Московский государственный университет тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова.

Курсовая Работа

Кафедра Общей Химической Технологии

Тема: Производство серной кислоты из серы.

Преподаватель: Цыганков Владимир Николаевич

Студент: Лыкошин Дмитрий Дмитриевич

Группа ХТ-409

Москва 2013

1. Общие сведения

 Серная кислота - H₂SO₄ (мол. Масса 92,082) бесцветная маслянистая жидкость без запаха. 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 ˚С) находится в жидком состоянии.

Области применения серной кислоты 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 и при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т.д. Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение H2SO4, а также в виде соединений с водой: H₂SO₄2H₂O, H₂SO₄H₂O, H₂SO₄4H₂O, H₂SO₄ SO₃, H₂SO₄2SO₃.

В технике серной кислотой называют безводную H₂SO₄ , ее водные растворы (смесь H₂SO₄ , H₂O и H₂SO₄nH₂O) и растворы триоксида серы в безводной H₂SO₄ – олеум ( смесь H₂SO₄ и соединений H₂SO₄nSO₃ ).

Безводная серная кислоты – тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой и триоксидом серы в любом соотношении. Безводная 100%-ая серная кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации (10,7˚С). Выпускают три вида серной кислоты:

	Концентрация	Температура кристаллизации, ˚С
Башенная кислота	75%	-29,5
Контактная кислота	92,5%	-22,0
Олеум	20% свободного SO3	+2

Серная кислота и вода образуют азеотропную смесь: 98,3% H₂SO₄ и 1,7% H₂O с максимальной температурой кипения (336,5 ˚С).

2. Исходное сырье

Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементарная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. Например, сульфиды железа, сульфиды цветных металлов (меди, цинка и др.), сероводород и ряд других сернистых соединений. Традиционно основные источники сырья – сера и железный (серный) колчедан. Значительное место в сырьевом балансе производства серной кислоты занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы. Производство серной кислоты включает в себя несколько этапов:

1. Подготовка сырья: а) очистка и плавление серы; б) очистка, сушка и дозировка воздуха;

2. Сжигание серы. Получение диоксида серы окислением (обжигом) серосодержащего сырья. Процесс ведут с избытком воздуха.

S+О₂ = SO₂

3. Контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Этот процесс характеризуется очень высоким значением энергии активации, для понижения которой необходимо, как правило, применение катализаторов.

SO₂ + 0,5O₂ = SO₂ (Процесс ведут на ванадиевом катализаторе при t = 420-550˚С)

4. Абсорбция. В зависимости от того как проводится процесс окисления SO₂ в SO₃ , различают два основных метода получения серной кислоты:

• Контактный – процесс окисления SO₂ в SO₃ проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которую можно представить уравнение реакции:

SO₃ + H₂O H₂SO₄

• Нитрозный (башенный) – в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота. Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

SO₃ + N₂O₃ + H₂O H₂SO₄ + 2NO

В промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.

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

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

FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (I) S + O₂ SO₂ . (II)

При протекании реакции (I) помимо газообразного диоксида серы 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 может вызвать отравление катализатора. Поэтому реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению, на которой помимо очистки от каталитических ядов выделяются пары воды (осушение), а также получаются побочные продукты (Se и Te).

Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать в себя лишь осушку газа и утилизацию теплоты.

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

SO₂ + 0,5O₂ = SO₃ (III)

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

В зависимости от комбинации этапов получения серной кислоты, существуют различные функциональные схемы:

1. Из колчедана методом одинарного контактирования

2. Из серы методом двойного контактирования

3. Циклическим методом из серы.