Производство серной кислоты контактным способом

Производство серной кислоты контактным способом

« Едва найдется другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота…» (Д. И. Менделеев)

H 2 SO 4

Серная кислота

H2SO4 существует в природе как самостоятельное химическое соединение, представляет собой бесцветную маслянистую жидкость без запаха плотностью 1,83 г/см3

Пагубно действует на растительные и животные ткани, отнимая от них воду, вследствие чего они обугливаются

С водой смешивается во всех соотношениях, причём при разбавлении соединения водой происходит сильное разогревание, сопровождающееся разбрызгивание жидкости. Разбавляем по правилу: «Химик! Запомни как оду! Лей кислоту в воду!!!»

Одна из самых сильных кислот. В водных растворах практически полностью диссоциирует на ионы:

H2SO4 = 2 Н+ + SO42-

Раствор оксида серы (+6) SO3 в серной кислоте называется олеумом H2SO4●SO3

Из истории

VIII век – арабский алхимик Аджабир ибн Хайян получил «кислые газы» из «зеленого камня» (железного купороса).

IX век – персидский алхимик Ар-Рази получал серную кислоту прокаливанием смеси медного и железного купороса.

XIII век – европейский алхимик Альберт Магнус усовершенствовал способ получения кислоты.

XV век – алхимики 300 лет получали серную кислоту из пирита FeS2

Из истории

1740-1746 г. – был построен первый сернокислотный завод в Англии с использованием свинцовых камер.

1903 г. – запуск первой в России контактной установки на Тентелеевском химическом заводе (Петербург), к 1913 г. работало 6 систем (производство до 5 тыс.т.).

1926 г. – в СССР построена первая башенная установка на Полевском металлургическом заводе (Урал) ,но она была малоэффективна.

Сырьевые источники производства серной кислоты

S(самородная сера)

H2S(сероводород)

Cu2S, ZnS, PbS (цветные металлы)

CaSO4·2H2O (гипс)

FeS2 (пирит) – содержание серы 54,3%.

Технологическая карта производства

Технологическая карта производства

1 стадия: обжиг пирита

(печь для обжига в «кипящем слое»)

4 FeS2(т) + 11 O2(г) = 2 Fe2O3(т) + 8 SO2(г) + Q

Характеристика реакции:

1.   Горения

2.   Экзотермическая

3.   Гетерогенная

4.   Некаталитическая

5.   Необратимая

6.   Окислительно-восстановительная

Печь для обжига в «кипящем» слое

Оптимальные условия 1 стадии

Воздух, обогащенный кислородом.

t=8000 , теплота экзотермической реакции отводиться.

«Кипящий» слой (увеличение площади соприкосновения).

Время обжига - несколько секунд.

Принципы производства 1 стадии

(печь для обжига с «кипящим» слоем)

1. «Кипящий» слой.

2. Большая мощность.

3. Механизация и автоматизация.

4. Непрерывность.

5. Принцип противотока.

Подготовка сырья для 2 стадии

(циклон, электрофильтр, сушильная башня)

Прежде чем приступить ко II стадии SO2 очищают от пыли:

1. “Циклон” – от крупных частиц пыли.

2. Электрофильтр – от мелких частиц пыли

Осушить в сушильной башне

Нагреть до t=4000 в теплообменнике

Циклон и электрофильтр

(принцип действия – центробежная сила, притяжение заряженных частиц)

Сушильная башня

(принцип действия – поглощение воды концентрированной серной кислотой)

2 стадия: очистка и окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)

V2O5

2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + Q

Характеристика реакции:

1. Экзотермическая

2. Гетерогенная

3. Соединения

4. Каталитическая

5. Обратимая

6. Окислительно-восстановительная

Принципы 2 стадии

(контактный аппарат)

1. Понижают температуру от 6000С до 4000С.

2. Катализатор V2O5 на керамике.

3. Противоточное движение.

4. Теплообмен.

Выход продукта 99,2%

Контактный аппарат

3 стадия: получение серной кислоты гидратацией оксида серы (VI)

SO3(г) + Н2О(ж) = Н2SO4(ж) + Q

Характеристика реакции:

1. Соединения

2. Экзотермическая

3. Гетерогенная

4. Некаталитическая

5. Необратимая

6. Без изменения степеней окисления

Поглотительная башня

Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига)

Отводят продукты реакции

Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум(раствор SO3 в H2SO4)

Научные способы производства

1 ЭТАП

1. Крупные куски пирита дробят, мелкие спекают.

2.Обогащают воздух

кислородом, горение в

«кипящем слое».

3. Принцип противотока.

3. Теплообмен, т.к. температура выше 8000C.

4. Толстые стены печи обшиты сталью.

5.Механизация, автоматизация.

2 ЭТАП

1. Очистка от пыли:

“ Циклон” – от крупных частиц пыли, «Электрофильтр» – от мелких частиц пыли.

3. Осушают газ в сушильной башне .

4. Нагреть до t=4000 в теплообменнике, понижают температуру от 6000С до 4000С.

5. Катализатор V2O5 на керамике.

6.Противоточное движение.

7.Теплообмен.

3 ЭТАП

1. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига).

2.Отводят продукты реакции.

3.Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум(раствор SO3 в H2SO4)

Транспортировка и хранение

Транспортируют в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали.

Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой.

Производство серной кислоты

Потребление серной кислоты

Потребление серной кислоты

1. Производство минеральных удобрений.

2. Производство сульфатов (солей серной кислоты).

3. Производство синтетических волокон.

4. Черная и цветная металлургия.

5. Производство органических красителей.

6. Спирты, кислоты, эфиры(орг. вещества).

7. Пищевая промышленность(патока, глюкоза), эмульгатор (загуститель) Е513.

8. Нефтехимия(минеральные масла).

9. Производство взрывчатых веществ.

Охрана окружающей среды

При аварийных выбросах в атмосферу попадают соединения серы:

SO 2 ;SO 3 ; H 2 S; H 2 SO 4 ; Fe 2 O 3 (пыль)

Последствия: «закисление» почв и водоёмов, «металлизация» атмосферы

РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ:

непрерывность технологического процесса;

комплексное использование сырья;

совершенствование технологического оборудования.