лекции / ЛЕКЦИЯ-13 Серная-кислота

ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Производство серной кислоты

•Производства минеральных удобрений (суперфосфата, сульфата аммония), являются крупнейшим потребителем серной кислоты. Кислота используется также в нефтепереработке, производстве химических волокон, взрывчатых веществ, лаков красок цветных металлов. Высокая химическая активность и относительно небольшая стоимость предопределили большое разнообразие применения серной кислоты почти во всех промышленных отраслях.

Сырьевая база

•производства серной кислоты - серосодержащие соединения, из которых можно получить диоксид серы. В промышленности около 80% серной кислоты получают из природной серы и железного (серного) колчедана. Значительное место занимают отходящие газы цветной металлургии, получаемые при обжиге сульфидов цветных металлов и содержащие диоксид серы. Некоторые производства используют как сырье сероводород, образующийся в производстве кокса, при сероочистке в нефтепереработке. Первой стадией технологической системы является обжиг серосодержащего сырья для получения диоксида серы.

Химическая схема производства серной кислоты

Сравним 2 схемы производства,

•в которых в качестве сырья выступает серный колчедан или сера. Химическая схема включает реакции:

•обжиг серного

•колчедана:4 FeS2 + 11 O2 → 2Fe2O3 + 8 SO2+Qр

•окисление диоксида

•абсорбция триоксида

•С учетом требований по ресурсо-энергосбережению, минимизации отходов и затрат на оборудование сера как сырье – предпочтительнее.

Функциональная производства серной кислоты

•1 –отделение (подсистема обжига колчедана), 2- отделение очистки обжигового газа, 3- подсистема окисления диоксида серы, 4- отделение абсорбции SO3.

•Обжиг серосодержащего сырья. Обжиг колчедана (пирита)

является гетерогенным химическим процессом, который описывается моделью «сжимающееся ядро».

•В промышленности обжиг ведут при 850-900 0C. Лимитирующая стадия процесса - внутренняя диффузия кислорода к поверхности свежего пирита и продуктов окисления в газовую фазу. При этих же температурах твердый компонент размягчается, что способствует слипанию его частиц. Эти факторы определили способ проведения процесса и тип реактора.

Организация процесса и реактор

Основной прием интенсификации гетерогенного процесса,

определяемый стадией внутренней диффузиейдробление

частиц. Мелкие частицы можно перерабатывать в кипящем (псевдоожиженном) слое, что реализовано в печах КС - кипящего слоя (рис.). Пылевидный колчедан подается через питатель в реактор. Воздух поступает через распределительную решетку со скоростью, достаточной для взвешивания твердых частиц. Их витание в слое предотвращает слипание и способствует хорошему контакту их с газом, выравнивается температурное поле по всему слою, обеспечивается подвижность твердого материала и его переток в выходной патрубок для вывода продукта из реактора. В слое подвижных частиц можно расположить теплообменные элементы, причем коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя сравним с теплоотдачей от кипящей жидкости. Тем самым обеспечено эффективные теплоотвод из зоны реакции, управление его

температурным режимом и использование тепла реакции.

Реактор «КС»

•Основной недостаток печей КС - повышенная запыленность обжигового газа из-за механической эрозии подвижных твердых частиц. Это потребует более тщательной очистки газа от пыли - в циклоне и электрофильтре.

•Зависимости Кр, xp от температуры, состава реакционной смеси и давления, состава газа показаны на рис. (см. лекцию

«термодинамические закономерности»)

Кинетика реакции

•Скорость реакции r описывается уравнением:

или более простой и удобный вид уравнения для анализа r = (k1 + k 1) с0 (xp x)