Стадия сжигания серы в производстве серной кислоты. Выбор и обоснование источников сырья

         Содержание 
 

Введение.   3 
 

Исходное сырье.  7 
 

Характеристика  целевого продукта. 8 
 

Химическая схема  процесса    10 

  1.Сжигание  серы.     10

  2. Контактное  окисление SO2 в SO3     11

  3.Абсорбция  триоксида серы.      12 

Задание для расчета    14 
 

Выполнение расчета.    15 

  1.Составляем  блок-схему производства. 15

  2. Составление  уравнений по каждому узлу.   16

  3.Материальный  баланс.     19 

Список литературы.     20 
 
 

                                  Введение. 
 

      Серная кислота – наиболее  сильная  и  самая  дешевая   кислота.  Среди

  минеральных   кислот,  производимых  химической  промышленностью,   серная

  кислота по  объему  производства  и  потребления   занимает  первое  место.

  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*С)  находится  в  жидком

  состоянии.  Она 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 водоотталкивающего  и  осушающего

  средства,  применяется  в  процессах   нейтрализации,  травления  и   т.д.

  Наиболее важные  области применения серной кислоты  отражены на схеме. 

      Еще в XIII веке серную кислоту  получали в  незначительных  количествах

  термическим  разложением железного купороса FeSO4 , поэтому и сейчас  один

  из сортов  серной кислоты называется купоросным  маслом,  хотя  уже  давно

  серная кислота  не производится из купороса. 

      В  настоящее  время  серная  кислота  производится  двумя   способами:

  нитрозным,  существующим  более  200  лет,  и  контактным,  освоенным   в

  промышленности  в конце ХIХ и начале ХХ  века. Контактный способ  вытесняет

  нитрозный  (башенный).  Первой  стадией   сернокислотного  производства  по

  любому методу  является получение диоксида  серы  при  сжигании  сернистого

  сырья. После  очистки диоксида серы  (особенно  в  контактном  методе)  ее

  окисляют до  триоксида серы, который соединяют  с водой с получением серной

  кислоты.  Окисление  SO2  в  SO3  в  обычных   условиях  протекает  крайне

  медленно. Для  ускорения процесса применяют  катализаторы.

      В настоящее время контактным  методом получают концентрированную  серную

  кислоту, олеум  и 100% серный ангидрид.

      Одновременно  с  увеличением   объема   производства   серной   кислоты

  расширяется  ассортимент продукции  сернокислотных  заводов,  организуется

  выпуск особо  чистой  кислоты,  100%  SO2,  высококачественного   олеума  и

  кислоты, а  также увеличивается производство  новых  продуктов  на  основе

  SO2. Кроме олеума,  концентрированной  серной  кислоты   и  аккумуляторной

  кислоты, отечественные  заводы выпускают  также   более  чистую  контактную

  кислоту улучшенного  качества (для  производства  искусственного  волокна,

  титановых  белил и др.),  чистый  олеум,  химически  чистую  и  реактивную

  серную кислоту.

      За последние годы  в  процессе  производства  серной  кислоты   внесены

  существенные  улучшения. Широко применяется  обжиг колчедана в кипящем  слое

  и сжигание  серы в циклонной печи, значительно  увеличивается использование

  тепла, выделяющегося  при обжиге сырья, и на других  стадиях  производства

  серной  кислоты.  Непрерывно   повышается   производительность   башенных

  сернокислотных   систем    в    результате    поддержания    оптимального

  технологического   режима,   разработанного   на   основе   исследований;

  интенсивность   башенных  систем  достигает  250  кг/м3  в  сутки.  Освоен

  контактно-башенный  процесс  производства  серной  кислоты,  при  котором

  расход HNO3 составляет 6 – 7 кг на 1 тонну H2SO4.

      В контактном методе производства  серной  кислоты  окисление   диоксида

  серы в триоксид  осуществляется на твердых   контактных  массах.  Благодаря

  усовершенствованию  контактного способа производства, себестоимость  более

  чистой  и   высококонцентрированной   контактной   серной   кислоты   лишь

  незначительно  выше, чем  башенной.  В  настоящее   время  свыше  90%  всей

  кислоты производится  контактным способом.

      В  качестве  катализаторов   контактного  процесса  теперь  применяется

  термически  стойкая ванадиевая контактная  масса (в виде гранул и колец)  с

  пониженной  температурой зажигания. Проведены  работы по освоению  процесса

  окисления  SO2 в кипящем  слое  катализатора.  Важным  усовершенствованием

  является двойное   контактирование,  при  котором   обеспечивается  высокая

  степень окисления  SO2 на катализаторе (до  99,8%)  и   потому  исключается

  необходимость  в дополнительной санитарной  очистке отходящих газов.

      Внедряется процесс конденсации  H2SO4,  заменяющий  абсорбцию   серного

  ангидрида.

      Также  для  производства  серной  кислоты  используют   ангидрид   или

  безводный  сульфат кальция CaSO4, гипс или   двуводную  соль  CaSO4*2H2O  и

  фосфогипс,  представляющий  собой  отход   производства  концентрированных

  фосфорных  удобрений (смесь гипса, соединений  фтора, окислов фосфора,  SO2

  и других  примесей).

      В нитрозном  способе катализатором  служат оксиды азота. Окисление  SO2

  происходит  в основном в жидкой фазе  и осуществляется в башнях  с насадкой.

  Поэтому нитрозный  способ по  аппаратурному  признаку  называют  башенным.

  Сущность  нитрозного  метода   состоит   в   том,   что   обжиговый   газ

  обрабатывается  серной  кислотой,  в  которой   растворены  окислы  азота.

  Сернистый   ангидрид  обжигового  газа  поглощается   нитрозой,   и   затем

  окисляется  окислами азота по реакции: SO2 + N2O3 + H2O  =  H2SO4  +  2NO.

  Образующийся NO плохо растворим в нитрозе  и выделяется, а затем  частично

  окисляется  кислородом до NO2. Смесь NO и NO2 вновь  поглощается H2SO4. 

      Промышленность выпускает три  вида товарной серной кислоты:

      Башенная кислота:   С=75%, tкрист= -29,5*С

      Контактная кислота: С=92,5%, tкрист= -22,0*С

      Олеум:                       С=20% своб. SO3, tкрист= +2*С 

                       Схема применения серной кислоты 
 
 

                               Исходное сырье. 
 

      Традиционно основными  источниками   сырья  являются  сера  и   железный

  (серный) колчедан. Около половины серной кислоты  в СССР получали из серы,

  треть –  из колчедана. Значительное  место   в  сырьевом  балансе  занимают

  отходящие  газы цветной металлургии, содержащие  диоксид серы.

      В целях защиты окружающей  среды  во  всем  мире  принимаются   меры  по

  использованию  отходов промышленности,  содержащих  серу.  В  атмосферу  с

  отходящими  газами  тепловых  электростанций  и  металлургических  заводов

  выбрасывается  диоксида серы значительно   больше,  чем  употребляется   для

  производства  серной  кислоты.  Из-за  низкой  концентрации  SO2  в  таких

  отходящих  газах их переработка пока  еще не всегда осуществима.

      В то же время отходящие  газы – наиболее дешевое сырье,  низки  оптовые

  цены и на  колчедан,  наиболее  же  дорогостоящим   сырьем  является  сера.

  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. 

                      Характеристика целевого продукта. 
 

      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, SO2 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  кислота   имеет  сравнительно  высокую   температуру

  кристаллизации 10,7 *С. 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. 

|                         |Концентрация             |Температура              |

|                         |                         |кристаллизации, *С       |

|Башенная кислота         |75%                      |-29*C                    |

|Контактная кислота       |92,5%                    |-22*C                    |

|Олеум                    |20% своб.SO3             |+2*C                     | 

      Серная кислота и вода образуют  азеотропную смесь состава 98,3% H2SO4 и

  1,7%  H2O  с   максимальной   температурой   кипения   (336,5*С).   Состав