Производство серной кислоты

  ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ  КИСЛОТЫ ИЗ СЕРЫ.                  

СОДЕРЖАНИЕ.

1.     Введение.

2.     Технология  серной кислоты.

3.     Сырье  для серной кислоты и методы  ее получения.

4.     Контактный  метод получения серной кислоты.

а. Получение H2SO4 из колчедана.

б. Получение H2SO4 из серы.

5.     Получение  обжигового газа из серы.

6.     Получение  обжигового газа из колчедана.

7.     Подготовка  обжигового газа к контактному  окислению.

8.     Контактное  окисление диоксида серы.

9.     Абсорбция  триоксида серы.

10. Технологическая  схема производства серной кислоты  из

Серы по методу ДК.

11. Описание схемы

12. Расчетная часть.

а. Структурная блок-схема  ХТС.

б. Условно – постоянная информация для расчета (таблица1).

в. Составление системы  уравнений материального баланса.

г. Соответствие переменных потокам. (таблица2)

д. Матрица коэффициентов  и обнуление матрицы.(таблица3).

13.Представление  результатов расчета (мат.баланс).(таблица4).

14.Расходные коэффициенты.

15.Поточная диаграмма.

16.Заключение.

17.Список литературы.

ВВЕДЕНИЕ.

Химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую

систему (ХТС), сложность  которой определяется как наличием большого

количества связей, элементов и подсистем, так и  разнообразием решаемых задач.

Основной целью  химического производства является получение химического

(целевого) продукта  заданного качества при минимальных  затратах и возможно

меньшим количестве отходов. Для анализа ХТС и возможности их оптимизации

необходима модель процесса, отражающая, в первую очередь, связи между

элементами и их взаимное влияние друг на друга. Основой  такой модели служит

баланс масс в  системе.

Расчет материального  баланса является основным этапом в  проектной работе

инженеров химиков-технологов. На основе материальных балансов определяется

целый ряд важнейших  техно-экономических показателей и характеристик основных

аппаратов. Из данных материальных балансов определяют: 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. Материальный баланс позволяет оценить  степень

совершенства производства (комплексность использования сырья, номенклатуру и

количество отходов), а также проанализировать причины  потерь. При расчете

баланса задаются величиной  механических потерь, которая, как правило, не

должна превышать 5%. Эти потери определяются не столько  несовершенством

технологии или  дефектами оборудования, сколько  культурой производства в

целом.

ТЕХНОЛОГИЯ  СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

Среди минеральных  кислот, производимых химической промышленностью, серная

кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется

это и тем, что  она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Серная

кислота не дымит, в  концентрированном виде не разрушает  черные металлы, в то же

время является одной  из самых сильных кислот, в широком  диапазоне температур

(от –40.-20 до 260-336,5 ºС) находится в жидком состоянии.

Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Существенная ее часть

используется как  полупродукт в различных отраслях химической промышленности,

прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот,

взрывчатых веществ. Серная кислота применяется и  при производстве красителей,

химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой  промышленности и т. д.

ПРИМЕНЕНИЕ  СЕРНОЙ КИСЛОТЫ. 

Производство         Производство сульфатов         Минеральные      Сульфат

аммония

K2Cr2O7 и Na2Cr2O7       Na,K,Fe,Cu,Zn,Al и др             удобрения

(NH4)2SO4 

Взрывчатые

Травление

вещества

металлов 

Получение спиртов,

Металлургия:

кислот, эфиров                               Серная кислота

Al, Mg, Cu, Hg, 

и других органи-                                    H2SO4

Сo, Ni,

Au и др.

ческих веществ. 

Органические

Минеральные

красители

кислоты

HF, H3PO4, H3BO3 
 
 
 

Серная кислота  может существовать как самостоятельное  химическое соединение

H2SO4, а также в  виде соединений с водой

H2SO4*2H2O, H2SO4*H2O, H2SO4 *4H2O и с триоксидом серы H2SO4 *SO3 , H2SO4*2SO3.

В технике серной кислотой называют и безводную H2SO4 и  ее водные растворы (по

сути дела, это  смесь H2O, H2SO4  и соединений H2SO4*nH2O), и растворы

триоксида серы в безводной H2SO4 – олеум (смесь H2SO4 и соединений

H2SO4*nSO3)

Безводная серная кислота  – тяжелая маслянистая бесцветная жидкость,

смешивающаяся с водой и триоксидом серы в любом соотношении. Физические

свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура  кристаллизации,

температура кипения, зависят от ее состава.

Безводная 100%-ная  серная кислота имеет сравнительно высокую температуру

кристаллизации 10,7ºC. Чтобы уменьшить возможность  замерзания товарного

продукта при перевозке  и хранении, концентрацию технической  серной кислоты

выбирают такой, чтобы  она имела достаточно низкую температуру  кристаллизации.

Промышленность выпускает  три вида товарной серной кислоты (башенная кислота,

контактная кислота  и олеум).

Зависимость температуры  кипения серной кислоты от состава  при атмосферном

давлении представлена на рис.1. Нижняя кривая этой диаграммы фазового

равновесия отвечает составу жидкой фазы, верхняя – составу паровой фазы,

находящейся в равновесии с кипящей жидкой. Из диаграммы следует, что серная

кислота и вода образуют азеотропную смесь состава 98,3% H2SO4 и 1,7% H2O с

максимальной температурой кипения (336,5˚С). Состав находящихся в

равновесии жидкой и паровой фаз для кислоты азеотропной концентрации

одинаков; у более разбавленных растворов кислоты в паровой фазе преобладают

пары воды, в паровой  фазе над олеумом высока равновесная  концентрация SO3.

Рассмотренные свойства серной кислоты необходимо учитывать  как при выборе

технологического  режима процесса, так и при проектировании отдельных

аппаратов, трубопроводов  и т. д. Например, при размещении цеха на открытой

площадке необходимо предусмотреть теплоизоляцию трубопроводов, по которым

циркулируют растворы серной кислоты, имеющие достаточно высокие температуры

кристаллизации. Учет диаграммы фазового равновесия паров  и жидкости позволяет

правильно выбрать  условия проведения стадии абсорбции  триоксида серы,

обеспечивающие высокую  степень абсорбции и предупреждающие  побочные явления,

такие СЫРЬЕ ДЛЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И МЕТОДЫ ЕЕ

ПОЛУЧЕНИЯ.

, например, как образование  сернокислотного тумана.

Исходными реагентами для получения серной кислоты  могут быть элементная сера

и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо

диоксид серы

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, низки  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.

Получение серной кислоты  включает несколько этапов. Первым этапом является

получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего  сырья

(необходимость в  этой стадии отпадает при использовании  в качестве сырья

отходящих газов, так  как в этом случае обжиг сульфидов  является одной из

стадий других технологических  процессов). Следующий этап – превращение  оксида

серы (IV) в оксид  серы (VI). Этот окислительный процесс  характеризуется очень

высоким значением  энергии активации, для понижения  которой необходимо, как

правило применение катализаторов. В зависимости от того, как осуществляется

процесс окисления SO2 в SO3, различают два основных метода получения серной

кислоты.

В контактном методе получения серной кислоты процесс  окисления SO2 в SO3

проводят на твердых  катализаторах.

Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса –

абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением

реакции:

SO3 + H2Oà H2SO4

При проведение процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве

переносчика кислорода  используют оксиды азота.

Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом

является серная кислота:

SO2 + N2O3 + H2O à H2SO4 + 2NO

В настоящее время  в промышленности в основном применяют  контактный метод

получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей

интенсивностью.

КОНТАКТНЫЙ  МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ  СЕРНОЙ

КИСЛОТЫ.

Рассмотрим процесс  получения серной кислоты контактным методом из двух видов

сырья: серного (железного) колчедана и серы.

Получение H2SO4  из колчедана.

Первой стадией  процесса является окисление сырья  с получением обжигового

газа, содержащего  диоксид серы. В зависимости от вида сырья протекают

экзотермические химические реакции обжига:

4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2            (I)

S + O2  à  SO2                                  (II)

При протекании реакции (I) помимо газообразного продукта реакции SO2