Производства серной кислоты

Пирит имеет формулу FeS2 . Из пирита получают до 40% серной кислоты, он содержит до 50% серы и до 40% железа. Если пирит содержит большое количество цветных металлов, то его подвергают флотационному обогащению с получением сульфидов цветных металлов и пирита.

Для получения двуокиси серы пирит обжигают в печах различной конструкции. При этом идут следующие реакции:

4 FeS2 +11O2 → 2Fe2O3 + 8 SO2 + 3400 кДж

Этот процесс состоит из нескольких стадий:

При температуре более 500о С идет диссоциация пирита:

2 FeS2 → 2FeS + S2 после чего сера быстро сгорает

S2 +2O2 → 2 SO2

Оставшийся FeS окисляется:

4 FeS + 7O2 → Fe2O3 + 4 SO2

При обжиге пирита 5-10% серы переходит в SO3

2 SO2 +O2 → 2SO3

Для обжига пирита используют печи:

Механические полочные – это универсальные печи, которые могут использоваться для обжига любого сыпучего материала. При обжиге пирита получают газ следующего состава: SO2-10%, O2 -9%, N2-82%. При t > 8500С пирит спекается в куски, что нежелательно. Поэтому обжиг ведут при температуре не более 8500С. запыленность газа составляет не более 10 г/м3.

Недостатки механических полочных печей: они сложны в устройстве и дороги, не обеспечивают полного выжигания серы, получается газ с низкой концентрацией SO2, в пиритном огарке остается до 2% серы.

Печи пылевидного обжига можно использовать только для сухого флотационного колчедана, который подается в печь с помощью форсунки. Сгорание идет намного интенсивнее, а возможность спекания меньше, поэтому можно использовать температуру до 11000С – это позволит подавать меньший избыток воздуха. Концентрация SO2 ≤ 13%, в огарке остается до 1,5% серы.

Отходящие газы имеют температуру около 10000С и подаются в котел утилизатор для получения пара.

Недостатки печей пылевидного обжига: необходимость применения колчедана с малой влажностью, высокая запыленность газа (до 100 г/м3).

Печи кипящего слоя используются для обжига как флотационного, так и рядового колчедана. Концентрация частиц в объеме воздуха больше, чем в пылевидных печах. Обжиг ведется при температуре 8000С. Концентрация SO2 в газе до 15%, в огарке остается около 0,5% серы. Печи просты в устройстве и высокопроизводительны. В настоящее время находят все более широкое применение.

Недостатки печей кипящего слоя: высокое содержание пыли (до 200 г/м3) необходимость использования частиц близких по размеру.

Серная кислота — двухосновная кислота, которая выглядит как маслянистая жидкость, и не имеет запаха. Химическое вещество кристаллизуется при температуре +10 °С. Твердое физическое состояние серная кислота приобретает когда находится в среде с температурой -20 °С. Когда серная кислота вступает в реакцию с водой — выделяется большое количество тепла. Области применения серной кислоты: промышленность, медицина, народное хозяйство.

Применение серной кислоты в медицине

В медицине нашлось широкое применение солей серной кислоты. К примеру, магний сульфат назначается людям с целью достичь слабительного эффекта. Еще одним производным серной кислоты есть натрий тиосульфат. Лекарственное средство используется в роли противоядия в случае отправления следующими веществами: ртуть, свинец, галогены, цианид. Тиосульфат натрий вместе с соляной кислотой используется для лечения дерматологических заболеваний. Профессор Демьянович предложил союз этих двух препаратов для лечения чесотки. В виде водного раствора, натрий тиосульфат вводят людям, которые страдают аллергическими недугами.

Магния сульфат обладает широким спектром возможностей. Поэтому применяется врачами различных специальностей. В качестве спазмолитика магний сульфат вводят больным при гипертонической болезни. Если у человека присутствуют заболевания желчного пузыря, вещество вводится внутрь для улучшение желчеотделения. Применение серной кислоты в медицине в виде магния сульфата в гинекологической практике встречается часто. Гинекологи помогают роженицам посредством введения магния сульфата внутримышечно, таким способом они обезболивают роды. Помимо всех выше указанных свойств, магний сульфат обладает антисудорожным эффектом.

Применение серной кислоты в производстве

Серная кислота, области применение которой разнообразны, используется так же при производстве минеральных удобрений. Для более удобного сотрудничества, заводы,что занимаются производством серной кислоты и минеральных удобрений, в основном, расположены поблизости друг от друга. Этот момент создает непрерывное производство.

Применение серной кислоты в изготовлении красителей и синтетических волокон занимает второе место по распространенности после производства минеральных удобрений. Многие отрасли промышленности используют серную кислоту в некоторых процессах на производстве. Применение серной кислоты нашло спрос и в быту. Люди пользуются химическим веществом для обслуживания своих автомобилей. Приобрести серную кислоту возможно в магазинах, что имеют специализацию по продаже химических веществ, в том числе у нас по ссылке. Серная кислота транспортируется соответственно правилам перевозки подобного груза. Железнодорожный или автомобильный транспорт перевозит кислоту в соответствующих емкостях. В первом случае в качестве емкости выступает цистерна, во втором – бочка или контейнер.

Общая схема сернокислотного производства

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Производство серной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:

S0 1 2

Fe(S2)-2

H2S-2 SO2

1 –стадия получения печного газа (оксида серы (4)),

2 – стадия каталитического окисления оксида серы (4) до оксида серы (6) и абсорбции его (переработка в серную кислоту).

В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа, и другие механические и физико-химические операции. В общем случае схема производства серной кислоты может быть выражена в следующем виде:

Сырье подготовка сырья сжигание (обжиг) сырья Очистка печного газа контактирование абсорбция контактированного газа

серная кислота.

Конкретная технологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностей каталитического окисления оксида (4), наличия или отсутствия стадий абсорбции оксида серы (6).

Химическая и принципиальная схема производства.

Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные стадии:

– окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:

4FеS2 +11О2 = 2Fе2О3 + 8 SО2,

– каталитическое окисление оксида серы (4) избытком кислорода печного газа: 2SО2 + О2 = 2SО3,

– абсорбцию оксида серы (6) с образованием серной кислоты:

SО3 +Н2О =Н2SО4

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным процессом и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий. Принципиальная схема этого производства представлена на рис.6.1

Пирит I Вода II III

1 2 3 4 5 6 Абсорбент

Воздух пар 7 Хвостовые

газы

огарок H2SO4

Рис.6.1 Принципиальная схема производства серной кислоты из железного колчедана

I – получение обжигового газа: 1 – обжиг колчедана, 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе, 3- общая очистка газа, 4 – специальная очистка газа; II – контактирование: 5 – подогрев газа в теплообменнике, 6 – контактирование; III – абсорбция: 7 –абсорбция оксида серы (6) и образование серной кислоты

Производство сернистого газа.Сернистый ангидрид SО2 – это бесцветный газ, в 2.3 раза тяжелее воздуха, с резким запахом. При растворении в воде образуется слабая и нестойкая сернистая кислота: SО2 +Н2О = Н2SО3

Рассмотрим производство сернистого газа обжигом основного сырья – колчедана и затем сжиганием серы.

Окислительный обжиг колчедана.

Обжиг колчедана в токе воздуха представляет необратимый некаталитический гетерогенный процесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфида железа:

2FеS2 = 2FеS+ S2 и окисления продуктов диссоциации:

S2 +2О2 = 2SО2, 4FеS +7О2 = 2Fе2О3 +4SО2,

что описывается общим уравнением: 4FеS2 + 11 О2 = 2Fе2О3 + 8SО2 – ΔH,

где ΔH = 3400 кДж.

Скорость процесса окислительного обжига выражается общим для гетерогенных процессов уравнением:

U = dm/ dτ = КмFΔС.

где: Км — коэффициент массопередачи.

F – поверхность контакта фаз (катализатора),

ΔС – движущая сила процесса.

Таким образом, скорость процесса обжига зависит от температуры (через Км), дисперсности обжигаемого колчедана (через F), концентрации дисульфида железа в колчедане и концентрации кислорода в воздухе (через ΔС).

Увеличение движущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей содержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избытка воздуха при обжиге до 30% сверх стехиометрического количества. На практике обжиг ведут при температуре не выше 1000°С. т.к. за этим пределом начинается спекание частиц.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокой интенсивностью (до 10000кг/м2 *сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа.

Недостаток — повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку. В настоящее время печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из колчедана.

Продукты окислительного обжига колчедана – обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида железа (3), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа. В состав обжигового газа входят оксид серы (4), кислород, азот и незначительное количество оксида серы (6), образовавшегося за счет каталитического действия оксида железа(3). На практике печной газ содержит 13 –14% оксида серы (4), 2% кислорода, и около 0.1%оксида серы (6). Т. к. в печном газе должен быть избыток кислорода для последующего окисления оксида серы (4), его состав корректируют, разбавляя воздухом до содержания оксида серы(4) 7 –9% и кислорода 9-11%.

Очистка обжигового газа. Обжиговый газ необходимо очистить от пыли, сернокислотного тумана и веществ, являющихся каталитическими ядами или представляющими ценность как побочные продукты. В обжиговом газе содержится до 300 г/м3 пыли, которая на стадии контактирования засоряет аппаратуру и снижает активность катализатора, а также туман серной кислоты.

Пыль и сернокислотный туман удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа, которая включает операции механической (грубой) и электрической тонкой) очистки. Механическую очистку газа осуществляют пропусканием газа через центробежные пылеуловители (циклоны) и волокнистые фильтры, снижающие содержание пыли в газе до 10–20 г/м3. После общей очистки обжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальной очистке для удаления остатков пыли и тумана и, главным образом, соединений мышьяка и селена, которые при этом утилизируются. В специальную очистку газа входят операции охлаждения его до температуры ниже температур плавления оксида мышьяка и селена в башнях, орошаемых последовательно 50% и 20% серной кислотой, удаления сернокислотного тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей осушки газа в скрубберах, орошаемых последовательно 95% серной кислотой. Из системы специальной очистки газ выходит с температурой 140°С.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Уравнение реакции этой стадии:
2SO2 + O2 2SO3 + Q
Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
а) температура:
Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-5000С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия(V) V2O5.
б) давление:
Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2), а справа — 2V SO3.

Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении.
Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате.
Температура 400-5000С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3.
Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

Добавить комментарий

Закрыть меню