Свойства веществ, принимающих участие в реакции

СОДЕРЖАНИЕ                                                                

С.

Содержание. 2

Задание. 4

Введение. 5

1 Литературный обзор. 6

1.1 Свойста веществ, принимающих участие в реакции. 7

1.1.1 Сернистый ангидрид. 7

1.1.2 Серный ангидрид. 8

1.2 Источники сырья. 8

1.2.1 Серный колчедан. 9

1.2.2 Газы цветной металлургии. 9

1.2.3 Элементарная сера. 10

1.2.4 Сероводород. 11

1.3 Два основных способа окисления диоксида серы.. 11

2 Физико-химические основы процесса нитрозного способа. 12

2.1 Описание основных реакций с точки зрения физической химии. 12

2.2 Сведение всех результатов в общее теоретическое обоснование процесса. 13

3. Физико-химические основы процесса окисления сернистого ангидрида при получении серной кислоты контактным способом.. 14

3.1 Влияние основных параметров на скорость процесса. 14

3.1.1 Влияние температуры. 17

3.1.2 Влияние давления. 18

3.1.3 Влияние начального состава газов. 18

3.2 Катализаторы для окисления  в ...... 19

3.2.1 Виды ванадиевого катализатора. 20

3.2.2 Отравление катализатора. 22

3.2.3 Температура зажигания. 23

3.2.4 Регенерация катализатора. 23

3.2.5 Условия для ведения процесса контактного окисления  в S03. 24

4 Технологическая часть. 28

4.1 Подготовка обжигового газа к контактному окислению (очистное отделение) ….....….. 28

4.2 Двойное контактирование …………..…………………………………………………........….30

4.3 Окисление SО₂ на катализаторе в кипящем слое...................................................................31

4.4 Контактное отделение сернокислотного завода ………………………..…………………….32

4.5 Термодинамика реакции окисления сернистого газа ……………...………………………..36

4.6 Материальный баланс ……………………………………..…………………………………….37

4.6.1 Материальный расчет 1-ого слоя ……………………………………...…………………37

4.6.2 Материальный расчет 2-ого слоя ………………………………………………………...40

4.6.3 Материальный расчет 3-ого слоя …………………………...……………………………41

4.6.4 Материальный расчет 4-ого слоя ……………………….………………………………..42

4.7 Тепловой баланс …………………………….…………………………………………………….43

4.7.1 Тепловой баланс 1-ого слоя …………………………………...…………….……………..43

4.7.2 Тепловой баланс 2-ого слоя ……………………………………….……………………….44

4.7.3 Тепловой баланс 3-ого слоя ………………………………………….…………………….44

4.7.4 Тепловой баланс 4-ого слоя ………………………………………………….…………….45

5 Техника безопасности, промсанитария и противопожарные мероприятия ………..…………46

5.1 Техника безопасности и промсанитария …………………………………………………...46

5.2 Противопожарные мероприятия ……………………………………………………………48

Список использованных источников …………………………………………….….……………….50

 

 

ЗАДАНИЕ

Курсовая работа 50 с., 9 рисунков, 17 таблиц, 6 источников.

Вариант №3

 

1) Производительность м3/ч обжигового газа – 22000;

2) Состав газа на входе в 1 слой катализатора:

 - 7%;  - 11%;  - 82%;

3) Степень окисления  - 83%;

4) Температура на входе – 460 °С;

5) Температура на выходе – 600 °С.

Введение

Целью курсовой работы является изучение процессов окисления сернистого газа, как одной из самостоятельных этапов производства серной кислоты, а так же составление материального и теплового балансов этого процесса.

Окисление сернистого газа до трёхокиси серы является важнейшей стадией промышленного производства серной кислоты. Именно способ окисления сернистого газа определяет общий ход получения серной кислоты.

Серная кислота является важнейшим продуктом основной химической промышленности, занимающейся производством неорганических кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений и хлора.

По разнообразию применения серная кислота занимает первое место среди кислот. Наибольшее ее количество расходуется для получения фосфорных и азотных удобрений. Будучи нелетучей кислотой, серная кислота используется для получения других кислот – соляной, плавиковой, фосфорной, уксусной и т. д. Много её идет для очистки нефтепродуктов – бензина, керосина и смазочных масел – от вредных примесей. В машиностроении серной кислотой очищают поверхность металла от оксидов перед покрытием (никелированием, хромированием и др.). Серная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, искусственного волокна, красителей, пластмасс и многого другого. Её употребляют для заливки аккумуляторов. В сельском хозяйстве она используется для борьбы с сорняками (гербицид).

Литературный обзор

В настоящее время серная кислота производится двумя спосо­бами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение двуокиси серы при сжигании сернистого сырья. После очистки двуокиси серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до трехокиси серы, которая соединяется с водой с получением серной кислоты. Реакция окисления  в  хорошо изучена и идет по следующему уравнению:

(1)

Окисление SO2 в SO3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В контактном методе производства серной кислоты окисление двуокиси серы в трехокись осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентри­рованной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. Поэтому в СССР строятся лишь контактные цехи. В настоящее время свыше 80% всей кислоты производится контакт­ным способом.

В нитрозном способе катализатором служат окислы азота. Окисление SO2 происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного способа заключается в том, что полученная при сжигании сернистого сырья двуокись серы, содержащая примерно 9% SO2 и 9—10% O2 очищается от частиц колчеданного огарка и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких (четырех — семи) башен с насадкой. Башни с насадкой работают по принципу идеального вытеснения при политермическом режиме. Температура газа на входе в первую башню около 350° С. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химиче­скими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные окислы азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты NOHSO4. При высокой температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется по уравнению:

(2)

Двуокись серы абсорбируется водой и образует сернистую кислоту:

 (3)

последняя реагирует с окислами азота в жидкой фазе:

 (4)

Частично  может окисляться в газовой фазе:

(5)

, абсорбируясь водой, также дает серную кислоту:

(6)

Окись азота десорбируется в газовую фазу и окисляется до двуокиси азота кислородом воздуха:

 (7)

Окислы азота поглощаются серной кислотой в последующих трех-четырех башнях по реакции, обратной уравнению (2). Для этого в башни подают охлажденную серную кислоту с малым содержанием нитрозы, вытекающую из первых башен. При абсорбции окислов получается нитрозилсерная кислота, участвующая в процессе. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться, На практике же из-за неполноты абсорбции имеются потери окислов азота. Расход окислов азота в пересчете на HNO₃ составляет 10—20 кг на тонну моногидрата H₂SO₄. Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 75—77%-ную серную кислоту, которая используется в основном для производства минеральных удобрений [1].

Свойства веществ, принимающих участие в реакции

Сернистый ангидрид

Сернистый ангидрид , двуокись серы, молекулярный вес 64, 066 г/мл, бесцветный газ с резким, характерным запахом, сильно раздражающим слизистые носа и глаз. Он легко переходит в жидкое состояние при атмосферном давлении и температуре -10,1 °С.

В одном объёме воды при 20 °С растворяется примерно 40 объёмов SO2; при этом выделяется тепло в количестве 34,4 кДж/моль. Растворимость сернистого ангидрида воде уменьшается, при повышении температуры. Также его растворимость в серной кислоте ниже, чем в воде. При повышении концентрации кислоты, растворимость уменьшается, затем увеличивается, достигая максимума при 85% концентрации кислоты.

В химических реакциях двуокись серы может являться как окислителем, так и восстановителем.

 

 

Серный ангидрид

Серный ангидрид , трёхокись серы, молекулярный вес 80,056. При нормальных условиях бесцветный газ, в воздухе мгновенно вступает в реакцию с водой, образуя взвешенные капли серной кислоты в воздухе.

Так же серный ангидрид может существовать в 3 твёрдых формах: α, β, γ. Это обусловлено полимеризацией соединения. Каждой из этих модификаций соответствуют следующие температуры плавления: 16,8; 31,5; 62, 2° С.  

Формы серного ангидрида отличаются между собой строением кристаллической решётки, величиной давления пара, химической активностью и другими свойствами.

Серный ангидрид оказывает сильное водоотнимающее действие и вызывает обугливание растительных и животных тканей. Серный ангидрид — сильный окислитель; окисляя серу, фосфор, углеводороды и другие вещества, он восстанавливается до сернистого ангидрида. Полимерные формы серного ангидрида значительно менее ак­тивны: менее энергично реагируют с водой, слабо дымят на воздухе и проявляют обугливающее действие в незначительной степени.[2]

Жидкий серный ангидрид смешивается с сернистым ангидридом в любых соотношениях. Твердый серный ангидрид растворяется в жидком S0₂, не образуя при этом химических соединений.

           

Источники сырья

Каждый источник имеет свои преимущества и недостатки: полнота реакции, побочные продукты, отчистка от побочных продуктов и т.д.

Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы

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

В то же время отходящие газы – наиболее дешевое сырье, низкие оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является серы. Следовательно, 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.

 

В СССР доля серы и серного колчедана в производстве серной кислоты постепенно уменьшается. Возрастает степень использования газов цветной металлургии, сероводорода и других «отходов» различных производств.

Однако, несмотря на прогноз, подавляющим источником сернистого ангидрида остались элементарная сера и серный колчедан.

 

Серный колчедан

Главная составляющая часть – сульфид железа FeS2, содержащий 53,5% S и 46,5% Fe.

Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан добывают в рудниках в виде кусков размером 50— 400 мм. Флотационный колчедан получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в качестве примесей к рядовому колчедану. Пиритный концентрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы.

В качестве примеси в серном колчедане встречаются соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, теллура, углекислые и сернокислые соединения кальция и магния, кварц, окись алюминия и др. В незначительном количестве в серном колчедане обычно содержатся золото и серебро. Таким образом, серный колчедан представляет собой руду, в состав которой входит ряд минералов. Серный колчедан имеет желтоватый или желтовато-серый цвет, плотность его около 5 г/см³, насыпной вес в зависимости от сорта колчедана и размеров его.кусков 2,2—2,4 т/м³.. Поэтому количество серы в пирите колеблется в широких пределах – от 30% до 52%.

В качестве сырья для серной кислоты может быть применен также углистый колчедан. Он получается путем отделения от углей (сортировкой и грохочением) и содержит до 18% углерода (именно с этим связано его название).