ВВЕДЕНИЕ

Химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), сложность которой определяется как наличием большого количества связей, элементов и подсистем, так и разнообразием решаемых задач.

Основной целью химического производства является получение химического (целевого) продукта заданного качества при минимальных затратах и возможно меньшим количестве отходов. Для анализа ХТС и возможности их оптимизации необходима модель процесса, отражающая, в первую очередь, связи между элементами и их взаимное влияние друг на друга. Основой такой модели служит баланс масс в системе.

Расчет материального баланса является основным этапом в проектной работе инженеров химиков-технологов. На основе материальных балансов определяется целый ряд важнейших техноэкономических показателей и характеристик основных аппаратов. Из данных материальных балансов определяют: расход сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности; тепловой баланс и, соответственно, расход энергии, и теплообменную аппаратуру; экономический баланс производства, себестоимость продукции и, следовательно, рентабельность производства.

Материальный баланс позволяет оценить степень совершенства производства (комплексность использования сырья, номенклатуру и количество отходов), а также проанализировать причины потерь. При расчет баланса задаются величиной механических потерь, которая, как правило, не должна превышать 5%. Эти потери определяются не столько несовершенством технологии или дефектами оборудования, сколько культурой производства в целом.

Цель: проектирование технологической стадии осушки воздуха.

Задачи:

1.Провести анализ литературных источников по теме .

2.Дать характеристику сырья и готового продукта.

3.Изучить физико-химические свойства.

4.Описатьтехнологическую схему установки.

5.Расчитать материальный и тепловой баланс.

6.Расчитать основное и вспомогательное оборудование.

7.Описать методики аналитического контроля производства.

8.Рассмотреть основы безопасного эксплуатации производства.

Объект проектирования: технологическая стадия растворов серной кислоты.

Характеристика основных источников: работа выполнена на основе литературных и производственных источников.

1 Основная часть

1.1 Аналитические обзор литературы

Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это и тем, что она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от –40.-20 до 260-336,5 ºС) находится в жидком состоянии.

Серная кислота одна из самых активных неорганических кислот. Она реагирует почти со всеми металлами и их окислами, вступает в реакции обменного разложения, обладает окислительными свойствами. Высокая активность серной кислоты обуславливает и широкое применение в различных отраслях – в химической, нефтяной, пищевой промышленности, в цветной металлургии, машиностроении и др. Основной областью применения серной кислоты производимой по настоящему регламенту является производство минеральных удобрений.

Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы.

Получение серной кислоты из колчедана.

Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы. В зависимости от вида сырья протекают экзотермические химические реакции обжига:

4FeS₂ +11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (1)

S + O₂ = SO₂ (2)

При протекании реакции (1) помимо газообразного продукта реакции SO₂ образуется твердый продукт Fe₂O₃, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединения мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Присутствие этих соединений на стадии контактного окисления диоксида серы может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению (вторая стадия), которая помимо очистки от каталитических ядов включает выделение паров воды (осушку), а также получение побочных продуктов (Se и Te). Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать лишь осушку газа и утилизацию теплоты.

На третей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы:

SO₂ + 1/2O₂ ↔ SO₃ (3)

Последняя стадия процесса – абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом.

Важнейшей задачей в производстве серной кислоты является повышение степени превращения SO₂ в SO₃. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы – снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента SO₂. Повышение степени превращения SO₂ может быть достигнуто разными путями. Наиболее распространенный из них – создание схем двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА).

Получение H₂SO₄ из серы.

Процесс производства серной кислоты из элементарной серы состоит из следующих основных реакций:

- подготовка сырья: очистка и плавление серы; очистка, сушка и дозировка воздуха;

- сжигание серы:

S + O₂ = SO₂ (4)

Процесс ведут с избытком воздуха;

- контактное окисление SO₂ в SO₃:

SO₂ + 1/2 O₂ = SO₃ (5)

Процесс идет на ванадиевом катализаторе при температуре 420-550˚C;

- абсорбция SO₃:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (6)

Абсорбционная колонна орошается 98,3% H₂SO₄. Перед отправкой на склад кислота разбавляется до ~ 93% H₂SO₄ в соответствии с требованиями ГОСТа.

Вывод: в результате анализа литературы установлено, что производство серной кислоты из серы более удобно, экономично и эффективно, чем способ получение серной кислоты из колчедана, так как для получения кислоты из элементарной серы используется более доступное сырье, затрачивается малое количество энергии.