Виробництво сірчаної кислоти

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

1. Товарні і визначають технологію властивості сірчаної кислоти.
Сірчана кислота - один з основних багатотоннажних продуктів хімічної промисловості. Її застосовують у різних галузях народного господарства, оскільки вона володіє комплексом особливих властивостей, які полегшують її технологічне використання. Сірчана кислота не димить, не має кольору і запаху, при звичайній температурі знаходиться в рідкому стані, в концентрованому вигляді не кородує чорні метали. У той же час, сірчана кислота належить до сильних мінеральних кислот, утворює численні стійкі солі і дешева.
У техніці під сірчаної кислотою розуміють системи, що складаються з оксиду сірки (VI) та води різного складу: п SО 3 · т Н 2 О.
При п = т = 1 це моногідрат сірчаної кислоти (100%-ная сірчана кислота), при т> п - водні розчини моногідрату, при т <п - розчини оксиду сірки (VI) в моногідраті (олеум).
Моногідрат сірчаної кислоти - безбарвна масляниста рідина з температурою кристалізації 10,37 о С, температурою кипіння 296,2 о С і щільністю 1,85 т / м 3. З водою і оксидом сірки (VI) він змішується у всіх відносинах, утворюючи гідрати складу Н 24 · Н 2 О, Н 24 · 2Н 2 О, Н 24 · 4Н 2 О і з'єднання з оксидом сірки Н 24 · SО 3 та Н 24 · 2SО 3.
Ці гідрати і з'єднання з оксидом сірки мають різні температури кристалізації і утворюють ряд евтектики. Деякі з цих евтектики мають температуру кристалізації нижче нуля або близькі до нуля. Ці особливості розчинів сірчаної кислоти враховуються при виборі її товарних сортів, які за умовами виробництва і зберігання повинні мати низьку температуру кристалізації.
Температура кипіння сірчаної кислоти також залежить від її концентрації, тобто складу системи «оксид сірки (VI) - вода». З підвищенням концентрації водної сірчаної кислоти температура її кипіння зростає і досягає максимуму 336,5 о С при концентрації 98,3%, що відповідає азеотропної складу, а потім знижується. Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту вільного оксиду сірки (VI) знижується від 296,2 о С (температура кипіння моногідрату) до 44,7 о С, що відповідає температурі кипіння 100%-ного оксиду сірки (VI).
При нагріванні парів сірчаної кислоти вище 400 о С вона піддається термічній дисоціації за схемою:
400 о С 700 о С
2 Н 24 <=> 2Н 2 О + 2SО 3 <=> 2Н 2 О + 2SО 2 + О 2.
Серед мінеральних кислот сірчана кислота за обсягом виробництва і споживання займає перше місце. Світове виробництво її за останні 25 років зросла більш ніж у три рази і складає в даний час більше 160 млн. т на рік.
Області застосування сірчаної кислоти та олеуму вельми різноманітні. Значна частина її використовується у виробництві мінеральних добрив (від 30 до 60%), а також у виробництві барвників (від 2 до 16%), хімічних волокон (від 5 до 15%) і металургії (від 2 до 3%). Вона застосовується для різних технологічних цілей в текстильній, харчовій та інших галузях промисловості. На рис. 1 представлено застосування сірчаної кислоти та олеуму в народному господарстві.

Виробництво хроматів
Виробництво сульфатів
Мінеральні добрива
Сульфат амонію
Вибухові речовини
Травлення металів
Виробництво кислот, спиртів, ефірів та інших органічних речовин
Мінеральні кислоти
Н 3 РО 4
НF
Сірчана кислота
Органічні барвники
Металургія кольорових металів
Виробництво глюкози та патоки
Мінеральні пігменти та фарби
Хімічні волокна, текстильна промисловість
Очищення нафтопродуктів і мінеральних масел
Рис. 1. Застосування сірчаної кислоти.

2. Сировинні джерела отримання сірчаної кислоти.
Сировиною у виробництві сірчаної кислоти можуть бути елементарна сірка і різні серусодержащих з'єднання, з яких може бути отримана сірка або безпосередньо оксид сірки (IV).
Природні поклади самородної сірки невеликі, хоча кларк її дорівнює 0,1%. Найчастіше сірка знаходиться в природі у формі сульфідів металів і сульфатів метало, а також входить до складу нафти, кам'яного вугілля, природного і попутного газів. Значні кількості сірки містяться у вигляді оксиду сірки в топкових газах і газах кольорової металургії і у вигляді сірководню, що виділяється при очищенні горючих газів.
Таким чином, сировинні джерела виробництва сірчаної кислоти досить різноманітні, хоча до цих пір в якості сировини використовують переважно елементарну сірку і залізний колчедан. Обмежене використання таких видів сировини, як топкові гази теплових електростанцій і гази мідеплавильного виробництва, пояснюється низькою концентрацією в них оксиду сірки (IV).
При цьому частка колчедану в балансі сировини зменшується, а частка сірки зростає.
У загальній схемі сірчанокислотного виробництва істотне значення мають дві перші стадії - підготовка сировини і його спалювання або випалення. Їх зміст і апаратурне оформлення істотно залежать від природи сировини, яка значною мірою, визначає складність технологічного виробництва сірчаної кислоти.

3. Короткий опис сучасних промислових способів отримання сірчаної кислоти. Шляхи вдосконалення та перспективи розвитку виробництва.
Виробництво сірчаної кислоти з серусодержащего сировини включає декілька хімічних процесів, в яких відбувається зміна ступеня окислення сировини і проміжних продуктів. Це може бути представлено у вигляді такої схеми:

де I - стадія отримання пічного газу (оксиду сірки (IV)),
II - стадія каталітичного окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI) та абсорбції його (переробка в сірчану кислоту).
У реальному виробництві до цих хімічних процесів додаються процеси підготовки сировини, очищення пічного газу та інші механічні та фізико-хімічні операції. У загальному випадку виробництво сірчаної кислоти може бути виражене в наступному вигляді:
Сировина підготовка сировини спалювання (випалення) сировини
очищення пічного газу контактування абсорбція
контактировавшего газу Сірчана кислота
Конкретна технологічна схема виробництва залежить від виду сировини, особливостей каталітичного окислення оксиду сірки (IV), наявності або відсутності стадії абсорбції оксиду сірки (VI).
У залежності від того, як здійснюється процес окислення SО 2 у 3, розрізняють два основні методи отримання сірчаної кислоти.
У контактному методі отримання сірчаної кислоти процес окислення SО 2 у 3 проводять на твердих каталізаторах.
Триоксид сірки переводять в сірчану кислоту на останній стадії процесу - абсорбції триоксид сірки, яку спрощено можна представити рівнянням реакції:
3 + Н 2 О   Н 24
При проведенні процесу по нітрозному (баштові) методу в якості переносника кисню використовують оксиди азоту.
Окислення діоксиду сірки здійснюється в рідкій фазі і кінцевим продуктом є сірчана кислота:
3 + N 2 О 3 + Н 2 О    Н 24 + 2NО
В даний час в промисловості в основному застосовують контактний метод отримання сірчаної кислоти, що дозволяє використовувати апарати з більшою інтенсивністю.
Розглянемо процес отримання сірчаної кислоти контактним методом з двох видів сировини: сірчаного (залізного) колчедану і сірки.
1) Хімічна схема отримання сірчаної кислоти з колчедану включає три послідовні стадії:
- Окислення дисульфіду заліза піритової концентрату киснем повітря:
4FеS 2 + 11О 2 = 2Fе 2 S 3 + 8SО 2,
- Каталітичне окислення оксиду сірки (IV) надлишком кисню пічного газу:
2SО 2 + О 2   2SО 3
- Абсорбція оксиду сірки (VI) з утворенням сірчаної кислоти:
3 + Н 2 О   Н 24
За технологічним оформлення виробництво сірчаної кислоти з залізного колчедану є найбільш складним і складається з декількох послідовно проведених стадій.
Принципова (структурна) схема цього виробництва представлена ​​на рис. 2:

Рис. 2 Структурна схема виробництва сірчаної кислоти з флотаційного колчедану методом одинарного контактування.
I - отримання обпалювальне газу: 1 - випал колчедану, 2 - охолодження газу в котлі-утилізаторі, 3 - загальне очищення газу, 4 - спеціальна очищення газу; II - контактування: 5 - підігрів газу в теплообміннику; 6 - контактування; III - абсорбція : 7 - абсорбція оксиду сірки (IV) і утворення сірчаної кислоти.
Випал колчедану в струмі повітря являє собою незворотний некаталітичного гетерогенний процес, що протікає з виділенням тепла через стадії термічної дисоціації дисульфіду заліза:
FеS 2 = 2FеS + S 2
і окислення продуктів дисоціації:
S 2 + 2О 2 = 2SО 2
4FеS + 7О 2 = 2Fе 2 S 3 + 4SО 2
що описується загальним рівнянням
4FеS 2 + 11О 2 = 2Fе 2 S 3 + 8SО 2,
де ΔН = 3400 кДж.
Збільшення рушійної сили процесу випалу досягається флотацією колчедану, підвищує зміст дисульфіду заліза в сировині, збагаченням повітря киснем і застосуванням надлишку повітря при випалюванні до 30% понад стехіометричного кількості. На практиці випал ведуть при температурі не вище 1000 о С, тому що за цією межею починається спікання частинок випалювального сировини, що призводить до зменшення поверхні їх і утрудняє омивання частинок потоком повітря.
Як реакторів для випалу колчедану можуть застосовуватися печі різної конструкції: механічні, пилоподібного випалу, киплячого шару (КС). Печі киплячого шару відрізняються високою інтенсивністю (до 10 000 кг / м 2 · добу), забезпечують більш повне вигоряння дисульфіду заліза (вміст сірки в огарки не перевищує 0,005 мас. Часток) і контроль температури, полегшують процес утилізації теплоти реакції випалу. До недоліків печей КС слід віднести підвищений вміст пилу в газі випалу, що утрудняє його очищення. В даний час печі КС повністю витіснили печі в інших типів у виробництві сірчаної кислоти з колчедану.
2) Технологічний процес виробництва сірчаної кислоти з елементарної сірки контактним способом відрізняється від процесу виробництва з колчедану рядом особливостей. До них відносяться:
- Особлива конструкція печей для отримання пічного газу;
- Підвищений вміст оксиду сірки (IV) в пічному газі;
- Відсутність стадії попереднього очищення пічного газу.
Наступні операції контактування оксиду сірки (IV) за фізико-хімічними основам і апаратурного оформлення не відрізняються від таких для процесу на основі колчедану і оформляються зазвичай за схемою ДКДА. Термостатування газу в контактному апараті в цьому методі здійснюється зазвичай шляхом введення холодного повітря між шарами каталізатора.
Принципова схема виробництва сірчаної кислоти із сірки представлена ​​на рис. 3:

Рис. 3. Структурна схема виробництва сірчаної кислоти із сірки.
1 - осушення повітря, 2 - спалювання сірки; 3 - охолодження газу, 4-контактування; 5-абсорбція оксиду сірки (IV) і утворення сірчаної кислоти.
Існує також спосіб виробництва сірчаної кислоти із сірководню, який отримав назву «мокрого» каталізу, полягає в тому, що суміш оксиду сірки (IV) і пари води, отримана спалюванням сірководню в струмі повітря, подається без поділу на контактування, де оксид сірки (IV) окислюється на твердому ванадієвої каталізаторі до оксиду сірки (VI). Потім газова суміш охолоджується в конденсаторі, де пари утворюється сірчаної кислоти перетворюються в рідкий продукт.
Таким чином, на відміну від методів виробництва сірчаної кислоти з колчедану і сірки, в процесі мокрого каталізу відсутня спеціальна стадія абсорбції оксиду сірки (VI) і весь процес включає лише три послідовні стадії:
1. Спалювання сірководню:
Н 2 S + 1,5 О 2 = SО 2 + Н 2 О - ΔН 1, де ΔН 1 = 519 кДж
з утворенням суміші оксиду сірки (IV) і пари води еквімолекулярного складу (1: 1).
2. Окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI):
2 + 0,5 О 2 <=> SО 3 - ΔН 2, де ΔН 2 = 96 кДж,
із збереженням еквімолекулярності складу суміші оксиду сірки (IV) і пари води (1: 1).
3. Конденсація парів та освіта сірчаної кислоти:
3 + Н 2 О <=>   Н 24 - ΔН 3, де ΔН 3 = 92 кДж
таким чином, процес мокрого каталізу описується сумарним рівнянням:
Н 2 S + 2О 2 = Н 24 - ΔН, де ΔН = 707 кДж.
Великі масштаби виробництва сірчаної кислоти особливо гостро ставлять проблему його вдосконалення. Тут можна виділити такі основні напрями:
1. Розширення сировинної бази за рахунок використання газів, що відходять котелень теплоелектроцентралей і різних виробництв.
2. Підвищення одиничної потужності установок. Збільшення потужності в два-три рази знижує собівартість продукції на 25 - 30%.
3. Інтенсифікація процесу випалу сировини шляхом використання кисню або повітря, збагаченого киснем. Це зменшує обсяг газу, що проходить через апаратуру, і підвищує її продуктивність.
4. Підвищення тиску в процесі, що сприяє збільшенню інтенсивності роботи основної апаратури.
5. Застосування нових каталізаторів з підвищеною активністю і низькою температурою запалювання.
6. Підвищення концентрації оксиду сірки (IV) в пічному газі, що подається на контактування.
7. Впровадження реакторів киплячого шару на стадіях випалу сировини та контактування.
8. Використання теплових ефектів хімічних реакцій на всіх стадіях виробництва, в тому числі, для вироблення енергетичного пари.
Найважливішим завданням у виробництві сірчаної кислоти є підвищення ступеня перетворення2 у SО 3. Крім збільшення продуктивності щодо сірчаної кислоти виконання цього завдання дозволяє вирішити й екологічні проблеми - знизити викиди в навколишнє середовище шкідливого компонента SО 2.
Підвищення ступеня перетворення SО 2 може бути досягнуто різними шляхами. Найбільш поширений з них - створення схем подвійного контактування і подвійний абсорбції (ДКДА).

4. Фізико-хімічні властивості системи, покладеної в основу хіміко-технологічного процесу окислення сірчистого ангідриду.
Реакція окислення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (IV), що лежить в основі процесу контактування обпалювальне газу, являє собою гетерогенно-каталітичну, оборотну, екзотермічну реакцію і описується рівнянням:
2 + 0,5 О 2 <=> SО 3 - ΔН.
Тепловий ефект реакції залежить від температури і дорівнює 96,05 кДж при 25 о С і близько 93 кДж при температурі контактування. Система «SО 2 - О 2 - SО характеризується станом рівноваги в ній і швидкістю окислення оксиду сірки (IV), від яких залежить сумарний результат процесу.
Константа рівноваги реакції окислення оксиду сірки (IV) дорівнює:
(1)
де - Рівноважні парціальні тиски оксиду сірки (VI), оксиду сірки (IV) і кисню відповідно.
Ступінь перетворення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (VI) або ступінь контактування, що досягається на каталізаторі, залежить від активності каталізатора, температури, тиску, складу контактируемих газу і часу контактування і описується рівнянням:
(2)
де - Ті ж величини, що і у формулі (1)
З рівнянь (1) і (2) випливає, що рівноважна ступінь перетворення оксиду сірки (IV) пов'язана з константою рівноваги реакції окислення:
(3)
Залежність Х р від температури, тиску і вмісту оксиду сірки (IV) у випалювальних газі представлена ​​в табл. 1 і на рис. 4.
Таблиця 1. Залежність Х р від температури, тиску і вмісту оксиду сірки (IV) у випалювальних газі
Температура, о С
(При тиску 0,1 МПа і змісті SО 2 0,07 об. Часток)
Тиск, МПа
(При температурі 400 о С і зміст SО 2 0,07 об. Часток)
зміст SО 2
об. часткою
1000
700
400
0,1
1,0
10
0,02
0,07
0,10
0,050
0,436
0,992
0,992
0,997
0,999
0,971
0,958
0,923

(Об.дол.)
а б в
Рис. 4. Залежність рівноважної ступеня перетворення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (VI) від температури (а), тиску (б) та вмісту оксиду сірки (IV) в газі (в).
З рівняння (3) і табл. 4 випливає, що зі зниженням температури і підвищенням тиску контактируемих газу рівноважна ступінь перетворення Х р зростає, що узгоджується з принципом Ле-Шательє. У той же час, при постійній температурі і тиску рівноважна ступінь перетворення тим більше, чим менше вміст оксиду сірки (IV) у газі, тобто чим менше співвідношення SО 2: О 2. Це відношення залежить від виду випалювального сировини і надлишку повітря. На цій залежності заснована операція коригування складу пічного газу, тобто розбавлення його повітрям для зниження вмісту оксиду сірки (IV).
Ступінь окислення оксиду сірки (IV) зростає із збільшенням часу контактування, наближаючись до рівноваги по затухаючої кривої (рис. 5).

Рис. 5. Залежність Х р від часу контактування.
Отже, час контактування повинно бути таким, щоб забезпечити досягнення рівноваги в системі. З рис. 5 випливає, що чим вища температура, тим швидше досягається рівновага (t 1 <t 2), але тим менше ступінь перетворення (Х 12 при Т 1> Т 2). Таким чином, вихід оксиду сірки (IV) залежить як від температури, так і від часу контактування. При цьому, для кожного часу контактування залежність виходу від температури виражається відповідної кривої, що має максимум. Очевидно, що огинає ці максимуми лінія АА (рис. 6) представляє криву оптимальних температур для різного часу контактування, близьку до рівноважної кривої.
η

Рис. 6. Залежність виходу оксиду сірки (IV) від температури при різному часі контактування.
Від швидкості окислення залежить кількість оксиду сірки (IV), окислюється у одиницю часу, і, отже, обсяг контактної маси, розміри реактора та інші характеристики процесу. Організація цієї стадії виробництва повинна забезпечити можливо більш високу швидкість окислення при максимальному ступені контактування, досяжною в даних умовах.
Енергія активації реакції окислення оксиду сірки (IV) киснем на оксид сірки (VI) досить велика. Тому, за відсутності каталізатора реакція окислення навіть при високій температурі практично не йде. Застосування каталізатора дозволяє знизити енергію активації і збільшити швидкість окислення.
У виробництві сірчаної кислоти як каталізатора застосовують контактні маси на основі оксиду ванадію (V) марок БАР і СВД, названі так за початковими літерами елементів, що входять до їх складу.
БАР (барій, алюміній, ванадій) складу:
V 2 О 5 (7%) + К 24 + ВаSО 4 + Аl 2 (SО 4) 3 + SiО 2 (кремнезем)

каталізатор активатор носій
СВД (сульфо-ванадати-діатомовий) складу
V 2 О 5 (7%) + К 2 S 2 О 7 + діатоміт + гіпс

каталізатор активатор носій
Для опису швидкості окислення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (VI) на ванадієвої каталізаторі при нерухомому шарі каталізатора запропоновані різні кінетичні рівняння. До них відноситься, наприклад, рівняння (4), що зв'язує швидкість реакції зі ступенем перетворення оксиду сірки (IV), константою швидкості реакції, константою рівноваги і тиском газу:
(4)
(5)
де Х - рівноважна ступінь перетворення оксиду сірки (IV),
k - константа швидкості окиснення,
а - початкова концентрація оксиду сірки (IV) у газі,
b - початкова концентрація кисню в газі,
Р - загальний тиск у газі,
К р - константа рівноваги реакції.
З рівнянь (4) і (5) випливає, що швидкість окиснення залежить від константи швидкості реакції, сильно зростаючої при підвищенні температури. Однак при цьому зменшується константа рівноваги К р і зменшується значення члена в рівнянні (4). Таким чином, швидкість процесу окислення оксиду сірки (IV) залежить від двох величин, що змінюються зі зростанням температур в протилежному напрямку. Внаслідок цього крива залежності швидкості окиснення від температури повинна проходити через максимум. З рівняння (4) також випливає, що швидкість окиснення оксиду сірки (IV) тим більше, чим менше досягається в цьому процесі ступінь перетворення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (VI). Внаслідок цього для кожного ступеня перетворення залежність швидкості реакції від температури буде виражатися індивідуальної кривої, що має максимум. На рис. 7 представлена ​​серія подібних кривих, що відповідають різні ступенями перетворення для газу постійного складу. З нього випливає, що швидкість реакції окиснення досягає максимуму при певних значеннях температур, яка тим вище, чим менше ця ступінь перетворення, і представляють, очевидно, оптимальні температури.

Рис. 7. Залежність швидкості окиснення оксиду сірки (IV) від температури при різних ступенях перетворення Х 1234
Лінія АА, з'єднує точки оптимальних температур, називається лінією оптимальної температурної послідовності (ЛОТ) і вказує, що для досягнення якнайкращих результатів процес контактування слід починати при високій температурі, що забезпечує велику швидкість процесу (на практиці близько 600 о С), а потім для досягнення високої ступеня перетворення знижувати температуру, витримуючи температурний режим по ЛОТ. Лінії ВВ і СС на рис. 7 окреслюють область допустимих температур в реальному технологічному процесі контактування.
У таблиці 2 представлено температурний режим роботи 4-х шарового контактного апарату з проміжним теплообміном, встановлений відповідно до викладеного вище принципом:
Таблиця 2. Температурний режим контактного вузла
Шари
I
II
III
IV
Температурний режим у контактному апараті, о С
440-600
460-500
440-450
420-425
Температурний режим у теплообміннику, о С
600-460
500-440
450-420
420
Х р
0,70
0,90
0,96
0,98
Таким чином, протиріччя між кінетикою і термодинамікою процесу процесу окислення оксиду сірки (IV) досить успішно знімається конструкцією і температурним режимом роботи контактного апарату. Це досягається розбивкою процесу на стадії, кожна з яких відповідає оптимальним умовам процесу контактування. Тим самим визначаються і початкові параметри режиму контактування: температура 400 - 440 о С, тиск 0,1 МПа, вміст оксиду сірки (IV) в газі 0,07 об. часткою, вміст кисню в газі 0,11 об. часткою.

5. Апаратурно-технологічна схема тонкого очищення сірчистого газу і окислення сірчистого ангідриду в чотиришаровому контактному апараті з фільтруючими шарами каталізатора.
Реактори або контактні апарати для каталітичного окислення оксиду сірки (IV) за своєю конструкцією поділяються на апарати з нерухомим шаром каталізатора (поличні або фільтруючі), в яких контактна маса розташована в 4-5 шарах, і апарати киплячого шару. Відведення тепла після проходження газом кожного шару каталізатора здійснюється шляхом введення в апарат холодного повітря або газу, або за допомогою прибудованих в апарат або винесених окремо теплообмінників.
В даний час у виробництві сірчаної кислоти та олеуму контактним методом найбільш поширеною є технологічна схема з використанням принципу подвійного контактування «ДКДА» (подвійне контактування - подвійна абсорбція). Частина подібної схеми, за винятком пічного відділення та відділення загальної очищення газ, технологічно однотипних для всіх схем, представлена ​​на рис. 9.
Продуктивність установки до 1500 т / добу по моногідрату. Витратні коефіцієнти (на 1 т моногідрату): колчедан 0,82 т, вода 50 м 3 , Електроенергія 82 кВт · год

Рис. 9. Технологічна схема виробництва сірчаної кислоти з колчедану подвійним контактуванням ДКДА.
1 - порожниста промивна башта, 2 - промивна башта з насадкою, 3 - зволожувальна вежа, 4 - електрофільтри, 5 - сушильна вежа, 6 - турбогазодувка, 7 - збірники 75%-ної кислоти, 8 - збірник продукційної кислоти, 9 - теплообмінники, 10 - контактний апарат, 11 - олеумний абсорбер, 12 і 13 - моногідратние абсорбери. Потоки продуктів: I - пічний газ при 300 о С, II - 75%-ная сірчана кислота, III - охолоджена 98%-ва кислота, IV - продукційна кислота на охолодження, V - охолоджений олеум або моногідрат, VI - продукційний олеум на охолодження , VII - вихлопні гази.

6. Матеріальний баланс 1 ступеню контактного апарату окислення сірчистого газу.
Дані для розрахунку:
1. Загальна продуктивність щодо сірчаної кислоти в перерахунку на моногідрат - 127 т / год;
2. повнота абсорбції сірчаного ангідриду - 99,8%;
3. склад вихідного газу:
2 - 6,82% (об.), О 2 - 10,4% (об.), СО 2 - 0,4% (об.), N 2 - 82,38% (об.);
температура 520 о С;
ступінь досягнення рівноваги - α = 0,650
1. Розрахуємо рівноважну ступінь перетворення SО 2 у SО 3. Розглянемо розрахунок рівноваги по відомим значенням К р для реакції окислення діоксиду сірки:
2 + 0,5 О 2 + СО 2 + N 2 <=> SО 3 + СО 2 + N 2
а b т п
де а, b, т, п - кількість (моль) компонентів вихідної суміші SО 2, О 2, СО 2 і N 2 (а + b + т + п = 1).
Кількість кожного компонента (моль) при досягненні рівноважної ступеня перетворення х А, е складе
2 О 2 СО 2 N 23
а - а · х А, е b - 0,5 а · х А, е т п а · х А, е
Загальне число рівноважної суміші:
а - а · х А, е + b - 0,5 а · х А, е + т + п + а · х А, е = 1 - 0,5 а · х А, е
Константа рівноваги

може бути розраховане за рівнянням (стр.433, [1]):

При температурі 520 про З (793 К) константа рівноваги дорівнює:

Стан рівноваги реакції можна характеризувати значеннями рівноважної ступеня перетворення

Позначивши загальний тиск через р., висловимо рівноважні тиску компонентів:

Тоді

звідси
(6)
Підставляючи вихідні дані в рівняння (6), отримаємо (р = 0,1 МПа):

Звідки методом ітерацій знаходимо і, отже, в рівноважній суміші міститься:



3 - 6,38% (об.), SО 2 - 0,688% (об.), О 2 - 7,54% (об.), СО 2 - 0,412% (об.), N 2 - 84,98 % (об.);
2. Практична ступінь перетворення дорівнює:

3. Сумарне рівняння окислення оксиду сірки (IV) на оксид сірки (VI) та абсорбції оксиду сірки (VI) з утворенням сірчаної кислоти:
2 + 0,5 О 2 + Н 2 О   Н 24
64 г / моль 98 г / моль
Виходячи з рівняння реакції для отримання 127 кг / год сірчаної кислоти необхідно оксиду сірки (IV):
кг
З урахуванням розрахованої ступеня перетворення і заданої повноти абсорбції, практично потрібно оксиду сірки (IV):
кг
моль
4. Перерахуємо об'ємний склад газу в масовий.
Загальна кількість моль газової суміші одно
моль
Кількість компонентів вихідної суміші одно:
моль
кг
моль
кг
моль
кг
Кількість компонентів отриманого газу:
моль
кг
моль
кг
Загальна кількість моль газової суміші одно
моль
моль
кг
моль
кг
моль
кг
Результати розрахунків зведемо в таблицю 3
Таблиця 3. Матеріальний баланс процесу контактного апарату окислення сірчистого газу.
Прихід
Витрата
Стаття
моль / год
об. %
кг / год
Стаття
моль / год
об.%
кг / год
2
О 2
СО 2
N 2
2207,42
3366,17
129,47
26664
6,82
10,4
0,4
82,38
141,275
107,717
5,697
746,590
2
3
О 2
СО 2
N 2
215,87
2002
2365,82
129,47
26664
0,688
6,38
7,54
0,412
84,98
13,815
160,160
75,706
5,697
746,590
Всього
32367,06
100
1001,279
Всього
31377,16
100
1001,279
Література.
1. Кутєпов А. М. Бондарєва Т. І., Беренгартен М. Г. Загальна хімічна технологія. М. Вищ. школа. 1990.
2. Соколов Р. С. Хімічна технологія. - М: Гуманит. вид. Центр БЛАДОС, 2000.
3. Розрахунки хіміко-технологічних процесів / / За заг. ред. І. П. Мухленова. - Л.: Хімія, 1976
4. Бєсков В. С., Сафронов В. С. Загальна хімічна технологія та основи промислової екології. - М.: Хімія, 1999.
5. Загальна хімічна технологія та основи промислової екології. / / Під ред. В. І. Ксьонзенко. - М.: «Колос», 2003.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
97.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Виробництво сірчаної кислоти 2
Властивості сірчаної кислоти її виробництво та застосування
Отримання сірчаної кислоти
Аналіз технічної сірчаної кислоти та олеуму
Безвідходна переробка відходів сірчаної кислоти для отримання добрив
Автоматизація процесу отримання сірчистого ангідриду при виробництві сірчаної кислоти
Виробництво азотної кислоти 2
Виробництво лимонної кислоти
Виробництво азотної кислоти
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru