Производство серной кислоты

     1.3.2 Контактный метод 

     По  контактному методу окисление двуокиси серы осуществляют на поверхности твердого катализатора. Образующаяся трехокись серы непосредственно соединятся с водой, превращаясь в серную кислоту. Принципиальная схема производства серной кислоты по контактному методу изображена на рисунке 5. 

     Рисунок 5 - Схема производства серной кислоты контактным методом [1] 

     1-промывная  башня; 2-электрофильтр; 3-сушильная башня; 4-теплообменник;

5-контактный  аппарат; 6-холодильник; 7, 8-поглотительные  башни; 9-сборники;

10-холодильники  для кислоты.   
 
 
 
 
 

                                                                                                                                    17

  Сернистый газ из печей, прошедший через сухие электрофильтры, поступает для окончательной очистки от пыли в промывную башню 1.

      Для освобождения от соединений мышьяка и сернокислотного тумана газ проходит через мокрый электрофильтр 2. При этом газ увлажняется.  Для освобождения от влаги газ осушается концентрированной серной кислотой в сушильной башне 3. Очищенный сухой газ, подогретый в теплообменнике 4 за счет тепла газов, идущих из контактного аппарата 5, поступает в контактный аппарат 5, заполненный контактной массой (катализатором), где SO₂ окисляется в SO₃. Газ, идущий из контактного аппарата 5, пройдя теплообменник 4 и холодильник 6, проходит далее через две поглотительные башни 7,8, где трехокись серы поглощается серной кислотой. В башне 7 образуется олеум, а в башне 8 – 98% кислота H₂SO₄. Для сохранения постоянства концентрации кислоты, орошающей поглотительные башни 7,8 и сушильную башню 3, в башни 7 и 3 добавляется часть кислот из башни   8, а в башню 8 добавляется часть кислоты из башни 3. Если влаги, поступающей с газом, недостаточно для образования продукционной кислоты, в систему добавляют воду. В зависимости от того, какой концентрации желают получить готовую кислоту, продукцию отбирают из сушильной башни 3 или из поглотительных башен 7,8.

      Таким образом, основными стадиями контактного  процесса являются:

     - специальная очистка газа;

     - осушка газа;

     - контактное окисление двуокиси серы;

- поглощение  трехокиси серы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                        18

2 Технологическая  схема получения  серной кислоты  контактным методом  на колчедане

     На  рисунке 6 изображена технологическая  схема получения серной кислоты контактным методом на колчедане.

     

     Рисунок 6 -Технологическая схема получения  серной кислоты контактным методом  на колчедане  [1]                                                                                            19

1,2-промывные  башни; 3,5-мокрые электрофильтры; 4 -увлажнительная  башня; 6,7-сушильные башни; 8-компрессоры; 9-пусковой подогреватель; 10-топка  пускового подогревателя; 11-теплообменник; 12-контактный аппарат;

13-холодильник  трехокиси серы; 14-олеумная поглотительная  башня;

15 -поглотительная  башня для безводной серной  кислоты; 16-отстойники для кислоты; 17,18,19-сборники кислоты; 20,22,24,26,28,29-холодильники  для кислоты;

21,23,25,27-напорные  баки; 30-башня для выдувания двуокиси серы. 

      Обжиговый газ, после очистки в сухих  электрофильтрах, последовательно  проходит две промывные башни 1,2, а затем через первые два мокрых электрофильтра 3, увлажнительную башню 4 и вторые два электрофильтра 5.

      Очищенный увлажненный газ последовательно проходит через две сушильные башни 6,7 и компрессором 8 подается в контактный узел.

      Подогретый  в теплообменнике 11, за счет тепла  газа, идущего из контактного аппарата 12, газ поступает в контактный аппарат и возвращается из него через теплообменник 11.

      Во  время пуска подогрев газа осуществляется в подогревателе 9 за счет тепла топочного  газа, получаемого в топке 10.

      После теплообменника 11 газ дополнительно  охлаждается в воздушном холодильнике 13 и проходит две поглотительные башни: 14 – для олеума, 15 – для безводной серной кислоты, в которых трехокись серы поглощаются  орошающей кислотой. В соответствии  с растворимостью сернистого газа в серной кислоте, в сушильной башне поглощается кислотой некоторое количество двуокиси серы. Для освобождения сушильной кислоты  двуокиси серы кислота из первой сушильной башни пропускается через небольшую башню 30, в которой она продувается воздухом. Воздух вместе с выделенной из кислоты двуокисью серы направляют в трубопровод, подводящий газ к первой сушильной башне. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                                     20 
 
 

     3. Технологические  расчеты оборудования 

     3.1 Технологический  расчет печи обжига колчедана 

     3.1.1 Исходные данные: 

     - Производительность по пириту, т/сутки…………………………………..350

     - Состав пирита, % мас.:

     - FeS₂ …………………………………………………………….…………......92

     - SiO₂……………………………………………………………...……….……..7

     - Al₂O₃…………………………………………………………………………....1

     - Состав окислителя (воздуха), % мас.:

     - O₂ …………………………………………………………………………….20,5

     - N₂……………………………………………………………………………..79,5

     - Избыток воздуха составляет, % от  стехиометрии………………………….20

     - Степень реагирования пирита,%………………………………………….....98

     - Температура поступающих в печь продуктов, ^оС………………………….23

     - Температура отходящих из печи  продуктов, ^оС…………………………..830

- Хладоагент  для отвоза избыточного тепла(воздух):

  - T_H, ^оС…………………………………………………………………………..23

  - T_H, ^оС………………………………………………………………………….120

     - Пылеунос с твердого продукта, % мас.  ………………………………. ….14

     - Тепловые потери, % от выделяющихся  по реакции (I)……………………...3

     - Теплоемкость шлака, С _шлака , кДж/(кг·К)…………………….………..,….0,71

     - Теплоемкость воздуха, С_возд, кДж/(кг·К)………………………………,…….1

     - Теплоемкость пирита, С_пирита, кДж/(кг·К)…………………………………0,52

     - Теплоемкость двуокиси серы, С_so2,кДж/(кг·К)…………………………....0,75

     - Атомная масса:

     - Fe…………………………………….……………………………………...55,849

     - S……………………………….…………………………………………... 32,064

     - O…………………………………………………………………………….15,999

- производительность  по колчедану, т/сут…………………….………….350

- температура  в печи, Т ^оС……………………………………………………830

- степень выгорания  серы, η %………………………………………………..98

- время пребывания  газа в печи, с ………………………………………..….8

- скорость  газа в печи, W м/с…………………………………………………….1

- концентрация SO₂ в газе С_SO2, %…………………………………………..15

- содержание  серы в колчедане C_s ,%……………………………………….92 
 
 

                                                                                                                                      21

     3.1.2 Материальный баланс обжига колчедана 

      Процесс горения колчедана складывается из стадий:

     - термическое разложение FeS₂:

2FeS₂ = 2FeS + S₂;

     - горения серы:

S₂ + 2O₂ = 2SO₂;

     - окисления FeS₂, которое суммарно может быть окислено уравнениями:

4FeS2 + 7O₂ = 2Fe₂O₃ + 4SO₂ или 3FeS + 5O₂ = Fe₃O₄ + 3SO₂.                                                                                                                            

     Окончательное горение колчедана представляют общими уравнениями: 

     - при образовании окиси железа:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3372кДж;

     -  при образовании закись – окись  железа:

3FeS₂ + 8O₂ = Fe₃O₄ + 6SO₂ + 243,8 кДж.

      Определим секундный расход пирита и содержание примесей в нём

G = 350×1000/24×3600 = 4,051кг/с;

G(SiO₂) = %×SiO₂/100×G = 7/100×4,051 = 0,283кг/с;

G(Al₂O₃) = %× Al₂O₃/100×G = 1/100×4,051 = 0,040кг/с.

     Определим массу прореагировавшего пирита

G(FeS₂) = G×%FeS₂/100×0,98 = 4,051×92/100×0,98 = 3,652кг/с.

      Определим массу непрореагировавшего пирита

G_{непрореаг.}(FeS₂) = G×G(FeS₂)×G(SiO₂)×G(Al₂O₃) = 4,051×3,652×0,283×0,040;

G_{непрореаг.}(FeS₂) = 0,076кг/с. 

      Оценим  количество реагентов в уравнении

4FeS₂ = 4 (55,849 + 2×32,064)= 480;

11О₂ = 11 (15,999×2) = 352;

2Fe₂O₃ = 2 (2×55,849 + 3×15,999) = 320;

8SO₂  = 8 (32,064 + 2×15,999) = 512.

  Определим количество кислорода 

     

     Отсюда,

                                   22

                                                                                                                                                      

                                                                                                                                                        

     С учетом избытка кислорода получаем

     Отсюда  избыток кислорода

X_изб.О₂=3,213-2,678=0,535кг/с. 

     Определим количество воздуха подаваемого  в аппарат

     Определим количество азота N₂ в подаваемом воздухе

     Определим количество непрореагируемого кислорода

     Определим количество окиси железа

     480 (FeS₂) ¾ 320 (Fe₂O₃)

    G(FeS₂)   ¾ X(Fe₂O₃)