Задание 3. Производство серной кислоты из серы.

Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает 1 место. Объясняется это ее свойствами и тем, что она самая дешевая из всех кислот.

Области применения H₂SO₄ чрезвычайно обширны. Существенная ее часть используется как полупродукт в различных отраслях химической промышленности, прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот, взрывчатых веществ. Серная кислота применяется при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т.д.

9

Для производства серной кислоты традиционными источниками являются сера, железный колчедан и отходящие газы цветной металлургии.

Постепенно доля колчедана как сырьевого источника уменьшается, что связано и с большими транспортными расходами на его транспортировку (кроме серы в нем велика доля других компонентов), и с невозможностью избавиться от огарка.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Процесс производства серной кислоты из элементарной серы состоит из следующих стадий:

- сжигание серы: S + O₂ = SO₂ (1)

Простой, необратимый, экзотермический, гомогенный процесс. Сера сначала плавится, потом сжигается при температуре 1200⁰С. Процесс проводят в избытке кислорода.

- контактное окисление SO₂ в SO₃ : SO₂ +0,5O₂⁼ SO₃ (2)

Процесс простой, экзотермический, обратимый, гетерогенно- каталитический.

В отсутствии катализатора реакция не протекает из-за высокого значения энергии активации (Е_а = 280 кДж/моль). В настоящее время в производстве серной кислоты применяют ванадиевые катализаторы (V₂O₅ ^. K₂S₂O₇) – пиросульфованадат калия, рабочий интервал которого 400-650⁰С.

В обратимых экзотермических процессах всегда существует противоречие между выходом и скоростью. Для разрешения этого противоречия процесс в контактном аппарате проводят по линии оптимальных температур.

- абсорбция SO₂ : SO₂ + H₂O = H₂SO₄ (3)

Абсорбционная колонна орошается 98,3% серной кислотой, концентрация которой соответствует азеотропному составу. Над поверхностью такой кислоты нет паров воды (не образуется серно-кислотный туман), и нет паров SO₃ (сохраняется высокая движущаяся сила процесса). Перед отправкой на склад кислота разбавляется до 93%.

10

Исходные данные для расчета

Показатель	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8
Степень превращения серы в SO2,%	94	93	92	95	93	94	95	92
Степень превращения SO2 в SO3,%	98	98,5	99	98,7	97,5	99,5	98	97
Степень абсорбции SO3,%	99,7	99,5	99,3	100	99,8	99,5	99,4	100
Избыток воздуха (от стехиометрии)	1,5	1,6	1,7	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9
Концентрация H2SO4 в целевом продукте, % (по массе)	93	93,5	93,2	92,8	92,7	93	93,1	92
Базис расчета, кг H2SO4 в продукте	1500	-	2000	-	2500	-	3000	-
Базис расчета, кг S	-	800	-	700	-	900	-	1000