13. Сырье сернокислотной промышленности и его комплексное использование. Типы печей для обжига колчедана. Оптимальные условия.

Благодаря совокупности свойств физических и химических серная кислота находит большое и разнообразное применение во многих отраслях промышленности. Свойства серной кислоты:

Смешивается с водой в любых соотношениях с выделением тепла. Приливаем кислоту в воду. Плотность 1,85 г/см3. Температура кипения 296. Точка плавления -10.

Серная кислота и оксид серы (III) дают с водой 6 гидратов, которые при крисстализации при низкой температуре дают эвтектические смеси (минимальная температура плавления).

Серная кислота образует с водой азеотроп - нераздельнокипящие смеси

Массовая доля серной кислоты 98,3%. Температура кипения 336,6.

При концентрировании серной кислоты ниже 75% в паровую фазу переходит вода. При концентрации более 80% паровая фаза обогащается серной кислотой. При концентрировании 98,3% состав паровой фазы равен составу жидкой фазы.

К товарной серной кислоте также относится купоросное масло с концентрацией 90-91%.

Применение серной кислоты.

1. Половина производимой серной кислоты идет на производство фосфорных удобрений, сульфата аммония, сульфата калия, различных кислот и солей;

2. В металлообработке удаляют ржавчину перед покрытием ее лаком;

3. В производстве органических веществ (нитро, взрывчатые вещества, эфиры, красители, спирты, лаки);

4. Очистка нефтепродуктов;

5. Регенерация ионитов;

6. Зарядка аккумуляторов;

7. Применение в пищевой и текстильной промышленности.

Сырье для производства серной кислоты.

1. Природная сера - 30-50% серной кислоты. Идет на медицинские и научные цели.

2. Сульфидные руды - пирит FeS2, медный колчедан CuFeS2, медный блеск CuS2.

Пирит является основным сырьем в России для получения серной кислоты.

3. Сульфаты - CaSO4 * 2Н2О ангидрит, Na2SO4 * 10H2O мирабилит.

4. Отходы других производств. Отходам нефтеперерабатывающей и коксохимической промышленности является сероводород. В процессе не образуется твердого остатка, что упрощает технологию получения серной кислоты.

Процесс состоит из 4 стадий:

1. Обжиг серного колчедана.

2. Очистка печного газа от каталитических ядов.

3. Каталитическое окисление SO2 в SO3.

4. Абсорбция SO3 98% серной кислотой или олеумом.

Получение SO2. Получают обжигом пирита, входящего в состав сетного колчедана кислородом воздуха.

4FeS2 + 11O2 ---(600-800С)---> 2Fe2O3 + 8SO2 + теплота

Это гетерогенная, высокотемпературная реакция, необратимая, некаталитическая. Во время обжига на поверхности частичек пирита образуется сой оксида железа, которое препятствует реакции окисления. Скорость гетерогенной реакции зависит от поверхности раздела фаз. Необходимо измельчить пирит. Во время процесса толщина оксидной пленки постоянно увеличивается и препятствует дальнейшей реакции окисления, процесс переходит во внутридиффузионную область. Для снятия этих диффузионных торможений пирит необходимо измельчать, при этом толщина оксидной пленки автоматически уменьшается.

При переходе к микротелам микрочастицы пирита при температуре выше 900 градусов начинают сплавлятся с образованием крупных агломератов. Поэтому температуру ограничивают 600-900 градусов.

Процесс диффузии на поверхности пирита протекает следующим образом: молекулы кислорода затекают внутрь зерна пирита и вступают в реакцию с образованием оксида железа и SO2. Образовавшейся SO2 десорбируется из частиц пирита с образованием вокруг частички облака SO2, которое мешает проникновение кислорода внутрь частицы пирита. Для устранения этого недостатка частицы пирита необходимо энергично перемешивать.

В зависимости от интенсивности перемешивания существует 4 вида печей для обжига пирита.

1. Многополочные печи.

Температура 600-900 градусов.

Концентрация СО2 9%.

Разбавление воздухом 1:1,5.

2. Барабанные вращающиеся печи.

По типу цементных.

3. Печи пыливидного обжига.

Температура 900-1000 градусов. Берется почти стехиометрическое количество воздуха. Концентрация SO2 - 13%.

Недостатки: требуется очень тонкий помол и осушка пирита. Очень большая запыленность, с которой очень трудно справиться.

4. Печи со взвешанным (кипящим) слоем.

Пирит измельчается и рассеивается на три фракции: мелкая, средняя, крупная. Мелкая фракция сплавляется и возвращается на помол. Крупная фракция тоже идет на помол. Средняя фракция имеет размер частиц

d min < d < d max

d min может уноситься с потоком газа. d max не может переходить в режим кипящего слоя.

температура 600-900 градусов. Концентрация SO2 - 14%. Производительность печи кипящего слоя в 10 выше чем многополочной печи и в 2 раза выше чем печи пылевидного обжига. Остаточная концентрация серы в огарке менее 0,5%.

На 1 т. Пирита получаем 1,3 т. Водянного пара.