1. Proprietățile produsului și determinarea tehnologiei de acid sulfuric.
Acid sulfuric - unul dintre produsele chimice tonaj de bază. Este folosit în diverse sectoare ale economiei, deoarece are un set de funcții care facilitează utilizarea tehnologiei sale. Acidul sulfuric nu este fum, nu are nici un miros și culoare la temperatura normală este un lichid într-o formă concentrată nu corodează metale feroase. În același timp, acidul sulfuric este unul dintre acizii minerali tari, numeroase forme de săruri stabile și este ieftină.
În domeniu înțeleg în sistemele de acid sulfuric care constau din oxid de sulf (VI) și apă de compoziție diferită: n SO3 · m H 2 O.
Când n = m = 1 este monohidrat de acid sulfuric (acid sulfuric 100%), cu m> n - soluții apoase monohidrat, pentru m <п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).
monohidrat Acid sulfuric - lichid incolor, uleios, cu o temperatură de cristalizare 10.37 ° C, punctul de fierbere 296,2 ° C și o densitate de 1,85 t / m 3 de apă și oxid de sulf (VI) se amestecă în toate privințele, formând compoziția hidrați H2 SO4 · H2O, H2 SO4 · 2H2O, H2 SO4 · 4H2O și compusul cu un oxid de sulf și H2 SO4 SO3 · H2 SO4 · 2SO3.
Acești hidrați și compusul cu un oxid de sulf au temperaturi diferite de cristalizare și formează un număr de eutectice. Unele dintre aceste eutectice au o temperatură de cristalizare sub zero sau aproape de zero. Aceste soluții particulare de acid sulfuric luate în considerare la alegerea varietăților sale comerciale, care sunt condițiile de fabricare și depozitare trebuie să aibă o temperatură scăzută de cristalizare.
Punctul de fierbere al acidului sulfuric depinde și de concentrația sa, adică compoziție „oxid de sulf (VI) - apă“ sistem. Odată cu creșterea concentrației de acid sulfuric apos temperatura punctului de fierbere acestuia crește și atinge un maxim de 336,5 C la o concentrație de 98,3%, ceea ce corespunde compoziției azeotropic și apoi descrește. Punctul de fierbere al oleum cu creșterea conținutului de oxid de sulf liber (VI) este redus de la 296,2 ° C (punct de fierbere monohidrat) până la 44,7 ° C, corespunzătoare punctului de fierbere de 100% oxid de sulf (VI).
Când este încălzit, vaporii de acid sulfuric peste 400 ° C, este supus disocierea termică prin schema:
400 ° C 700 ° C
Printre acizii minerali acid sulfuric în ceea ce privește producția și consumul clasat pe primul loc. Producția mondială de ea în ultimii 25 de ani, are mai mult de trei ori, iar acum se ridică la mai mult de 160 de milioane. tone pe an.
Aplicații ale acidului sulfuric și oleum sunt foarte diverse. O mare parte din ea este utilizată în producția de îngrășăminte (de la 30 la 60%), precum și în producția de coloranți (de la 2 la 16%), fibre chimice (de la 5 la 15%) și metale (2 până la 3%). Este folosit pentru diverse scopuri industriale, în industria textilă, alimentară și alte industrii. Fig. 1 prezintă utilizarea acidului sulfuric și oleum în economia națională.
Fig. 1. Utilizarea acidului sulfuric.
2. Surse de materii prime de acid sulfuric.
Materia primă în producția de acid sulfuric poate fi sulf elementar și compuși cu continut ridicat de sulf din care sulf pot fi obținute în mod direct sau oxid de sulf (IV).
depozite naturale pucioasă mici, deși Clark este de 0,1%. In majoritatea cazurilor, sulful se găsește în natură sub formă de sulfuri metalice și sulfați metalici, precum și o parte din petrol, cărbune, gaze naturale și gaze asociate. Acesta conține cantități semnificative de sulf ca oxid de sulf din gazele de ardere și gazele din metale feroase sub formă de hidrogen sulfurat a evoluat în timpul curățării gazelor combustibile.
Astfel, acidul sulfuric brut suficient de diverse surse, deși este încă folosit ca materie primă în principal elementar pirită de sulf și fier. Utilizarea limitată a acestor materii prime, deoarece gazele de ardere și a gazelor pentru producerea de energie termică medeplavilnogo, datorită concentrației scăzute a acestor oxid de sulf (IV).
Ponderea piritelor scăderi furajeri foaie și proporția de creșteri de sulf.
3. Scurtă descriere a metodelor moderne industriale pentru producerea de acid sulfuric. Modalități de a îmbunătăți perspectivele de producție și de dezvoltare.
Producerea acidului sulfuric din materii prime conținând sulf cuprinde mai multe procese chimice, în care o modificare a gradului de oxidare a materiei prime și a intermediarilor. Acest lucru poate fi reprezentat prin următoarea schemă:
unde I - o etapă de obținere a gazului în furnal (oxid de sulf (IV)),
II - etapa de oxidare catalitică a oxidului de sulf (IV) cu un oxid de sulf (VI) și absorbanța (prelucrare la acid sulfuric).
În producția reală a acestor procese chimice sunt adăugate la procesele de preparare a materiilor prime, în cuptor de epurare a gazelor și alte operații mecanice și fizico-chimice. În general, producția de acid sulfuric poate fi exprimată în forma următoare:
ardere (ardere) de materii prime
Fig. 4. Dependența gradului de echilibru de conversie de oxid de sulf (IV) în oxid de sulf (VI) a temperaturii (a) și presiune (b) și oxid de sulf (IV), în gaz (c).
Gradul de oxidare a oxidului de sulf (IV) crește cu timpul de contact, se apropie de echilibru de descompunere curbei (Fig. 5).
Fig. 5. Dependența Cronica de timpul de contact.
Prin urmare, timpul de contact trebuie să fie astfel încât să se asigure realizarea echilibrului în sistem. Fig. 5 care este mai mare temperatura, echilibrul este atins mai rapid (t1
Fig. 6. Dependența eliberarea de oxid de sulf (IV) asupra temperaturii la momente diferite de contact.
Din viteza de oxidare depinde de cantitatea de oxid de sulf (IV), oxidare per unitate de timp și, prin urmare, cantitatea de masă de contact, dimensiunile reactorului și alte caracteristici de proces. Organizarea acestei etape de producție trebuie să furnizeze cea mai mare rată posibilă de oxidare a unui grad maxim de contacte realizabile în aceste condiții.
Energia de activare a reacției de oxidare a oxidului de sulf (IV) cu oxigenul din oxidul de sulf (VI) este destul de mare. Prin urmare, în absența reacției de oxidare a catalizatorului, chiar și la temperaturi ridicate cu greu să apară. Utilizarea unui catalizator poate reduce energia de activare și de a crește rata de oxidare.
În producția de acid sulfuric drept catalizator este utilizat de contact în masă pe bază de oxid de vanadiu (V) Marci BAS și SVD, numit pentru literele inițiale ale elementelor incluse în compoziția lor.
BAS (bariu, aluminiu, vanadiu) compoziție:
sprijinit activator de catalizator
SVD (sulfo-vanadat-Diatom) compoziția
sprijinit activator de catalizator
Pentru o descriere a ratei de oxidare a oxidului de sulf (IV) în oxid de sulf (VI) pe catalizator de vanadiu la pat fix de catalizator propus diverse ecuații cinetice. Acestea includ, de exemplu, ecuația (4), care leagă viteza de reacție cu o conversie de oxid de sulf (IV), constanta de viteză de reacție. și echilibru presiune constantă a gazului:
în care X - gradul de echilibru de conversie de oxid de sulf (IV),
k - o rată constantă de oxidare,
și - concentrația inițială a oxidului de sulf (IV) în gazul,
b - concentrația inițială de oxigen în gazul,
F - presiunea totală a gazelor,
Cr - constanta a echilibrului de reacție.
Din ecuațiile (4) și (5), că rata de oxidare depinde de constanta vitezei de reacție, crescând puternic cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, acest lucru reduce echilibrul constant scade Kp și valoare membru
în ecuația (4). Astfel, rata de oxidare a oxidului de sulf (IV) depinde de două cantități care variază odată cu creșterea temperaturii în direcția opusă. În consecință, curba ratei temperaturii de oxidare trebuie să treacă printr-un maxim. Din ecuația (4), rezultă, de asemenea, că rata de oxidare a oxidului de sulf (IV) este cu atât mai mare, cu atât mai mic realizabil în acest proces gradul de conversie a oxidului de sulf (IV) în oxid de sulf (VI). În consecință, pentru fiecare grad de conversie a dependenței vitezei de reacție la temperatură este exprimată prin curba maximă individuală având. Fig. 7 prezintă o serie de astfel de curbe care corespund diferitelor grade de conversie la gaz de compoziție constantă. Din aceasta rezultă că viteza reacției de oxidare atinge valori maxime la anumite temperaturi, care este mai mare cu atât mai mic gradul de conversie, și sunt, evident, temperatura optimă.
Fig. 7. Dependența ratei de oxidare a oxidului de sulf (IV) de temperatura la diferite grade de conversie X1 <Х2 <Х3 <Х4
linia AA care leagă punctul de temperaturi optime, numit o linie de secvență temperatură optimă (LOT) și indică faptul că, pentru rezultate optime procesul de contactare trebuie început la o temperatură ridicată oferind o viteză de proces mare (în practică, circa 600 ° C), și apoi pentru a atinge ridicat gradul de conversie pentru a reduce temperatura, menținând controlul temperaturii prin LOT. linia BB și CC în Fig. 7 delimitează intervalul de temperaturi admise în procesul efectiv de contact.
Tabelul 2 prezintă temperatura de funcționare contactul cu 4 straturi, cu o unitate de transfer termic intermediar montat în conformitate cu principiul stabilit mai sus:
Tabelul 2. Temperatura Modul de asamblare de contact
5. Hardware și purificarea fină a schemă tehnologică de dioxid de sulf și oxidarea dioxidului de sulf într-un aparat cu patru contact cu straturi de catalizator filtru.
În prezent, producția de acid sulfuric și oleum prin metoda de contact este o schemă tehnologică mai comună folosind principiul dublei contactare „DKDA“ (dublu contactare - dublă absorbție). O parte a unui astfel de sistem, cu excepția separării și cuptor de separare a gazelor de curățare generală similară tehnologic pentru toate circuitele este prezentată în Fig. 9.
Capacitatea Plant până la 1500 t / d de monohidrat. Raporturile de consum (la 1 m monohidrat): 0,82 m pirite, apă 50 m 3. 82 kWh electricitate.
Fig. 9. producția de acid sulfuric Schema tehnologică din pirită DKDA dublu în contact.
1 - tubulare turn de spălare, 2 - spălarea cu turn de ambalare, 3 - umidificarea tower 4 - electrostatic, 5 - turnul de uscare, 6 - 7 turbo - colecții de acid 75%, 8 - colectarea acidului produs, 9 - schimbătoare de căldură, 10 - aparate de contact 11 - Oleum absorbant, 12 și 13 - absorbanti monohidrat. fluxuri de produse: I - gaz cuptor la 300 ° C, II - acid sulfuric 75%, III - Acid refrigerat 98% -s, IV - acidul produs la răcire, V - răcite cu oleum sau monohidrat, VI - răcire oleum productional , VII - gazele de eșapament.
6. bilanț material din etapa 1 contactor de oxidare de dioxid de sulf.
Date pentru calcul:
1. Performanța generală a acidului sulfuric pe baza de monohidrat - 127 m / h;
2. caracterul complet al absorbției de trioxid de sulf - 99,8%;
3. Compoziția gazului de alimentare:
Temperatura de 520 ° C;
gradul de realizare a echilibrului - # 945; = 0.650
1. Se calculează gradul de echilibru de conversie a SO2 la SO3. Luați în considerare la calculul de echilibru valorile cunoscute ale Kp pentru reacția de oxidare a dioxidului de sulf:
unde a, b, m, n - cantitatea (moli) Component SO2 amestecul inițial. O2. CO2 și N2 (a + b + m + n = 1).
Cantitatea fiecărui component (mol) atunci când gradul de echilibru de conversie xA, e va fi
Numărul total de amestec echilibrat de:
poate fi calculată conform ecuației (str.433 [1]):
La o temperatură de aproximativ 520 C (793 K) este constanta de echilibru:
Condiția de reacție poate fi caracterizată prin valorile de echilibru ale gradului de echilibru de conversie
Notând presiunea totală de p, putem exprima componentele de presiune de echilibru:
Înlocuind datele de intrare în ecuația (6), obținem (p = 0,1 MPa):
Cum găsim metoda de iterații
și, prin urmare, conținute într-un amestec echilibrat de:
2. Rata de conversie practic egală cu:
3. Oxidarea generală ecuația de oxid de sulf (IV) în oxid de sulf (VI) și absorbția oxidului de sulf (VI) pentru a forma acid sulfuric:
64 g / mol 98 g / mol
Pe baza ecuației reacției pentru a se obține 127 kg / h de acid sulfuric este necesară pentru oxidul de sulf (IV):
Dată fiind conversia calculată și o plinătate predeterminată de absorbție trebuie practic oxid de sulf (IV):
4. recalculeze volumul de gaz într-o compoziție de masă.
Numărul total de moli de amestec de gaz este egal cu
3. Calcularea proceselor chimice-inginerie // Sub general. Ed. IP Muhlenova. - L. Chemistry 1976
articole anterioare
articolul următor
Toate materialele din „Chimia“
