Разработка технологии получения серной кислоты обжигом серного колчедана - Дипломная работа

Среди минеральных кислот она по объему производства и потребления занимает первое место, поэтому изучение свойств и методов получения серной кислоты весьма актуально. Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств. Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Цель работы - разработать технологическую схему производства серной кислоты обжигом серного колчедана.Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (30 - 60%), производстве красителей (2 - 16%), химических волокон (5 - 15%), в металлургии (2 - 3%).Очень сильная двухосновная кислота, способная вызывать ожоги кожи. При нагревании выше температуры кипения начинает разлагаться: H2SO4 > SO3 H2O Вследствие образования гидратов при разбавлении водой происходит сильное разогревание серной кислоты.Окисляет HI и частично НВГ до свободных галогенов, углерод - до СО2, S - до SO2, окисляет многие металлы. Проведение окислительно-восстановтельных реакций с участием H2SO4 обычно требует нагревания. Концентрированная серная кислота при нагревании реагирует почти со всеми металлами (исключая Au, Pt, Be, Bi, Fe, Mg, Co, Ru, Rh, Os, Ir), например: Cu 2 H2SO4 = CUSO4 SO2 ^ 2H2O Серная кислота образует соли - сульфаты (Na2SO4) и гидросульфаты (NAHSO4).Разбавленная серная кислота обладает химическими свойствами, характерными для всех кислот: взаимодействует с основаниями, с основными и амфотерными оксидами, с солями: H2SO4 2NAOH = Na2SO4 2H2OВ качестве сырья для производства серной кислоты применяют элементарную серу, серный колчедан, серосодержащие промышленные отходы. Серный колчедан содержит от 35 до 50% серы.Природный железный колчедан представляет собой сложную породу, состоящую из сульфида железа FES2, сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, никеля, кобальта и др.), карбонатов металлов и пустой породы.Сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов металлов, входит в состав каменного угля, нефти, природного и попутного газов. Элементарная сера может быть получена из серных руд или из газов, содержащих сероводород или оксид серы SO2. Термический метод получения серы из самородных руд заключатся в ее выплавлении с помощью водяного пара и очистке сырой серы перегонкой.В естественных условиях встречается в вулканических и природных газах, в растворенном виде в водах минеральных источников, а также образуется при гниении серосодержащих органических остатков.Все промышленные методы синтеза серной кислоты основаны на следующих этапах: 1) первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего оксид серы SO2. 2) на второй стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления (конверсии) диоксида серы при 500°С (на катализаторах Pt, V2O5, Fe2O3): SO2 1/2O2 - SO3В промышленности применяют два метода получения серной кислоты, отличающихся способом окисления SO2: -нитрозный - с применением оксидов азота, получаемых из азотной кислоты, -контактный - с использованием твердых катализаторов (контактов).Сущность нитрозного метода состоит в том, что обжиговый газ после охлаждения и очистки от пыли обрабатывают так называемой нитрозой - серной кислотой, в которой растворены оксиды азота. Смесь NO и NO2 вновь поглощается серной кислотой. Оксиды азота не расходуются в нитрозном процессе и возвращаются в производственный цикл. Аппаратурное оформление башенного нитрозного процесса следующее: SO2 перерабатывается в 7-8 футерованных башнях с керамической насадкой, одна из башен (полая) является регулируемым окислительным объемом. Башни имеют сборники кислоты, холодильники, насосы, подающие кислоту в напорные баки над башнями.Суть метода состоит в том, что сернистый газ, полученный при обжиге сырья, проходит следующие стадии переработки: очистка газа от примесей, разрушающих катализатор; контактное окисление сернистого ангидрида в серный; абсорбция серного ангидрида серной кислотой с образованием олеума (рисунок 1.3). Рисунок 1.3 - Схема производства серной кислоты контактным способом [7]: 1 - полая промывная башня; 2 - промывная башня с насадкой; 3 - мокрый электрофильтр; 4 - сушильная башня с насадкой; 5 - турбокомпрессор; 6 - трубчатый теплообменник; 7 - контактный аппарат; 8 - холодильник; 9 - олеумный абсорбер; 10 - моногидратный абсорбер; 11 - кислотный холодильник; 12 - сборник; 13 - центробежный насос. Реакторы или контактные аппараты для каталитического окисления сернистого ангидрида по своей констру

Содержание

Введение

1. Серная кислота: применение, свойства, получение (Литературный обзор)

1.1 Применение серной кислоты и олеума

1.2 Физические свойства серной кислоты

1.3 Химические свойства концентрированной серной кислоты

1.4 Химические свойства разбавленной серной кислоты

1.5 Получение серной кислоты

1.5.1 Сырье для производства серной кислоты

1.5.1.1 Железный колчедан

1.5.1.2 Сера

1.5.1.3 Сероводород

1.5.2 Этапы получения серной кислоты

1.5.3 Методы получения серной кислоты

1.5.3.1 Нитрозный метод

1.5.3.2 Контактный метод

1.5.4 Производство серной кислоты из серы

1.5.5 Производство серной кислоты из железного колчедана

1.5.6 Производство серной кислоты из сероводорода

2. Разработка принципиальной технологической схемы производства серной кислоты со схемой КИП и А 2.1 Описание разработанной технологической схемы

2.2 Контроль и автоматика технологического процесса

2.2.1 Выбор средств автоматизации

2.2.2 Описание приборов и запорно-регулирующей арматуры

3. Расчет технологических параметров производства серной кислоты

3.1 Материальный баланс

3.1.1 Расчет материального баланса

3.1.2 Расчет расходного коэффициента

3.1.3 Расчет выхода диоксида серы

3.1.4 Расчет выхода огарка

3.2 Основные параметры работы гидравлических машин

3.2.1 Насосы в химических технологиях

3.2.2 Расчет насоса

4. Разработка мероприятий по безопасности труда и охране окружающей среды

4.1 Действие опасных и вредных факторов на организм

4.2 Токсические свойства и воздействие на окружающую среду образующихся вредных веществ

4.3 Основные требования к упаковке, транспортировке и хранению серной кислоты

4.4 Предложения по уменьшению количества выбросов вредных веществ в окружающую среду

Выводы

Список литературы

Приложение

Актуальность работы. Серная кислота - важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот она по объему производства и потребления занимает первое место, поэтому изучение свойств и методов получения серной кислоты весьма актуально.

Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств.

Крупнейшим потребителем серной кислоты в настоящее время является промышленность фосфорных и азотных минеральных удобрений, таких как сульфат аммония, аммофос, суперфосфат и др. Простой суперфосфат получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Применение минеральных удобрений способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и содержания в них полезных веществ.

Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении - на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий [5].

Цель работы - разработать технологическую схему производства серной кислоты обжигом серного колчедана.

Основные задачи данной работы: Обосновать выбранную технологическую схему получения серной кислоты;

Разработать технологическую схему производства серной кислоты;

Выполнить расчет и составить таблицу материального баланса обжига серного колчедана;

Рассчитать технологические показатели процесса;

Разработать мероприятия по безопасности труда и охране окружающей среды.

Экономические аспекты. Развитие человечества в прошлом веке было ориентировано на быстрое развитие экономики, что привело к беспрецедентному по масштабам вредному воздействию на биосферу. Возникли противоречия между возраставшими потребностями мирового сообщества и ограниченными возможностями биосферы по их удовлетворению. Устранение возникших противоречий и дальнейшее улучшение качества жизни людей возможно только в рамках стабильного социально-экономического развития, не нарушающего механизм саморегуляции природы. Именно осознание необходимости адаптации экономического развития к природным закономерностям требует скорейшего перехода к новому экологически оптимизированному типу производства и потребления. Несмотря на это, в настоящее время в большинстве стран независимо от типа экономической системы сложился природоемкий тип производства, основанный на использовании природных ресурсов без учета экологических ограничений [14].

Серная кислота, используемая практически во всех отраслях промышленности, является своеобразным индикатором экономического развития в стране. Количество производимой серной кислоты показывает уровень развития государства. В условиях непрерывно возрастающих потребностей общества мировое производство серной кислоты за последние 25 - 30 лет выросло более чем в 3 раза, составляя в настоящее время более 160 млн.т в год. Индустриально развитые страны производят серной кислоты больше, чем каких-либо других химикатов. Почти треть этого количества уходит на производство удобрений [8].

Несмотря на увеличение объема сернокислотного производства, в последнее десятилетие в России сложилась критическая ситуация в вопросах применения минеральных удобрений и плодородия почв. Использование удобрений в сельском хозяйстве с 1990 года снизилось более чем в 10 раз. Для обеспечения продовольственной безопасности необходимо иметь столько удобрений, сколько позволило бы обеспечить сбор зерновых на уровне 600 - 1000 кг на одного человека. В последние годы темпы роста производства удобрений несколько снизились. Так, в 1999 г. рост составил 23,3 %, в 2000 г. - 6,5, а в 2001 г. - всего 3,6 % [9].

Социально-политические аспекты. Экономический рост начала 21 века характеризуется ведущей ролью научно-технического прогресса и интеллектуализацией всего процесса промышленного развития. В связи с этим одной из важнейших задач руководящих органов России на ближайшие годы должна быть поддержка процесса перевода высокотехнологичных и перспективных научных разработок в области химии и химической технологии в конкурентоспособную наукоемкую продукцию.

В настоящее время научно-технические достижения России не оказывают существенного влияния на изменение технологического уклада химической индустрии. Так, доля производства прогрессивных материалов ниже, чем в развитых капиталистических странах в 2-3 раза, качество около 70% отечественной химической продукции не отвечает требованиям мировых стандартов, доля продукции, выпускаемой по устаревшим технологиям, составляет около 60%, что приводит к дополнительным издержкам производства и ухудшению уровня экологической безопасности. Такое состояние технического уровня привело к падению эффективности и конкурентоспособности химической продукции.

Стабильность развития отрасли, в конечном итоге, зависит как от стабильности развития экономики региона в целом, так и от государственного регулирования развития отрасли. На раннем этапе государственная поддержка развития данного комплекса должна быть сведена к разработке целевой программы развития химического и нефтехимического комплекса, которая бы в полной мере учитывала современные тенденции развития региональной экономики, специфику и важнейшие факторы развития отрасли в начале XXI века [11].

Аспект охраны окружающей среды. Основные положения государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития являются основой для конструктивного взаимодействия органов государственной власти Российской Федерации и ее субъектов, органов местного самоуправления, предпринимателей и общественных объединений по обеспечению комплексного решения проблем сбалансированного развития экономики и улучшения состояния окружающей среды.

Осуществление государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития предусматривает реализацию закрепленного в Конституции Российской Федерации права граждан на благоприятную окружающую среду, прав будущих поколений на пользование природно-ресурсным потенциалом в целях поддержания устойчивого развития, а также решение текущих социально-экономических задач в неразрывной связи с осуществлением адекватных мер по защите и улучшению окружающей среды, сбережению и восстановлению природных ресурсов.

1.Обеспечение экологически безопасного устойчивого развития в условиях рыночных отношений.

2.Охрана среды обитания человека.

3.Оздоровление (восстановление) нарушенных экосистем в экологически неблагополучных регионах России.

4.Участие в решении глобальных экологических проблем.

Этические аспекты. Назревший еще на пороге третьего тысячелетия глобальный экологический кризис современной технологической цивилизации вынуждает человечество создать систему непрерывного экологического воспитания и образования, результатом которых являлось бы формирование экологического мышления - способности оценивать результаты своей деятельности с точки зрения воздействия на природу. При этом должны оцениваться и отдаленные последствия этого воздействия, сказывающиеся на последующих поколениях.

Экологическая нравственность и экологическая этика будущих поколений формируется сегодня. В настоящее время происходит формирование и экологической культуры, которая, по определению Н.Ф. Реймерса, является составной частью развития общемировой культуры, характеризуемой острым, глубоким и всеобщим осознанием насущной важности экологических проблем в жизни и будущем развитии человечества.

Руководствуясь современными знаниями о науке и технике, экологическая культура должна способствовать гармоничному существованию антропогенных и природных экосистем [14].

В последние годы во многих развитых странах произошла экологизация морального сознания, изменились ценностные ориентации; была создана такая система ценностей, в которую вошли как социальные, так и природные элементы. Природа в этом случае получила статус самостоятельной ценности в силу ее уникальности, единственности и неповторимости.

1. Серная кислота: применение, свойства, получение (Литературный обзор)