Виробництво сірчаної кислоти з сірководню

Міністерство освіти і  науки України

Національний технічний  університет України

“Київський політехнічний інститут”

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашня контрольна робота

з кредитного модуля «Автоматизація технологічних процесів»

на тему: «Виробництво сірчаної кислоти з сірководню»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2013

 

ЗМІСТ

 

ЗАВДАННЯ 3

ВСТУП 4

1 ФІЗИКО – ХІМІЧНІ  ВЛАСТИВОСТІ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ 5

2 СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ  Н₂SO₄ 6

3 ВИРОБНИЦТВО СІРЧАНОЇ  КИСЛОТИ 8

3.1 Заводи з виробництва  Н₂SO₄ в Україні 8

3.2 Виробництво сірчаної  кислоти за кордоном 10

3.3 Вартість сірчаної  кислоти 11

4 СПОСОБИ ВИРОБНИЦТВА  H₂SO₄ 13

4.1 Виробництво H₂SO₄ з сірководню 13

5 СТРУКТУРНА СХЕМА  ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБ’ЄКТУ КЕРУВАННЯ  (ТОК) 16

ВИСНОВОК 17

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 18

ДОДАТКИ 19

 

 

 

ЗАВДАННЯ

 

Розглянути процес виробництва  сірчаної кислоти з сірководню. Сформулювати мету керування заданим об'єктом і обрати показник якості його роботи. Підготувати доповідь і пояснювальну записку за вказаною темою.

Перелік питань, які слід розглянути:

1. Фізико - хімічні властивості продукту.

2. Сфера застосування  продукту.

3. Які заводи в Україні  та за кордоном виробляють  даний продукт. Привести порівняльний аналіз цін.

4. Основні способи виробництва  продукту. Привести порівняльний  аналіз

схем виробництва.

5. Детальний опис однієї  з технологічних схем.

6. За вказівкою викладача  обрати один з апаратів технологічної  схеми (контактний апарат) та скласти структурну схему ТОК; на підставі складеної структурної схеми визначити тип об'єкту та визначити, які процеси протікають у даному апараті; сформулювати мету керування даним об'єктом і обрати показник якості його роботи.

7. У висновку зазначити  мету керування технологічним  процесом та показник якості його роботи.

 

ВСТУП

 

Хімічна промисловість відноситься до галузей, що забезпечують науково - технічний прогрес, тому її розвитку постійно приділялась значна увага. Роль хімічної промисловості визначається широким застосуванням хімічних технологій і матеріалів в усіх галузях національного господарства.

Для розвитку окремих  галузей хімічної промисловості  в Україні є багата сировинна  база - різноманітні корисні копалини, деревина, виробничі відходи, продукція сільського господарства та інше.

Галузі хімічної промисловості в цілому відносяться  до матеріаломістких, що зумовлюється значними затратами сировини на виробництво продукції.

Основна хімія є однією з провідних галузей хімічної промисловості України (приблизно 40% валової продукції). Її продукція - мінеральні добрива, кислоти, сода та інше. Розвивається на базі переробки як місцевої (калійні, кухонні і магнієві солі, сірка, фосфорити, відходи коксохімічного і металургійного виробництв), так і привізної (апатити, природний газ) сировини.

Серед виробництва кислот провідне місце належить сірчанокислотній промисловості, бо її продукція має широке застосування в різних галузях господарства. Дане виробництво розвивається на основі переробки сірки, відходів коксохімічного, нафтопереробного виробництв, кольорової металургії (сірчисті гази). Транспортування сірчаної кислоти на велику відстань нерентабельне, тому виробництво її розміщено у районах споживання (особливо в місцях виробництва мінеральних добрив) і видобутку сірки. [1]

Отже, дана тема є актуальною для розгляду, так як сірчана кислота  є одним з найбільш використовуваних продуктів хімічної промисловості, її виробництво в нашій країні є одним з наймасштабніших.

 

1 ФІЗИКО – ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ  СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ

 

Сульфатна кислота (сірчана, за IUPAC - дигідрогенсульфат, застаріла назва — купоросне масло, H₂SO₄ ) – сильна двоосновна кислота, що відповідає вищому ступеню окислення сірки (+6). При звичайних умовах концентрована сірчана кислота - важка масляниста рідина без кольору і запаху. Майже вся 99% сірчана кислота втрачає SO₃ при кипінні з утворенням 98,3% кислоти. 98% кислота є стабільнішою при зберіганні, і зазвичай також називається концентрованою.

У техніці сірчаної кислотою називають її суміші як з водою, так  і з сірчаним ангідридом SO₃. Якщо молярне співвідношення SO₃: H₂O < 1, то це водний розчин сірчаної кислоти, якщо> 1, - розчин SO₃ в сірчаній кислоті (олеум).

Концентрована H₂SO₄ частково відновлюється воднем, через що не може застосовуватися для його сушіння. Розбавлена H₂SO₄ взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряду напружень лівіше водню. Окислювальні властивості для розведеної H₂SO₄ нехарактерні. Сірчана кислота утворює два ряди солей: середні - сульфати і кислі - гідросульфат, а також ефіри.

Деякі з основних фізико – хімічних властивостей наведені в таблиці 1.1. [2]

Таблиця 1.1 Фізико – хімічні властивості H₂SO₄

Властивість	Значення
Молекулярна формула	H2SO4
Молярна маса	98,08 г/моль
Густина (н.у.)	1,8356 г/см³
t плавлення (н.у.)	10,38 °C
t кипіння (н.у.)	279,6 °C
Питома електропровідність	1,044 См/м

 

2 СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ Н₂SO₄

 

Показник обсягу сірчанокислотного  виробництва характеризує у всьому світі рівень розвитку хімічної промисловості країни, тому що значення сірчаної кислоти для господарства переоцінити дуже важко. Вона використовується буквально у всіх областях хімічної промисловості. Без неї неможливе виробництво таких добрив як суперфосфат, сульфат амонію, амофос та інші. Для отримання барвників, для виробництва пластмас і хімічних волокон, деяких фармпрепаратів, фосфорної, соляної, борної, плавиковою та інших кислот теж необхідна сірчана кислота. Без неї не обходяться металургія, машинобудування, текстильне виробництво, харчова і навіть оборонна промисловість. [3]

Переважна більшість Н₂SO₄ витрачається на виробництво мінеральних добрив. Майже всі інші кислоти і багато солей виробляються за участю Н₂SO₄; її широко використовують у виробництві кольорових і рідкісних металів; у металообробній промисловості Н₂SO₄ та її солі застосовують для протрави металевих виробів перед їх лудінням, нікелюванням, хромуванням або цинкуванням.

Значну кількість Н₂SO₄ використовують для очищення нафтопродуктів, у виробництві барвників, лаків, ліків, спиртів, ефірів, синтетичних миючих засобів, отрутохімікатів, вибухових речовин, пластичних мас та інше. Її застосовують у текстильній промисловості для протрави тканин, для сульфування органічних сполук, у промисловості органічного синтезу, для виробництва іонообмін ник і в, штучного волокна.

Cірчану кислоту застосовують у харчовій промисловості для виробництва крохмалю, патоки та інших продуктів, а також для сушіння газів, при концентруванні різних кислот. [4]

Серед сульфатів, які отримують безпосередньо з використанням H₂SO₄, велике практичне значення мають мідний і залізний купороси СuSО₄ • 5Н₂О і FeSО₄ • 7Н₂О. Вони використовуються в сільському господарстві для боротьби із шкідниками рослин, у виробництві фарб, для просочення деревини як антисептичний засіб.

Купороси - технічна назва кристалогідратів сульфатів деяких важких металів (міді, заліза, цинку, нікелю), тобто це солі, кристали яких містять кристалізаційну воду.

Гіпс СаSО₄ • 2Н₂О і сульфат кальцію СаSО₄ використовують у будівництві, медицині та інших галузях.

Сульфат натрію Na₂SО₄ застосовують у виробництві скла. Він входить до складу природною мінералу Nа₂SО₄• 10Н₂О глауберової солі, яка використовується в медицині як проносний засіб.

Сульфати калію К₂SО₄ і амонію (NН₄)₂SО₄ використовують як добрива.

Сульфат барію ВаSО₄ застосовують у виробництві паперу, гуми та білої мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку («Барієва каша»). [5]

Рисунок 1.1 Застосування сірчаної кислоти

 

3 ВИРОБНИЦТВО СІРЧАНОЇ  КИСЛОТИ

 

Сірчана кислота - «хліб» хімічної промисловості. Це один з універсальних хімікатів, що використовується для виробництва мінеральних (фосфорних) добрив та інших кислот в металургійній, нафтопереробній, текстильній та інших галузях промисловості. Сірчана кислота - малотранспортабельний продукт, а оскільки її головний споживач - суперфосфатне виробництво, то й виробництво сірчаної кислоти зосереджено переважно у центрах переробки фосфатів - у Сумах, Костянтинівці, Вінниці і Одесі. Крім того, її виготовляють у Горлівці («Стирол»), Дніпродзержинську («Азот»), коксохімічних заводах Донбасу і Придніпров'я. Сировиною для виготовлення сірки може бути будь-яка речовина, що її містить: природна сірка, сірчані колчедани, сірчанисті домішки, що містяться у попутних газах. В Україні є великі запаси сірки у Львівській області, на базі яких створені гірничохімічні підприємства у Роздолі і Яворові. У Костянтинівці сірчану кислоту виготовляють із сірчанистих газів - побічного продукту при виплавці цинку. За наявності вітчизняної сировини для сірчанокислотного виробництва до останнього часу значна її частина - сірчані колчедани - все ще завозилася з Уралу. [6]

3.1 Заводи з виробництва  Н₂SO₄ в Україні

В Україні існує досить велика кількість підприємств по виробництву сірчаної кислоти. Найбільшими  з них розташовані в таких  містах:

• м. Донецьк «ДОНЕЦЬККОКС, ОАТ»;
• м. Енакієво «ЕНАКИЕВСКИЙ КОКСОХИМИЧЕСКИЙ ЗАВОД»;
• м.Горлівка Концерн «Стирол»;
• м. Армянськ «Кримський ТИТАН» ;
• м.Суми ВАТ «Сумихімпром»;
• м. Одеса «Одеський суперфосфатний завод»;
• м. Рівне «Рівнеазот»;
• м. Жовті Води ДП «Східний ГЗК».

На рисунку 3.1 наведено діаграму тонажності виробництва сірчаної кислоти  в 2010 – 2013 рр. З наведеної діаграми видно, що останні роки виробництво  сірчаної кислоти скоротилось, це пов’язано  з недостатнім фінансуванням хімічної промисловості України. [7]

Рисунок 3.1 Виробництво Н₂SO₄ в Україні

 

Рисунок 3.2 Виробництво Н₂SO₄ в Україні (по підприємствам)

3.2 Виробництво сірчаної  кислоти за кордоном

 

В даний час в світі виробляється порядку 170-173 млн. т сірчаної кислоти. За останні п'ять років приріст виробництва склав близько 9 %. Як видно з даних рис. 3.3, лідируюче місце у виробництві сірчаної кислоти займають США і Китай, на їх частку приходиться по 18% світового виробництва в цілому.

Рисунок 3.3 Виробництво сірчаної кислоти за кордоном

 

Далі йдуть Марокко  і Росія приблизно з однаковим обсягом випуску - 8.4 - 8.7 млн. тон і відповідним питомою вагою в 5%. До найбільшим продуцентів сірчаної кислоти відносяться також Індія, Японія і Бразилія.

З перерахованих основних виробників сірчаної кислоти в світі в таких країнах як Китай та Індія випуск кислоти виріс, відповідно, на 41 % і 24 %. Позитивна динаміка виробництва мала місце, також, в Росії і Бразилії. У Росії виробництво сірчаної кислоти за останні п'ять років зросло на 22%.

Обсяг світової торгівлі сірчаної кислотою невеликий і становить порядку 6% від виробленого продукту (рис. 3.4).

У 2012 р. на світових ринках було продано 10.8 млн. т сірчаної кислоти. Експортерами були Канада, Японія і Пд. Корея, питома вага кожної з цих країн становила від 14 до 15 % експорту в цілому. Крім перерахованих країн великими постачальниками сірчаної кислоти є Мексика, Німеччина і Швеція.

Рисунок 3.4 Експорт сірчаної кислоти в світі

 

Торгівля сірчаною кислотою розвивається. Причому, якщо з Канади, Японії та Німеччини експорт досить стабільний, то з Пд. Кореї, Мексики та Швеції відзначилося його істотне зростання (з Пд. Кореї - в 2.7 раз).

Більше 20% продаваної в світі кислоти купують США, майже стільки ж сірчаної кислоти в останні роки став закуповувати Китай. Так, у США основний імпорт кислоти надходить з Канади і Мексики, а в Китай – з Пд. Кореї і Японії. Росія та імпортує сірчану кислоту і експортує, але в невеликих кількостях. [8]

3.3 Вартість сірчаної кислоти

 

Собівартість виробництва  сірчаної кислоти складається з  вартості сировини, витрат на переробку  сировини в готовий продукт, витрат на транспортування сировини до місця  виробництва сірчаної кислоти.

Зазвичай сірчана кислота  продається посередниками, рідше - самими виробниками. Вартість на ринку сірчаної кислоти залежить також від її сорту та марки.

Виробництво Н₂SO₄ в усьому світі весь час зростає. Відповідно до державних стандартів виробляється три сорти Н₂SO₄: технічна, акумуляторна і реактивна.