Күкірт қышқылын өндіру технологиясының схемасы. Контакт әдісімен күкірт қышқылын алудың принципиалды сұлбасы. Тепе-теңдік константасын есептеу

БЕЛОРУСИЯ РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

БЕЛОРУСИЯ МЕМЛЕКЕТТІК ЭКОНОМИКА УНИВЕРСИТЕТІ

Технология бөлімі

Тақырып бойынша жеке жұмыс:

«Күкірт қышқылын контактілі әдіспен алу».

Орындаған ФБД 1 курс студенті: Клименок М.А.

Тексерген мұғалім: Тарасевич В.А.

Минск 2002 ж

· Реферат

Күкірт қышқылын алудың контактілі әдісінің сипаттамасы

· Контакт әдісімен күкірт қышқылын алудың принципиалды схемасы

Технологиялық процестің дамуындағы еңбек шығындарының динамикасы

Техника деңгейін, сол қарулану мен тірі еңбек өнімділігін есептеу

· Қорытынды

Әдебиеттер мен дереккөздер

Бұл жұмыс 12 беттен тұрады.

Негізгі сөздер: Күкірт қышқылы, Байланыс әдісі, Реакция, Өндіріс технологиясы, Еңбек шығындарының динамикасы, Технологиялық процесс.

Бұл жұмыста күкірт қышқылын контактілі әдіспен алу технологиясы зерттеліп, сипатталған. Технологиялық процестің мәнін көрсететін иллюстрациялар, диаграммалар, графиктер, кестелер берілген. Контактілі әдіспен күкірт қышқылы өндірісінің дамуының маңызды тенденциялары көрсетілген.

Тірі және өткен еңбектің еңбек шығындарының динамикасына, сонымен қатар технологиялық процесті әзірлеу кезіндегі еңбек шығындарының динамикасына талдау жүргізілді. Техниканың деңгейі, сол қару-жарақ және тірі еңбек өнімділігі есептеледі. Тиісті қорытындылар мен қорытындылар жасалады.

Күкірт қышқылын алудың контактілі әдісінің сипаттамасы

Байланыс арқылы өндірілген көп саныкүкірт қышқылының сорттары, оның ішінде 20% бос SO3 бар олеум, витриол майы (92,5% H 2 SO 4 және 7,5 % H 2 O), аккумулятор қышқылы, шамамен витриол майымен бірдей концентрация, бірақ одан да таза.

Күкірт қышқылын алудың контактілі әдісі үш кезеңді қамтиды: катализаторға зиянды қоспалардан газды тазарту; күкірт ангидридіне күкірт диоксидінің контактілі тотығуы; күкірт ангидридінің күкірт қышқылының сіңірілуі. негізгі кезең SO 2-ден SO 3-ке дейінгі контактілі тотығу болып табылады; бұл операцияның атауы бүкіл әдіс деп те аталады.

Күкірт диоксидінің контактілі тотығуы гетерогенді тотығу экзотермиялық катализінің типтік мысалы болып табылады. Бұл ең көп зерттелген каталитикалық синтездердің бірі.

Қайтымды реакция тепе-теңдігі
2SO 2 + O 2 >< 2 SO 3 + 2 x 96,7 кдж (500 оС) (а)
Ле Шателье принципіне сәйкес температураның төмендеуімен және қысымның жоғарылауымен SO 3 түзілуіне қарай ығысады; сәйкесінше SO 2-нің SO 3-ке айналуының тепе-теңдік дәрежесі артады

Айта кету керек, қысымның жоғарылауы реакция жылдамдығын (а) табиғи түрде арттырады. Алайда, бұл процесте жоғары қысымды қолдану қисынсыз, өйткені реакцияға түсетін газдардан басқа, әдетте бүкіл қоспаның 80% құрайтын балласт азотын сығу қажет болады, сондықтан катализаторлар белсенді түрде қолданылады. өндірістік цикл.

Ең белсенді катализатор платина болып табылады, бірақ ол жоғары бағаға және күйдіретін газдың қоспаларымен, әсіресе мышьякпен оңай улануына байланысты қолданыстан шығып қалды. Темір оксиді арзан, бірақ әдеттегі газ құрамымен - 7% SO2 және 11% O2, ол каталитикалық белсенділікті тек 625 ° C жоғары температурада көрсетеді, яғни. кезде xp 70%, сондықтан тек xp 50-60% жеткенше SO2 бастапқы тотығу үшін қолданылады. Ванадий катализаторы платинаға қарағанда белсенді емес, бірақ ол арзанырақ және платинадан бірнеше мың есе аз мышьяк қосылыстарымен уланған; ол ең ұтымды болып шықты және ол күкірт қышқылын өндіруде қолданылатын жалғыз. Ванадийдің жанасу массасында орта есеппен 7% V2O5 бар; активаторлар сілтілі металдардың оксидтері болып табылады, әдетте K2O активаторы қолданылады; тасымалдаушы кеуекті алюмосиликаттар болып табылады. Қазіргі уақытта катализатор SiO2, К қосылысы түрінде қолданылады және/немесе Cs, V әртүрлі пропорцияларда. Мұндай қосылыс қышқылға ең төзімді және ең тұрақты болып шықты. Бүкіл әлемде оның дұрыс атауы «құрамында ванадий бар». Мұндай катализатор төмен температурада жұмыс істеу үшін арнайы әзірленген, бұл атмосфераға шығарындыларды азайтады. Сонымен қатар, мұндай катализ калий / ванадийге қарағанда арзанырақ. Кәдімгі ванадий жанасу қосылыстары кеуекті түйіршіктер, таблеткалар немесе сақиналар болып табылады (1-сурет).

Катализ жағдайында калий оксиді K2S2O7-ге айналады, ал жанасу массасы негізінен кеуекті тасымалдаушы болып табылады, оның беті мен кеуектері сұйық калий пиросульфатындағы ванадий пентоксиді ерітіндісінің қабығымен суланған.
Ванадийдің жанасу массасы 400-ден 600 ° C-қа дейінгі температурада жұмыс істейді. Температураның 600 °С жоғары көтерілуімен калий пиросульфатында ерімейтін белсенді емес қосылыстардың түзілуімен компоненттердің агломерациялануынан катализатор белсенділігінің қайтымсыз төмендеуі басталады. Температура төмендеген сайын бес валентті ванадийдің белсенділігі төмен ванадил VOSO4 түзіліп төрт валентті ванадийге айналуынан катализатордың белсенділігі күрт төмендейді.

Катализ процесі келесі кезеңдерден тұрады: 1) реакцияға түсетін компоненттердің газ ағынының өзектерінен түйіршіктерге, содан кейін жанасу массасының кеуектеріне диффузиясы; 2) катализатор арқылы оттегінің сорбциясы (катализатордан электрондардың оттегі атомдарына ауысуы); 3) SO2 * O * катализатор кешенінің түзілуімен SO2 молекулаларының сорбциясы; 4) SO2 * катализатор кешенінің түзілуімен электрондардың қайта орналасуы; 5) жанасу массасының кеуектерінен және дәндердің бетінен SO3 десорбциясы.

Байланыс массасының үлкен түйіршіктері кезінде процестің жалпы жылдамдығы реагенттердің диффузиясымен анықталады (1-ші және 6-шы сатылар). Әдетте диаметрі 5 мм-ден аспайтын түйіршіктерді алуға тырысыңыз; бұл жағдайда процесс диффузиялық аймақта тотығудың бірінші кезеңдерінде, ал соңғысында (х 80%) кинетикалық аймақта жүреді.

Түйіршіктердің бұзылуы мен түйілуі, қабаттың ластануы, катализатордың мышьяк қосылыстарымен улануы және оның температуралық зақымдануы салдарынан режимді кездейсоқ бұзған кезде ванадийдің жанасу массасы орташа есеппен 4 жылдан кейін ауыстырылады. Алайда, пириттерді қуыру арқылы алынған газды тазарту бұзылса, онда контактілі аппараттың жұмысы бірнеше күннен кейін жанасу массасының бірінші қабатының улануынан бұзылады. Катализатордың белсенділігін сақтау үшін дымқыл әдіспен ұсақ газды тазалау қолданылады.

Контакт әдісімен күкірт қышқылын алудың принципиалды сұлбасы

Күкірт диоксидін өндіру үшін ең жақсы шикізат күкірт болып табылады, ол күкірті бар табиғи жыныстардан балқытылады, сонымен қатар мыс өндірісінде, газды тазартуда және т.б. Күкірт 113 градус С температурада ериді, қарапайым пештерде оңай тұтанады және жанады (2-сурет). Газ болып шығады жоғары концентрация, құрамында зиянды қоспалар аз.

Күкірттің жануы S + O 2 > SO 2 + 296 кДж реакциясы бойынша жүреді.Шын мәнінде күкірт жану алдында балқиды және буланады (bp ~ 444 ° C) және газ фазасында жанады. Осылайша, жану процесінің өзі біртекті.

Компрессор және жану камерасы

Жанбаған күкірт
Күкіртті жағуға және жағуға арналған ауа
сұйық күкірт
Қысылған ауа
Өнім – күйдіру газы

күкірт қышқылы өндірісінің технологиялық схемасы

1 - 1-ші жуу мұнарасы; 2 - саптамасы бар 2-ші жуу мұнарасы; 3 - ылғалды электрофильтр; 4 - саптамасы бар кептіру мұнарасы; 5 - турбокомпрессор; 6 - құбырлы жылу алмастырғыш; 7 - контактілі құрылғы; 8 - құбырлы газ салқындатқышы; 9 және 10 - саптамасы бар сіңіру мұнаралары; 11 - ортадан тепкіш сорғылар; 12 - қышқыл жинағыштар; 13 - қышқылды тоңазытқыштар

Шамамен 300 ° C температурада шлак электрофильтрлерінде шаңнан өрескел тазартудан кейін қуыру газы қуыс жуу мұнарасына түседі (3-сурет: 1.2), онда суық күкірт қышқылы (75% H 2 SO 4) шашылады. Газды салқындатқанда оның құрамындағы күкірт ангидриді мен су буы ұсақ тамшылар түрінде конденсацияланады. Бұл тамшыларда мышьяк оксиді ериді. Бірінші мұнарада және керамикалық саптамамен екінші мұнарада ішінара ұсталатын мышьяк қышқылының тұманы пайда болады. Сонымен бірге шаң қалдықтары, селен және басқа қоспалар ұсталады. Лас күкірт қышқылы түзіледі (жалпы шығарылатын өнімнің 8%-ға дейін), ол стандартты емес өнім ретінде шығарылады. Күтімсіз мышьяк қышқылының тұманынан газды түпкілікті тазалау дымқыл сүзгілерде (3-сурет: 3) жүзеге асырылады, олар сериялы (екі немесе үш) орнатылады. Ылғалды сүзгілер құрғақ сүзгілер сияқты жұмыс істейді. Тұман тамшылары қорғасыннан немесе банкомат пластиктен жасалған құбырлы жинағыш электродтарға түсіп, төмен қарай ағып кетеді. Газды тазалау орамасы бар мұнарада витриол майымен су буынан кептіру арқылы аяқталады (3-сурет: 4). Әдетте екі кептіру мұнарасы орнатылады. Өңдеу бөліміндегі мұнаралар, газ құбырлары және қышқыл коллекторлары әдетте болат болып табылады, олар қышқылға төзімді кірпішпен немесе диабазды плиткамен қапталған. Құрғақ күкірт диоксиді және күкірт ангидриді коррозияға ұшырамайды, сондықтан моногидрат сіңіргішке дейінгі барлық кейінгі жабдықтар коррозияға қарсы қорғаныссыз қарапайым көміртекті болаттан орнатуға болады.

Жабдықтардың үлкен саны газ ағынына айтарлықтай қарсылық тудырады (2 м в.с. дейін), сондықтан газды тасымалдау үшін турбокомпрессор орнатылады (3-сурет: 5). Компрессор, пештерден газды барлық жабдық арқылы сорып, оны контактілі жинаққа айдайды.

Контактілер жинағы (3-сурет: 6,7,8) контактілі аппараттан, құбырлы жылу алмастырғыштан тұрады және диаграммада көрсетілмеген (4-сурет). отқа арналған газ жылытқышы. Іске қосу қыздырғышының жылу алмастырғышында газ іске қосу кезінде немесе аппараттағы температура қалыпты деңгейден төмен түскенде аппаратқа кірер алдында қыздырылады.
Әдетте сөремен байланыс құрылғылары қолданылады. Мұндай құрылғы диаметрі 3-тен 10-ға дейін және биіктігі 10-20 м болатын цилиндрлік корпусқа ие.Олардың әрқайсысында контактілі массалық түйіршіктердің қабаты бар корпустың ішінде төрт немесе бес тор орнатылған. Байланыс массасының қабаттары арасында аралық құбырлы немесе қорап тәрізді жылу алмастырғыштар орнатылады. Диаграммада төрт қабатты контактілі аппарат көрсетілген, бірақ бес қабатты аппараттар жиірек қолданылады, бірақ олардың жұмыс істеу принципі толығымен ұқсас, айырмашылығы катализатордың тағы бір қабатында ғана. Жаңа газ реакцияға түскен ыстық газдың қызуымен қызады, алдымен сыртқы жылу алмастырғышта, содан кейін бірінен соң бірін қыздыру үшін үш-төрт ішкі жылуалмастырғышты ішінара немесе толық өткізеді, 440-450°С температурада бірінші қабатқа түседі. байланыс массасы. Бұл температура клапандарды ашу арқылы бақыланады. Ішкі жылу алмастырғыштардың негізгі мақсаты – катализатор қабатындағы жартылай тотыққан және қыздырылған газды салқындату, осылайша режим бірте-бірте оңтайлы температура қисығына жақындайды.

Сөре контактілері - контакт құрылғыларының ең көп таралған түрлерінің бірі. Олардың жұмыс істеу принципі сөрелерде жатқан катализатор қабаттарының арасындағы газды қыздыру және салқындату әр түрлі жылу тасымалдағыштарды немесе салқындату әдістерін қолдану арқылы жанасу аппаратының өзінде жүзеге асырылады.Осы типтегі аппараттарда әрбір астындағы катализатор қабатының биіктігі оның үстінде орналасқаннан жоғары, яғни. газ ағыны бойымен өседі, ал жылу алмастырғыштардың биіктігі төмендейді, өйткені конверсияның жалпы дәрежесі жоғарылаған сайын реакция жылдамдығы төмендейді және сәйкесінше бөлінетін жылу мөлшері азаяды. Жылуалмастырғыштардың сақинасында тұщы газ төменнен жоғары қарай тізбектей өтіп, реакция өнімдерін суытып, реакцияның басындағы температураға дейін қызады.

Контактілі құрылғылардың өнімділігі H 2 SO 4 бойынша олардың мөлшеріне байланысты H 2 SO 4 күніне 50-ден 500 тоннаға дейін. Өнімділігі тәулігіне 1000 және 2000 тонна контактілі құрылғылардың жобалары әзірленді. Аппаратқа 1 тонна тәуліктік өнімге 200-300 л контактілі масса жүктеледі. Сөредегілерге қарағанда SO 2 тотығу үшін құбырлы контактілі аппараттар азырақ қолданылады. Жоғары концентрациялы күкірт диоксидін тотықтыру үшін сұйық катализатор қабаттары бар контактілі аппараттарды қолдану ұтымды.

SO 3 +H 2 O = H 2 SO 4 +9200 Дж реакциясы бойынша күкірт ангидридін сіңіру әдетте орауыштары бар мұнараларда жүзеге асырылады (3-сурет: 9.10), өйткені көпіршікті немесе көбік сіңіргіштер жұмыс қарқындылығы жоғары. гидравликалық кедергінің жоғарылауы. Егер су буының сіңіретін қышқылға парциалды қысымы айтарлықтай болса, онда SO 3 газ фазасында H 2 O-мен қосылып, қол жетпес күкірт қышқылы тұманының ұсақ тамшыларын құрайды. Сондықтан абсорбция концентрлі қышқылдармен жүргізіледі. Сіңу қабілеті бойынша ең жақсысы 98,3% H 2 SO 4 бар және су буының және SO 3 икемділігі шамалы болатын қышқыл. Бірақ мұнарадағы бір циклде қышқылды 98,3%-дан құрамында 18,5-20% бос күкірт ангидриді бар стандартты олеумға дейін бекіту мүмкін емес. Мұнарадағы адиабаталық процесс кезінде сіңірудің үлкен жылу эффектісіне байланысты қышқыл қызады және сіңіру тоқтайды. Сондықтан олеум алу үшін сіңіру саптамасы бар екі дәйекті орнатылған мұнарада жүргізіледі: олардың біріншісі олеуммен, екіншісі 98,3% күкірт қышқылымен суарылады. Абсорбцияны жақсарту үшін абсорберге түсетін газ да, қышқыл да салқындатылады, осылайша процестің қозғаушы күші артады.

Байланыс өндірісінің барлық мұнараларында, соның ішінде абсорберлерде, қышқылдың мөлшері газ компоненттерін (H 2 O, SO 3) сіңіру үшін қажетті мөлшерден бірнеше есе көп және жылу балансымен анықталады. Айналымдағы қышқылдарды салқындату үшін әдетте суару тоңазытқыштары орнатылады, олардың құбырларында суық сумен сыртынан суарылатын, салқындатылған қышқыл ағады.

Құрамында мышьяк жоқ дерлік алдын ала балқытылған және сүзілген табиғи күкіртті жағу арқылы алынған газды өңдеу арқылы күкірт қышқылын өндіру айтарлықтай жеңілдетілген. Бұл жағдайда таза күкірт бұрын қапталған мұнарада күкірт қышқылымен кептірілген ауада жағылады. 1000°С температурада 9% SO2 және 12% O2 газы шығады, ол алдымен бу қазанының астына, содан кейін тазартусыз контактілі аппаратқа жіберіледі. SO2 және O2 концентрациясының жоғарылауына байланысты аппараттың қарқындылығы пирит газына қарағанда жоғары. Аппаратта жылу алмастырғыштар жоқ, өйткені қабаттар арасына суық ауа қосу арқылы газдардың температурасы төмендейді. SO3 сіңіру схемадағы сияқты жүзеге асырылады.

Контактілі әдіспен күкірт қышқылы өндірісінің дамуының маңызды тенденциялары:

1) процестерді ілмелі қабатта жүргізу, оттегін пайдалану, концентрлі газды өндіру және өңдеу, белсенді катализаторларды қолдану арқылы қарқындату;

2) газды шаңнан және жанаспалы улардан тазарту әдістерін оңайлату (қысқарақ технологиялық схема);

3) жабдық қуатын арттыру;

4) өндірісті кешенді автоматтандыру;

5) шикізатты тұтыну коэффициенттерін төмендету және шикізат ретінде әртүрлі өндірістердің құрамында күкірті бар қалдықтарды пайдалану;

6) қалдық газдарды залалсыздандыру.

Технологиялық процесті әзірлеу кезіндегі еңбек шығындарының динамикасы

IN жалпы көрінісЖоғарыда аталған барлық материалды бейнелеуге болады келесідей:

Бұл технологиялық процесс және еңбек шығындарының динамикасы келесі формулалармен сипатталатыны белгілі:

Tf = ----------------------- Tp = 0,004 * t 2 +0,3 Tc = Tf + Tp

Бұл формулалар арасындағы байланыс келесідей көрінеді:

Tp = 0,004 * - 75 +0,3 және Tf = 21 * Tp-0,3 +1575

Жоғарыда келтірілген формулаларға сүйене отырып, біз есептеулерді жүргіземіз және оларды жалпы кестеде қорытындылаймыз (1-кесте):

Кестеге сүйене отырып, уақыт бойынша Tf, Tp, Ts тәуелділіктерін (7-сурет) және Tf-ның Tp-ге (6-сурет) және Tp-тің Tl-ге (8-сурет) тәуелділіктерін саламыз.

Бұл графиктен бұл технологиялық процестің дамуында шектеулі екенін көруге болады.

Өткен жұмыс күшін жинақтаудың экономикалық шегі жеті жылдан кейін келеді.

7 және 8 графиктерден технологиялық процестің түрі еңбекті үнемдейтінін көруге болады.

Техника деңгейін, сол қарулану мен тірі еңбек өнімділігін есептеу.

Технологиялық деңгей мына формула бойынша есептеледі:

Жайлылық \u003d 1 / Тж * 1 / ТП

Тірі еңбек өнімділігі:

L = Y бұл * B

Техникалық жабдық есептеледі:

B \u003d Тп / Тж

Салыстырмалы технология деңгейі:

Watnos = Жайлылық / L

Жоғарыдағы формулалар арқылы есептеулер жүргізіп, кестеге мәліметтерді енгізейік (2-кесте):

Бұл кестеден рационалды даму жеті жылға ғана мақсатқа сай екенін көруге болады, өйткені осы уақыт аралығында техниканың салыстырмалы деңгейі тірі еңбек өнімділігінен жоғары.

Қорытынды

Бұл жұмыста күкірт қышқылын контактілі әдіспен алу технологиясы зерттелген және сипатталған, өмір сүрген және өткен еңбектің еңбек шығындарының динамикасына талдау жасалған, сондай-ақ өңдеу кезіндегі еңбек шығындарының динамикасына талдау жасалған. технологиялық процесс. Атқарылған жұмыстар негізінде мынадай қорытындылар алынды: Сол процестердің дамуы шектелген, өткен еңбек қорын жинақтаудың экономикалық шегі жеті жыл, бұл технологиялық процесс еңбекті үнемдеу және жеті жылға рационалды дамыту мақсатқа сай.

Әдебиеттер мен дереккөздер:

1. Күкірт қышқылын өндіру / Бараненко Д. http://service.sch239.spb.ru:8101/infoteka/root/chemistry/room1/baran/chem.htm

2. Маңызды салалардың технологиясы: Прок. теңдеу үшін. Маман. Университеттер / А.М. Гинберг, Б.А. Хохлов. – М.: магистратура, 1985.

Кезеңдері – шикізатты дайындау және оларды жағу немесе күйдіру. Олардың мазмұны мен аспаптары айтарлықтай дәрежеде күкірт қышқылының технологиялық өндірісінің күрделілігін анықтайтын шикізаттың табиғатына байланысты. 1. Темір колчедандары. Табиғи пирит - FeB2 темір сульфидінен, басқа металдардың сульфидтерінен (мыс, мырыш, қорғасын және т.б.), ... тұратын күрделі тау жынысы.

Әлі әрқашан мүмкін емес. Сонымен қатар, пайдаланылған газдар ең арзан шикізат болып табылады, пириттердің көтерме бағасы да төмен, ал күкірт ең қымбат шикізат болып табылады. Сондықтан күкірттен күкірт қышқылын өндіру экономикалық тұрғыдан тиімді болуы үшін оны өңдеу құны пирит немесе қалдықтарды өңдеу құнынан айтарлықтай төмен болатын схеманы әзірлеу керек ...

Автоматты басқару үшін әртүрлі химиялық-технологиялық процестердің талаптарын мүмкіндігінше білу қажет. 1.Негізгі бөлім 1.1 Күкірт қышқылы өндірісінде күкірт ангидридін алудың технологиялық процесі. Байланыс әдісімен күкірт қышқылын өндіру келесі кезеңдерден тұрады: 1. Шикізатты түсіру, сақтау және дайындау...

Азот қышқылы түзіледі: NO(HSO4) + H2O®H2SO4 + HNO2 SO2-ні мына теңдеу бойынша тотықтырады: SO2 + 2HNO2®H2SO4 + 2NO 1 және 2 мұнаралардың түбінде 75% күкірт қышқылы табиғи түрде көбірек жиналады. нитрозаны дайындауға жұмсалған сомадан асып түседі («жаңа туған» күкірт қышқылы қосылады). Азот оксиді NO тотығу үшін қайтадан қайтарылады. Өйткені кейбір...

Негізгі ақпарат

Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері

H 2 SO 4 ( n- 1) SO 3  H 2 SO 4  H 2 SO 4 ( м– 1) H2O

oleum моногидрат сулы қышқылы Күкірт қышқылы моногидраты - кристалдану температурасы 10,37 ° C, қайнау температурасы 296,2 ° C және тығыздығы 1,85 г / см 3 болатын түссіз майлы сұйықтық. Ол барлық жағынан сумен және күкірт оксидімен (VI) араласып, H 2 SO 4 құрамды гидраттарды түзеді. . H 2 O; H2SO4 . 2H2O; H2SO4 . 4 H 2 O және күкірт оксиді (VI) құрамы H 2 SO 4 қосылыстары . SO 3 және H 2 SO 4 . 2SO3. Бұл гидраттар мен күкірт оксиді қосылыстары бар әртүрлі температураларкристалданады және эвтектика қатарын құрайды. Осы эвтектикалардың кейбірінде кристалдану температурасы нөлден төмен немесе жақын болады. Күкірт қышқылы ерітінділерінің осы ерекшеліктері оның өндірістік сорттарын таңдау кезінде ескеріледі, олар өндіру және сақтау шарттарына сәйкес болуы керек. төмен температуракристалдану. Күкірт қышқылы сумен кез келген қатынаста араласып, көп мөлшерде жылу бөлінеді. Осы себепті сіз әрқашан сұйылтуыңыз керек күкірт қышқылыоны суға құю арқылы және керісінше емес. Бұл қышқыл гигроскопиялық, яғни ауадан ылғалды сіңіруге қабілетті. Сондықтан онымен әрекеттеспейтін газдарды күкірт қышқылынан өткізіп кептіру үшін қолданады.

Күкірт қышқылы мен олеумды қолдану

2NOHSO 4 + H 2 O  2H 2 O + N 2 O 3 - Q

Күкірт диоксиді суға сіңіп, күкірт қышқылын түзеді:

SO 2 + H 2 O  H 2 SO 3 + Q

Соңғысы сұйық фазада азот оксидтерімен әрекеттеседі:

H 2 SO 3 + N 2 O 3  H 2 SO 4 + 2NO + Q

Ішінара SO 2 газ фазасында тотығуға болады:

SO 2 + N 2 O 3  SO 3 + 2NO + Q

SO 3 суға сіңіп, күкірт қышқылын да береді:

SO 3 + H 2 O  H 2 SO 4 + Q

Азот оксиді газ фазасына десорбцияланады және атмосфералық оттегінің әсерінен азот диоксидіне дейін тотығады:

2NO + O 2  2NO 2 + Q

Азот оксидтері NO + NO 2  N 2 O 3 реакцияға сәйкес келесі үш немесе төрт мұнарада күкірт қышқылымен жұтылады, теңдеуге кері(А). Ол үшін бірінші мұнаралардан ағып жатқан нитрозасы төмен салқындатылған күкірт қышқылы мұнараларға беріледі. Оксидтер сіңірілгенде процеске қатысатын нитрозилкүкірт қышқылы алынады. Осылайша, азот оксидтері цикл жасайды және теориялық тұрғыдан тұтынылмауы керек. Практикада толық сіңірілмеу салдарынан азот оксидтерінің жоғалуы орын алады. HNO 3 есебінде азот оксидтерінің шығыны H 2 SO 4 моногидратының тоннасына 10-20 кг құрайды. Азотты әдіс қоспалармен ластанған және сұйылтылған 75-77% күкірт қышқылын алады, ол негізінен минералды тыңайтқыштар алу үшін қолданылады.

Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат

Күкірт қышқылы өндірісінің жалпы схемасы

Қайда: I- пеш газын өндіру кезеңі (күкірт оксиді (IV)) II- күкірт оксидінің (IV) күкірт оксидіне (VI) каталитикалық тотығу және оны сіңіру кезеңі (күкірт қышқылына өңдеу).Нақты өндірісте бұл химиялық процестер шикізатты дайындау, пеш газын тазалау және т.б. процестермен толықтырылады. механикалық және физика-химиялық операциялар. Жалпы алғанда күкірт қышқылын өндіру схемасын келесі түрде көрсетуге болады: Шикізат  шикізатты дайындау  шикізатты жағу (күйдіру)  пеш газын тазалау  жанасу  жанасатын газды сіңіру  КҮЛІТ Қышқылы. Өндірістің нақты технологиялық схемасы шикізат түріне, күкірт оксидінің (IV) каталитикалық тотығу ерекшеліктеріне, күкірт оксидінің (VI) сіңірілу сатысының болуы немесе болмауына байланысты.

Флотациялық колчедандардан күкірт қышқылын алу

Өндірістің химиялық және схемасы

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2,

Күкірт оксидінің (IV) оттегі газының артық мөлшерімен каталитикалық тотығуы:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3,

Күкірт қышқылының түзілуімен күкірт оксидінің (IV) сіңірілуі:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

Технологиялық конструкциясы бойынша темір колчеданынан күкірт қышқылын алу ең күрделі және бірінен соң бірі бірнеше кезеңдерден тұрады.

Тотықтырғыш колчеданды қуыру

2FeS 2 = 2FeS + S 2

және диссоциация өнімдерінің тотығуы:

S 2 + 2O 2 \u003d 2SO 2,

4FeS + 7O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 4SO 2,

не сипатталады жалпы теңдеу:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 3400 кДж.

Күйдіру процесінің жылдамдығы температураға, күйдірілген пириттердің дисперсиясына байланысты. Қуыру процесінің қозғаушы күшін арттыру шикізаттағы темір дисульфидінің құрамын арттыру, ауаны оттегімен байыту және күйдіру кезінде артық ауаны стехиометриялық мөлшерден 30%-ға дейін пайдалану арқылы колчеданды флотациялау арқылы қол жеткізіледі. Практикада күйдіру 1000 o C аспайтын температурада жүзеге асырылады, өйткені бұл шектен тыс күйдірілген шикізаттың бөлшектерін агломерациялау басталады, бұл олардың бетінің азаюына әкеледі және бөлшектерді сумен жууды қиындатады. ауа ағыны. Колчедандарды күйдіруге арналған реакторлар ретінде әртүрлі конструкциялы пештер пайдаланылуы мүмкін: механикалық, шаң тәрізді күйдіру, сұйық қабат (CF). Сұйық қабаты бар пештер жоғары қарқындылығымен (тәулігіне 10 000 кг м 2 дейін) сипатталады, күкірт темірдің толық күйіп кетуін қамтамасыз етеді (шлактағы күкірт массасының 0,005 бөлігінен аспайды) және температураны реттейді, пайдалану процесін жеңілдетеді. қуыру реакциясының жылуы. KS пештерінің кемшіліктеріне жағу газындағы шаңның жоғарылауы жатады, бұл тазалауды қиындатады. Қазіргі уақытта KS пештері пириттерден күкірт қышқылын өндіруде пештердің басқа түрлерін толығымен ауыстырды. Колчедандарды тотықтырғыш күйдіру өнімдері темір оксидінен (III), бос жыныстардан және күйбеген темір дисульфидінің қалдықтарынан тұратын күйдіру (пеш) газы мен шлак. Практикада пиритті күйдіру кезінде пеш газының құрамында 13-14% күкірт оксиді (IV), 2% оттегі және 0,1% жуық күкірт оксиді (VI) болады. Күкірт оксидінің (IV) кейінгі тотығуы үшін пеш газында оттегінің артық болуы қажет болғандықтан, оның құрамын ауамен сұйылту арқылы күкірт оксиді (IV) мөлшері 7–9% және оттегі 11–9 болады. %.

Қуыру (пеш) газын тазарту

SeO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O \u003d Se + 2H 2 SO 4,

ол тұндыру цистерналарында шөгеді. Қуырылған газды тазартудың жаңа прогрессивті әдісі оның құрамындағы қоспаларды силикагель немесе цеолиттер сияқты қатты сіңіргіштермен адсорбциялау болып табылады. Мұндай құрғақ тазалау кезінде қуыру газы салқындатылмайды және шамамен 400 ° C температурада контактқа түседі, нәтижесінде ол қарқынды қосымша қыздыруды қажет етпейді.

Күкірт оксидімен байланыс (IV)

Күкірт оксидінің (IV) күкірт оксидіне (VI) тотығу реакциясы, күйдіретін газбен жанасу процесінің негізінде жатыр, гетерогенді каталитикалық, қайтымды, экзотермиялық реакция болып табылады және мына теңдеумен сипатталады:

SO 2 + 0,5 O 2  SO 3 - H.

Реакцияның жылу эффектісі температураға байланысты және 25 0 С-та 96,05 кДж-ға және жанасу температурасында шамамен 93 кДж-ға тең. «SO 2 - O 2 - SO 3» жүйесі ондағы тепе-теңдік күйімен және күкірт оксидінің (IV) тотығу процесінің жылдамдығымен сипатталады, одан қызғаныш пайда болады. жиынтық нәтижепроцесс. Күкірт оксидінің (IV) күкірт оксидіне (VI) айналу дәрежесі немесе катализаторда қол жеткізілген жанасу дәрежесі катализатордың белсенділігіне, температураға, қысымға, жанасатын газдың құрамына және жанасу уақытына байланысты. Күкірт оксидінің (IV) тотығу жылдамдығы уақыт бірлігінде тотыққан күкірт оксидінің (IV) мөлшерін, демек, жанасу массасының көлемін, реактордың өлшемдерін және процестің басқа сипаттамаларын анықтайды. Өндірістің осы кезеңін ұйымдастыру мүмкіндігінше қамтамасыз ету керек жоғары жылдамдықберілген жағдайларда қол жеткізуге болатын максималды жанасу дәрежесінде тотығу. Күкірт (IV) оксидінің оттегімен күкірт (VI) оксидіне дейін тотығуының активтену энергиясы өте жоғары. Сондықтан катализатор болмаған кезде тотығу реакциясы іс жүзінде жоғары температурада да жүрмейді. Катализаторды қолдану реакцияның активтену энергиясын азайтуға және тотығу жылдамдығын арттыруға мүмкіндік береді. Күкірт қышқылын өндіруде катализатор ретінде ванадий (V) оксиді негізіндегі жанаспалы массалар қолданылады. Контактілі ванадий массаларының тұтану температурасы 380 - 420 0 С және жанасатын газдың құрамына байланысты, ондағы оттегі мөлшері азайған сайын артады. Байланыс массалары газ ағынына ең аз гидравликалық кедергі және катализатор қабаты арқылы компоненттердің диффузия мүмкіндігі қамтамасыз етілетін күйде болуы керек. Ол үшін катализатордың қозғалмайтын қабаты бар реакторлар үшін жанасу массалары орташа диаметрі шамамен 5 мм болатын түйіршіктер, таблеткалар немесе сақиналар түрінде, ал сұйық қабаттағы реакторлар үшін шамамен диаметрі бар шарлар түрінде қалыпталады. 1 мм. Конструкциясы бойынша күкірт оксидінің (IV) каталитикалық тотығуына арналған реакторлар немесе түйіспелі аппараттар жанасу массасы 4-5 қабатта орналасатын қозғалмайтын катализатор қабаты (сөре немесе сүзгі) бар аппараттарға және сұйық қабатқа бөлінеді. аппараттар. Жылу әрбір катализатор қабатынан өткеннен кейін аппаратқа суық газды немесе ауаны енгізу арқылы немесе аппаратқа орнатылған немесе бөлек шығарылған жылу алмастырғыштарды пайдалану арқылы жойылады. Сұйық қабаттағы жанасу аппараттарының артықшылықтарына мыналар жатады: - құйылған қабат күйіндегі катализатордан жылу алмастырғыш бетіне жоғары жылу беру коэффициенті (газға қарағанда 10 есе жоғары), бұл күкірт оксиді (IV) жоғары пеш газымен жанасуға мүмкіндік береді. ) қызып кетпеу және катализатордың тұтану температурасын төмендету; - пеш газымен бірге енгізілген шаңға сезімталдық.

Күкірт оксидінің сіңірілуі (VI)

Контакт әдісімен күкірт қышқылын алудың соңғы сатысы жанасатын газдан күкірт оксидін (VI) сіңіру және оны күкірт қышқылына немесе олеумға айналдыру болып табылады. Күкірт оксидінің (VI) сіңірілуі қайтымды экзотермиялық реакция болып табылады және мына теңдеумен сипатталады:

n SO 3 + H 2 O  H 2 SO 4 + ( n- 1) SO 3 - H.

Реакцияның жылу эффектісі n мәніне байланысты және n = 1 (күкірт қышқылы моногидратының түзілуі) үшін 92 кДж. Күкірт оксиді (VI) мен судың сандық қатынасына байланысты әртүрлі концентрациядағы өнімді алуға болады:

сағ n 1 олеум, ат n= 1 моногидрат (100% күкірт қышқылы), ат n 1 сулы қышқыл ерітіндісі (сұйылтылған күкірт қышқылы).

Күкірт қышқылының коммерциялық сорттары

«Мұнай-химия кешеніндегі экономика және менеджмент» кафедрасының 080500 – Басқару бағыты бойынша өзін-өзі тексеру университет ректорының 01 жылғы No1-109 бұйрығына сәйкес жүргізілді.

Күкірт қышқылы күкірт қышқылы зауыттарында көп мөлшерде өндіріледі.

I. Күкірт қышқылын алу үшін қолданылатын шикізат:

II. Шикізатты дайындау.

FeS 2 пиритінен күкірт қышқылының алынуын талдап көрейік.

1) Колчеданды ұнтақтау.

Қолданар алдында пириттің үлкен бөліктері ұсақтағыштарда ұсақталады. Зат ұсақталғанда реакция жылдамдығы жоғарылайтынын білесіз, өйткені. әрекеттесуші заттардың жанасу бетінің ауданы ұлғаяды.

2) Колчеданды тазарту.

Колчеданды ұсақтағаннан кейін флотация әдісімен қоспалардан (жыныс пен жер) тазартылады. Ол үшін ұсақталған колчеданды үлкен құмыралар суға түсіреді, араластырады, бос жыныс жоғары көтеріледі, содан кейін бос жынысты алып тастайды.

III. Өндірістік химия.

Пириттен күкірт қышқылын алу үш кезеңнен тұрады.

БІРІНШІ КЕЗЕҢ – «сұйықтылатын төсек» пешінде пиритті қуыру.

Бірінші сатыдағы реакция теңдеуі

Ұсақталған, тазартылған, дымқыл (флотациядан кейін) колчеданды «сұйықтықта» күйдіру үшін пешке жоғарыдан құяды. Төменнен (қарсы ағын принципі) пириттің толық күйдірілуі үшін оттегімен байытылған ауа өтеді. Пештегі температура 800°С-қа жетеді. Пирит қызыл түске дейін қызады және төменнен үрлеген ауаның әсерінен «тоқтатылған күйде» болады. Мұның бәрі қайнап жатқан қызыл ыстық сұйықтыққа ұқсайды.

Реакция нәтижесінде бөлінетін жылу есебінен пештегі температура сақталады. Артық жылу жойылады: суы бар құбырлар қыздырылған пештің периметрі бойынша өтеді. Ыстық су одан әрі көрші үй-жайларды орталықтан жылыту үшін қолданылады.

Алынған темір оксиді Fe 2 O 3 (шлак) күкірт қышқылын өндіруде қолданылмайды. Бірақ ол жиналып, металлургиялық зауытқа жіберіледі, онда темір металы және оның көміртегімен қорытпалары темір оксиді - болаттан (қорытпада 2% көміртегі С) және шойыннан (қорытпада 4% көміртегі С) алынады.

Осылайша, химиялық өндіріс принципі орындалды - қалдықсыз өндіріс.

Пештен пеш газы шығады, оның құрамы: SO 2, O 2, су буы (пирит ылғалды болды!) және шлактың ең ұсақ бөлшектері (темір оксиді). Мұндай пеш газы шлак пен су буының қатты бөлшектерінің қоспаларынан тазартылуы керек.

Пеш газын шлактың қатты бөлшектерінен тазарту екі кезеңде жүзеге асырылады - циклонда (қолданылатын) орталықтан тепкіш күш, шлактың қатты бөлшектері циклонның қабырғаларына соғылып төмен түседі) және электростатикалық сүзгілерде (электростатикалық тартылыс қолданылады, шлак бөлшектері электрофильтрдің электрленген пластиналарына жабысады, өз салмағының астында жеткілікті жинақталған кезде олар құлайды. төмен), пеш газындағы су буын кетіру үшін (пеш газын кептіру) концентрлі күкірт қышқылын қолданыңыз, ол суды сіңіретіндіктен өте жақсы кептіру құралы болып табылады.

Пеш газын кептіру кептіру мұнарасында жүргізіледі – пеш газы төменнен жоғарыға көтеріледі, ал концентрлі күкірт қышқылы жоғарыдан төмен қарай ағады. Кептіру мұнарасының шығысында пеш газының құрамында шлак бөлшектері немесе су буы болмайды. Пеш газы енді күкірт оксиді SO 2 мен оттегі O 2 қоспасы болып табылады.

ЕКІНШІ КЕЗЕҢ – SO 2-ден SO 3-ке оттегімен тотығу.

Ол контактілі құрылғыда ағады.

Бұл кезеңнің реакция теңдеуі: 2SO 2 + O 2

Екінші кезеңнің күрделілігі мынада: бір оксидтің екіншісіне тотығу процесі қайтымды. Сондықтан тура реакция ағынының (SO 3 алу) оңтайлы шарттарын таңдау керек.

а) температура:

Алға реакция орын ауыстыру ережелеріне сәйкес экзотермиялық +Q химиялық тепе-теңдік, реакцияның тепе-теңдігін экзотермиялық реакцияға ауыстыру үшін жүйедегі температураны төмендету керек. Бірақ, керісінше, төмен температурада реакция жылдамдығы айтарлықтай төмендейді. Эксперименттік түрде химик-технологтар SO 3 максималды түзілуімен тікелей реакцияның жүруі үшін оңтайлы температура 400-500 ° C температура екенін анықтады. Бұл химия өнеркәсібіндегі айтарлықтай төмен температура. Осындай төмен температурада реакция жылдамдығын арттыру үшін реакцияға катализатор енгізіледі. Бұл процестің ең жақсы катализаторы V 2 O 5 ванадий оксиді екені тәжірибе жүзінде анықталды.

б) қысым:

Тікелей реакция газдар көлемінің азаюымен жүреді: сол жақта 3В газдар (2V SO 2 және 1V O 2), оң жақта 2В SO 3. Тікелей реакция газдар көлемінің азаюымен жүретіндіктен, химиялық тепе-теңдікті ауыстыру ережелеріне сәйкес жүйедегі қысымды арттыру керек. Сондықтан бұл процесс жоғары қысымда жүзеге асырылады.

SO 2 және O 2 қоспасы контактілі аппаратқа түсер алдында оны 400-500°С температураға дейін қыздыру керек. Қоспаны қыздыру байланыс аппаратының алдында орнатылған жылу алмастырғышта басталады. Қоспа жылуалмастырғыштың түтіктері арасында өтеді және осы түтіктерден қызады. Түтіктердің ішінен жанасу аппаратынан ыстық SO 3 өтеді. Байланыс аппаратына түскенде, SO 2 және O 2 қоспасы контактілі аппараттағы түтіктердің арасынан өтіп, қажетті температураға дейін қызуды жалғастырады.

Байланыс аппаратында 400-500°С температура SO 2 SO 3 -ке айналу реакциясында жылу бөліну есебінен сақталады. Күкірт оксиді мен оттегі қоспасы катализатор қабаттарына жеткен бойда SO 2 - SO 3 тотығу процесі басталады.

Түзілген күкірт оксиді SO 3 байланыс аппаратынан шығып, жылу алмастырғыш арқылы сіңіру мұнарасына түседі.

ҮШІНШІ КЕЗЕҢ – күкірт қышқылының SO 3 сіңіруі.

Ол сіңіру мұнарасында ағып жатыр.

Ал күкірт оксиді SO 3 неге суға сіңбейді? Өйткені күкірт оксидін суда ерітуге болады: SO 3 + H 2 O

Бұл процестің реакция теңдеуі nSO 3 + H 2 SO 4

Алынған олеум металл цистерналарға құйылады және қоймаға жіберіледі. Содан кейін цистерналар олеуммен толтырылады, пойыздар қалыптасады және тұтынушыға жіберіледі.

қоршаған ортаны қорғау,

күкірт қышқылын өндірумен байланысты.

Күкірт қышқылын өндірудің негізгі шикізаты – күкірт. Бұл ең көп таралғандардың бірі химиялық элементтербіздің планетада.

Күкірт қышқылын алу үш кезеңде жүреді: бірінші кезеңде SO 2 алынады, FeS 2 күйдіріледі, содан кейін SO 3 , одан кейін үшінші кезеңде күкірт қышқылы алынады.

Байланыс әдісімен күкірт қышқылының көп сорттары шығарылады, оның ішінде 20% бос SO 3 бар олеум, витриол (92,5% H 2 SO 4 және 7,5 % H 2 O), концентрациясы шамамен бірдей аккумулятор қышқылы. және витриол майы, бірақ одан да таза. Күкірт диоксидінен күкірт қышқылын алудың контактілі әдісі үш кезеңді қамтиды: 1) газды катализаторға зиянды қоспалардан тазарту; 2) күкірттің қос тотығының үш тотыққа дейін контактілі тотығуы; 3) күкірт қышқылының күкірт триоксидін сіңіруі. Негізгі қадам - ​​SO 2-ден SO 3-ке дейін контактілі тотығу; бұл операцияның атауы бүкіл әдіс деп те аталады.

контактілі тотығукүкірт диоксиді гетерогенді тотығу экзотермиялық катализдің типтік мысалы болып табылады.

Қайтымды реакция тепе-теңдігі
2SO 2 + О 2 D 2SO 3, ΔН= –2×96, 7 кДж (500°С) (а)

Ле Шателье принципіне сәйкес температураның төмендеуімен және қысымның жоғарылауымен SO 3 түзілуіне қарай ығысады; сәйкесінше SO 2-нің SO 3-ке айналуының тепе-теңдік дәрежесі артады. Қысымның жоғарылауы реакция жылдамдығын да арттырады (a).

SO 2 тотығу реакциясын жеделдететін жүздеген заттар ашылды, бірақ өндірісте үш катализатор ғана қолданылды: 1) металл платина; 2) темір оксиді; 3) ванадий пентоксиді.

Алайда, платина қымбат болғандықтан және қуыру газындағы қоспалармен, әсіресе мышьякпен оңай уланғандықтан, қолданыстан шығып қалды. Темір оксиді арзан, мышьякпен уланбайды, бірақ әдеттегі газ құрамында (7% SO 2 және 11% O 2) каталитикалық белсенділікті тек 625 ° C-тан жоғары көрсетеді, сондықтан SO 2 бастапқы тотығу үшін ғана қолданылды. . Ванадий катализаторы платинаға қарағанда белсенді емес, бірақ ол арзанырақ және платинадан бірнеше мың есе аз мышьяк қосылыстарымен уланған; ол ең ұтымды болып шықты және ол Ресей Федерациясында күкірт қышқылын өндіруде қолданылатын жалғыз болып табылады. Ванадийдің жанасу массасы орташа 7% V 2 O 5 құрайды; активаторлар сілтілі металдардың оксидтері болып табылады, әдетте K 2 O активаторы қолданылады; тасымалдаушы кеуекті алюмосиликаттар немесе кремний диоксиді болып табылады. Кәдімгі ванадий жанасу массалары кеуекті түйіршіктер, таблеткалар немесе сақиналар болып табылады. Катализ кезінде калий оксиді K 2 S 2 O 7-ге айналады, ал жанасу массасы кеуекті тасымалдаушы болып табылады, оның кеуекті беті сұйық калий пиросульфатындағы ванадий пентоксиді ерітіндісінің қабығымен суланған.

Ванадийдің жанасу массасы 400-600°С температурада жұмыс істейді. Температураның 600 °С-тан жоғары көтерілуімен түйіршік құрылымы мен белсенді компонент құрамының өзгеруіне байланысты катализатор белсенділігінің қайтымсыз төмендеуі басталады. Температура төмендеген сайын, активтілігі төмен ванадилсульфат VOSO 4 түзіліп, V +5-тің V +4-ке айналуынан катализатордың белсенділігі күрт төмендейді.

Катализ процесі диффузиялық және кинетикалық кезеңдерден тұрады. Байланыс массасының үлкен түйіршіктерінде процестің жалпы жылдамдығы кеуектердегі реагенттердің диффузиясымен анықталады. Әдетте диаметрі шамамен 5 мм түйіршіктер қолданылады, ал тотығудың алғашқы кезеңдерінде ол кеуектердегі диффузия жылдамдығын шектейді, ал соңғы кезеңдерінде катализдің өзінің жылдамдығы, дәлірек айтқанда, белсендірілген оттегі сорбциясы.

Берілген жанасу уақытындағы ең жоғары SO 3 шығымы белгілі бір оптималды температурада алынады. Процесті мүмкін болатын ең жоғары 600 ° C температурада бастау керек, содан кейін катализді 400 ° C мүмкін болатын ең төменгі температурада аяқтау үшін реакцияның жылуын үздіксіз алып тастау қажет.

Құбырлы аппараттарда жылу үздіксіз жойылады, бірақ мұндай аппараттар сынақтар кезінде жұмыста қолайсыз болып шықты. Сөре құрылғылары сөрелер арасында сатылы жылуды кетіру арқылы қолданылады.

Бірқатар зауыттарда H 2 SO 4 бойынша өнімділігі тәулігіне 50-ден 500 тоннаға дейінгі сөрелер арасында жылу алмастырғыштары бар төрт немесе бес сөре контактілі аппараттар жұмыс істейді. Диаметрі 12 м-ге дейінгі және биіктігі 30 м-ге дейінгі аппараттың цилиндрлік корпусы реакторлық жүйеге қарағанда өлшемдері мен металл шығыны бойынша әлдеқайда аз. Дегенмен, қуаттылығы 1000-1500 тонна/тәулік H 2 SO 4 қазіргі заманғы қуатты күкірт қышқылы жүйелері үшін жылу алмастырғыштарда бірнеше мың құбырларды орнату қажет болады, бұл аппаратты жөндеуде қиындықтар туғызады және құрылғының сенімділігін төмендетеді. бүкіл химиялық-технологиялық жүйе. Сондықтан күкірт қышқылының қуатты жүйелерінің бөлігі ретінде ішкі жылу алмастырғыштары жоқ сөре қондырғылары орнатылған. Суретте. 4-суретте құрамында жанасатын уландырғыштары жоқ (мышьяк, селен және т.б. қосылыстар) табиғи немесе газ тәріздес күкірттен қос жанасу (ДК) әдісімен күкірт қышқылын алу схемасы көрсетілген.

Балқытылған және минералды қоспалардан сүзілген күкірт алдын ала кептірілген ауа ағынында жағылады. Нәтижесінде қышқыл газ массалық үлесшамамен 10% SO 2 температурасы 1000 ° C-тан жоғары бу қазандығында 420 ° C дейін салқындатылады және бес қабатты контактілі аппаратқа түседі. Үш жоғары катализатор қабаттарында күкірт диоксиді әрқайсысы шамамен 60% тотығады және температура адиабатты түрде көтеріледі. Сөрелер арасындағы жылу алмастырғыштардағы газды салқындату арқылы оңтайлы қисыққа кезең-кезеңмен жақындауға қол жеткізіледі. Үшінші қабаттан шыққанда SO 2-нің SO 3-ке айналу дәрежесі 93-95% жетеді, ал адиабат тепе-теңдік қисығына жақындайды және реакция жылдамдығы айтарлықтай төмендейді. Сондықтан қос контактілі (ТҚ) әдісте үшінші қабаттан кейінгі газ жұтылады, күкірт триоксиді толығымен дерлік сіңіріледі; тепе-теңдік процесті шектемейді; O 2: SO 2 қатынасы 10: 1-ге жетеді және төртінші қабатта газдың құрамындағы күкірт диоксиді (шамамен 0,5%) 90-95% тотығады.

Суретте көрсетілген схемаға сәйкес. 4, төртінші қабаттан кейінгі газ суық ауа қосу арқылы салқындатылады, тағы бесінші қабат өтеді, содан кейін жалпы конверсия жылдамдығы 99,5% немесе одан жоғары. Алайда, бұл түрлендіру дәрежесінің өзі табиғатты қорғаудың заманауи талаптарына толық жауап бере алмайды.

Күкірт триоксидін сіңіру 98,3-98,6% H 2 SO 4 бар қышқыл ерітіндісімен шашыратылған оралған мұнараларда жүргізіледі. Мұндай қышқыл техникалық тұрғыдан моногидрат деп аталады. Ол азеотропты қоспа бола отырып, ең жақсы сіңіру қабілетіне ие. Сіңу дәрежесі 99%-дан асады. Қышқылды аздап сұйылтқанда оның үстінде су буы пайда болып, SO 3-пен күкірт қышқылы тұманының ең кішкентай тамшыларын түзеді, олар саптамалары бар мұнараларда нашар ұсталады. Сіңу дәрежесі күрт төмендейді. Абсорбцияны жақсарту үшін абсорберлерге түсетін қышқылды құбырлы салқындатқыштарда ауамен немесе сумен 60-70°С дейін салқындатады. Абсорберлерде және кептіру мұнарасында айналымдағы ағынды қышқылдың мөлшері SO 3 сіңіру үшін қажетті мөлшерден бірнеше есе көп және жылу балансымен анықталады. Қышқыл айналымының схемасы күріште көрсетілген. 5.

Қышқылдың аз бөлігі кептіру мұнарасына беріледі және одан дайын өнім – витриол майы алынады.

Реакция жылуы күкіртті жану пешіне түсетін ауаны алдын ала қыздыруға және бірінші сіңіру сатысынан кейін аппаратқа жіберілетін газды қыздыруға жұмсалады.

H 2 SO 4 моногидратының 1 тоннасына тұтыну коэффициенттері шамамен: күкірт – 0,34 т, электр энергиясы – 85 кВт/сағ, су – 70 м 3. Күкіртті пайдалану коэффициенті – 0,95.

Колчедандарды, түсті металдардың сульфидтерін және пириттерден алынған газ күкіртін күйдіруден алынған газды өңдеу кезінде өндірістің технологиялық жүйесі әлдеқайда күрделене түседі. Бұл газдардың құрамында пеш бөлмесінде химиялық тазалаудан кейінгі шаң қалдықтары, мышьяк, селен, түсті металдардың аэрозольдері, су буы оксидтері түріндегі жанасу уланулары болады.

Өндіріс схемасы жуу анықтамасын қамтиды, оның ішінде оралған мұнаралар мен дымқыл электрофильтрлер.

Газды салқындатқанда оның құрамындағы күкірт триоксиді мен су буы ұсақ тамшылар түрінде конденсацияланады. Бұл тамшыларда мышьяк оксиді ериді. Жуғыш мұнараларда ішінара басып алынған мышьяк қышқылының тұманы пайда болады. Бұл ретте шаң қалдықтары (бірінші мұнара), селен және басқа қоспалар ұсталады. Лас күкірт қышқылы түзіледі (жалпы шығарылатын өнімнің 5%-ға дейін), ол стандартты емес өнім ретінде шығарылады. Газды қол жетпес мышьяк қышқылының тұманынан соңғы тазарту дәйекті орнатылған екі дымқыл электростатикалық тұндырғышта жүзеге асырылады. Тұман тамшылары теріс зарядталады және қорғасыннан немесе көміртекті пластиктен жасалған құбырлы жинау электродтарында орналасады. Газды тазарту оны су буынан концентрлі күкірт қышқылымен қапталған мұнарада кептіру арқылы аяқталады.

Құрғақ таза газ кептіру мұнарасынан кейін турбокомпрессор арқылы бүкіл жабдық арқылы тасымалданады.

1. Күкірт қышқылының тауарлық және технология анықтаушы қасиеттері.

Күкірт қышқылы химия өнеркәсібінің негізгі ірі тонналық өнімдерінің бірі болып табылады. Ол халық шаруашылығының әртүрлі салаларында қолданылады, өйткені оның технологиялық қолданылуын жеңілдететін ерекше қасиеттер жиынтығы бар. Күкірт қышқылы түтін тартпайды, түсі мен иісі жоқ, кәдімгі температурада сұйық күйде болады, концентрлі күйінде қара металдарды тоттандырмайды. Сонымен бірге күкірт қышқылы күшті минералды қышқылдардың бірі болып табылады, көптеген тұрақты тұздар түзеді және арзан.

Техникада күкірт қышқылы деп күкірт оксиді (VI) және әртүрлі құрамдағы судан тұратын жүйелер түсініледі: p SO 3 t H 2 O.

n = t = 1 кезінде бұл күкірт қышқылы моногидраты (100% күкірт қышқылы), t > n кезінде - моногидраттың судағы ерітінділері, t кезінде< п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).

Күкірт қышқылы моногидраты – кристалдану температурасы 10,37°С, қайнау температурасы 296,2°С, тығыздығы 1,85 т/м3 болатын түссіз майлы сұйықтық. Ол сумен және күкірт оксидімен (VI) барлық жағынан араласып, H 2 SO 4 H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O және күкірт оксиді H 2 SO қосылыстарының гидраттарын түзеді. 4 SO 3 және H 2 SO 4 2SO 3.

Бұл гидраттар мен күкірт оксиді қосылыстары әртүрлі кристалдану температурасына ие және эвтектика диапазонын құрайды. Осы эвтектикалардың кейбірінде кристалдану температурасы нөлден төмен немесе жақын болады. Күкірт қышқылы ерітінділерінің бұл ерекшеліктері оның өндіріс және сақтау шарттарына сәйкес кристалдану температурасы төмен болуы керек тауарлық сорттарын таңдағанда ескеріледі.

Күкірт қышқылының қайнау температурасы оның концентрациясына, яғни «күкірт оксиді (VI) – су» жүйесінің құрамына да байланысты. Сулы күкірт қышқылының концентрациясының жоғарылауымен оның қайнау температурасы жоғарылайды және 98,3% концентрацияда максимум 336,5 ° C жетеді, бұл азеотропты құрамға сәйкес келеді, содан кейін төмендейді. Бос күкірт оксидінің (VI) мөлшерінің жоғарылауымен олеумның қайнау температурасы 100% күкірт оксидінің (VI) қайнау температурасына сәйкес 296,2 o C (моногидраттың қайнау температурасы) 44,7 o C дейін төмендейді.

Күкірт қышқылының буын 400°С-тан жоғары қыздырғанда, ол схема бойынша термиялық диссоциациядан өтеді:

400 o C 700 o C

2 H 2 SO 4<=>2H 2 O + 2SO 3<=>2H 2 O + 2SO 2 + O 2.

Минералды қышқылдардың ішінде күкірт қышқылы өндірілуі мен жұмсалуы бойынша бірінші орында. Оның әлемдік өндірісі соңғы 25 жылда үш еседен астам өсті және қазіргі уақытта жылына 160 миллион тоннадан астамды құрайды.

Күкірт қышқылы мен олеумның қолдану өрістері өте алуан түрлі. Оның едәуір бөлігі минералды тыңайтқыштар өндірісінде (30-дан 60%-ға дейін), сонымен қатар бояғыштар (2-ден 16%-ға дейін), химиялық талшықтар (5-тен 15%-ға дейін) және металлургияда (30-дан 60%-ға дейін) пайдаланылады. 2-3%). Ол тоқыма, тамақ және басқа да салаларда әртүрлі технологиялық мақсаттарда қолданылады. Суретте. 1-де күкірт қышқылы мен олеумның халық шаруашылығында қолданылуы көрсетілген.

Күріш. 1. Күкірт қышқылын қолдану.

2. Күкірт қышқылын алудың шикізат көздері.

Күкірт қышқылы өндірісіндегі шикізат элементтік күкірт және құрамында күкірт бар әртүрлі қосылыстар болуы мүмкін, олардан күкірт немесе тікелей күкірт оксиді (IV) алуға болады.

Нағыз күкірттің табиғи кен орындары аз, бірақ оның кларк 0,1% құрайды. Көбінесе күкірт табиғатта металл сульфидтері мен металл сульфаттары түрінде кездеседі, сонымен қатар мұнайдың, көмірдің, табиғи және ілеспе газдардың құрамына кіреді. Күкірттің едәуір мөлшері түтін газдары мен түсті металлургия газдарында күкірт оксиді түрінде және жанғыш газдарды тазарту кезінде бөлінетін күкіртсутек түрінде болады.

Осылайша, күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат айтарлықтай әртүрлі, дегенмен осы уақытқа дейін негізгі шикізат ретінде элементтік күкірт пен темір колчедандары қолданылады. Жылу электр станцияларының түтін газдары және мыс балқыту газдары сияқты шикізаттың шектеулі қолданылуы олардағы күкірт оксидінің (IV) төмен концентрациясымен түсіндіріледі.

Сонымен бірге шикізат балансындағы пириттердің үлесі азайып, күкірттің үлесі артады.

Күкірт қышқылын өндірудің жалпы схемасында алғашқы екі кезең өте маңызды – шикізатты дайындау және оларды жағу немесе күйдіру. Олардың мазмұны мен аспаптары айтарлықтай дәрежеде күкірт қышқылының технологиялық өндірісінің күрделілігін анықтайтын шикізаттың табиғатына байланысты.

3. Қысқаша сипаттамасыкүкірт қышқылын алудың заманауи өнеркәсіптік әдістері. Өндірісті жетілдіру жолдары және даму перспективалары.

Құрамында күкірт бар шикізаттан күкірт қышқылын алу шикізат пен аралық өнімдердің тотығу дәрежесі өзгеретін бірнеше химиялық процестерді қамтиды. Оны келесі диаграмма түрінде көрсетуге болады:

мұндағы I – пеш газын өндіру кезеңі (күкірт оксиді (IV)),

II – күкірт оксидінің (IV) күкірт оксидіне (VI) каталитикалық тотығу және оны сіңіру (күкірт қышқылына өңдеу) кезеңі.

Нақты өндірісте бұл химиялық процестер шикізатты дайындау, пеш газын тазалау және басқа механикалық және физика-химиялық операциялармен толықтырылады. Жалпы, күкірт қышқылының өндірісін былай көрсетуге болады:

байланысқан газ

Өндірістің нақты технологиялық схемасы шикізат түріне, күкірт оксидінің (IV) каталитикалық тотығу ерекшеліктеріне, күкірт оксидінің (VI) сіңірілу сатысының болуы немесе болмауына байланысты.

SO 2 - SO 3 тотығу процесі қалай жүргізілетініне байланысты күкірт қышқылын алудың екі негізгі әдісі бар.

Күкірт қышқылын алудың контактілік әдісінде қатты катализаторларда SO 2-ден SO 3-ке дейін тотығу процесі жүргізіледі.

Күкірт триоксиді процестің соңғы сатысында күкірт қышқылына айналады - күкірт триоксидінің сіңірілуі, оны реакция теңдеуімен оңайлатуға болады:

SO 3 + H 2 O

Процесті азотты (мұнара) әдісі бойынша жүргізгенде оттегі тасымалдаушы ретінде азот оксидтері қолданылады.

Күкірт диоксидінің тотығуы сұйық фазада және жүзеге асырылады соңғы өнімкүкірт қышқылы болып табылады:

SO 3 + N 2 O 3 + H 2 O

Қазіргі уақытта өнеркәсіпте күкірт қышқылын алу үшін негізінен байланыс әдісі қолданылады, бұл үлкен қарқындылықтағы аппараттарды қолдануға мүмкіндік береді.

Күкірт қышқылын екі түрлі шикізаттан: күкірт (темір) колчеданынан және күкірттен контакт әдісімен алу процесін қарастырайық.

1) Колчеданнан күкірт қышқылын алудың химиялық схемасы келесі үш кезеңді қамтиды:

Пирит концентратының темір дисульфидінің атмосфералық оттегімен тотығуы:

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 S 3 + 8SO 2,

Күкірт оксидінің (IV) оттегі газының артық мөлшерімен каталитикалық тотығуы:

Күкірт қышқылының түзілуімен күкірт оксидінің (VI) сіңірілуі:

SO 3 + H 2 O

Технологиялық конструкциясы бойынша темір колчеданынан күкірт қышқылын алу ең күрделі және бірінен соң бірі бірнеше кезеңдерден тұрады.

Бұл өндірістің негізгі (құрылымдық) диаграммасы күріште көрсетілген. 2:

Күріш. 2 Флотациялық пириттен күкірт қышқылын бір контактілі әдіспен алудың құрылымдық схемасы.

I – күйдіретін газды алу: 1 – пириттерді күйдіру; 2 – қалдық жылу қазандығында газды салқындату; 3 - жалпы газ тазалау, 4 - арнайы газ тазалау; II - жанасу: 5 - жылу алмастырғышта газды қыздыру; 6 - байланыс; III – сіңіру: 7 – күкірт оксидінің (IV) сіңірілуі және күкірт қышқылының түзілуі.