Курсовой проект производство серной кислоты вариант 2 Студент Горбунова Анна Группа мт43 Преподаватель Чабан Н. Г
![]()
|
Физико-химическое обоснование основных процессов производства серной кислотыПроизводство серной кислоты включает в себя несколько этапов. На первом этапе получают диоксид серы окислением (обжигом) серосодержащего сырья. 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 — контактный и нитрозный. При получении серной кислоты по контактному методу 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 + H2O → H2SO4. При проведении 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 + Н2O → H2SO4 + 2NO. 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 серы. Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы: S + О2 → SO2 (простой, необратимый, экзотермический, гомогенный процесс) На второй стадии протекает простая обратимая экзотермическая гетерокаталитическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы: SO2 + 0,5О2 ↔ SO3 Последняя стадия процесса — абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом. SO3 + H2O + mH2SO4 ↔ (m+1) H2SO4 (простой, обратимый, экзотермический, гетерогенный процесс) Отдельные этапы получения серной кислоты могут быть по-разному скомбинированы в технологическом процессе. ![]() Рис. 2. Функциональные схемы производства серной кислоты из серы методом двойного контактирования (а) и циклическим методом из серы (б). Получение обжигового газа из серы.При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая реакция с выделением очень большого количества теплоты ΔН = —362,4 кДж/моль, или в пересчете на единицу массы 11 325 кДж/кг серы. Расплавленная жидкая сера, подаваемая на сжигание, испаряется (кипит) при температуре 444,6оС; теплота испарения составляет 288 кДж/кг. Как видно из приведенных данных, теплоты реакции горения серы вполне достаточно для испарения исходного сырья, поэтому взаимодействие серы и кислорода происходит в газовой фазе (гомогенная реакция). Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в стехиометрическом количестве, т.е. на каждый моль серы пподают моль кислорода, то при полном сгорании серы концентрация будет равна объемной доле кислорода в воздухе Сso2mах = 21 %. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура. При адиабатическом сжигании серы температура обжига для реакционной смеси стехиометрического состава составит примерно 1500 °С. В практических условиях возможности повышения температуры в печи ограничены тем, что выше 1300оС быстро разрушается футеровка печи и газоходов. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий 13—14% SО2. Подготовка обжигового газа к контактному окислению.Подготовка к контактному окислению газа, полученного при сжигании серы, довольно проста. Сера не содержит примесей, которые при ее сжигании могли бы стать каталитическими ядами. Поэтому очистка газа заключается лишь в его осушке. Так как осушка концентрированной серной кислотой происходит при низких температурах, целесообразно подвергать осушке не обжиговый газ, который пришлось бы специально охлаждать, а холодный воздух, подаваемый на сжигание серы. Обжиговый газ в этом случае будет содержать лишь минимальное (допустимое) количество паров воды и для проведения контактного окисления его нужно лишь охладить в котлах-утилизаторах до температуры зажигания катализатора. В связи с отсутствием громоздкой очистной аппаратуры схемы производства серной кислоты из серы называют «короткими». |