Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ Институт

Химико-технологический факультет

кафедра Общей хим технологии


Д.А. Горлушко


Конспект лекций по курсу

«Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)»


Направление 240100 «Химическая разработка и биотехнология»

Магистерская программка 240100.04 Хим разработка неорганических веществ и материалов





Содержание дисциплины:

Значение Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серной кислоты в народном хозяйстве. Сырье для получения серной кислоты. Создание сернистого газа. Чистка и осушка газа, поступающего в контактное отделение. Физико-химические базы контактного окисления диоксида серы. Катализаторы для Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» окисления. Промышленные схемы контактного узла. Абсорбция серного ангидрида. Промышленные схемы производства серной кислоты. Экологические препядствия – методы чистки отходящих газов.


Томск-2008г.

Введение.

Серная кислота – это один из важных товаров, характеризующий общий уровень развития хим индустрии Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» страны. Объем производства серной кислоты исчисляется десятками миллионов тонн и посреди товаров хим индустрии она по праву занимает 1-ое место. Это разъясняется ее широким внедрением в разных отраслях индустрии. Серная кислота одна Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» из самых сильных минеральных кислот и самая доступная. Самый большой ее потребитель – создание минеральных удобрений (≈41% вырабатываемой в Рф кислоты): она нужна для получения двойного суперфосфата, фосфорной кислоты и сульфата аммония Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

Другие области внедрения серной кислоты: нефтепереработка, создание синтетических волокон, металлургия, создание красителей и пигментов, текстильная и кожевенная индустрии, гальваника, создание взрывчатых веществ и т.д.

Характеристики производства серной кислоты в Рф составили Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»:

2004 год - 9172,7 тыс.т.

2005 год – 9333,5 тыс.т.

^ Методы получения.

Начальным веществом для производства серной кислоты является сернистый ангидрид (SO2), который появляется в итоге сжигания серы либо другого серосодержащего сырья.

Переработка SO2 в Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» кислоту включает непременное его окисление до серного ангидрида (SO3) и следующую адсорбцию его водой.

SO2+1/2O2+H2O=H2SO4 (1)

Скорость взаимодействия сернистого ангидрида с кислородом по реакции(1) в обыденных критериях очень мала, потому в Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» индустрии ее целенаправлено проводить последующими 2-мя методами:

  1. контактный способ окисления SO2 кислородом на катализаторе

  2. нитрозный способ окисления SO2 при помощи оксидов азота, содержащихся в серной кислоте.

В текущее время контактным способом получают более Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» 95% от всего объема серной кислоты, олеума и 100%-ого серного ангидрида.

^ Характеристики серной кислоты и олеума.

Обширное внедрение серной кислоты разъясняется ее хим активностью: она реагирует практически со всеми металлами, их оксидами, вступает Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в реакции обменного разложения, энергично соединяется с водой, обладает сильными окислительными качествами.

В технике под серной кислотой предполагают любые консистенции серного ангидрида с водой.

Если на 1 моль ангидрида приходится более 1 моля Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» воды – это водные смеси серной кислоты.

Если на 1 моль ангидрида приходится наименее 1 моля воды – это олеум, раствор серного ангидрида в серной кислоте.

Безводная кислота при 20 0С представляет собой тусклую маслянистую жидкость Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», кристаллизующуюся при температуре 10,370С. При атмосферном давлении начинает кипеть при 296,20С, с разложением. С водой и SO3 серная кислота смешивается в всех количествах, образуя ряд соединений с разными температурами кристаллизации и некими Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» другими качествами.

Температура кипения олеума понижается с повышением содержания SO3 в нем и равна 44,70С при 100%.

Плотность аква смесей серной кислоты увеличивается с содержанием серной кислоты и добивается максимума при 98,3% H2SO4 , потом Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» несколько миниатюризируется. Плотность 100% H2SO4 составляет 1,8305 г/см3. Плотность олеума увеличивается до 62%, а потом понижается.

Наибольшая электропроводность соответствует 30% H2SO4. С повышением концентрации и содержания серного ангидрида электропроводность понижается.

^ Характеристики сернистого и Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серного ангидрида.

Диоксид серы при обыкновенной температуре тусклый газ с соответствующим резким запахом, очень раздражающий слизистые оболочки. При атмосферном давлении и температуре -10,10С преобразуется в жидкость. В одном объеме воды растворяется около Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» 40 объемов SO2, с увеличением температуры растворимость миниатюризируется. Растворимость SO2 в серной кислоте меньше, чем в воде.

Соединяясь с водой SO2 образует сернистую кислоту, которая может существовать исключительно в растворе:

SO Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»2+H2O↔H2SO3

В хим реакциях сернистый ангидрид может быть как окислителем, так и восстановителем.

Серный ангидрид в обыденных критериях тусклый газ. На воздухе с парами воды образует туман серной кислоты Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». Сжижается при 44,750С с образованием тусклой воды. Жесткий существует в нескольких формах:

α-форма SO3 Tпл=16,80С

β-форма S2O6 Tпл=32,50С

γ-форма S3O9 Tпл=62,30С

σ-форма Tпл=950С

Формы отличаются друг от друга кристаллической решеткой Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», хим активностью и другими качествами. Твердые формы серного ангидрида образуются за счет процессов полимеризации, при хранении. При полимеризации выделяется различное количество теплоты.

SO3(ж)↔α-SO3(тв) +7,1 кДж/моль

α-SO3(тв) ↔β-SO3(тв Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»)+3,48 кДж/моль

α-SO3(тв) ↔ γ-SO3(тв)+14,33 кДж/моль

Твердые формы при нагревании диссоциируют.

С водой SO3 реагирует энергично с образованием серной кислоты и выделением огромного количества тепла:

SO3+H2O=H2SO4+131,1 кДж

Являясь сильным окислителем, вызывает обугливание Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» растительных и животных тканей.

Водянистый SO3 смешивается с сернистым ангидридом во всем, жесткий растворяется в водянистом SO2 не реагируя химически.

^ Сорта серной кислоты.

Индустрия выпускает несколько видов серной кислоты Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», различающихся содержанием Н2SO4 и SO3 (своб.), также количеством и составом примесей. Все требования, предъявляемые к сортам серной кислоты, регламентируются эталонами и систематически пересматриваются в согласовании с переменами техники производства кислоты и нужд Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» ее потребителей.

Нитрозным способом получают сравнимо низкоконцентрированную кислоту, содержащую 75% H2SO4. контактным способом может быть получена серная кислота фактически хоть какой концентрации.

Чтоб уменьшить возможность кристаллизации серной кислоты при перевозке и Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» хранении, установлены такие концентрации товарных видов серной кислоты, которые соответствуют низким температурам кристаллизации.

^ Сырье для производства серной кислоты.

Сырьем служит простая сера либо серосодержащие вещества, из которых может быть выделена сера либо получен сернистый ангидрид Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

- руды самородной серы

-сернистые соединения металлов

-сернистые соединения природных горючих газов, нефти, угля

-сульфаты

-серосодержащие отходы разных производств.

Сера. Простую серу получают из: а) самородных руд; б) сероводорода природного газа, газов нефтепереработки, коксовых газов и т Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».д.; в) сульфидных руд.

Это один из самых наилучших видов сырья:

  1. При сжигании появляется газ с огромным содержанием SO2 и О2, что в особенности принципиально при получении контактной серной Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» кислоты.

  2. После сжигания не остается огарка.

  3. Малозначительное содержание мышьяка.

  4. Дешевенький метод добычи.

Характеристики серы.

Сера проявляет обилие физ. хим параметров, что связано с ее способностью поменять валентность от -2 до +6. Не считая того жесткая Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» сера существует в 2-ух аллотропных формах:

Ромбическая Sα Тпл=112,80С

Многоклинная Sβ Тпл=119,30С (более устойчивая)

Сера обладает малой электро- и тепло-проводностью, в воде не растворима, отлично растворима в сероуглероде, ужаснее в бензине Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», ацетоне, толуоле. При плавлении возрастает в объеме на 15%.

Расплавленная сера – желтоватая легкоподвижная жидкость. Ткип=444,60С

Обжигу целенаправлено подвергать руды с содержанием серы 20% и поболее, есть месторождения с содержанием серы до 90%. Обычно серу не Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» выжигают, а выплавляют: в автоклавах, в печах, либо конкретно из подземных залежей. Последний способ более выгоден и именуется подземная выплавка серы, в первый раз был осуществлен в США. Сущность способа Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»: серу расплавляют перегретой водой, закачиваемой в скважину, а потом выдавливают сжатым воздухом. Температура поддерживается в интервале 120-1590С (т.к. при предстоящем увеличении Т увеличивается вязкость серы). Этот метод стопроцентно исключил необходимость добычи руды и ее Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» обогащение. Но способ применим к залежам, удовлетворяющим последующим требованиям:

  1. покрывающие и подстилающие породы должны быть водонепроницаемыми,

  2. лучшая глубина залегания 120-500 метров,

  3. мощность пласта от 3 до10 м.

  4. степень извлечения более 40%.

Автоклавный способ используют с Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» флотацией. Сущность: руда из карьера дробится и измельчается в шаровых мельницах, потом направляется на флотацию. Концентрат обезвоживают до 10-15% воды и направляют во флотационный автоклав, сюда же подают аква раствор Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» флотореагентов улучшающих отделение породы от серы. При смешивании в автоклаве вода диспергируется с паром, капли ее адсорбируются на поверхности частиц породы и совместно с ними всплывают на поверхность, а водянистая незапятнанная сера Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» собирается на деньке автоклава.

^ При выплавке серы в печах употребляют тепло горения самой серы, которую отчасти сжигают. Используют 2, 4 и 6-ти камерные печи. Сущность способа внедрение тепла огарка предшествующей камеры, для плавления серы в Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» следующей. В текущее время таким способом не пользуются.

^ Получение газовой серы.

Газовую серу извлекают из отходящих газов цветной металлургии содержащих SO2, газов нефтепереработки, попутных нефтяных и природных газов., содержащих H2S. Т Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».е. она является отходом и относится к дешевеньким видам сырья.

Колчеданы.

По припасам серосодержащих пиритных руд (колчеданов), наша страна занимает одно из первых мест в мире. Колчеданы – рудные материалы, в состав Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» которых входят сульфиды металлов: железа, меди, кобальта, никеля и др. Основой руд в одном случае является пирит – серный колчедан (FeS2) в других пирротин – магнитный колчедан (Feх-1Sх). в природных колчеданах содержатся примеси меди, кобальта Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», никеля, свинца, золота и др. частей. Если в рудах не считая железа не достаточно других металлов, то их употребляют в сернокислотном производстве.

Рядовые колчеданы отдельных месторождений различают по содержанию серы (30-51%), железа (18-45%), меди Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»(0,7%), кальция 2%, SiO2 (до 5%), Al2O3 0,6%.

Сернокислотная индустрия употребляет обогащенный серный колчедан. Серный колчедан FeS2 – минерал пирит либо марказит, зависимо от формы кристаллов.

^ Обжиг сырья.

Обжиг колчедана. Физико-химические базы процесса Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

При обжиге колчедана протекает ряд поочередных либо параллельно идущих реакций. Сначала происходит тепловое разложение дисульфида железа: 2FeS2→2FeS+S2 - 103,9 кДж (1)

При всем этом появляется пары незапятанной сера и сульфид железа. Дальше пары Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серы сгорают с образованием диоксида серы:

S(газ)+O2→SO2+362,4 кДж (2)

При низких температурах (250-3000С) может быть окисление пирита с образованием сульфата железа

FeS2+3O2→FeSO4+SO2 (3)

При более больших температурах (300-400) и достаточном количестве кислорода реакция Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» горения колчедана выражается уравнением:

4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2+3415,7 кДж (4)

Если кислорода недостаточно:

3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2+2438,2 кДж (5)

Сульфиды, присутствующие в колчедане образуют оксиды либо сульфаты:

2ZnS+3O2→2ZnO+2SO2

2Cu Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»2S+3O2→2Cu2O+2SO2

Количество тепла, выделяющегося при горении колчедана, находится в зависимости от степени выгорания серы и выражается

Q=Cs(выг)∙7119/53,5= Cs(выг)∙133,2

Cs(выг) – степень выгорания серы, %

7119 – теплота горения FeS Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»2 стехиометрического состава

53,5 – содержание серы в FeS2, %

Cs(выг)= Cs(факт)-β Cs(огар)

Cs(факт) – фактическое содержание серы в колчедане, %;

β – выход огарка, кг/кг;

Cs(огар) – содержание серы в огарке, %.

Окисление пирита медлительно начинается Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» при температуре 170-2600С, но температура воспламенения существенно выше и составляет для:

Пирротина +4200C

Пирита +402

Марказит +378

Арсенопирит +380 FeAsS

Халькопирит +375 CuFeS2

Она также меняется (растет):

А) с повышением гранулометрического состава (размера зерна колчедана Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»).

0,01-0,05 мм +2900С

0,08-0,1 мм +405

1,0-2,0 мм +428

Б) растет с ростом концентрации SO2 в газе:

SO2 - отсутствует 4250С SO2 - 20% 427

SO2 - 40% 435 SO2 - 60% 455

SO2 - 80% 480

В) растет с повышением содержания О2 в газе. Это разъясняется образованием на поверхности частички сульфата железа Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», который играет роль защитной пленки. С повышением содержания кислорода, пленка становится более крепкой.

Г) с повышением влажности газа температура воспламенения колчедана миниатюризируется.

Теоретическая (наибольшая) температура горения стандартного (45%S) колчедана на Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» воздухе с получением теоретической концентрации SO2 в газе (15,9%) равна 15700С. Фактически температуру поддерживают в печах кипящего слоя (КС) 750-8500С. Это связано с кинетикой процесса, температурой спекания колчедана и др. факторами. Так, к примеру, при 9400С Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» появляется легкоплавкая эвтектика (водянистый расплав, находящийся в равновесии с тв. фазами) фаз FeS и FeO, образующихся за счет локальных перегревов.

Главным показателем процесса обжига является скорость горения. При горении протекают последующие стадии Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»:

  1. разложение FeS2 по реакции (1)

  2. подвод кислорода из ядра потока к поверхности зерна колчедана

  3. окисление серы по реакции (2)

  4. окисление FeS2 с образованием Fe2O3 и SO2

  5. отвод тепла реакции окисления от зернышек в Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» ядро потока

  6. отвод SO2 из зоны реакции в ядро потока.

При низкой температуре скорость хим реакций (стадии 1,3,4) ниже скорости диффузии (стадии 2,5,6) и процесс протекает в кинетической области. Скорость хим реакции растет с Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» повышением температуры по закону Аррениуса:

k=k0 е-Е/RT

Для того чтоб с повышением температуры процесс не передвигался в диффузионную область, окисление колчедана проводят в кипящем слое, т.е. при насыщенном смешивании Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». В текущее время обжиг проводят в печах кипящего слоя.

Степень окисления колчедана находится в зависимости от: 1)времени обжига, 2)температуры, 3)содержания кислорода.

1)

Зависимость степени окисления сульфидов от длительности обжига при 7000С

1 – FeS2; 2 – CuFeS2;

3 – Cu2S Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»; 4 – ZnS.

Т.е. степень окисления до 98% добивается за несколько секунд

2) с увеличением температуры с 600 до 7500С интенсивность окисления колчедана возрастает в 1,8 раза, а халькопирита (CuFeS2) в 2,3 раза.

3)

Зависимость скорости окисления сульфидов Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» от содержания кислорода при Т=7000С, КС.

1 - FeS2

2 - CuFeS2


^ Состав обжигового газа.

В процессе сжигания серосодержащего сырья кислород расходуется не только лишь на образование SO2 да и на окисление других компонент сырья (к Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» примеру, железа при обжиге колчедана, либо водорода при сжигании сероводорода). Потому состав обжигового газа от вида обжигаемого сырья и концентрации кислорода в газе.

Соотношение меж SO2 и О2 в обжиговом газе Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», если не учесть образование серного ангидрида, выражается уравнением:

Со2=n-[m - n(m-1)/100]Cso2

Со2 – содержание кислорода в газе, % ОБ

Cso2 – содержание сернистого ангидрида в газе, % об

n – содержание кислорода в воздухе, % об

m – отношение числа моль Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» кислорода, вступающих в реакцию, к числу моль сернистого ангидрида, образующегося в итоге реакции.

Содержание серного ангидрида в обжиговом газе находится в зависимости от температуры обжига сырья, концентрации кислорода в обжиговом Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» газе, конструкции печи и от неких других причин, определяющих скорость процесса окисления диоксида серы и длительность его контакта с огарком (к примеру размер зернышек колчедана и интенсивность его смешивания).

К примеру, при Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» обжиге колчедана в механических печах содержание SO3 составляет 5-10% от количества SO2, в печах пылевидного обжига меньше 2-3% от количества SO2

^ Состав огарка (Fe2O3).

Находится в зависимости от хим состава сырья, полноты выгорания из него Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серы, критерий обжига, размера зернышек и т.д.

Огарок после печей КС – это полидисперсные, пористые частички. Количество огарка находится в зависимости от содержания серы в колчедане и огарке. Сера в огарке находится Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в виде соединения с железом, и медью, также в виде сульфатов кальция, бария и т.д. Не считая того, в огарке находятся продукты окисления разных примесей.

Примеси делятся на последующие группы Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»:

  1. породообразующие (природные силикаты и карбонаты)

  2. сернистые соединения частей подгруппы мышьяка (As, Sb, Bi)

  3. сульфиды цветных металлов.

  4. селениды, теллурииды и соединения др. частей.

Образование триоксида серы в процессе обжига не нужно, т.к Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». образующийся серный ангидрид вступает в реакции образования сульфатов по реакциям:

SO3+SO2 +Fe2O3=2FeSO4

SO3+Fe2O3=2Fe2(SO4)3

Образование SO3 в процессе обжига разъясняется протеканием реакции окисления сернистого ангидрида в присутствие Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» Fe2O3

SO2+1/2O2↔Fe2O3SO3

Обжиг колчедана при использовании циркулирующего огарка.

При обжиге колчедана в атмосфере воздуха предельная концентрация диоксида серы в газе не может быть выше 15,9%. Но в принципе можно Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» получить газ с теоретическим 100% содержанием SO2, без азота воздуха. Для этого нужно процесс проводить в 2 стадии, а переносчиком кислорода будет огарок. При окислении колчедана огарком получают высококонцентрированный SO2, процесс Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» протекает при температуре 8000С

FeS2+16Fe2O3=11Fe3O4+2SO2-450,8кДж

Образующийся оксид Fe3O4 окисляется кислородом воздуха при температуре около 9000С и опять ворачивается в процесс

11Fe3O4+2,75O2=16,5Fe2O3+1279,2кДж

Суммарный термический эффект этих реакций Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» составляет 828,4 кДж, что обеспечивает автотермичность процесса получения SO2 таким методом.

Печи для обжига колчедана.

Существует несколько типов печей:

  1. Механические полочные печи (подовые)

  2. Печи для обжига пылевидного колчедана

  3. Печи кипящего слоя

  4. Циклонные печи

1. В Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» механических полочных печах размельченный колчедан находится на нескольких подах и сгорает по мере перемещения его гребками с 1-го пода на другой. Более всераспространена полочная печь ВХЗ (Воскресенского хим завода), имеющая 8 полок, семь из Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» которых рабочие и одна для сушки колчедана. Общая площадь 140 м2

-интенсивность работы 32-35 т/день

-содержание серы в огарке ~2%

-концентрация SO2 в обжиговом газе 9-10 % об.

Температура обжига 800-9000 на более жарких подах.

Имеют ряд недочетов Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»:

  1. возможность спекания колчедана

  2. необходимо тщательное регулирование подачи воздуха

  3. нужно насыщенное остывание вала и гребков

  4. постоянная чистка пересыпных отверстий

  5. наличие крутящихся деталей.

2. В печах пылевидного обжига частички колчедана сгорают во время падения в полой камере Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». Имеют значительные достоинства по сопоставлению с подовыми печами, т.к. не имеют крутящихся частей. Высота 10 м, поперечник 4м.

- режим работы не устойчив, концентрация SO2 колеблется в широких границах.

- содержание серы в огарке Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» ~2%

- температура 900-9500С

- интенсивность работы 100 т/день.


Недочеты:

- в обжиговом газе много пыли (100 г/м3)

- трудности в равномерности загрузки колчедана

- нестабильное содержание SO2 в печном газе.

3. В печах кипящего слоя колчедан поддерживается во взвешенном (псевдоожиженном Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология») состоянии поступающим с низу воздухом и сгорает при насыщенном смешивании. В печах таковой конструкции процессы тепло- и массо-отдачи протекают с большей интенсивностью, чем даже в печах пылевидного обжига. Это достоинство привело Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» к тому, что в текущее время они употребляются фактически везде.

- интенсивность работы до 500 т/день

- содержание SO2 в печном газе, 14-15%

- температура 7500С

- содержание серы в огарке ~1%

Печь КС для обжига колчедана представляет собой вертикальную цилиндрическую Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» футерованную огнеупорным материалом камеру, в нижнюю часть которой через подовую плиту (решетку) с огромным числом отверстий поступает подаваемый снизу воздух, который умеренно распределяется по всему сечению печи. Скорость воздуха поддерживается таким макаром Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», чтоб поступающий в печь размельченный колчедан поддерживался во взвешенном состоянии и не проваливался через решетку. В печи колчедан очень активно перемешивается с воздухом, что обеспечивает высшую скорость процесса обжига. Температура во всем Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» объеме кипящего слоя практически схожа (разница составляет только 5-100С).

В печах КС можно обжигать не только лишь флотационный колчедан, да и более большой дробленый. Если в таком колчедане отсутствует мелочь, можно Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» прирастить скорость газа и спаливать огромное количество колчедана на единицу площади решетки.

Количество пыли, уносимой с обжиговым газом, добивается 90% всего огарка. Эта пыль выделяется сначала в котле-утилизаторе, потом в циклоне, и окончательная чистка Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» происходит в сухом электрофильтре.

Благодаря высочайшей скорости горения и насыщенному смешиванию в кипящем слое находится не колчедан, а огарок. Содержание серы в огарке в разных точках кипящего слоя приблизительно идиентично. Высота кипящего слоя Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» определяется высотой, на которой размещено отверстие для удаления огарка из печи.

При обжиге колчедана температура в печах КС во избежание слипания частиц сырья не должна превосходить 8000С. Утраты тепла в Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» окружающую среду в таких печах невелики (1-2%), потому для поддержания в их требуемой температуры нужно отводить из печи огромное количество тепла. Для этого в зоне кипящего слоя размещаются охлаждающие элементы – змеевики для обогрева воды Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» либо секции труб парового котла, что позволяет скооперировать в одном аппарате процессы сжигания колчедана и получение пара.

Таб.1 Сравнительный анализ интенсивности разных печей.

Печи

Интенсивность

Кг/м2 день

Кг/м3 день

Полочные

250

200

Пылевого Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» обжига

5000

1000

КС

20000

2000


^ 4. Циклонные печи представляют собой вертикальный футерованный цилиндр, в который по касательной подается нагретый воздух со взвешенным в нем тонкоизмельченным колчеданом с большой скоростью и сгорает. Температура высочайшая 1000-12000С. Огарок плавится, отбрасывается центробежной силой Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» к стене печи и вытекает через особое отверстие. Циклонные печи обширно не использовались, применялись лишь на полупромышленных установках.

^ Внедрение огарка.

Образующийся огарок содержит ~50% железа и представляет собой ценное сырье для получения чугуна Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», но он содержит серу и цветные металлы выше допустимых норм. Огарок очищают от соединений серы и содержание железа в нем возрастает до 60-67%. Из огарка известными методами: выщелачиванием, сульфатирующим либо хлорирующим обжигом Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» извлекают цветные ме. Потом огарок гранулируют, т.к. он время от времени очень маленький и подают на загрузку в доменные печи.

Часть огарка употребляют в цементной индустрии, часть для получения минеральных Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» пигментов (сурика, мумии). Для этого огарок при нагревании обрабатывают серной кислотой, потом образующийся сульфат железа обжигают в присутствие добавок. Зависимо от температуры обжига и добавок получают пигменты различного колера.

^ Сжигание серы

Горение серы представляет Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» собой непростой процесс, в связи с тем, что сера имеет молекулы с разным числом атомов в разных аллотропных состояниях и большой зависимостью ее физико-химических параметров от температуры. Механизм горения серы изменяется зависимо от Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» температуры и давления кислорода.

Окисление серы начинается еще до ее загорания. При давлении 8,0-22,6 кПа (0,6-170 мм рт. Ст.) и температуре 55-1500 С процесс протекает по цепной реакции. Для каждой температуры имеются Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» свои малые и наибольшие давления кислорода, за пределами которых реакция не идет. При 160-2600С и обычном давлении случается так называемое холоднопламенное горение, характеризующееся очень малой скоростью реакции.

Процесс горения серы представляет собой испарение водянистой Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серы и горение паров в газовой фазе. На интенсивность испарения серы существенное воздействие оказывает температура. Так при повешение температуры от 120 до 180 интенсивность испарения растет в 5-10 раз, а от 180 до 4400С Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» – 300-500 раз.

При больших температурах скорость хим реакции окисления серы больше скорости физических процессов, потому скорость процесса горения определяется процессами тепло- и массо-отдачи (протекает в диффузионном режиме). Чтоб прирастить скорость процесса нужно уменьшить размер Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» капель, при всем этом сократится время их испарения. Мелкое распыление частиц и равномерное их рассредотачивание в воздушном потоке наращивает поверхность контакта, упрощает нагрев и испарение частиц.

Исследование горения капель серы Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» с применением способа следа (фиксация на фотопленку) привело к разработке теории горения – связанной со «взрывным» нравом горения серы и исследование его главных закономерностей.

Печи для сжигания серы.

Делятся на :

  1. Печи для сжигания водянистой серы Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

  2. Печи для сжигания жесткой серы.

1. Более всераспространены горизонтальные форсуночные печи, оборудованные распыливающими форсунками. Как правило это металлической футерованный барабан поперечником от 3,4 до 7 м, длинноватой 10-15м. производительность по сере 300 т/день и поболее Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

Одной из основных задач при конструировании серосжигающих установок является получение газа данной концентрации с наименьшим содержанием примесей. Это не только лишь вещества, поступающие с не довольно незапятнанным сырьем, но также триоксид серы Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», оксиды азота, продукты неполного сгорания серы, неуспевшая окислится сера. Присутствие примесей в газе находится в зависимости от технологического режима работы серосжигающих установок.

Более концентрированный газ по SO2 получают при наименьшем суммарном Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» объеме газа и поболее высочайшей температуре.

Нижний предел температуры печи для сжигания серы в кислороде зависимо от содержания SO3 в печном газе установлен последующим образом:

-При Т=350-4000 содержание SO3 составляет 35%;

-600-6500 7%

-700-7500 4%

-При 9000 и выше Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» SO3 отсутствует, так как при больших температурах происходит тепловая диссоциация.

При больших температурах более 13000С кислород воздуха реагирует с азотом с образованием оксидов азота. Содержание оксидов азота по ГОСТу не должно Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» превосходить 0,0005% (2 мг/м3). Для заслуги норм вводят дорогостоящий денитратор – гидразинсульфат.

Также для сжигания серы удачно используются циклонные печи, которые представляют собой полую камеру с тангенциональным вводом водянистой серы и воздуха.

Скорость потока 100-120 м/с Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», Т=1200-13000С, содержание SO2=16-18% об. Объем аппарата в 30-40 раз меньше форсуночной печи при таковой же производительности.

Плюсы:

-улучшенный тепло- и массо-обмен

-уменьшение объема конструкции и эксплуатационных расходов.

- наименьшее образование оксидов Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» азота из-за больших скоростей

2. В процессе сжигания жесткой серы исключаются ее предварительное плавление и операции отстаивания и чистки.

Сжигание жесткой серы – это двухстадийный процесс:

  1. плавление жесткой серы

  2. испарение ее и взаимодействие паров с Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» кислородом воздуха.

По конструкции печи делят на:

А) Ванные

Б) С псевдоожиженным (кипящим) слоем

В) комбинированные.

А) Футерованная ванна с расплавленной сероватой через слой которой барботирует первичный воздух. Частички серы за счет турбулизации плавятся Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» при Т=300-380. на границе раздела фаз Т=4500 сера испаряется. Для сжигания паров серы над уровнем барботажного слоя по касательной вводится вторичный воздух. Верхний слой над расплавом серы представляет собой шлак, через Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» который фильтруются пары серы. Концентрация SO2 в газе 14-15%.


Б) достоинство – можно спаливать серу с высочайшим содержанием примесей (мышьяк, селен и т.д.) . Т.к. температура кипения этих примесей ниже Тпл. серы они остаются Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в шламе. Шлам содержит песок и шамотную крошку, которые специально вводят для сотворения кипящего слоя.


В) Печь ПГС (подготовительной газификации серы). Главные плюсы: отменная утилизация тепла горения серы, чистка печного газа Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» от паров воды и летучих примесей. Т. в зоне испарения 350-4000, в зоне обжига 600-11000 конц. SO2 в газе13-14%


^ Сжигание сероводорода.

Сероводород является примесью попутного, природного, коксового газов, товаров нефтепереработки. Обычно обозначенные газы содержат 0,3-1,5% H2S Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». Отдельные месторождения попутного газа содержат до 20% H2S. Таковой газ может быть переработан в серную кислоту способом «мокрого катализа»:

H2S+1,5O2=SO2+H2O+523,33 кДж/моль.

Максимальная концентрация SО2 по этой реакции Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» составляет 14,78% при воздушном дутье. Температура сжигания H2S поддерживается в границах 900-1000оС (при более высочайшей температуре идет фиксация азота с образование оксидов.

Сероводородный газ, выделяемый при чистке технологических и Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» др. газов, подразделяют на конц. (90-94% H2S) и низкоконцентрированный (3-7%). Для обогащения в главном используют моноэтаноламиновый способ. Преимуществом способа будет то, что моноэтаноламин (NH3CH2CH2OH) обладает высочайшей абсорбционной способностью к сероводороду Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». 1моль моноэтаноламина соединяется с 0,5 моль H2S.

Печь для сжигания сероводорода представляет собой металлической цилиндрический котел, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. В печи размещены змеевики парового котла. Это позволяет понизить температуру процесса, вести его при малозначительном Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» излишке кислорода и отлично использовать обскурантистское тепло. H2S поступает сверху через горелку, смешивается с воздухом, и потом сгорает в факеле. Обжиговый газ отводится из нижней части.

Необходимо подчеркнуть, что Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» смесь H2S с воздухом от 4,3 до 45,5% об. взрывоопасна. Температура самовоспламенения составляет 220-235оС (для консистенции H2S+О2) и 346-379оС ( для консистенции с H2S –воздух). В нижней части печи имеются патрубок для отвода Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» обжигового газа и предохранительный клапан, закрытый заглушкой из узкой листовой стали (аналогичное предохранительное устройство предвидено в печах для сжигания серы).

Чистка обжигового газа от пыли.

Количество пыли в газе Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» находится в зависимости от свойства сжигаемого сырья, величины его частиц, конструкции печей и т.д.

Запыленность газа:

А) механические печи 1-10 г/м3

Б) печи пылевидного обжига 20-100 г/м3

В) печи КС до 300 г Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»/м3

Последние две конструкции печей имеют более маленькую пыль. Остаточная запыленность газа не должна превосходить 0,1-0,2 г/м3, т.к. пыль засоряет аппаратуру, увеличивает гидравлическое сопротивление аппаратов и трубопроводов, плохо действует на катализатор Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» контактного отделения, загрязняет продукционную кислоту. По хим составу пыль обжигового газа фактически не отличается от огарка.

Также на разных стадиях производства серной кислоты появляется ее туман, который вызывает коррозию аппаратуры и оказывает те же Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» нехорошие воздействия на создание, как и пыль.

Методом свободного осаждения из обжигового газа не удается выделить пыль и туман серной кислоты. Гранулометрический состав пыли и капель тумана очень широкий от частиц наименее Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» 1 мкм до 500 мкм, потому используют ступенчатую чистку газа механическими и электронными методами.

Механическая чистка.

Механизм работы аппарата для механической чистки газа от пыли тумана основан на действии силы тяжести либо центробежных Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» сил.

Более большие частички пыли выделяют из потока при использовании инерционных сил в циклонах.

Действие циклона состоит в последующем. Газовый поток заходит в аппарат тангенциально и крутится вокруг оси центральной Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» выходной трубы. Частички передвигаясь радиально, добиваются стены циклона, скользят повдоль нее и падают в бункер. Очищенный газ выходит сверху по центральной трубе.

Для чистки обжигового газа употребляются, к примеру, циклоны ЦН-15, СИОТ Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», НИИОГАЗ. Циклоны позволяют очистить газ от пыли на 50-99,5%, зависимо от размера частиц пыли. Нередко употребляют батареи циклонов.

Более применяемым аппаратом механической чистки тумана и брызг серной кислоты является волокнистый фильтр, в каком Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» газ проходит через слой мелкозернистого кислотостойкого волокна.

Механическая чистка очень ординарна, но коэффициент чистки недостаточно высок.

Электронная чистка.

Осуществляется после механической, является существенно эффективней, но более дорогой. Сущность способа: газ пропускают меж 2-мя электродами Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». Один из электродов заземлен (осадительный электрод), 2-ой соединен с отрицательным полюсом (коронирующий электрод). Меж электродами происходит ионизация газа и появляется «корона», ионы присоединяются к взвешенным частичкам пыли и тумана и заряжают их. Заряженные Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» частички присоединяются к соответственному электроду. Аппараты для электронной чистки газа от взвешенных в нем жестких и водянистых частиц именуются электрофильтрами. Используются электрофильтры:

1. Трубчатые, с осадительными электродами в виде труб, в центре Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» которых помещается коронирующий электрод – натянутая проволока.

2. Пластинчатые, осадительными электродами служат пластинки либо сетки, коронирующие электроды располагаются меж пластинами в виде ряда проволок находящихся на равном расстоянии от пластинок и друг от друга Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

Степень чистки газа находится в зависимости от напряженности электронного поля. Повышение напряжения на коронирующих электродах увеличивает степень чистки газа от пыли.

Чистка газов очень дорога, потому нужен кропотливый технико-экономический расчет Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» той либо другой конструкции.

^ Влажная чистка обжигового газа.

Возможность контактного окисления сернистого ангидрида в серный была установлена в первой половине 19 века, но промышленное внедрение этого метода началось только в 20 веке, при развитии Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» способов чистки обжигового газа от вредных примесей и воды. Очистное отделение по количеству аппаратов, их объему, расходу электроэнергии и воды составляют огромную часть контактного производства серной кислоты. После сухой отчистки от пыли Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» нужно провести влажную чистку.

Главные примеси обжигового газа (соединения селена, фтора, мышьяка и др.) находящиеся в газо- и парообразном состоянии выделяются при его промывке серной кислотой, имеющей более низкою температуру, чем очищаемый Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» газ. Эти примеси отчасти растворяются в серной кислоте, но большая часть перебегает в состав сернокислотного тумана, который появляется в первой промывочной башне за счет резвого остывания. Примеси отделяются вкупе с туманом Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в промывных башнях и влажных электрофильтрах. Осадок промывной кислоты в главном содержит Fe2(SO4)3∙9H2O.

Кислотный туман очень очень коррозирует аппаратуру, примеси, находящиеся в нем отравляют катализатор, наращивают гидравлическое сопротивление, уменьшают коэффициент теплопотери Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» за счет отложений.

Обжиговый газ охлаждается в 2-ух промывных башнях, из которых 1-ая орошается 60-75%-ной, а 2-ая 25-35%-ной серной кислотой. Образующийся при всем этом туман на 30-50% поглощается в этих же башнях, а остальное Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в электрофильтрах влажного типа.

Для улучшения критерий выделения тумана в электрофильтрах снижают температуру и уменьшают концентрацию кислоты во 2-ой промывной и увлажнительной башнях. Влажность кислотного тумана вырастает – это приводит к укрупнению капель Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» тумана, которые с повышением воспринимают в электрофильтре больший заряд и с большей скоростью притягиваются к осадительным электродам.

В электрофильтрах совместно с туманом серной кислоты из газа выделяются мышьяк, селен, огарковая пыль Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» и др. примеси. Сконденсированная серная кислота совместно с осажденными примесями поступает в сборник кислоты при 2-ой промывной башне, потом передается в сборник кислоты при первой промывной башне.

^ Осушка газа.

Во 2-ой Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» промывной и увлажнительной башнях газ фактически на сто процентов насыщается парами воды. Пары воды безобидны для ванадиевой КМ, но их присутствие в газе приводит к конденсации кислоты в теплообменниках контактного отделения Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» и образованию тумана в абсорбционном отделении. При всем этом вероятны огромные утраты серной кислоты с отходящими газами, т.к. туман плохо улавливается в обыкновенной абсорбционной аппаратуре. Как следует, нужна кропотливая осушка обжигового Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» газа. Осушка газа делается в насадочных башнях, где пары воды абсорбируются конц. серной кислотой, орошающей сушильные башни. Содержание воды в газе, выходящем из сушильных башен, не должно превосходить 0,08 г/м3 (0,01 % большой).

Абсорбция Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» паров воды и газов происходит на поверхности насадки, орошаемой водянистым впитывающим компонентом, чем больше поверхность насадки, тем полнее и резвее протекает абсорбция. Также при увеличении скорости газа увеличивается интенсивность абсорбционного процесса.

При Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» осушке обжигового газа происходит частичная абсорбция диоксида серы серной кислотой, которая употребляется для разбавления кислоты орошающей моногидратный абсорбер. Тут происходит десорбция диоксида серы, который удаляется в атмосферу т.е. пропадает. Утраты диоксида серы, обусловленные Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» растворением в серной кислоте, увеличиваются с повышением концентрации кислоты и снижением температуры.

Более рациональные характеристики:

  1. Температура орошающей кислоты 45-550С.

  2. Концентрация серной кислоты для первой башни 90-93%; 93-95 % для 2-ой башни, если одна башня Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» 93-95%

^ Физико-химические базы окисления сернистого ангидрида.

В производстве серной кислоты контактным способом сернистый ангидрид окисляется по реакции

SO2+0,5O2↔SO3

Для этого газ приводят в прикосновение с катализатором, находящимся в стационарном либо Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в псевдоожиженом состоянии. Способностью ускорять эту реакцию владеют разные металлы, их сплавы, оксиды, соли и многие другие вещества. Наивысшую степень окисления обеспечивает платина. Из неплатиновых большей степенью окисления владеют ванадиевые катализаторы.

Реакция Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» окисления сернистого ангидрида экзотермична и обратима.

Степень перевоплощения SO2 , достигаемая на катализаторе, находится в зависимости от его активности, состава газа, длительности контакта газа с катализатором, давления и др.

Сбалансированная степень перевоплощения находится в зависимости Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» от соотношения SO2 и О2 в газе, которое в свою очередь находится в зависимости от вида обжигаемого сырья и количества подаваемого воздуха. Чем больше введено воздуха, тем меньше SO2 и больше О2 содержится Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в газовой консистенции, как следует, тем выше сбалансированная степень перевоплощения.

^ Особенности кинетики окисления диоксида серы.

Быстроту реакции оказывает определяющее воздействие на количество окисляющегося SO2 в единицу времени на единице поверхности катализатора и Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» технико-экономические характеристики процесса. Процесс стремятся проводить так, чтоб скорость окисления SO2 , также степень его перевоплощения были максимальны.

Механизм каталитической реакции окисления строится на исследование кинетики представлении об активном центре. Современные промышленные Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» ванадиевые катализаторы имеют различный и непростой состав: основной каталитически активный компонент – V2O5, структурообразующую базу и промоторы, различающиеся по предназначению. Каталитическая активность промотированных ванадиевых катализаторов в несколько сотен раз выше активности незапятнанного Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» пентоксида ванадия.

В текущее время в индустрии употребляются ванадиевые катализаторы, промотированные калием. Результаты рентгено-структурного анализа и исследовательских работ плавкости системы проявили, что активным всеохватывающим соединением тут являетсяV2O5∙K2S2O Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»7, которое при температуре процесса (больше 380 °C) находится в виде узкой пленки расплава на поверхности пористого носителя.

Ванадиевые контактные массы в промышленных критериях эксплуатируются при температурах 400–600 °С. Это обосновано хорошим сочетанием высочайшей скорости Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» процесса с наибольшей сбалансированной степенью перевоплощения.

На общую скорость процесса окисления SO2 в SO3 на катализаторе влияют внешне- и внутреннедиффузионные торможения. Воздействие наружной диффузии некординально ~3%. Внутренняя диффузия приобретает решающее воздействие Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» при высококонцентрированном сернистом газе. Уменьшить суммарное диффузное воздействие позволяет:

  1. ускорение газа;

  2. уменьшение размера зерна катализатора.

Но это приводит к повышению гидравлического сопротивления слоя. Его можно уменьшить применяя специальную форму гранул КМ, к примеру кольца Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» для стационарного слоя катализатора.

Давление исходя из убеждений термодинамики и кинетики благоприятно влияет на скорость процесса и выход.

^ Физико-химические базы процесса абсорбции триоксида серы.

Последней стадией процесса производства Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» серной кислоты контактным способом является извлечение SO3 из газовой консистенции и перевоплощение его в серную кислоту. Зависимо от того, подвергается ли газ осушке перед контактным аппаратом, различают два механизма процесса выделения SO3:

1. газ подвергается осушке Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» - SO3 абсорбируют серной кислотой. Способ более всераспространенный, осуществляется в башнях абсорберах. SO3 растворяется в кислоте, а потом ведет взаимодействие с содержащейся в ней водой:

nSO3+H2O→H2SO4 +(n-1)SO3

А Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология») если n>1 появляется олеум

Б) если n<1 появляется разбавленная серная кислота

Для получения олеума газ содержащий SO3 сначала пропускают через олеумный абсорбер. Тут поглощается часть SO3 (в согласовании с равновесием процесса абсорбции). Окончательное поглощение Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» SO3 происходит в моногидратном абсорбере. По мере увеличения концентрации олеума к нему добавляют кислоту из моногидратного абсорбера (разбавляют до товарного состава) и излишек подают на склад.

2. если газ, выходящий из контактного отделения Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», содержит больше воды чем нужно для образования кислоты, происходит не абсорбция SO3, а конденсация паров серной кислоты, при охлаждении такового газа в башне. Сразу с конденсацией паров на поверхности башни наблюдается Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» конденсация паров с образованием тумана, выделяемого потом в электрофильтрах. Если продукция сернокислотного цеха выдается в виде серной кислоты концентрацией ниже 95%, выделение триоксида серы лучше вести методом конденсации паров кислоты, которая протекает Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» с большей скоростью чем абсорбция SO3. Не считая того конденсация происходит при высочайшей температуре, что упрощает отвод тепла и его внедрение.

^ Аппаратура абсорбционного отделения.

Олеумный (1-ый) абсорбер. Представляет собой скруббер (устройство для чистки газов) с Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» насадкой, выполненный в виде железного вертикального цилиндра. В нижней части его размещена колосниковая решетка, на которую укладывают насадку (железные либо глиняние кольца).

На неких современных заводах абсорберы не заполняют Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» насадкой, т.к. только 1/3 SO3 должна быть поглощена. Нужная поверхность соприкосновения газа с жидкостью создается методом разбрызгивания олеума. Размеры олеумного абсорбера и количество олеума подаваемого на орошение, находится в зависимости от производительности сернокислотной системы. Обычно Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» на 1 т/ч продукции требуется поверхность насадки в абсорбере от 600 до 1000 м2, при скорости газав насадке до 1 м/с и плотности орошения 10-12 м3/м2 сечения олеумного абсорбера.

^ Моногидратный абсорбер. Устроен, как Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» и сушильная башня. Орошается 98,3% кислотой. В абсорбере кислота поглощает серный ангидрид и концентрация ее увеличивается. В сборнике моногидрата кислота смешивается с водой либо сушильной кислотой до исходной концентрации и через Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» холодильник вновь поступает на орошение либо подается на склад.

Поверхность насадки в абсорбере от ~1200 м2, плотность орошения 25 м3/м2ч сечения олеумного абсорбера.

В отходящих газах после абсорбции содержится около 0,2 % SO2 и около 0,007% SO Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология»3, также некое количество кислоты.

Отчистку проводят:

А) от SO2 орошением веществом соды, либо аммиака

Б) от SO3 в влажных электрофильтрах.

^ Смесители кислоты. При добавлении воды к концентрированной кислоте, олеуму либо моногидрату можно получить кислоту Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» хоть какой концентрации. При всем этом выделяется огромное количество тепла, может быть бурное выделение паров и выброс раствора, потому соединяют кислоту с водой в особых аппаратах, соблюдая соответствующые меры предосторожности.

Смесители для Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» изготовления кислоты низкой концентрации производятся из кислотостойкого материала, для изготовления концентрированной кислоты из чугуна.


^ Получение концентрированного триоксида серы и концентрированного олеума.

100%-ный SO3 обладает высочайшей хим активностью и потому обширно применяется Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» в разных ХТП заместо серной кислоты и олеума. Главные методы получения 100% SO3:

  1. Окисление 100% SO2 в среде незапятнанного кислорода на ванадиевом катализаторе. Этот способ связан с внедрением дорогостоящего сырья.

  2. Отгонка SO3 из Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» олеума концентрацией более 20% в аппаратах, обогреваемых топочными газами. Метод используют на заводах органического синтеза.

  3. Отгонка SO3 из олеума циркулирующего в абсорбционном отделении сернокислотного производства с внедрением тепла газов, поступающих из контактного отделения Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология», либо топочных газов.

Сжижается 100%-ный SO3 при 44,750С, кристаллизуется при 16,80С. После замерзания триоксид серы полимеризуется, перевести в жидкое состояние нагреванием при атмосферном давлении нереально, так как SO3 нередко возгоняется со Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» взрывом. Чтоб сохранить серный ангидрид в водянистом состоянии к нему добавляют стабилизаторы (борсодержащие соединения BF3, B2O3 и др.). Концентрация стабилизатора составляет от 0,01 до 2% (в расчете на SO3) зависимо от его состава Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» и температуры. К примеру, SO3 при добавке В2О3 в количестве 0,7-1,0% не полимеризуется даже при температуре -300С.

Т.к. получение и перевозка серного ангидрида связаны с большенными трудностями, заместо него в неких случаях используют Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» высокопроцентный олеум, содержащий 65% SO3(св.).

^ Высококонцентрированный олеум применяется в производстве анилиновых красителей и неких др. производств. Температура кристаллизации такового олеума равна -0,350С, в связи с этим он комфортен для перевозок Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология». Приготовляют его насыщением олеума либо моногидрата газообразным либо водянистым SO3, получаемым при тепловом разложении 20-25%-ого олеума за счет тепла топочных газов либо тепла контактного узла.

^ Процесс сухой чистки в производстве серной кислоты.

При Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» обжиге колчедана и других сульфидных руд могут быть сделаны такие условия, при которых мышьяк остается в огарке. В данном случае может быть без остывания обжигового газа направлять его после сухой чистки в контактный Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» аппарат, как это осуществляется при получении серной кислоты из серы. Таковой процесс получил заглавие СО (сухая чистка).

Особенности: концентрация SO2 5-7%, степень перевоплощения 96-97,5%; содержание тумана в отходящих газах 0,03 г/м3.

Обжиговый газ после чистки Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» от пыли направляют в теплообменник и потом в контактный аппарат. Понижение температуры газа меж слоями КМ за счет атмосферного воздуха, либо в итоге термообмена в пароперегревателях (устройство для получения пара под Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» давлением). Из контактного аппарата газ направляется в конденсатор (башня с насадкой орошаемая 93-95% серной кислотой). После конденсатора газ освобождается от тумана в стеклосетчатом фильтре и в электрофильтре, кА потом нагнетателем выводится в атмосферу Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология».

Схема СО может работать и на получение олеума и моногидрата серной кислоты, если включить два абсорбера заместо конденсатора в схему. Можно использовать разные виды сырья (колчедан, отходящие газы металлургических заводов, гипс, фосфогипс Конспект лекций по курсу «Технология основного неорганического синтеза (Серная кислота)» Направление 240100 «Химическая технология и биотехнология» и др.).





konspekt-uroka-po-okruzhayushemu-miru-vesennee-probuzhdenie-rastenij.html
konspekt-uroka-po-predmetu-mir-vokrug-nas.html
konspekt-uroka-po-russkomu-yaziku-6-klass-tema-odin-dva-tri-chetire-pyat-budesh-drug-chislitelnoe-znat.html