, в котором содержится много меди (медный концентрат), и отход (флотационные хвосты), богатый серным колчеданом. Медный концентрат поступает на медеплавильные заводы, а отход производства – флотационные хвосты, являющиеся важнейшим сырьем для производства серной кислоты, - на химические заводы. Таким образом, медные руды используются комплексно.

       Газы  металлургических печей, в которых  перерабатывают руды меди, цинка и  других цветных металлов, содержат сернистый ангидрид. Выходя из печей, они загрязняют атмосферный воздух, губят растительность и вредно отражаются на здоровье людей.

       Из  этих газов получают серу по реакциям:

       

       Использование отходящих газов цветной металлургии  имеет большое народнохозяйственное значение, так как позволяет одновременно решать две задачи – получение серной кислоты  без затрат колчедана или серы и обезвреживание атмосферы.