Физические и химические свойства серной кислоты, методы ее получения. Сырьевые источники для сернокислотного производства. Технологический расчет печи обжига колчедана, котла-утилизатора и контактного аппарата. Техника безопасности на производстве.
Аннотация к работе
По объему производства с серной кислотой можно сравнить лишь соду и связанный азот, а по разнообразию областей применения серная кислота несомненно занимает первое место. Серную кислоту применяют не только в многочисленных химических, но и других отраслях народного хозяйства. Серную кислоту применяют [1]: - в производстве минеральных удобрений; В химической промышленности серную кислоту используют для производства удобрений, кислот (соляной, фосфорной, плавиковой и т.д.), сернокислых солей, пластических масс, для осушки различных газов, концентрирования азотной кислоты и для других целей. Необходимо отметить, что большая часть серной кислоты, поставляемой на мировой рынок, является побочным продуктом предприятий цветной металлургии, в то время как основное производство и потребление серной кислоты приходится на производителей фосфорных удобрений, которые получают серную кислоту из серы.Серная кислота H2SO4 - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы ( 6). Серная кислота кипит, образуя азеотропную смесь (98,3% H2SO4 и 1,7% H2О с температурой кипения 338,8ОС). Серная кислота, отвечающая 100% содержанию H2SO4 имеет состав: H2SO4 - 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3SO4 - 0,14%, H3O - 0,09%, H2S2O7 - 0,04%, HS2O7 - 0,05%. Температура кипения водных растворов серной кислоты повышаются с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3% H2SO4. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по формуле: Плотность 100% серной кислоты можно определить по уравнению: d = 1,8517 - 1,1 • 10-3 t 2 • 10-3 t2.Помимо самородной серы и сернистых металлов (железа, меди, цинка, свинца и д.р.), сера в природе встречается также в виде сернокислых (кальция, бария, магния, натрия, железа и д.р.). Сера содержится в нефти и каменном угле. После околотки он содержит до 40% серы и 12-18% угля. При сжигании угля в топках котельных установок сера, содержащаяся в угле в виде пирита и органических серосодержащих соединений, превращается в сернистый газ, который вместе с отходящим газом котельных установок выбрасывается в трубу. К моменту выхода газа из последней камеры 2 заканчивается окисление двуокиси серы и окислы азота опять достигают степени окисления, в среднем соответствующей N2O3. из камер 2 газ поступает в поглотительные башни 3, где содержащиеся в нем окислы азота поглощаются серной кислотой.На рисунке 6 изображена технологическая схема получения серной кислоты контактным методом на колчедане. 1,2-промывные башни; 3,5-мокрые электрофильтры; 4-увлажнительная башня; 6,7-сушильные башни; 8-компрессоры; 9-пусковой подогреватель; 10-топка пускового подогревателя; 11-теплообменник; 12-контактный аппарат; Обжиговый газ, после очистки в сухих электрофильтрах, последовательно проходит две промывные башни 1,2, а затем через первые два мокрых электрофильтра 3, увлажнительную башню 4 и вторые два электрофильтра 5. Подогретый в теплообменнике 11, за счет тепла газа, идущего из контактного аппарата 12, газ поступает в контактный аппарат и возвращается из него через теплообменник 11.Процесс горения колчедана складывается из стадий: - термическое разложение FES2: 2FES2 = 2FES S2; Теплота поступает с пиритом: Qпирит = Gпирит ? Спирит ? тпирит , тогда, Qпирит = 4,051?0,52?23 = 48,45КВТ. Теплота поступает с воздухом: Qвоздух = Gвоздух ? С воздух ? тн.воздух , тогда, Qвоздух = 15,673?1?23 = 360,48КВТ. Теплота поступает за счет горения колчедана: Qгорен.колч.= Gпирит. Теплота уходит с огарком (14% огарка уходит из кипящего слоя с газами и 86% остается в остатке).3.2.1 Исходные данные: - температура поступающей газовой смеси Тн, 0С…………… ………820 температура отходящей газовой смеси Тк, 0С……………… ……….420 Рассчитаем среднюю температуру в котле - утилизаторе [4]: Тогда, Массовый расход газа из таблицы 8 составляет: Gгаз=3,895кг/с. Определим коэффициент теплопередачи[4]: где, ?г = 85 - коэффициент теплоотдачи для горячего теплоносителя, Вт/м2 ·К; Отсюда площадь поверхности теплопередачи: Принимаем F = 35м2Реакция окисления SO2 0,5O2 = SO3 95КДЖ/моль идет с уменьшением реакционной смеси и с выделением теплоты. Для окисления SO2 в SO3 в промышленных условиях применяют ванадиевые контактные массы, содержащие V2O5 в качестве активного начала, пиросульфат металла к (Na)S2O7 в качестве активатора и носитель, состоящий из алюминосиликатов, аморфной кремниевой кислоты и других инертных примесей. Из материального баланса обжига колчедана мы определим количество двуокиси серы: SO2 = 3,895 кг/с. Из материального баланса обжига колчедана мы определим оставшиеся количество кислорода Рассчитаем среднюю температуру в контактном аппарате [4]: ТН газ = 430 ? ТК газ = 450При соприкосновении с водой происходит бурная реакция с большим выделением тепла, паров и газов. По степени воздействия на организм человека относится к веществам второго класса опасности по ГСТ 12.1.007 - 76.
План
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
1.1 Физические и химические свойства серной кислоты
1.2 Сырьевые источники для сернокислотного производства
1.3 Методы получения серной кислоты
2. Технологическая схема получения серной кислоты контактным методом на колчедане
3. Технологические расчеты оборудования
3.1 Технологический расчет печи обжига колчедана
3.2 Технологический расчет котла-утилизатора
3.3 Технологический расчет контактного аппарата
4. Техника безопасности
Заключение
Литература
Введение
серная кислота производство колчедан
Серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности. По объему производства с серной кислотой можно сравнить лишь соду и связанный азот, а по разнообразию областей применения серная кислота несомненно занимает первое место. Серную кислоту применяют не только в многочисленных химических, но и других отраслях народного хозяйства.
Серную кислоту применяют [1]: - в производстве минеральных удобрений;
- как электролит в свинцовых аккумуляторах;
- для получения различных минеральных кислот и солей;
- в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
- в нефтяной (очистка нефти), металлообрабатывающий (получение меди, цинка, кобальта, никеля, серебра), текстильной (отбелка тканей),кожевенной, и др. отраслях промышленности;
- в пищевой промышленности - зарегистрирована в качестве пищевой добавки Е513 (эмульгатор);
- в промышленном органическом синтезе в реакциях: - дегидратации ( получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
- гидратации ( этанол из этилена);
- сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
В химической промышленности серную кислоту используют для производства удобрений, кислот (соляной, фосфорной, плавиковой и т.д.), сернокислых солей, пластических масс, для осушки различных газов, концентрирования азотной кислоты и для других целей.
Последние годы российский рынок серной кислоты был крайне нестабилен. Крайне негативно на рынке кислоты отразился и мировой финансовый кризис. Продажи серной кислоты за 2008 - 2009 годы упали на 11,5 % до 8,5 млн. т. В 2010 году рынок быстро пошел вверх, к концу года продажи выросли до 9,3 млн. т.
Структура потребления серной кислоты на мировом рынке по данным ICIS показана на рисунке 1.
Рисунок 1-Структура потребления серной кислоты на мировом рынке [2]
По сравнению с 2005 годом объем потребления серной кислоты вырос на 9,2 %, среднегодовой темп роста потребления - 1,8%. Серную кислоту получают на заводах цветной металлургии, заводах по производству фосфорных удобрений и заводах - производителях серной кислоты.
Динамика производства серной кислоты представлена диаграммой на рисунке 2.
Рисунок 2-Динамика производства серной кислоты [2]
Необходимо отметить, что большая часть серной кислоты, поставляемой на мировой рынок, является побочным продуктом предприятий цветной металлургии, в то время как основное производство и потребление серной кислоты приходится на производителей фосфорных удобрений, которые получают серную кислоту из серы. Основные мировые экспортеры серной кислоты - Республика Корея, Япония и Канада.
Таблица 1 - Экспорт серной кислоты странами мира [2] В тоннах
Год 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Страна
Республика Корея 1746456 1950460 2127026 2369618 2225744 2344919
Из данных United Nations Statistics Division можно сделать вывод о том, что самые низкие цены на серную кислоту наблюдаются в регионах Дальнего Востока и Восточной Европы. Цены в Южной Азии Океании выше на 30 - 40%, в Канаде на 80 - 90%.
Таблица 3 - Экспортные цены на серную кислоту( долл. США\ тонна) без НДС [2]
Год 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Страна
Республика Корея 29, 51 21,36 23,43 66,49 65,40 70,20
Япония 33, 93 36,51 25,74 75,70 74,80 75,10
Канада 44,09 44,19 47,97 105,57 153,31 130,24
Индия 124,10 124,68 101,47 172,41 103,80 107, 95
Германия 43,41 35,21 52, 35 102,61 89,72 94,26
Перу 30,21 34,39 43,81 85, 10 80, 40 83,20
Болгария 26,48 19,60 25,92 66,63 64,39 66,97
Филиппины 11,07 20,28 40,99 94,26 90,51 94,13
Таблица 4 - Импортные цены на серную кислоту (долл. США/ тонна) без НДС [2]