Арактеристика целевого продукта

Ведение

‡адачей данной курсовой работы ЯвлЯетсЯ анализ (качественный и количественный) технологии производства серной кислоты из элементарной серы. Ќеобходимо провести возможную оптимизацию процесса с учетом анализа действующих систем, длЯ этого нужно составить материальный баланс, который поможет оценить степень совершенства производства. Џри расчете балансов будут использованы 2 группы методов: дифференциальный и интегральный. Ќа основе материального баланса определЯетсЯ рЯд важнейшие техно-экономические показатели. Ѓазисом расчета будет ЯвлЯтьсЯ количество целевого продукта, в данном случае Р 2000 кг H₂SO_4.

‘ернаЯ кислота по объемам производства и применениЯ занимает одно из первых мест среди химических веществ. Ћна применЯетсЯ во многих отраслЯх промышленности длЯ получениЯ широкого ассортимента важнейших продуктов. Ћбъем производства серной кислоты в любой стране может рассматриватьсЯ как показатель, который в определенной мере отражает уровень промышленного развитиЯ страны.

‘ерную кислоту применЯют в производстве минеральных удобрений, как электролит в свинцовых аккумулЯторах, длЯ получениЯ различных минеральных кислот и солей, химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ, в нефтЯной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслЯх промышленности.

‘ернаЯ 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 Р40Й-20 до 260-336,5 ᵒ‘) находитсЯ в жидком состоЯнии.

Ћбласти применениЯ серной кислоты, более наглЯдно, можно рассмотреть на рис.1

 

ђис. 1. Ћбласти применениЯ серной кислоты

Ћ важном месте серной кислоты в мировой экономике говорит тот факт, что за четверть столетиЯ ее производство выросло более чем в три раза и в настоЯщее времЯ составлЯет более 200 млн. тонн в год.

 

Сходное сырье

€сходными реагентами длЯ получениЯ серной кислоты могут быть элементнаЯ сера и серосодержащие соединениЯ, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. ’акими соединениЯми ЯвлЯютсЯ сульфиды железа, сульфиды цветных металлов (меди, цинка и др.), сульфаты, сероводород и другие сернистые соединениЯ. Џриродные залежи самородной серы сравнительно невелики. Ћбщее содержание серы в земной коре составлЯет 0,1 %.

’радиционно основными источниками сырьЯ ЯвлЯютсЯ сера и железный (серный) колчедан. ‡начительное место в сырьевом балансе занимают отходЯщие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы. ‚ атмосферу с отходЯщими газами тепловых электростанций и металлургических заводов выбрасываетсЯ значительно больше SЋ₂, чем употреблЯетсЯ длЯ производства серной кислоты, но его переработка не всегда осуществима.

‚ то же времЯ отходЯщие газы Р наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоЯщим сырьем ЯвлЯетсЯ серы. ‘ледовательно, длЯ того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходЯщих газов.

Ера

ќлементарную серу получают из самородных руд, а также из газов, содержащих диоксид серы или сероводород (газоваЯ сера). ќлементарнаЯ сера Р один из лучших видов сырьЯ длЯ производства серной кислоты. Џри ее сжигании образуетсЯ газ с большим содержанием SO2 и кислорода, не остаетсЯ огарка, удаление которого свЯзано с большими затратами.

Џолучение серы из самородных руд. ЊесторождениЯ самородных серных руд встречаютсЯ в виде залежей осадочного или вулканического происхождениЯ и в шлЯпах солЯных куполов. ‚ таких рудах содержитсЯ от 15 до 30 % серы.

Њногие самородные серные руды, содержащие 20 % серы и более, можно непосредственно подвергать обжигу и получать SO2. Ћднако обычно серные руды не обжигают, а выплавлЯют из них серу в печах, в автоклавах или непосредственно в подземных залежах.

Џолучение газовой серы. ѓазовую серу извлекают из отходЯщих газов цветной металлургии, газов нефтепереработки, попутных нефтЯных и природных газов. ‚ газовой сере, получаемой из газов цветной металлургии, содержитсЯ большое количество мышьЯка и других вредных примесей, поэтому SO2, образующийсЯ при сжигании газовой серы, следует тщательно очищать перед подачей его на катализатор в производстве контактной серной кислоты.

Ѓольшое количество газовой серы получают из сероводорода, удалЯемого в процессах очистки горючих и технологических газов. ќтот сероводород используетсЯ длЯ производства серной кислоты методом мокрого катализа или перерабатываетсЯ в элементарную серу.

Ерный колчедан

ѓлавной составной частью серного колчедана ЯвлЯетсЯ сульфид железа FeS₂.(53,44 % S и 46,56 % Fe). ‘ерный колчедан Р минерал желтоватого или желтовато-серого цвета, плотность его около 5000 кг/м³.
Љолчедан, применЯемый длЯ обжига, предварительно обогащают флотацией. ”лотационный колчедан кроме пирита FeS₂ содержит рЯд примесей (мышьЯк, селен, теллур, фтор), которые при обжиге переходЯт в состав обжигового газа в виде оксидов и фторсодержащих газовых соединений. Ќаличие этих соединений обуславливает необходимость последующей очистки газа.

ТходЯщие газы

‚ процессе обжига различных руд и концентраторов, образуютсЯ отходЯщие газы, содержащие диоксид серы и ЯвлЯющиесЯ ценным сырьем длЯ производства серной кислоты. Џри использовании в качестве сырьЯ природных газов отпадает необходимость первой стадии (обжиг серосодержащего сырьЯ), поскольку в этом случае обжиг сульфидов ЯвлЯетсЯ одной из стадий других технологических процессов.

 

арактеристика целевого продукта.

‘ернаЯ кислота (H₂SO₄) ЯвлЯетсЯ сильной двухосновной кислотой. Џри нормальных условиЯх концентрированнаЯ сернаЯ кислота представлЯет собой маслЯнистую, без цвета и запаха, жидкость.

‘ернаЯ кислота может существовать как самостоЯтельное химическое соединение, а также в виде соединений с водой H₂SO₄*nH₂O и с триоксидом серы H₂SO₄*nSO₃. ‚ технике серной кислотой называют безводную H₂SO₄, ее водные растворы и растворы триоксида серы в безводной H₂SO₄ Р олеум.

ЃезводнаЯ сернаЯ кислота Р тЯжелаЯ маслЯнистаЯ бесцветнаЯ жидкость (может быть окрашена примесЯми в темный цвет), смешивающаЯсЯ с водой (с выделением большого количества теплоты) и триоксидом серы в любом соотношении. Џлотность H₂SO₄ при 0ºC равна 1,85 г/см³. ”изические свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура кристаллизации, температура кипениЯ, зависЯт от ее состава.

Ќа диаграмме кристаллизации системы H₂O-H₂SO₄-SO₃(рис. 3) максимумы отвечают составу соединений H₂SO₄ҐnH₂Oили H₂SO₄ҐnSO₃. Ќаличие минимумов объЯснЯетсЯ тем, что температура кристаллизации смесей двух веществ ниже температуры кристаллизации каждого из них.

 

ђис. 3. „иаграмма кристаллизации серной кислоты.

ЃезводнаЯ 100%-наЯ сернаЯ кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации - 10,7ºC. Џоэтому хранение и транспортировка такой кислотыдовольно сложна. ‘ернаЯ кислота, содержащаЯ всего 6.4% чистой воды, замерзает уже при -37.9^oC. ’акую кислоту можно перевозить в любое времЯ года. Џри дальнейшем увеличении содержаниЯ воды до 15% сернаЯ кислота начинает замерзать около +8^oC. …сли же содержание воды увеличить до 25%, то кислота опЯть начинает замерзать при низкой температуре -41.0^o‘. ’аким образом, башеннаЯ кислота, содержащаЯ 75% чистой серной кислоты, не боитсЯ самых сильных морозов, и еЮ можно перевозить даже в самые холодные районы страны. ’акже используютсЯ 92,5% контактнаЯ кислота и олеум Р 20 % своб. SO₃.

 

ђис. 2. ‡ависимость температуры кипениЯ серной кислоты при атмосферном давлении от ее состава.

€з диаграммы следует, что сернаЯ кислота и вода образуют азеотропную смесь состава 98,3% H₂SO₄ и 1,7% H₂O с максимальной температурой кипениЯ (336,5˚‘). ‘остав находЯщихсЯ в равновесии жидкой и паровой фаз длЯ кислоты азеотропной концентрации одинаков; у более разбавленных растворов кислоты в паровой фазе преобладают пары воды. ‚ паровой фазе над олеумом высока равновеснаЯ концентрациЯ SO₃. ќту диаграмму используют длЯ определениЯ режима абсорбции SO₃ и концентрированиЯ разбавленной серной кислоты при выпаривании из нее воды.

Џары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют:

H₂SO₄ ↔ H₂O + SO₃

и нагревание выше 400˚‘ вызывает диссоциацию SO₃:

SO₃ ↔ 2 SO₂ + O₂

‚ыше 700˚‘ в парах преобладает SO₂, ‘тепень диссоциации менЯетсЯ при изменении давлениЯ.

‘ернаЯ кислота весьма активна. Ћна растворЯет оксиды металлов и большинство чистых металлов, вытеснЯет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. ‘ернаЯ кислота вступает в реакции обменного разложениЯ, энергично соединЯетсЯ с водой, обладает окислительными и другими важными свойствами. Ћна отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей и кислородных производных углеводородов. –еллюлоза, крахмал и сахар разрушаютсЯ в концентрированной серной кислоте. ‚ разбавленной кислоте целлюлоза и крахмал распадаютсЯ с образованием сахаров. Џри попадании на кожу человека концентрированнаЯ сернаЯ кислота вызывает ожоги.

‘ернаЯ кислота Р реактив изготавливаетсЯ по ѓЋ‘’ 4204-77

’ехническаЯ сернаЯ кислота по ѓЋ‘’ 2184-77

ЂккумулЯторнаЯ сернаЯ кислота изготавливаетсЯ в соответствии с ѓЋ‘’ 667-73

ђассмотренные свойства серной кислоты необходимо учитывать как при выборе технологического режима процесса, так и при проектировании отдельных аппаратов, трубопроводов и т. д. Ќапример, при размещении цеха на открытой площадке необходимо предусмотреть теплоизолЯцию трубопроводов, по которым циркулируют растворы серной кислоты, имеющие достаточно высокие температуры кристаллизации. “чет диаграммы фазового равновесиЯ паров и жидкости позволЯет правильно выбрать условиЯ проведениЯ стадии абсорбции триоксида серы, обеспечивающие высокую степень абсорбции и предупреждающие побочные ЯвлениЯ, такие, например, как образование сернокислотного тумана.