Значение серной кислоты и масштабы ее производства, принципы размещения установок

Лекция №5

 Значение серной кислоты и масштабы ее производства, принципы размещения установок. Сырье для получения кислоты: сера, колчедан, сульфиды, сероводород, сульфаты и др.

В настоящее время контактным методом получают концентрированную H₂SO₄, олеум и 100%  SO₃ ( серный ангидрид).

Смеси в которых на 1 моль SO₃ приходится менее 1моля воды представляют собой растворы серного ангидрида в серной кислоте – олеум H₂SO₄ *n SO₃  (дымящая серная кислота).

Свойства серной кислоты.

Серная кислота бесцветная маслянистая жидкость t_кр =10ºС, при t =296ºС  и Р=760 мм рт. ст. серная кислота начинает кипеть с разложением, до образования постоянно кипящей азеотропной смеси   98,3% H₂SO₄

При концентрации 98,3%   ρ=1,84г/см³

Рекомендуемые материалы

Сорта серной кислоты.

Нитрозным методом  получают 75% башенную кислоту.

По ГОСТ 4204-77- массовая доля серной кислоты других марок ХЧ, ЧДА,  Ч- не менее 93,6- 95,6% H₂SO₄

ГОСТ 2184-77- техническая серная кислота предназначена для производства удобрений, искусственного волокна, капролоктана, TiO₂, C₂H₅OH и так далее, выпуск с С=92,5-94,0% H₂SO_4.

Массовая доля свободного ангидрита 24% SO₃ ( для улучшенного олеума )

19%  SO₃ (для технического олеума).

                     

Сырье для производства H₂SO_4.

Сырьем для получения H₂SO₄ служит элементарная сера или серосодержащие вещества.

В некоторых минералах сера содержится в виде соединения с двумя металлами. Медный колчедан (S +Fe +Cu).

В природе сера встречается в виде сульфатов, гипса, мирабилита (Na₂SO₄+CaSO₄). Общее содержание серы в земле 0,1%.

Сера содержится в каменном угле, горючих и топочных газах.

При добычи угля попутно добывается углистый колчедан из прослоек угля, отбираемый при обогащений углей.

Серный колчедан FeS₂ (53,44%-46,56% Fe) пирит и реже марказит.

Кроме FeS₂ природный серный колчедан содержит примеси соединений Сu, Zn, Pb, As, Ni, Co, Se, Bi, Tu, Cd, карбонаты и сульфаты кальция и магния.

Магнитный колчедан.

Fe_n S_n+1 (Fe₆S₇ до F₁₁S₁₂) встречается на Кавказе, Урале, Сибири, Канаде, Норвегии, Южной Африке и т.д.).

Углистый колчедан содержит до 18% С и 33-42%S.

Газы цветной металлургии.

В процессе обжига медных, цинковых, свинцовых руд и концентратов а также руды содержащие драгоценные цветные металлы  образуют отходящие газы, а также твердый остаток – огарок поступает на переработку для извлечения цветных металлов.

Отходящие газы содержащие SO₃, являются ценным сырьем для производства серной кислоты.

Серу получают из самородных руд, а также из газов содержащих сернистый ангидрид или сероводород, при сжигании S образуется газ с большим содержанием SO₂ u O₂.

Свойства серы.

Т кипения =444,6ºС

Сера плохо проводит электрический ток, не растворяется в воде.

Получение  газовой серы.

Газовую серу извлекают из отходящих газов цветной металлургии, газов нефтепереработки, попутных нефтяных и природных газов.

Согласно  ГОСТ 127-64 сорта серы подразделяются:

1) природная сера 1-2-3сорт соответствует 99,9;  99,5;  98,6%

2) газовая сера       1-  2 сорт 99,8%

Агломерационные газы.

Процесс агломерации заключается в том, что через раскаленные руды содержащие некоторые добавки, продувают воздухом. При  этом находящийся в руде сера окисляется с выделением сернистого ангидрита, который входит в состав отходящих агломерационных газов 0,5-1,5% SO₂.

Газы содержащие H₂S. Большинство горючих газов (коксовый, генераторный, попутный , природные газы нефтепереработки ) содержат сероводород.

Травильные растворы, являются отходами при травлении металлов H₂SO₄, они содержат 2- 4% H₂SO₄ (cв) и 25% FeSO₄

Из травильных растворов выделяют FeSO₄ *7H₂O, а остающийся маточный  раствор после добавки к нему H₂SO₄ возвращается в травильные ванны.

Алуниты (K₂SO₄  *AI₂(SO₄)₃ *Al₂O₃ *6H₂O)

               Технология производства сернистого газа.

Сернистым газом в производстве H₂SO₄ называют газ содержащий SO_2, O₂, N₂, H₂O, HF, As₂O₃ и так далее.

Процесс горения FeS₂ протекает с образованием:

4FeS₂ +11O₂ =2Fe₂O₃+8SO₂+Q

либо с образованием закиси-окиси железа

3FeS₂ +8O₂ =Fe₃O₄ +6SO₂ +Q

При обжиге углекислого колчедана сгорает углерод :

С+ О₂=СО₂ + Q

При окислении колчедана огарком при Т =800ºС получается высококонцентрированный сернистый газ.

FeS₂ +16Fe₂O₃→ 11Fe₃O₄ +2SO₂-Q

При T=900ºС 

11Fe₃O₄  +2,75 O₂→16,5 Fe₂O₃ +Q

При обжиге цинковой обманки

2ZnS+3O₂ =2ZnO+2SO₂ +Q

Сероводород  сгорает с образованием SO₂ и H₂O

2H₂S+3O₂→ 2SO₂ +2H₂O +Q

При нагревании гипса вначале выделяется H₂, затем SO₂

CaSO₄=CaO+SO₂ +1/2O₂-Q (1400-1500ºС).

Медленное окисление пирита с выделением SO₂ начинается при Т=170-260ºС

Т_воспл. =290-400ºС

Чем тоньше измельчен колчедан, тем ниже температура его воспламенения на процессы обжига влияет t,  p, c.

Для увеличения степени обжига и скорости реакции, необходимо увеличить поверхность контакта реагирующих веществ, (рабочая температура 750-850ºС)

Люди также интересуются этой лекцией: Понятие религии и ее ранние формы.

Состав обжигового газа:  SO_2, O₂, N₂, H₂O, HF, As₂O₃ и так далее.

Концентрация обжигового газа

G_SO2^теор=21*8/11=16%

G_SO2^раб=12-15%

Контрольные вопросы:

1. Свойства и сорта серной кислоты.
2. Сырье для производства H₂SO_4.
3. Технология производства сернистого газа.