Читайте также:
|
|
Безводна сульфатна кислота являє собою важку маслянисту рідину (щільність при 20 °С 1830 кг/м3, температура кипіння при атмосферному тиску 296,2 °С, температура кристалізації— 10,5 °С). Сульфатна кислота змішується з водою в будь-яких співвідношеннях зі значним виділенням тепла, у ній дуже добре розчиняється сульфатний ангідрид SО3. Розчин SО3 у 100 % сульфатній кислоті називається олеумом.
Висока активність і невисока вартість сульфатної кислоти обумовлюють значні масштаби її виробництва і різноманітне використання практично в усіх галузях народного господарства. Сульфатна кислота використовується для виробництва добрив, неорганічних і органічних кислот, солей, для одержання штучних і синтетичних волокон, вибухових речовин, отрутохімікатів, барвників, лаків, деяких лікарських речовин, при переробці харчових продуктів і т. д.
Виробляється сульфатна кислота двома способами: контактним і нітрозним (баштовим). Контактним способом одержують близько 90 % від загального обсягу виробництва кислоти, оскільки цей спосіб забезпечує більш високу концентрацію і чистоту продукту.
Як сировину для виробництва сульфатної кислоти використовують самородну сірку і сірчаний колчедан (FeS2), окрім цього, широко використовують промислові відходи, що містять сірку.
Виробництво сірчаної кислоти контактним способом включає чотири стадії:
• отримання діоксиду сірки (SО2);
• очищення SО2 від домішок;
• одержання триоксиду сірки (SО3);
• абсорбція триоксиду сірки.
Якщо як сировину для одержання кислоти використовують сірчаний колчедан FeS2, то хімізм першої стадії описується таким рівнянням:
4FeS2+ 11О2 → 2Fe2О3+ 8SО2 + Q.
Для прискорення цієї реакції, а, отже, і для інтенсифікації всього процесу вихідну руду тонко подрібнюють, а процес проводять при надлишку повітря або з повітрям, збагаченим киснем.
Випал здійснюють у печах механічних полочних, печах пилоподібного випалу або в печах у зваженому (киплячому) шарі колчедану. Саме останні печі відрізняються найбільшою ефективністю. Після випалу утворюється недогарок і пічні гази. Недогарок містить до 50 % заліза і може в подальшому використовуватися при виробництві чавуну. На виробництво кислоти йдуть грубні гази.
Грубні гази містять багато пилу, для уловлювання якого на другій стадії одержання кислоти застосовують циклони і електрофільтри. У циклонах пил осідає під впливом відцентрових сил, у електрофільтрах осадження пилу засновано на утворенні зарядів на часточках пилу, після чого вони притягуються до протилежно заряджених пластин фільтру. В електрофільтрах газ очищається до залишкового вмісту пилу приблизно 0,2 г/м3 і містить, крім залишків пилу, газоподібні домішки сполук миш'яку і селену, що здатні "отруювати" каталізатор, який використовується на третій стадії одержання кислоти. Тому проводиться подальше додаткове очищення грубного газу за допомогою системи промивних веж, додаткових електрофільтрів і сушильних веж.
Третя стадія виробництва сірчаної кислоти є основною. Сухий очищений грубний газ надходять на контактне окиснення S02 до
SО3, що відбувається за оборотною екзотермічною реакцією, що протікає зі зменшенням обсягу газу
2SО2 + О2 = 2SО3 + Q
Виходячи з принципу Ле-Шательє, рівновага даної реакції зміщується у бік утворення SО3 при зниженні температури і збільшенні тиску газового середовища. Однак, оскільки у випалювальному газі концентрації сірчистого газу і кисню невеликі, збільшення тиску в сірчанокислотному виробництві недоцільне, і основним регулятором рівноваги реакції окислювання сірчистого газу є температура.
Однак, навіть при високих температурах швидкість окислювання SО2 у SО3 мала, тому для прискорення процесу необхідно використовувати каталізатор.
На сірчанокислотних заводах як каталізатор використовують, головним чином, ванадієві контактні маси із вмістом V2О5 приблизно 7 %, інше — носій, у якості якого застосовують високопористі алюмосилікати, оксиди лужних металів.
Для досягнення максимальної швидкості окиснення SО2 у SО3 процес варто починати при температурі 600 °С і закінчувати при 400 °С. Конструкції сучасних полочних контактних апаратів забезпечують ці умови.
Схема одержання сульфатної (сірчаної) кислоти контактним способом наведена на рис. 1.
Рис. 1 .Схема виробництва сірчаної кислоти контактним способом:
1, 2 — промивні вежі (порожниста і з насадкою); З — електрофільтр; 4 — вежа з насадкою; 5— турбокомпресор; 6— теплообмінник; 7— контактний апарат, 8— холодильник; 9 — вежа для абсорбера; 10 — вежа для зрошення; 11 — кислотний холодильник; 12— збірник; 13— відцентровий насос
Контактне відділення (рис. 1) включає трубчастий теплообмінник 6 і контактний апарат 7. Сухий і холодний очищений газ подається турбокомпресором 5 у міжтрубний простір теплообмінника 6 для попереднього нагрівання. Підігрітий газ, проходячи між трубками теплообмінників, що розташовані у контактному апараті між полками з контактною масою, нагрівається до 450 °С і надходить на верхній шар каталізатора, де 70...75 % первісного SО2 окислюється до SО3. За рахунок тепла, що виділяється внаслідок реакції, температура газу підвищується до 590...600 °С. Потім газ направляється у внутрішній теплообмінник, де охолоджується до 450...490 °С. Охолоджена суміш SО2 + SО3 подається через другий шар каталізатора, на якому продовжується подальше окиснення SО2 у SО3, упритул до перетворення 97—98 % SО2 у SО3. Окислений газ, що має при виході з контактного апарата температуру 400—430 °С, надходить у теплообмінник 6, де охолоджується до 200 °С, а потім у холодильник 8, де його температура знижуються до 60—80 °С.
Охолоджений окислений газ у четвертій стадії процесу виробництва сульфатної кислоти направляється в абсорбційне (поглинальне) відділення цеху. Поглинання газу водою описується рівнянням:
SО3 + Н2О → H2SО4 + Q
Однак, поглинати SО3 чистою водою недоцільно, оскільки за рахунок тепла, що виділяється при реакції, вода перетворюється на пару, утворюючи в подальшому дрібні крапельки кислоти — туман, уловити який у подальшому дуже важко. Тому SО3 поглинають концентрованою сульфатною кислотою за дві стадії.
Промисловість випускає технічну, акумуляторну і реактивну сульфатну кислоти. Ці види кислот відрізняються за призначенням та за вмістом основного компоненту і домішок.
Дата добавления: 2015-11-16; просмотров: 74 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Загальні принципи інтенсифікації хімічних процесів, основні напрями їх вдосконалення і розвитку | | | Технологія виробництва нітратної (азотної) кислоти |