Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Физико-химические основы технологических процессов..pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
15.56 Mб
Скачать

С2Н5ОН <-> СН2= СН2 + Н20 (1-2 %);

С2Н5ОН <-* СНзСНО +Н2 (1-2 %).

Селективность по этанолу в промышленных условиях составля­ ет 95 %

Синтетический спирт по качеству почти не отличается от получен­ ного из пищевого сырья, но себестоимость его в несколько раз ниже.

2.Применение теории химико-технологических процессов

исистем в основных производствах неорганических веществ

Кпроизводствам основного неорганического синтеза относят производство кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений.

Рассмотрим кратко технологические процессы, лежащие в основе получения многотоннажных продуктов основного неорганического синтеза: серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и минеральных удобрений на ее основе, фосфорной кислоты.

2.1с Технология производства серной кислоты

Серная кислота является одним из основных продуктов основного неорганического синтеза и широко используется в различных отрас­ лях промышленности для производства минеральных удобрений, цветных металлов гидрометаллургическим и электрохимическим ме­ тодами; химических волокон, лаков, красок, органических раствори­ телей, взрывчатых веществ, а также для осушки газов; в гальваниче­ ских производствах и т. п.

Сырьем для получения серной кислоты являются серосодержащие соединения, обжигом которых получают оксид серы (IV). В промыш­ ленности 80 % серной кислоты производят из природной серы и серного колчедана FeS2.

В качестве сырьевой базы для получения серной кислоты в на­ стоящее время широко используют отходы производств:

• газы, образующиеся при обжиге сульфидных руд, содержащих цветные металлы (меди, цинка, свинца и др.), например:

CuS + 0 2 <-> CuO + S02.

При выплавке 1 т меди возможно получение из образующихся га­ зов Ют серной кислоты;

• сероводород, образующийся при очистке от сернистых соедине­ ний нефти и природного газа.

Основные стадии процесса синтеза серной кислоты:

Обжиг серосодержащего сырья. Химическая модель обжига серного колчедана или пирита была рассмотрена в модуле 4.

Суммарная реакция:

 

4FeS2 + 1102 = 2Fe20 3 + 8S02.

(5.16)

Процесс проводят в печах кипящего слоя при температуре 1100— 1170 К в избытке кислорода (воздуха). Концентрация S02 в обжиго­ вом газе составляет 13-15 %.

Обжиг другого серосодержащего сырья можно представить сле­ дующими реакциями.

Сжигание серы (температура плавления 386 К, температура вос­ пламенения - 470 К, температура кипения 718 К, теплота сгорания

серы 11325 кДж/кг):

 

S2 + 202 = 2S02.

(5.17)

Перед сжиганием серу расплавляют, очищают от примесей фильт­ рованием и подают на сжигание в печь. Процесс протекает в парогазо­ вой фазе, поэтому для увеличения скорости испарения серы и интен­ сивности протекания реакции целесообразно диспергировать ее в по­ токе воздуха. Для сжигания серы используют циклонные и форсуноч­ ные печи. При горении серы температура в печи составляет 1300 К. Тепло реакции утилизируют в котле-утилизаторе и используют для расплавления серы.

Использование серы в качестве сырья позволяет получить обжи­ говый газ с высоким содержанием S02 (до 15—20 об. %).

Сжигание сероводорода:

2H2S + 302 = 2S02 +2Н20 +1038 кДж.

(5.18)

Сероводород, смешанный с избытком воздуху подается в печь с на­ садкой из огнеупорного кирпича. При горении образуется S02 и экви­ молярное количество паров воды, которые не выделяют из газа, а пода­ ют на контактирование (метод мокрого катализу), затем образующий­ ся S03 взаимодействует с водой с образованием верной кислоты. При этом образуется так называемое купоросное масло.

Очистка и промывка обжигового газа. Обадговые газы содержат примеси. Газы обжига колчедана содержат пыль, примеси соединений тяжелых металлов, фтора, селена и др.

При горении образуются оксиды азота, SO3 , пары воды, присутствие которых может приводить к коррозии оборудования- и отравлению ката­ лизаторов. Первичную очистку от пыли осуществляют в циклонах или в электрофильтрах. Для глубокой очистки и удаления газообразных при­ месей обжиговый газ промывают растворами серной кислоты. Обычно процесс ведут в три ступени. В первой промывной башне газ охлаждает­ ся до 340 К, при смешении с кислотой образуется сернокислотный ту­ ман с высокоразвитой поверхностью, что интенсифицирует процесс аб­ сорбции примесей. Во второй промывной башне с насадкой газ промы­ вается 20 % раствором серной кислоты. При этом на насадке концентри­ руется влага и агрегированные капли тумана. В третьей башне осущест­ вляется осушка газа концентрированной серной кислотой.

Каталитическое окисление S 0 2:

S0

2

2

0

2

3

(5.19)

 

+ У

 

SO .

 

Окисление диоксида серы является экзотермической каталитиче­ ской обратимой реакцией.

Зависимость константы равновесия от температуры имеет вид

( 5.20)

Равновесную степень превращения можно определить по форму­ ле (см. модуль 2, пример 4):

 

г

 

 

(l-0,5 C°SOix)

x = KB-

K

 

+

р

(5.21)

р

 

 

^ ( с ^ - 0 , 5 С ^ х ) - Р

х определяют методом подбора и решения уравнения на ЭВМ. Степени превращения 0.99 достигаются при температуре 670-690 К.

В качестве катализаторов используют соединения ванадия. Тем­ пературные границы его использования 680-880 К.

На ванадиевом катализаторе скорость процесса описывается эм­ пирическим уравнением Борескова:

со =

(5.22)

Реакция экзотермическая обратимая, поэтому необходим выбор оптимальных температур (см. модуль 2). В промышленности для дос­ тижения оптимальных температур, близких к теоретическим, процесс проводят в многослойном реакторе с промежуточным отводом тепло­ ты между слоями с помощью теплообменников или путем поддува холодного исходного газа.

Абсорбция S 0 3:

so3 + н2о = H2SO4.

(5.23)

Это процесс экзотермический. Наиболее полная абсорбция S03 происходит 98,3 % серной кислотой (азеотропная точка). При исполь­ зовании кислоты меньшей концентрации образуются грудноулавливаемые пары серной кислоты. На процесс абсорбции S03 влияет тем­ пература. При понижении температуры увеличивается растворимость газов и скорость экзотермической реакции образования кислоты. При температуре менее 370 К S03 поглощается практически полностью.

Оптимальные условия абсорбции: Т= 350 К, концентрация сер­ ной кислоты должна быть близка к концентрации азеотропной сме­ си - 98,3 %.

Технологическая схема процесса рассмотрена в модуле 4.