Теоретические основы переработки серной кислоты

• Название: Теоретические основы переработки серной кислоты
• Дата: 21.05.2020
• Размер: 34.56 Kb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Аналитический обзор; #124361

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 2

1.Теоретические основы переработки серной кислоты 4

1.1Технико-экономическое обоснование 4

1.2Свойства серной кислоты 4

1.3Технические требования на серную кислоту 5

1.4Порядок приёма и отгрузки серной кислоты 6

1.5Требования безопасности 8

2.Аналитический обзор 8

2.1.Контактный способ получения серной кислоты 8

2.2.Факторы, влияющие на эффективность контактного способа получения серной кислоты 10

2.3.Контактные аппараты 10

3.Технологическая часть 13

3.1.Описание технологического процесса 13

Методы контроля и метрологическое обеспечение производства 14

Описание методов контроля 14

ВВЕДЕНИЕ

В нашей дипломной работе мы рассматриваем контактное отделение по производству серной кислоты

В процессе переработки серной кислоты, которая обладает высокой химической активностью, относится к сильным электролитам, непосредственно реагирует с металлами и аммиаком, с ценным продуктом так же образуются соли. При воздействии на соли она вытесняет также сильные, но не летучие кислоты. Наличие данных веществ значительно затрудняют транспортировку, хранение и переработку серной кислоты, приводят в негодность трубопроводы и аппаратуру и вызывают дополнительные материальные затраты.

Выбор оборудования, которым снабжен цех по переработке серной кислоты, определяется физико-химическими свойствами подготавливаемого сырья и материалов.

При росте планов на переработку серной кислоты и, соответственно, росте объемов производства серной кислоты возрастает нагрузка на оборудование переработки серной кислоты

1. Теоретические основы переработки серной кислоты

1. Технико-экономическое обоснование

В существующих экономических условиях переработка серной кислоты является одной из перспективных отраслей промышленности.

В производстве используются следующие виды оборудования:

-нагнетатель сборный

-теплообменники

-аппарат контактный

-насосы

-бункеры

-фильтр – брызг улавливатель.

Основными аппаратами на данной установке является контактный аппарат.

2. Свойства серной кислоты

Серная кислота представляет собой химическое соединение серного ангидрида с водой. Её химическая формула H2SO4, молекулярный вес 98,08 g/mol. Безводная серная кислота по внешнему виду представляет собой бесцветную прозрачную маслянистую жидкость, плотность при температуре 20оС равна 1,8305 т/м3. Температура кристаллизации безводной серной кислоты равна 10,45оС. При температуре 296,2оС безводная серная кислота начинает кипеть с разложением до образования смеси, содержащей 98,3% H2SO4 и 1,7% воды и кипящей при температуре 336,5оС.

Серная кислота смешивается во всех отношениях с водой, образуя растворы различной концентрации и способна при определенных условиях растворять в себе неограниченное количество триоксида серы. Растворение кислоты в воде, и воды в кислоте, происходит с большим выделением тепла.

В зависимости от концентрации SO3 находятся все свойства серной кислоты: плотность, температура кипения и кристаллизации, упругость и состав паров, вязкость, удельная теплоёмкость и электропроводность, коррозийная способность и др.

Товарные сорта серной кислоты представляют собой растворы серной кислоты в воде.

Серная кислота обладает высокой химической активностью, относится к сильным электролитам, непосредственно реагирует с металлами и аммиаком, образуя соли, при воздействии на соли она вытесняет также сильные, но не летучие кислоты. Серная кислота хорошо соединяется с водой и является в ряде процессов катализатором.

Серная кислота находит применение во многих отраслях народного хозяйства: в производстве азотной, соляной и плавиковой кислот; сернокислых солей меди, цинка, магния, железа; в производстве взрывчатых веществ, кинопленки, в нефтяной, коксохимической, металлургической, гидролизной, текстильной, кожевенной, пищевой, промышленностях, в производстве аккумуляторов, искусственного и синтетического волокна и других отраслях.

Наиболее крупным потребителем серной кислоты является промышленность по производству минеральных удобрений.

3. Технические требования на серную кислоту

Серная кислота выпускается в соответствии с требованиями ГОСТ 2184-77 с изм. 1,2,3,4, согласно которому она должна соответствовать следующим показателям, изложенным в таблице 1
Таблица 1

Наименование показателя	Норма
	Улучшенная	Техническая		Башенная
		1 сорт	2 сорт
1	2	3	4	5
Массовая доля моногидрата ( Н2S04 ), %	92,5÷94,0	Не менее 92,5		Не менее 75,0
Массовая доля железа (Fe), % не более	0.006	0.02		0.05
Массовая доля остатка после прокаливания, % не более	0.02	0.05	Не норми- руется	0.3
Массовая доля окислов азота (N2O3), % не более	0.00005	Не нормируется		0.05
Массовая доля мышьяка (As), % не более	0.00008	Не нормируется
Массовая доля свинца (Pb), % не Цвет в 1 см3 раствора сравнения, не более 1 Не нормируется Прозрачность прозрачная без разбавления Не нормируется Массовая доля нитросоединений, % не более Не нормируется более	0,001	Не нормируется
Массовая доля хлористых соединений (Сl), % не более	0,0001	Не нормируется

4. Порядок приёма и отгрузки серной кислоты

Серная кислота принимается партиями. Партией считают количество продукта, однородного по своим качественным показателям, сопровождаемого одним документом о качестве. При отгрузке продукции в цистернах или контейнерах за партию принимается не более 10 цистерн или контейнеров, а для контактной улучшенной кислоты и улучшенного олеума – не более одной цистерны или одного контейнера. Размер партии при отгрузке продукции в бочках – не более 20 t. При транспортировке серной кислоты по трубопроводу партией считают сменную выработку.

Документ о качестве должен содержать:

- наименование предприятия-изготовителя и (или) его товарный знак;

- наименование продукта, его вид, марку и сорт;

- обозначение настоящего стандарта;

- номер партии;

- номер цистерны, контейнера;

- дату отгрузки;

- массу нетто;

- результаты анализа или подтверждение о соответствии качества продукта требованием настоящего стандарта;

- подпись или штамп службы технического контроля.

Допускается готовой продукцией считать серную кислоту, залитую в ёмкость на складе и принятую в установленном порядке службой технического контроля предприятия-изготовителя. Допускается результаты анализов серной кислоты, находящейся в ёмкости на складе изготовителя, распространять на все формируемые из неё партии.

При получении неудовлетворительных результатов анализа хотя бы по одному из показателей проводят повторный анализ на удвоенном количестве проб, взятых из той же партии (для цистерн, контейнеров, резервуаров) или на удвоенной выборке (для бочек). Результаты повторного анализа распространяются на всю партию.

5. Требования безопасности

Серная кислота пожаро - и взрывобезопасна, пары токсичны, предельно допустимая доля паров серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1 mg/m3.

При попадании на кожу человека серная кислота вызывает ссыльные, долго не заживающие ожоги, а при попадании в глаза – возможна потеря зрения.

При работе с серной кислотой необходимо одевать очки, резиновые перчатки, спецодежду и противогаз марки «БКФ» или «В».

2. Аналитический обзор

1. Контактный способ получения серной кислоты

Контактный способ получения серной кислоты был известен еще с первой половины XIX века. Контактный способ получения серной кислоты является одним из самых старых, а потому наиболее хорошо изученных промышленных каталитических процесс в, многие теоретические обобщения, сделанные при его разработке и усовершенствовании, справедливы и для других процессов гетерогенного катализа

Сущность контактного способа получения серной кислоты состоит в том, что сернистый ангидрид SО2 сравнительно легко присоединяет кислород в присутствии катализаторов.

Преимущество контактного способа получения серной кислоты по сравнению с нитрозным заключается прежде всего в том, что он дает возможность получать серную кислоту и олеум любой крепости. При работе с сернистым газом, полученным из серного колчедана, контактный способ требует более сложной аппаратуры, так как необходима тщательная очистка сернистого газа от примесей перед вводом его в контактный аппарат.

В контактном способе получения серной кислоты даже минимальные количества пыли, попадая на катализатор, понижают его каталитическую активность.

При контактном способе получения серной кислоты соединения мышьяка, попадая в катализатор, отравляют его и выводят из строя, а при нитрозном методе мышьяк и селен загрязняют и отравляют кислоту. Так же вредны пыль и капли жидкости (воды, кислоты, масла и др.), которые покрывают катализатор, загрязняют кислоту и забивают аппаратуру.

В настоящее время контактный способ получения серной кислоты продолжает быть предметом дальнейшего изучения и усовершенствования и, по-видимому, недалеко то время, когда он получит ведущую роль в производстве серной кислоты, оттеснив на второй план нитрозный метод производства.

На первой стадии контактного способа получения серной кислоты (SO2+1/2О2→ SO3) вода может образовываться из молекулярного водорода и водородсодержащих соединений в контактной башне. Эта вода может реагировать с SO3 с образованием серной кислоты, которая вызывает коррозию оборудования. Разработанный ими метод определения воды основан на ацидиметрическом титровании серной кислоты в присутствии избытка диоксида серы. Авторы утверждают, что воспроизводимость метода составляет 3 % при коэффициенте чувствительности 50 мг воды на 1 м3 газа. За последние 25 лет контактный способ получения серной кислоты получил широкое распространение. В настоящее время почти 3/4 серной кислоты (около 70 % мирового производства) вырабатывается контактным способом, и значение этого способа продолжает расти. Этому способствовал не только спрос на крепкую кислоту, но и характер сырьевой базы: около 2/3-серной кислоты в США получают из чистой элементарной серы, а в этих условиях наиболее выгоден контактный способ производства.

В качестве катализатора при контактном способе получения серной кислоты раньше применяли исключительно платину. В настоящее время платиновые катализаторы большей частью заменены ванадиевыми. Они дешевле и менее чувствительны к загрязнениям, присутствующим в реагирующей газовой смеси. Активным началом в ванадиевых контактных массах является ванадиевый ангидрид V2О5, для повышения активности которого прибавляют окислы щелочных металлов. В качестве носителя для ванадиевого катализатора применяют кремнекислоту.

Таким образом, при контактном способе получения серной кислоты достигают ускорения реакции окисления сернистого ангидрида в серный ангидрид, сочетая применение повышенной температуры и катализатора

2. Факторы, влияющие на эффективность контактного способа получения серной кислоты

Выявлены важнейшие тенденции развития производства серной кислоты контактным способом:

1. 
   Интенсификация процессов проведением их во взвешенном слое, применением кислорода, производством и переработкой концентрированного газа, применением активных катализаторов;
   
2. 
   Упрощение способов очистки газа от пыли и контактных ядов (более короткая технологическая схема);
   
3. 
   Увеличение мощности аппаратуры;
   
4. 
   Комплексная автоматизация производства;
   
5. 
   Снижение расходных коэффициентов по сырью и использование в качестве сырья серосодержащих отходов различных производств;
   
6. 
   Обезвреживание отходящих газов.
   

3. Контактные аппараты

Современные контактные аппараты, используемые для проведения каталитических процессов в промышленности, должны обладать высокой производительностью, обеспечивать непрерывность процесса при оптимальных технологических режимах, быть легкими в управлении, поддаваться автоматизации и управлению с помощью ЭВМ.

По способу взаимодействия газов с катализатором контактные аппараты подразделяются на аппараты: с фильтрующим слоем катализатора; со взвешенным (кипящим) слоем катализатора; с пылевидным катализатором. В промышленности широкое применение нашли аппараты с фильтрующим слоем катализатора. К этой группе относятся емкостные, трубчатые и полочные контактные аппараты, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора (рисунок 1) На этом принципе основана работа большинства контактных аппаратов. Причем катализатор может находиться в виде металлических сеток, натянутых по ходу движения газа, трубчатых контактных аппаратов или в виде твердых тел различной формы, располагаемых на перфорированных решетках

Газы поступают в аппарат сверху или снизу. При подаче газа снизу (под решетку) его скорость не должна превышать скорость псевдо-ожижения катализатора, иначе он может переходить во взвешенное состояние. Достоинством этих аппаратов является простота конструкции, к недостаткам следует отнести отсутствие теплообмена, что позволяет проводить в них только те реакции, которые сопровождаются небольшими тепловыми эффектами. Для полноты протекания процесса в одном аппарате может быть установлено несколько слоев контактной массы. Многослойные полочные контактные аппараты чаще всего устанавливают, когда имеется необходимость очищаемый газ между слоями подвергать дополнительной обработке (нагреванию, охлаждению, увлажнению и т.д.). Нагревание или охлаждение газа проводят с помощью теплообменников, монтируемых внутри аппарата между слоями катализатора. Это позволяет вести процесс при оптимальном температурном режиме на каждой полке. Для этой же цели используют трубчатые контактные аппараты, где в трубах расположен катализатор, а в межтрубном пространстве – теплоноситель или хладагент.

3. Технологическая часть

1. Описание технологического процесса

Методы контроля и метрологическое обеспечение производства

Описание методов контроля

Контроль технологического процесса производства серной кислоты ведется с помощью контрольно-измерительных приборов с периодической или непрерывной регистрацией параметров, а также с помощью периодического отбора проб с последующим химическим анализом.

Контролируются следующие параметры: температура кислот и газа, объёмные и массовые доли основных компонентов в газах и кислотах, отходящих газах и стоках, манометрический режим, степень абсорбции и контактирования, перечень приборов автоматического контроля.

Для проверки качества товарной кислоты отбираются пробы один раз в смену. При отгрузке кислоты на сторону выполняется полный анализ кислоты в соответствии с требованиями ГОСТ 2184-77.

Количество отгружаемой кислоты в цистернах определяется согласно градуировочным таблицам на каждый тип цистерн и показаниям измерительной рейки.