Производство серной кислоты

 

В промышленных условиях процесс  протекает в кинетической области.

 

Катализатор активен в  интервале температур 400-600⁰ С.

 

Температура

 

Температура: определяется интервалом активности катализатора: 400-600⁰ (±20⁰ в зависимости от марки катализатора)

 

Процесс обратимый, экзотермический; следовательно, его надо проводить  по линии оптимальных температур

 

Положение ЛОТ

Зависит от равновесной кривой, а она от концентрации SO₂

 

Наклон адиабаты определяется величиной адиабатического разогрева

 

∆ t = ∆ H×Cso₂× x / C_р

 

 

∆ t ~ 28⁰ на 1% окисленного SO₂

 

Чем > Cso₂ и чем > t зажигания катализатора, тем >∆ t

 Контактный  аппарат : большая часть рабочей линии должна находится в области оптимальных температур: секционирование режим вытеснения, в котором каждая секция работает в адиабатическом режиме  ( промежуточное охлаждение теплообменом или байпасом)

с увеличением объема катализатора для ↑τ.

 

 

Выбор соотношений  исходных веществ.

 

 

Процесс с избытком кислорода : при этом возрастает степень превращения SO₂  в SO₃ и увеличивается скорость процесса

Cso₂ ~ 10% - определяется условиями автотермичности и ЛОТ

 

 

ДКДА- вывод SO₃ после 3^го слоя катализатора на абсорбцию, а затем возврат на 4^ю полку: при этом количество кислорода на единицу SO₂ возрастает, повышается степень превращения SO₂ , растет интенсивность процесса.

 

Давление

 

В современных системах не используют  повышение давления, поскольку ДКДА и ЛОТ позволяют  получить степень превращения SO₂ в SO₃ 99,7  99,8%

 

 

Абсорбция SO₃

 

Задача:

• Выдать продукт заданного качества
• Максимально поглотить SO₃

 

В настоящее время в  нашей стране производят два сорта  серной кислоты, концентрация которых  определяется температурой кристаллизации :

 

Контактная 92,5 % H₂SO₄                                           t _кр =  22 ⁰С

 

Олеум  20 % SO₃                                                                 t_кр =  +2⁰ С

 

                    →

SO_{3 г} + H₂O = H₂SO_{4  ж}             ∆ H = 130 кДж/моль

 

Реакция в условиях процесса абсорбции (до 100⁰С, необратимая (разложение t _H2SO4 ~ 275⁰) ) ; сильно экзотермическая, гетерогенная (Газ – Жидкость)

 

Выбор условий будет определяться киническим процессом абсорбции:

                                           *

r = К абс × F ( P _SO3 - P _SO3 )

 

P _SO3 – парциальное давление SO₃ в газе поступающем на абсорбцию.

 

Определяется предыдущей стадией окисления SO₂ в SO₃. При 8 %  SO₃ :

 

Р _SO3  = 710*0,08 = 60,8 мм Нg

                                                     

Условие абсорбции :    P _SO3 >P* _SO3

 

*P _SO3  - парциальное ( равновесное ) давление SO₃ над поглощающей плотностью               ( абсорбентом) –зависит от поглотителя и температуры

                                                                              *

Над поглотителем должно быть не только P _SO3  , но и минимальное парциальное давление паров воды, в противном случае в газовой фазе происходит образование серной кислоты, которая конденсируется  в туман , не улавливаемой абсорбционной аппаратурой

 

 

Поэтому поглощать водой  нельзя: образуется туман и выделяется большое количество тепла

 

С повышением концентрации водного раствора серной кислоты  общее давление паров над раствором  понижается и достигает минимума в азеотропной точке  системы  H₂O SO₃ 98,3%

 

H₂SO₄ ( t _кип – 338,8 ⁰С) Общее давление паров над этой кислотой при 40 ⁰С 10^-3 мм ( над чистой водой 53,5 мм Нg )

 

Поэтому орошение ведут кислотой с концентрацией 98,3 % , закрепляя  ее на 1 – 2%

При этом температура абсорбции  повышается на 20 ⁰С

                                                                                                             

Если взять кислоту  более низкой концентрацией, возрастает P*_H2O и возможно образование сернокислотного тумана ; если более – возрастает P*_SO3 и ухудшится абсорбция из-за  уменьшение движущей силы процесса.

 

Процесс ведут при температуре 40⁰С. С увеличением температуры скорость абсорбции несколько уменьшается, но при более низкой температуре возможна конденсация H₂SO₄ в объеме абсорбера , образование тумана, ухудшение экологической обстановки на выхлопе (« кислотные дожди»).

 

В абсорбере используется противоток, поскольку при  этом большая движущая сила не только массо-, но и теплопередачи.

 

В выбранных условиях степень  абсорбции составляет 99,9% .Поэтому  газы без очистки выбрасывают  в трубу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные для расчета

 

 

Показатель	Условные                                    обозначения	Единица измерения	Значение
Степень превращения серы в SO2.	КS	%	95,0
Степень превращения      SO2 в SO3.	КSO2	%	99,7
Степень абсорбции SO3	КSO3	%	99,9
Содержание SO2 в газе, поступающем в контактный аппарат.		% (по объему)	9,0
Содержание H2SO4 в целевом продукте		% (по массе)	92,8
Базис расчета, количество H2SO4 в продукте		кг	5000

 

 

 

 

 

 

 

 

Блок-схема производства

 

 

                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет основных технологических показателей процесса

 

1. Расходные коэффициенты по сырью

 

а) теоретический

 

             М_S              32

γ_стех = ——— = ——— = 0,33

           М_Н2SO4          98

 

б) практический

γ = 0,33*Kso3*Kso2

   _____________  =   0,35

                   Ks   

 

Теоретический расходный  коэффициент характеризует минимальный  расход сырья на единицу массы  продукта. Практический расходный коэффициент  больше теоретического из-за неполноты  использования сырья, так как  выхлопные газы содержат некоторое  количество SO₂ и SO₃.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

  В производстве H2SO4 соблюдены основные направления развития химической промышленности:

1. Технология малоотходная – переход сырья в целевой продукт достигает 99,9 %.
2. Энергосберегающее, так как процесс обеспечивает сам свое энергосбережение.

Эта химическая технология обладает рядом функций:

1. Рациональное использование сырья и энергии.
2. Масштабность и дешевизна.

Поскольку процесс непрерывен, он обладает рядом достоинств:

1. Большое количество продукта с 1 объема аппарата – высокая    интенсивность процесса.
2. Исключение потерь тепла из – за термодинамичности – нагрев – охлаждение.
3. Легкость автоматизации.

Также процесс учитывает  основные принципы химической

технологии:

1. Наибольшая интенсивность процесса;
2. Наилучшее использование сырья;
3. Наибольшее использование энергии.

Вывод: процесс экономичен, многотоннажен, прост, эффективен,Хорошо отработан в производстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

 

1. «Химическая технология».  Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений / Соколов Р.С., 1999 год. – 149-181 с.

 

2. «Расчёт материального баланса химико-технологических систем                         

интегральным методом». Г.Н. Кононова, В.В. Сафонов, С.Н. Смирнова, В.Н. Цыганков. Москва, 2006 год.

 

3. Лекции по «Общей химической технологии» .

 

4. Ресурсы сети Интернет.