Производство серной кислоты из элементарной серы

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Общая химическая технология»

на тему: «Производство серной кислоты из элементарной серы»

 

 

 

Студент:

Группа

Преподаватель:

 

 

 

Пермь 2013

Содержание:

Введение.                                                                                              3

1. Характеристика исходного сырья (элементарной серы).                6
2. Характеристика готового продукта (серной кислоты).                 16
3. Основные стадии получения.                                                           24
4. Структурная схема процесса.                                                           30
5. Технологическая схема процесса.                                                    31

 Описание технологической схемы.                                                 31

6. Расчет материального баланса.                                                         33

Заключение.                                                                                         40

Список литературы.                                                                            41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Серная кислота – наиболее сильная и самая дешевая кислота. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота  по объему производства и потребления  занимает первое место. Серная 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 –40…-20 до 260 – 336,5*С) находится  в жидком состоянии. Она широко используется в производстве минеральных удобрений, различных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное  применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется  в процессах нейтрализации, травления  и т.д. Наиболее важные области применения серной кислоты отражены на схеме.

Еще в XIII веке серную кислоту  получали в незначительных количествах  термическим разложением железного  купороса FeSO4 , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно  серная кислота не производится из купороса.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Окисление SO₂ в SO₃ в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В настоящее время контактным методом получают концентрированную  серную кислоту, олеум и 100% серный ангидрид.

Одновременно с увеличением  объема производства серной кислоты  расширяется ассортимент продукции  сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO₂, высококачественного олеума и кислоты, а также увеличивается производство новых продуктов на основе SO₂. Кроме олеума, концентрированной серной кислоты и аккумуляторной кислоты, отечественные заводы выпускают также более чистую контактную кислоту улучшенного качества (для производства искусственного волокна, титановых белил и др.), чистый олеум, химически чистую и реактивную серную кислоту.

За последние годы в  процессе производства серной кислоты  внесены существенные улучшения. Широко применяется обжиг колчедана  в кипящем слое и сжигание серы в циклонной печи, значительно  увеличивается использование тепла, выделяющегося при обжиге сырья, и на других стадиях производства серной кислоты. Непрерывно повышается производительность башенных сернокислотных систем в результате поддержания  оптимального технологического режима, разработанного на основе исследований; интенсивность башенных систем достигает 250 кг/м³ в сутки. Освоен контактно-башенный процесс производства серной кислоты, при котором расход HNO₃ составляет 6 – 7 кг на 1 тонну H₂SO₄.

В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В настоящее время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.

В качестве катализаторов  контактного процесса теперь применяется  термически стойкая ванадиевая контактная масса (в виде гранул и колец) с  пониженной температурой зажигания. Проведены  работы по освоению процесса окисления SO₂ в кипящем слое катализатора. Важным усовершенствованием является двойное контактирование, при котором обеспечивается высокая степень окисления SO₂ на катализаторе (до 99,8%) и потому исключается необходимость в дополнительной санитарной очистке отходящих газов.

Внедряется процесс конденсации  H₂SO₄, заменяющий абсорбцию серного ангидрида.

Также для производства серной кислоты используют ангидрид или  безводный сульфат кальция CaSO₄, гипс или двуводную соль CaSO₄*2H₂O и фосфогипс, представляющий собой отход производства концентрированных фосфорных удобрений (смесь гипса, соединений фтора, окислов фосфора, SO₂ и других примесей).

В нитрозном  способе катализатором служат оксиды азота. Окисление SO₂ происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность нитрозного метода состоит в том, что обжиговый газ обрабатывается серной кислотой, в которой растворены окислы азота. Сернистый ангидрид обжигового газа поглощается нитрозой, и затем окисляется окислами азота по реакции: SO₂ + N₂O₃ + H₂O = H₂SO₄ + 2NO. Образующийся NO плохо растворим в нитрозе и выделяется, а затем частично окисляется кислородом до NO₂. Смесь NO и NO₂ вновь поглощается H₂SO₄.

 

Промышленность выпускает  три вида товарной серной кислоты:

Башенная кислота:   С=75%, t_крист= -29,5*С

Контактная кислота: С=92,5%, t_крист= -22,0*С

Олеум:                       С=20% своб. SO₃, t_крист= +2*С

 

 

 

 

 

 

 

1.Характеристика исходного сырья

 

Традиционно основными источниками  сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты  в СССР получали из серы, треть –  из колчедана. Значительное место в  сырьевом балансе занимают отходящие  газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.

В целях защиты окружающей среды во всем мире принимаются меры по использованию отходов промышленности, содержащих серу. В атмосферу с  отходящими газами тепловых электростанций и металлургических заводов выбрасывается  диоксида серы значительно больше, чем употребляется для производства серной кислоты. Из-за низкой концентрации SO₂ в таких отходящих газах их переработка пока еще не всегда осуществима.

Сера  – легкоплавкое вещество: температура ее плавления 113°С. Перед сжиганием ее расплавляют, используя пар, полученный при утилизации тепла ее сжигания. Расплавленная сера отстаивается и фильтруется для удаления имеющихся в природной сере примесей и насосом подается в печь сжигания. Сера горит в основном в парофазном состоянии. Чтобы обеспечить ее быстрое испарение, необходимо ее диспергировать в потоке воздух. Для этого используют форсуночные и циклонные печи. Первые оборудованы горизонтальными форсунками для тонкого распыления жидкости. В циклонной печи жидкая сера и воздух подаются тангенциально и за счет вихревого движения достигается диспергирование жидкости и перемешивание двух потоков. Мелкие капли быстро испаряются и сера в парообразном состоянии сгорает. Горение протекает адиабатически, и температура зависит от концентрации образующегося SO₂.

За счет высокой теплоты  сгорания серы температура в печи составляет более 1000°С. Этих условий  достаточно для испарения жидкой серы. Печь сжигания работает в комплексе  с вспомогательным оборудованием  для плавления и фильтрования серы и котлом-утилизатором для использования  тепла реакции.

Для производства серной кислоты  используют техническую серу сера техническая. ГОСТ 127.1-93.   Настоящий стандарт распространяется на серу техническую природную, получаемую из самородных серных и полиметаллических сульфидных руд, и серу техническую газовую, получаемую при очистке природных и коксовых газов, а также отходящих газов нефте- и сланцепереработки.  Характеристика серы представлена в табл.1.

Таблица 1 – характеристика серы.

№ п/п	Наименование параметра	Параметр	Источник информации
1.	Наименование вещества	Сера техническая, 4 класс опасности  ГОСТ 127.1-93.
2	Формула:
2.1	Эмпирическая	S(S8) (α-форма)	ГОСТ 127.1-93.
2.2	Структурная
3                                   3.1  3.2 3.3 3.4 3.5	Физико-химические параметры: Молекулярный вес Запах Цвет Температура плавления, оС Плотность при 20 оС, кг/м3	32,064 Без запаха Желтый  112,8 2070	Б.В.Некрасов «Основы общей химии», М.Химия,1973г.
4   4.1   4.2	Данные о взрывопожаро-опасности: Температура самовоспламенения  оС Пределы взрываемости,  мг/м3	Горюча. Взвешенная в воздухе  пыль пожаровзрывоопасна                                                                       190 Нижний концентрационный предел распространения  пламени (воспламенения)	ГОСТ 12.1.041
5	Реакционная способность	Активно соединяется со многими  элементами. Во влажном воздухе слабо  окисляется  при комнатной температуре. Смесь паров с кислородом взрывает	Справочник «Вредные вещества в  промышленности» 3т. Л «Химия», 1976г.
6	Коррозионная активность	Не корродирует	Справочник «Вредные вещества в  промышленности» 3т. Л «Химия», 1976г.
7 7.1	Токсическая опасность: ПДК пыли в воздухе рабочей  зоны  мг/м3 Пороговая токсодоза, мг*мин/л Летальная токсодоза, мг*мин/л	6   Нет Нет	ГОСТ 12.1.041
8	Информация о воздействии на людей	Острым токсическим действием  не обладает, при превышении ПДК  вызывает воспаление слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, раздражение кожных покровов, заболевание  желудочно-кишечного тракта. Аккумулятивными  свойствами не обладает	Справочник «Вредные вещества в  промышленности» 3т. Л «Химия», 1976г.

9	Индивидуальные средства защиты	Все работающие должны быть обеспечены специальной одеждой и индивидуальными средствами защиты ( рукавицы, перчатки, респираторы, очки для защиты от механических воздействий)	ГОСТ 12.4.011
10	Меры первой помощи пострадавшим от воздействия вещества	При попадании серы в глаза – длительное промывание водой (не менее 10 минут). При попадании внутрь, необходимо вызвать рвоту и делать промывание желудка. При раздражении слизистой дыхательных  путей – свежий воздух, ингаляция  2% содовым раствором. Обращение за медицинской помощью  в медицинское учреждение	Справочник «Вредные вещества в  промышленности» 3т. Л «Химия»,   1976г.

 
        Техническая сера используется для  производства серной кислоты, сероуглерода, красителей, в целлюлозно-бумажной, текстильной и других отраслях промышленности и экспорта.  
        Требования настоящего стандарта являются обязательными. К ней предъявляются определенные технические требования.

1.1ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Сера техническая должна изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.          1.2. Техническую серу выпускают  жидкую и комовую.         1.3. Коды технической серы  по ОКП даны в приложении.         1.4. По физико-химическим  показателям техническая сера  должна соответствовать нормам, указанным в табл. 2.

 

 

Таблица 2-физико-химические показатели технической серы.

Наименование показателя	Норма
	Сорт 9998	Сорт 9995	Сорт9990	Сорт 9950	Сорт 9920
1.Массовая доля серы, %, не менее	99,98	99,95	99,90	99,50	99,20
2.Массовая доля золы, %. Не более	0,02	0,03	0,05	0,2	0,4
3.Массовая доля органических  веществ, %, не более	0,01	0,03	0,06	0,25	0,05
4.Массовая доля кислот в пересчете  на серную кислоту, %, не более	0,0015	0,003	0,004	0,01	0,02
5.Массовая доля мышьяка, %, не  более	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,03
6.Массовая доля селена, %, нe более	0,000	0,000	0,000	0,000	0,04
7.Массовая доля воды, %, не более	0,2	0,2	0,2	0,2	1,0
8.Механические загрязнения (бумага, дерево, песок и др.)	Не допускается