II стадия: Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
Промышленный способ получения серной кислоты: научные принципы данного химического производства. Экологические проблемы, возникающие при этом производстве.
Общие научные принципы химического производства:
1. Непрерывность.
2. Противоток
3. Катализ
4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
5. Теплообмен
6. Рациональное использование сырья
«О промышленном развитии страны можно судить по количеству серной кислоты, которую она потребляет» (Ю.Либих)
Ежегодно производство серной кислоты в мире превышает 100 млн.тонн. В настоящее время серную кислоту во всем мире получают контактным способом. Этот процесс включает три стадии.
S I II III
FeS2 SO2 SO3 H2SO4
H2S
В качестве сырья для производства серной кислоты служат как природное сырье: FeS2 – пирит, сера, сульфаты, сульфиды металлов, так и отходы других производств: H2S – сероводород, SO2 – сернистый газ.
Мы рассмотрим производство серной кислоты из пирита.
I стадия: Обжиг пирита в «кипящем слое».
4 FeS2 + 11О2 → 2 Fe2О3 + 8 SO2 + Q
- реакция экзотермическая, необратимая, некаталитическая, гетерогенная.
Желательно эту реакцию проводить при таких условиях, когда, содержащаяся в пирите, сера наиболее полно используется для получения SO2 и реакция протекает быстро. Производительность печи растет с увеличением скорости реакции обжига. Этого добиваются применяя оптимальные условия для данной реакции.
|
|
|
1. Измельчение пирита - Пирит перед обжигом измельчают до оптимальных размеров, увеличивая площадь его соприкосновения с кислородом воздуха. Частицы не должны быть крупными иначе они будут обжигаться только на поверхности, а внутри останется непрореагировавший пирит – это приведет к потерям сырья. Но и слишком мелкими тоже не должны быть, т.к. в этом случае произойдет слеживание, уплотнение слоя, через который кислород почти не проходит и площадь соприкосновения уменьшается, что приведет к уменьшению скорости реакции.
2. Обогащение воздуха кислородом – таким образом увеличивается концентрация одного из реагирующих веществ, что также способствует увеличению скорости реакции.
3. Обжиг пирита в кипящем слое - Чтобы увеличить скорость обжига используют принцип противотока – сверху в печь подают измельченный пирит, а снизу - воздух, обогащенный кислородом. Воздух вдувается через множество трубок под определенным давлением, которое отрегулировано так, чтобы частицы пирита не распылялись и не слеживались. Частицы оказываются в подвешенном состоянии, создавая иллюзию кипящей жидкости. Поэтому такой слой мелких частиц называется – кипящим. Таким образом, увеличивается площадь соприкосновения пирита и кислорода, каждая твердая частица омывается воздухом 
увеличивается скорость реакции.
|
|
|
Раньше этот процесс длился 5-6 часов, а теперь занимает считанные секунды.
4. Поддержание определенной температуры - оптимальной считается температура 800оС. Именно при этой температуре увеличивается число активных молекул, с достаточной кинетической энергией скорость реакции увеличивается. Но реакция экзотермическая, идет с выделением тепла, а значит температура будет повышаться и произойдет спекание частиц пирита. Чтобы избежать этого избыток теплоты отводят. В реакционный аппарат встраивают трубки, по которым пускают холодную воду. Нагреваясь, вода забирает лишнее тепло и превращается в водяной пар, который используется для производства электроэнергии или других целей.
Процесс обжига пирита непрерывный и механизированный. Пирит подается ленточным транспортером в бункер и из него в печь. Огарок, образующийся в процессе обжига, частично уносится печным газом, частично выводится через боковое отверстие в печи.
|
|
|
Оптимальные условия: 1. t = 800оС
2. Измельчение пирита
3. Обогащение воздуха кислородом
4. Противоток пирита и воздуха
5. Обжиг пирита в «кипящем слое»
6. Теплообмен
Промежуточными стадиями являются очистка, осушение, теплообмен.
Печной газ, полученный при обжиге пирита, содержит примеси: огарок Fe2O3, N2, O2, примеси Cu, Ag, Zn, соединения As, водяные пары. Поэтому вначале необходимо этот газ очистить от пыли. Это осуществляется при помощи 2 аппаратов: циклона и электрофильтра. Вначале газ направляют на очистку от крупной пыли в циклон. Он состоит из двух цилиндров, вставленных один в другой. Газ подается сбоку в наружный цилиндр и перемещается сверху вниз по спирали. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам наружного цилиндра и падают в бункер, откуда затем удаляются. Очищенный газ по внутреннему цилиндру из аппарата уходит. Циклон – простой и экономичный аппарат, но он не очищает газ от мелких пылинок.
|
|
|
От мелкой пыли газ очищают в электрофильтре. Он состоит из мелких сеток, между которыми протянута проволока . К ней подведен ток высокого напряжения(60000В). При этом проволока заряжается «-», сетки «+» . газ поступает в камеру снизу. Под действием сильного электрического поля частицы пыли ионизируются и притягиваются к сеткам. Там они теряют свой заряд и падают вниз, в специальный бункер.
Но газ еще насыщен водяным паром, поэтому далее его направляют в сушильную башню. Сушильная башня заполнена керамическими кольцами, чтобы увеличить площадь соприкосновения газа и концентрированной серной кислоты. Сернистый газ поступает в башню снизу, а сверху разбрызгивается концентрированная серная кислота (принцип противотока). Кислота, стекая по кольцам вниз, образует на их поверхности пленку. При этом площадь соприкосновения кислоты и газа многократно увеличивается.
Очищенный газ подогревают в теплообменнике, используя тепло IIстадии процесса: газовую смесь перед началом реакции окисления сернистого газа нужно нагреть, т.к. в процессе очистки она охлаждается. Поэтому перед контактным аппаратом помещают теплообменник. Горячий газ из контактного аппарата пропускают по трубам теплообменника, а между ними в противоположном направлении пропускают подогреваемую смесь газов. Таким образом происходит теплообмен между продуктами реакции и исходными веществами, поступающими в контактный аппарат.
II стадия: Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
2 SO2 + О2 
2 SO3 +Q
- реакция экзотермическая, обратимая, каталитическая, гетерогенная за счет катализатора, идет с уменьшением объема.
Процесс проводят в контактном аппарате, представляющем собой цилиндр. В нем, на специальных полках, слоями размещен катализатор (V2O5). Между полками с катализатором размещаются трубки теплообменника. При этом одновременно решается проблема нагревания сернистого газа и охлаждения до необходимой температуры серного газа (принцип теплообмена).
Оптимальные условия: 1. t= 400 – 500оС
2. Повышение давления
3. Окисление в «кипящем слое» катализатора.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 451; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!