Проект организации производства серной кислоты

3.1 Технология производства серной кислоты контактным способом

Производство серной кислоты контактным способом включает четыре стадии: получение  диоксида серы; очистку газа от примесей; получение триоксида серы; абсорбцию  триоксида серы.

Первая стадия связана с получением диоксида из колчедана, который обжигают в печах, где протекает необратимая  реакция

4FeS2+llO2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q.

Ускорение этой реакции, а следовательно, интенсификация процесса обеспечивается тонким измельчением сырья, тщательным его перемешиванием и избытком воздуха  или обогащением воздуха кислородом.

Измельченный серный колчедан обжигают в печах механических полочных, пылевидного  обжига и со взвешенным (кипящим) слоем  колчедана (рис. 2.1.). Последние печи более эффективны.

Образующийся при обжиге колчедана  огарок характеризуется содержанием  железа до 50 % и после соответствующей  подготовки может быть использован  для производства чугуна. Из 1 т колчедана  получается 0,72...0,75 т огарка.

Печные газы, получаемые при обжиге колчедана, содержат много пыли, для  улавливания которой применяют  циклоны и электрофильтры (вторая стадия производства серной кислоты). В циклонах пыль оседает под действием  центробежных сил. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высокого напряжения (60000... 70000 В). Запыленный газ проходит между пластинами электрофильтра, где  пылинки заряжаются и оседают  на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая  пыль падает в бункер электрофильтра, из которого затем удаляется.

В электрофильтрах газ очищается  до остаточного содержания пыли примерно 0,2 г/м3,чего вполне достаточно для переработки  сернистых газов в серную кислоту  нитрозным способом. Контактный способ требует более тщательной очистки  не только от пыли, но и от газообразных примесей "отравляющих" катализатор, использующийся при окислении доксида  серы.

Обжиговый газ после пылеочистки  в электрофильтрах имеет температуру  около 350 °С и содержит остатки пыли, а также газообразные примеси соединений мышьяка (As2O3), селена (SeO2) и других элементов, способные разрушать катализатор и снижать его активность.

Рис. 2.1. Печь для обжига колчедана  в кипящем слое

Примеси селена целесообразно извлекать  из газа и как необходимый промышленности материал. Для очистки газа предусматривается  система промывных башен, электрофильтров  и сушильных башен. Третья стадия производства серной кислоты является основной. Сухой очищенный газ  поступает на контактное окисление SO2 до S03, которое происходит по обратимой  экзотермической реакции, протекающей  с уменьшением объема газа:

Равновесие данной реакции сдвигается в сторону образования SO3 при снижении температуры и увеличении давления газовой среды. Однако, поскольку  в обжиговом газе концентрация сернистого газа и кислорода невелика (содержание балластного азота в газе превышает 80%), увеличение давления в сернокислотном производстве нецелесообразно, в связи с чем основным регулятором равновесия реакции окисления сернистого газа является температура.

Скорость процесса окисления SO2 при  отсутствии катализатора даже при высоких  температурах мала.

На сернокислотных заводах нашей  страны в качестве катализатора используют главным образом ванадиевые контактные массы с содержанием V205 примерно 7 %, а также включающие оксиды щелочных металлов и высокопористые алюмосиликаты  в качестве носителя.

Для достижения максимальной скорости окисления SO2 в SO3 процесс следует  начинать при температуре около 600 °С и заканчивать при 400 °С. Конструкции  современных полочных контактных аппаратов  обеспечивают эти условия. При тщательной очистке газа контактная масса сохраняет  активность на протяжении нескольких лет. Самая высокая активность катализатора и выгодные температурные условия  процесса катализа достигаются в  аппаратах со взвешенным (кипящим) слоем.

Контактное отделение (рис. 2.2) включает трубчатый теплообменник 6 и контактный аппарат 7. Сухой и холодный очищенный  газ подается турбокомпрессором 5 в  межтрубное пространство теплообменника 6 для предварительного нагрева. Подогретый газ,проходя между трубками теплообменников, расположенных в контактном аппарате между полками с контактной массой, нагревается до 450 °С и поступает  на верхний слой катализатора, где 70...75 %

Рис. 2.2. Схема производства серной кислоты контактным способом: 1, 2—промывные башни (полая и с насадкой); 3 —  электрофильтр; 4 — башня с насадкой; 5 - турбокомпрессор; 6 - теплообменник; 7 — контактный аппарат; 8 - холодильный; 9 — башня для абсорбера; 10 - башня  для орошения; 11 — кислотный холодильник; 12 — сборник; 13 -центробежный насос

Олеум в результате реакции теплоты  температура газа повышается до 590...600 °С. Затем газ направляется во внутренний теплообменник, где охлаждается  до 450...490 °С. Охлажденная смесь SO2 + SO3 подается через второй слой катализатора, на котором продолжается дальнейшее окисление SO2 в SОз. Обычно газ проходит через 3...5 решетчатых полок с контактной массой и расположенными между ними теплообменниками, в результате чего 97...98 % SO2 превращается в SОз. Окисленный газ, имеющий при выходе из контактного аппарата температуру 400...430 °С, поступает в теплообменник 6, где охлаждается до 200 °С, а затем в холодильник 8, где его температура снижается до 60...80 °С. Автотермичность процесса окисления SO2 в SОз позволяет эффективно использовать теплоту, выделяющуюся в ходе реакции.

В четвертой стадии процесса производства серной кислоты охлажденный окисленный газ направляется в абсорбционное (поглотительное) отделение цеха. Абсорбцию  триоксида водой осуществлять нецелесообразно, так как реакция SO3 + H2O-->H2SO4 + Q будет  протекать в газовой фазе (за счет выделяющейся теплоты вода превращается в пар) с образованием мельчайших капелек кислоты (тумана), который  очень трудно улавливается. Поэтому SОз поглощается концентрированной  серной кислотой в две стадии.

Значение:

1-Тонкое измельчение.

2-Обжиг.

3-Улавливание пыли электрофильтрами.

4-Очистка газа в системе промывных  башен электрофильтров и сушильных  башен.

5-Нагрев.

6-Прохождение через первый слой  катализатора (V2O5).

7-Охлаждение во внутреннем теплообменнике.

8-Прохождение через второй слой  катализатора.

9-Охлаждение в теплообменнике  до 2000.

10-Охлаждение в холодильнике.

11-Поглощение (SO3) концентрированной  серной кислотой в две стадии.

 

                    4.Нитрозный способ производства серной кислоты.

Технологическая схема производства серной кислоты  контактным путём хорошо известна из школьных учебников. В нашей стране используется и другой, так называемый нитрозный, способ её получения.

На первой стадии, одинаковой для обоих методов, получают сернистый ангидрид SO₂. Исходным сырьём может быть, в принципе, любое вещество, содержащее серу: природные сульфиды железа (прежде всего, пирит FeS₂), а также сульфиды меди и никеля, сульфидные полиметаллические руды, гипс CaSO₄^.2H₂O и элементарные сера. Всё больше и больше используют газы, которые выделяются при переработке и сжигании горючих ископаемых (угля, нефти), содержащих соединения серы.

Полученный  SO₂ окисляют до H₂SO₄, используется для этого в нитрозном методе используется окислы азота. С этой стадии оба метода отличаются друг от друга.

В специальной  окислительной башне 3 смешивают  окись азота NO и NO₂ с воздухом в таком соотношении, чтобы половина имеющихся NO и NO₂.

2NO + O₂ ® 2NO₂

В результате газовая смесь содержит равные NO и NO₂. Она подаётся в башни 4 и 5, орошаемые 75% - ной серной кислотой; здесь смесь окислов азота поглощается с образованием нитрозиллерной кислоты:

NO + NO₂ + 2H₂SO₄ ®2NO(HSO₄) + H₂O

Раствор нитрозиллерной кислоты в серной кислоте, называемый нитрозой, орошает  башни 1 и 2, куда противотоком поступает  SO₂ и добавляется вода. В результате гидролиза нитрозиллерной кислоты образуется азотная кислота:

NO(HSO₄) + H₂O®H₂SO₄ + HNO₂

Она - то и окисляет SO₂ по уравнению:

SO₂ + 2HNO₂®H₂SO₄ + 2NO

В нижней части башен 1 и 2 накапливается 75%-ная  серная кислота, естественно, в большем  количестве, чем её было затрачено  на приготовление нитрозы (ведь добавляется  «новорождённая» серная кислота). Окись  азота NO возвращается снова на окисление. Поскольку некоторое количество её меряется с выхлопными газами, приходится добавлять в систему HNO₃, служащую источником окислов азота.

Недостаток  башенного метода состоит в том, что полученная серная кислота имеет  концентрацию лишь 75% (при большей  концентрации плохо идёт гидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислоты упариванием представляет дополнительную трудность. Преимущество этого метода в том, что примеси  содержащиеся в SO₂, не влияют на ход процесса, так что исходный SO₂ достаточно очистить от пыли, т.е. механических загрязнений. Естественно, башенная серная кислота бывает недостаточно чистой, что ограничивает её применение.

5.Технические параметры серной кислоты

 

ГОСТ 2184-77

Массовая  доля серной кислоты (H2SO4), %, не менее 95,0-96,5

Массовая  доля железа (Fe), мг/кг 75

Массовая  доля меди (Cu), мг/кг 0,2

Массовая  доля хрома (Cr), мг/кг 0,7

Массовая  доля молибдена (Mb), мг/кг 0,1

Массовая  доля диоксида серы (SO2), мг/кг 20

Массовая  доля свободной серы (S), мг/кг 0,15

Массовая  доля органических веществ, у.е. оптическая плотность. 0,08

 

Упаковка

Упаковывают в кварцевые или стеклянные емкости в зависимости от марки кислоты.

Транспортировка

Транспортируют  в цистернах из кислотостойкой стали Ст3. Все люки цистерны после налива закрываются крышками на все болты с установкой фторопластовой прокладки или другого коррозиестойкого материала по отношению к кислоте.

Срок хранения

Один  месяц со дня изготовления. Хранится в емкостях из стали марки Ст3 или

специальной стали, как не футерованных, так и футерованных кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивым материалом.

6.Применение Реактивной и Технической серной кислоты.

• Значительные объёмы серной кислоты расходуются на производство фосфорной кислоты из природных фосфатов. В дальнейшем полученная фосфорная кислота расходуется на производство удобрений и моющих средств (например, тринатрийфосфат);
• для улавливания аммиака из отходящих газов коксохимических производств с целью получения сульфата аммония, используемого в качестве удобрения;
• для производства сульфата алюминия - исходного соединения для получения коагулянтов для очистки питьевой и промышленной воды - по реакции серной кислоты с природным бокситом;
• при промышленном получении взрычатых веществ - как компонент нитрующих смесей;
• в промышленном органическом синтезе как дегидратирующий агент при получении диэтилового эфира, в реакциях этерификации и прочих процессах;
• в реакциях сульфирования органических соединений, используемых в дальнейшем в качестве фармацевтических препаратов, исходных соединений для получения синтетических красителей и прочих органических интермедиатов;
• как катализатор в синтетическом и индустриальном органическом синтезе, в том числе в реакциях алкилирования, например, получения изооктана из изобутилена и изобутана, а также превращении циклогексаноноксима в капролактам;
• в нефтехимической промышленности для очистки масел;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• как осушающий агент для газов в промышленности и в лабораторных условиях;
• в металлообработке для очистки металлических поверхностей от оксидов, а также в процессах электролиза.

 

Выбор и расчет потребности в основном технологическом оборудовании для выполнения программ

       Расчет производственной мощности предприятия является важнейшим этапом обоснования производственной программы. На основе расчетов производственной мощности выявляются внутрипроизводственные резервы роста производства, устанавливаются объемы выпуска продукции и определяется потребность в увеличении производственных мощностей за счет технического перевооружения, реконструкции и расширения действующих и строительства новых мощностей.

       В общем виде  производственную мощность можно  определить как максимально возможный  выпуск продукции в соответствующий  период времени при обозначенных  условиях использования оборудования  и производственных ресурсов (площадей, энергии, сырья, живого труда). Ведущим фактором, влияющим на  производственную мощность и  определяющим ее название, является  оборудование, то есть средство  изменения материальной составляющей  производственного процесса.