Стадия контактного окисления диоксида серы в триоксид при производстве серной кислоты.
Главной стадией всего процесса получения серной кислоты является контактное окисление SO2 в SO3. При изменении внешних условий химическое равновесие смешается в сторону той реакции, которая ослабляет внешнее воздействие, то равновесие обратимой реакции:
2SO2 + O2 = 2SO3 + Q.
Равновесие сдвигается в сторону образования SO3 при понижении температуры и повышении давления. Повышение давления естественно увеличивает и скорость реакции. Однако повышенное давление в этом процессе применять нерационально, т.к. кроме реагирующих газов пришлось бы сжимать балластный азот, составляющий обычно 80% всей смеси.
Открыты сотни веществ, ускоряющих реакцию окисления SO2, но были применены в производстве лишь 3 катализатора: металлическая платина, оксиды железа, пятиоксид ванадия.
Без катализатора реакция проходит очень медленно вследствие малой вероятности столкновения трёх молекул и очень большой энергии активации. В большинстве случаях применяется ванадиевый катализатор.
Процесс катализа слагается из следующих стадий:
1) Диффузия реагирующих компонентов из ядра газового потока к гранулам, а затем в порах контактной массы.
2) Сорбция кислорода катализатором.
3) Сорбция молекул SO2 с образованием комплекса SO2*O*катализатор.
4)Перегруппировка электронов с образованием комплекса SO3*катализатор.
5) Десорбция SO3.
6) Диффузия SO3 из пор контактной массы и от поверхности зерен.
Рост температуры увеличивает равновесную концентрацию, поэтому в начале процесса увеличивается, а при приближении фактического выхода к равновесному сильнее сказывается влияние падения равновесной концентрации SO3 и скорость с дальнейшем ростом температуры начинает снижаться. Таким образом, в контактных аппаратах для достижения максимальной скорости процесс следует начинать при возможно более высоких температурах (около 600оС), и заканчивать при 400оС.
Вопрос № 25
Технологическая схема производства серной кислоты контактным способом.
Обжиговый газ из печи после грубой очистки от пыли в электрофильтре (1) поступает в полую промывную башню (2), где орошается холодной серной кислотой. При охлаждении газа до 80-90оС имеющийся в нем триоксид серы и пары воды конденсируются в виде тумана. В капельках тумана растворяются оксид мышьяка, оксид селена и улавливаются частички пыли. Небольшая часть тумана абсорбируется серной кислотой. Образуется грязная серная кислота с концентрацией 70%, которая после охлаждения в холодильнике (3) поступает в емкость (4) и отводится с установки.
Далее газ поступает во вторую промывную башню (5), орошаемую серной кислотой. Здесь газ охлаждается до 30-400С, при этом так же проходит частичная абсорбция тумана, улавливание оксида мышьяка и др. примесей. Грязная кислота охлаждается в холодильнике и сбрасывается в сборник кислоты, куда подаётся вода для подпитки, а также загрязнённая кислота из мокрого электрофильтра(6).
Из сборников кислоты часть грязной серной кислоты подается насосами (7) на орошение башен (2) и (5). Окончательная очистка газа производится в мокрых электрофильтрах (6). Газ поступает затем на осушку от паров воды в сушильную башню с насадкой (8), орашаемую купоросным маслом (92,3% серной кислотой). Центробежным насосом часть купоросного масла подается на орошение башни (8). С помощью турбокомпрессора (9) газ проходит далее трубчатый теплообменник (10) и поступает в контактный аппарат полочного типа (11), где происходит окисление SO2 вSO3. В аппарате 11 между слоями контактной массы находятся промежуточные теплообменники, где нагревается поступающий туда свежий газ за счёт тепла прореагировавшего горячего газа. Нагрев свежего газа осуществляется до температуры 440-450 0С, после чего он поступает на первый слой контактной массы. Общая конверсия SO2 в контактном аппарате составляет 99,5-99,7%. Контактный газ отдает тепло свежему газу в теплообменнике (10), охлаждается в трубчатом холодильнике (12) и поступает в абсорбционное отделение. Абсорбцию триоксида серы проводят в башнях с насадкой (13) и (14). При этом газ сначала походит олеумный абсорбер (13), орошаемый олеумом, в котором поглощается часть SO3. Окончательное поглощение его происходит во втором абсорбере, орошаемом 98,3% серной кислотой. Для улучшения абсорбции подаваемые на орошение абсорберов (13) и (14) продукты, охлаждаются перед поступлением в соответствующие сборники в холодильниках. В башнях (13) и(14) количество орошаемой кислоты во много раз больше, чем нужно для поглощения компонентов газа. Подпитка воды производится в сборник кислоты моногидратного абсорбера (14). Часть моногидрата непрерывно подается насосом для орошения сушильной башни (8), а часть подается в олеумный абсорбер для разбавления.
Вопрос №26