Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Бухгалтерский баланс 8 страница



снизу вверх через решетку, на которой находится катализатор с такой скоростью, чтобы частицы

катализатора пришли в движение и весь слой перешел из неподвижного во взвешенное состояние.

Важнейшее преимущество взвешенного слоя – это повышение производительности катализатора в

результате уменьшения размеров частиц, и, следовательно, полного использования внутренней

поверхности катализатора. Главным недостатком взвешенного слоя по сравнению с неподвижным

является снижение движущей силы процесса вследствие более полного перемешивания газа, а также из-

за прохождения части газа через слой в виде крупных пузырей. Другой недостаток- истирание зерен

катализатора. Для взвешенного слоя необходимы высокопрочные, износоустойчивые мелкозернистые

контактные массы. Аппараты взвешенного слоя применяются при проведении эндотермических

процессов: дегидрирования углеводородов, каталитического крекинга.

В аппаратах с движущимся катализатором образуется поток взвеси катализатора, так как скорость

парогазовой смеси велика и сила трения газа о зерна катализатора превышает массу катализатора.

Недостатком установки с движущимся катализатором является трудность полного отделения

пылевидного катализатора от газового потока.

Процессы с жидкими реагентами и твердым катализатором имеют ограниченное применение.

Реакторы для этих процессов могут содержать катализатор в виде неподвижных стержней, кусков или

зернистого фильтрующего слоя, взвешенного слоя.

Каталитические процессы с участием двух жидких фаз характерны для полимеризации жидких

мономеров в эмульсии. Полимеризуемая жидкость эмульгируется обычно в водном растворе,

содержащем эмульгатор и катализатор или инициатор. Эмульгирование и полимеризация ведется

непрерывно в батарее реакторов с мешалками – полимеризаторов.

13 Важнейшие химические производства

В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов

органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть

открытых веществ. Собственно химическая промышленность, объединяющая производство

неорганических кислот, щелочей, солей, оксидов, продуктов органического синтеза и ВМС

(пластмасс, каучуков, смол, химволокон и др.), выпускает свыше 50000 наименований продуктов.

Естественно, что в курсе химическая технология невозможно изучить все производства, поэтому мы

рассматриваем лишь типовые химико-технологические процессы, имеющие наибольшее народно-

хозяйственное значение.

Различают технологию неорганических и органических веществ. Однако четкой грани между

ними провести нельзя, так как во многих производствах сырьем служат и органические и

неорганические вещества или же в результате реакций между органическими веществами

получаются органические и неорганические продукты. Имеются производства, в которых из

неорганических веществ получают продукты, относящиеся к органическим веществам, например,

производство карбамида из аммиака и углекислого газа.

13.1 Производство серной кислоты

Серная кислота – один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности.

Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом

особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет

цвета, запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии. В концентрированном виде

не корродирует черные металлы. В то же время серная кислота относится к числу сильных

минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

13.1.1Применение

Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью

производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.

Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает

первое место. Мировое производство ее составляет более 160 млн.т. в год. Области применения

серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве

минеральных удобрений (от 30 до 60%), многие кислоты (фосфорная, уксусная, соляная) и соли

производятся в значительной части при помощи серной кислоты. Сернпая кислота широко

применяется в производстве цветных и редких металлов, а также в производстве красителей (от 2 до

16%), химических волокон (от 5 до 15%) и металлургии (от 2 до 3%). Она применяется для различных

технологических целей в текстильной, пищевой и других. На рисунке представлены области

применения серной кислоты и олеума.

ПРОИЗВОДСТВО ПРОИЗВОДСТВО МИНЕРАЛЬНЫЕ СУЛЬФАТ АММОНИЯ

ОРГАНИЧЕС-

ХРОМАТОВ СУЛЬФАТОВ УДОБРЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫЕ

КИЕ КИСЛОТЫ

КРАСИТЕЛИ

ПРОИЗВОДСТ Н3РО4, ТРАВЛЕНИЕ

НF

МЕТАЛЛОВ

ВО СПИРТОВ,

СЕРНАЯ КИСЛОТА

КИСЛОТ, МЕТАЛЛУРГИЯ

ЭФИРОВ И ДР. ЦВЕТНЫХ

МЕТАЛЛОВ

ВЗРЫВЧАТЫЕ

ВЕЩЕСТВА МИНЕРАЛЬНЫЕ

КИСЛОТЫ

Н3РО4, НF

ОРГАНИЧЕС МИНЕРАЛЬНЫЕ

КИЕ ПИГМЕНТЫ И

КРАСИТЕЛИ КРАСКИ

МИНЕРАЛЬНЫЕ

ПРОИЗВОДСТ ПИГМЕНТЫ И

ВО ГЛЮКОЗЫ КРАСКИ

ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА,

ТЕКСТИЛЬНАЯ

ПРОМЫШЛЕННЛСТЬ ОЧИСТКА НЕФТЕПРОДУКТОВ

ПРОИЗВОДСТ И МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ

ВО ГЛЮКОЗЫ

И ПАТОКИ

13.1.2Технологические свойства серной кислоты

Безводная серная кислота (моногидрат) Н2SО4 представляет собой тяжелую маслянистую

жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества

тепла. Плотность серной кислоты при 00С равна 1.85 г/см3. Она кипит при Т = 2960С и замерзает при

–100С. Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его (Н2SО4 + nН2О), а

также растворы серного ангидрида в моногидрате (Н2SО4 + nSО3), называемые олеумом. Олеум на

воздухе «дымит» вследствие десорбции из него SО3. Чистая серная кислота бесцветна, техническая

окрашена примесями в черный цвет.

Н2SО4 *(n-1) SО3 Н2SО4 Н2SО4 * (m –1) Н2О

Олеум моногидрат водная кислота

При m = n =1 это моногидрат, при m >n – водные растворы, при m<n – растворы оксида серы в

моногидрате. При смешении с водой образуются гидраты состава Н2SО4* nН2О; Н2SО4* 2Н2О;

Н2SО4* 4Н2О и соединения с оксидом серы Н2SО4*SО3 и Н2SО4* 2SО3.

Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и

образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля

или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее

товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру

кристаллизации. Для транспортировки, применения серной кислоты большое значение имеет

изменение температуры плавления и температуры ее кипения в зависимости от концентрации. При

возрастании концентрации от 0% Н2SО4 до 64.35% SО3(своб) последовательно образуется шесть

гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которые взаимно

нерастворимы в твердом виде. В области концентраций SО3 от 64.36% до 100% при кристаллизации

образуются твердые растворы. В зимнее время при низких температурах нельзя производить и

применять кислоту с концентрацией, близкой к чистому SО3; 2SО3 * Н2О; SО3 *Н2О, так как из этих

растворов могут выпадать кристаллы, которые забъют кислотопроводы между цехами, хранилища,

насосы. Все товарные сорта серной кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям.

Пары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют

Н2SО4↔Н2О +SО3

и при температурах выше 4000С уже содержат больше молекул SО3, чем Н2SО4

2Н2SО4 ↔2Н2О + 2 SО3 ↔2SО3 + 2 Н2О +О2

4000С 7000

Серная кислота весьма активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство металлов;

вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. Она отнимает воду от других

кислот, от кристаллогидратов солей. Дерево и другие растительные и животные ткани, содержащие

целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются под действием концентрированной серной кислоты, вода

связывается с кислотой и от ткани остается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кислоте

целлюлоза и крахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человека

концентрированная серная кислота вызывает ожоги.

13.1.3 Способы получения

Еще в 13 веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4,

поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже

серная кислота не производится из купороса. Ныне серная кислота производится двумя способами:

нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце 19

и начале 20 века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный).

Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение

сернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки сернистого газа (особенно в

контактном способе) его окисляют до серного ангидрида, который, соединяясь с водой, образует

серную кислоту. Окисление SО2 в SО3 протекает крайне медленно. Для ускорения процесса

применяют катализаторы.

В контактном методе окисление сернистого ангидрида в серный осуществляется на твердых

контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства

себестоимость более чистой и высококонцентрированной серной кислоты лишь незначительно выше,

чем башенной. В н.в. около 80% всей кислоты производится контактным способом.

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окисление SО2 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

полученный при сжигании сернистого сырья сернистый газ, содержащий примерно 9% SО2 и 9 –10%

О2, очищается от пыли и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких башен с

насадкой. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных

химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой

растворенные оксиы азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты NОНSО4. В

последующих трех- четырех башнях десорбированные в газовую фазу в результате реакции окислы

азота поглощаются серной кислотой, образуя вновь нитрозилсерную кислоту. Таким образом, окислы

азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться. Нитрозным способом

получают загрязненную примесями и разбавленную 70-75% серную кислоту, которая используется в

основном в производстве минеральных удобрений.

13.1.4 Сырье для производства серной кислоты

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные

серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.

Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме

сульфидов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного газа.

Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной

металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов. Таким образом,

сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в

качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан.

Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы ТЭС и газы медеплавильного

производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (4). При этом доля колчедана в

балансе сырья уменьшается, а доля серы возрастает.

В общей схеме сернокислотного производства существенное значение имеют две первые стадии

– подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление

существенно зависят от природы сырья, которая в значительной степени, определяет сложность

технологического производства серной кислоты.

1. Железный колчедан.

Природный железный колчедан представляет сложную породу, состоящую из сульфида железа

FеS2, сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца и др.), карбонатов металлов и пустой породы.

В РФ залежи колчедана имеются на Урале и Кавказе, где его добывают в рудниках в виде рядового

колчедана. Процесс подготовки рядового колчедана к производству ставит целью извлечение из него

ценных цветных металлов и повышение концентрации дисульфида железа.

Чистый пирит содержит 53.5% серы и 46.5% железа. В серном колчедане содержание серы

обычно колеблется от 35 до 50%, железа от 30 до 40%, остальное составляют сульфиды цветных

металлов, углекислые соли, песок, глина и др.

Схема подготовки рядового колчедана представлена на рисунке.

РЯДОВОЙ КОЛЧЕДАН

FеS2 +МеS +МеСО3 +П

измельчение

классификация

ФЛОТАЦИОННЫЕ

ХВОСТЫ

флотация

КОНЦЕНТРАТ

ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

флотация 1

ОКСИД СЕРЫ ФЛОТАЦИОН

НЫЙ ПОРОДА

КОЛЧЕДАН

32 –40% СЕРЫ

ОБЖИГ

ОГАРОК

ПИРИТНЫЙ ПОРОДА

КОНЦЕНТРАТ Флотация 2

СЕРНАЯ ЦВЕТНЫЕ

КИСЛОТА МЕТАЛЛЫ

сс сушка

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяются

размеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения параметров технологического режима

процесса.

2. Сера.

Элементарная сера может быть получена из серных руд или газов содержащих сероводород или

оксид серы. В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую комовую:

Самородная сера руда

Сера

Газовая сера Н2S газы

SО2

На территории РФ залежей самородной серы практически нет. Источником газовой серы

являются Астраханское газоконденсатное месторождение, Оренбургское и Самарское месторождения

попутного газа.

Из самородных руд серу выплавляют в печах, автоклавах или непосредственно в подземных

залежах (метод Фраша). Для этого серу расплавляют непосредственно под землей, нагнетая в

скважину перегретую воду, и выдавливают расплавленную серу на поверхность сжатым воздухом.

Схема подготовки самородной серы

РУДА, ПОРОДА

30% СЕРЫ

КОНЦЕНТРАТ,

80% СЕРЫ

Флотация

Плавка

СЕРА, 99%

Получение газовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих и

технологических газов, основано на процессе неполного его окисления над твердым катализатором.

При этом протекают реакции:

Н2S +1.5О2 = SО2 +Н2О

2Н2S +SО2 =2Н2О + 1.5S2

2Н2S +О2 = Н2О +S2

3.Сероводород.

Источником сероводорода служат различные горючие газы: коксовый, генераторный, попутный,

газы нефтепереработки. Извлекаемый при их очистке газ, содержит до 90% сероводорода и не

нуждается в специальной подготовке.

Доля сырья в себестоимости продукции сернокислотного производства достаточно велика.

Поэтому технико-экономические показатели этого производства существенно зависят от вида

используемого сырья. В таблице приведены основные ТЭП производства серной кислоты из

различного сырья (за 100% взяты показатели производства на основе железного колчедана).

Сырье

показатели Железный Самородная Газовая Серово-

колчедан сера сера Дород

Удельные капиталовложения в 100 57 57 63

производство

Себестоимость кислоты 100 125 67 80

Приведенные затраты 100 118 75 72

Замена колчедана серой приводит к снижению капитальных затрат на строительство и

улучшению экологической обстановки в результате ликвидации отвалов огарка и уменьшению

выбросов токсичных веществ в атмосферу. Вследствие сложностей с транспортом серной кислоты

сернокислотные заводы располагаются преимущественно в районах ее потребления.

Поэтому производства серной кислоты развито во всех экономических районах РФ.

Важнейшими центрами его являются: Щелково, Новомосковск, Воскресенск, Держинск, Березняки,

Пермь.

13.1.5 Общая схема сернокислотного производства

Производство серной кислоты из серусодержащего сырья включает несколько химических

процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов.

Это может быть представлено в виде следующей схемы:

S0

Fе[S2]-2 1 2

Н2S –2 [ S+4 ] [S+6],

+4

SО2

1 –стадия получения печного газа (оксида серы (4)),

2 – стадия каталитического окисления оксида серы (4) до оксида серы (6) и абсорбции его

(переработка в серную кислоту).

В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки

сырья, очистки печного газа, и другие механические и физико-химические операции. В общем случае

схема производства серной кислоты может быть выражена в следующем виде:

Сырье подготовка сырья сжигание (обжиг) сырья Очистка печного газа

контактирование абсорбция контактированного газа серная кислота.

Конкретная технологическая схема производства зависит от вида сырья, особенностей

каталитического окисления оксида (4), наличия или отсутствия стадий абсорбции оксида серы (6).

Химическая и принципиальная схема производства.

Химическая схема получения серной кислоты из колчедана включает три последовательные

стадии:

– окисление дисульфида железа пиритного концентрата кислородом воздуха:

4FеS2 +11О2 = 2Fе2О3 + 8 SО2,

– каталитическое окисление оксида серы (4) избытком кислорода печного газа:

2SО2 + О2 = 2SО3,

– абсорбцию оксида серы (6) с образованием серной кислоты:

SО3 +Н2О =Н2SО4

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана

является наиболее сложным процессом и состоит из нескольких последовательно проводимых

стадий.

Принципиальная схема этого производства представлена на рисунке.

1 – получение обжигового газа: 1 – обжиг колчедана, 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе,

3- общая очистка газа, 4 – специальная очистка газа; 11 – контактирование: 5 – подогрев газа в

теплообменнике, 6 – контактирование; 111 – абсорбция: 7 –абсорбция оксида серы (6) и образование

серной кислоты.

пирит 1 вода 11 111

1 2 3 4 5 6

абсорбент

воздух пар хвостовые

7 газы

огарок

Н2SО4

Производство сернистого газа.

Сернистый ангидрид SО2 – это бесцветный газ, в 2.3 раза тяжелее воздуха, с резким запахом. При

растворении в воде образуется слабая и нестойкая сернистая кислота

SО2 +Н2О = Н2SО3

Рассмотрим производство сернистого газа обжигом основного сырья – колчедана и затем

сжиганием серы.

Окислительный обжиг колчедана.

Обжиг колчедана в токе воздуха представляет необратимый некаталитический гетерогенный

процесс, протекающий с выделением тепла через стадии термической диссоциации дисульфида железа:

2FеS2 = 2FеS+ S2 и окисления продуктов диссоциации:

S2 +2О2 = 2SО2, 4FеS +7О2 = 2Fе2О3 +4 SО2,

что описывается общим уравнением:

4FеS2 + 11 О2 = 2Fе2О3 + 8SО2 – ΔH,

где ΔH = 3400 кДж.

Скорость процесса окислительного обжига выражается общим для гетерогенных процессов

уравнением:

U = dm/ dτ = КмFΔС.

где: Км - коэффициент массопередачи.

F – поверхность контакта фаз (катализатора),

ΔС – движущая сила процесса.

Таким образом, скорость процесса обжига зависит от температуры (через Км), дисперсности

обжигаемого колчедана (через F), концентрации дисульфида железа в колчедане и концентрации

кислорода в воздухе (через ΔС).

На рисунке представлена зависимость скорости обжига колчедана от температуры (а) и

размеров частиц обжигаемого колчедана (б).

U U

Т диаметр частиц

а б

Увеличение движущей силы процесса обжига достигается флотацией колчедана, повышающей

содержание дисульфида железа в сырье, обогащением воздуха кислородом и применением избытка

воздуха при обжиге до 30% сверх стехиометрического количества. На практике обжиг ведут при

температуре не выше 10000С. т.к. за этим пределом начинается спекание частиц.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции:

механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС). Печи кипящего слоя отличаются высокой

интенсивностью (до 10000кг/м2 *сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа.

Недостаток - повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку.

В н.в. печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из

колчедана.

Продукты окислительного обжига колчедана – обжиговый газ и огарок, состоящий из оксида

железа (3), пустой породы и невыгоревшего остатка дисульфида железа. В состав обжигового газа

входят оксид серы (4), кислород, азот и незначительное количество оксида серы (6), образовавшегося

за счет каталитического действия оксида железа(3). На практике печной газ содержит 13 –14% оксида

серы (4), 2% кислорода, и около 0.1%оксида серы (6). Т. к. в печном газе должен быть избыток

кислорода для последующего окисления оксида серы (4), его состав корректируют, разбавляя

воздухом до содержания оксида серы(4) 7 –9% и кислорода 9-11%.

Очистка обжигового газа.

Обжиговый газ необходимо очистить от пыли, сернокислотного тумана и веществ, являющихся

каталитическими ядами или представляющими ценность как побочные продукты. В обжиговом газе

содержится до 300 г/м3 пыли, которая на стадии контактирования засоряет аппаратуру и снижает

активность катализатора, а также туман серной кислоты.

Пыль и сернокислотный туман удаляют из обжигового газа в процессе общей очистки газа,

которая включает операции механической (грубой) и электрической тонкой) очистки. Механическую

очистку газа осуществляют пропусканием газа через центробежные пылеуловители (циклоны) и

волокнистые фильтры, снижающие содержание пыли в газе до 10–20 г/м3. После общей очистки

обжиговый газ, полученный из колчедана, обязательно подвергается специальной очистке для

удаления остатков пыли и тумана и, главным образом, соединений мышьяка и селена, которые при

этом утилизируются. В специальную очистку газа входят операции охлаждения его до температуры

ниже температур плавления оксида мышьяка и селена в башнях, орошаемых последовательно 50% и

20% серной кислотой, удаления сернокислотного тумана в мокрых электрофильтрах и завершающей

осушки газа в скрубберах, орошаемых последовательно 95% серной кислотой. Из системы

специальной очистки газ выходит с температурой 1400С.

13.1.6 Контактный способ производства серной кислоты

Контактным способом производится большое количесвто серной кислоты, воом числе оллеум.

Контактный способ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализатора

примесей; 2) контактное окислениен сернистого ангидрида в серный; 3) абсорбцию серного

ангидрида серной кислотой. Главной стадией является контактное окисление SО2 в SО3.

Контактное окисление оксида серы (4)

Реакция окисления оксида серы (4) до оксида серы (6), лежащая в основе процесса

контактирования обжигового газа, представляет собой гетерогенно-каталитическую, обратимую,

экзотермическую реакцию и описывается общим уравнением:

SО2 + 0.5 О2 ↔ЅО3 –ΔΗ.

Тепловой эффект реакции зависит от температуры. Система «SО2 – О2 – SО3» характеризуется

состоянием равновесия в ней и скоростью процесса окисления оксида серы (4), от которых зависит

суммарный результат процесса.

Константа равновесия реакции окисления оксида серы (4) равна:

Кр = рSО3 / рSО2 *рО2,

где: рSО3, рSО2. рО2 – равновесные парциальные давления оксида серы (6), оксида серы (4), и

кислорода соответственно.

Степень превращения оксида серы (4) в оксид серы (6) или степень контактирования,

достигаемая на катализаторе, зависит от активности катализатора, температуры, давления, состава

контактируемого газа и времени контактирования и описывается уравнением:

Хр = рSО3 / рSО2 +рSО3,

где рSО3 и рSО2 – те же величины, что и в предыдущем уравнении.

Зависимость равновесной степени превращения оксида серы (4) в оксид серы (6) от

температуры (а), давления (б) и содержания оксида серы (4) в газе (в).

Хр Хр Хр

Т Р об. доля

а б в SО2

От скорости окисления зависит количество оксида серы (4), окисляющееся в единицу времени,

и, следовательно, объем контактной массы, размеры реактора и другие характеристики процесса.

Организация этой стадии производства должна обеспечить возможно более высокую скорость

окисления при максимальной степени контактирования, достижимой в данных условиях.

Энергия активации реакции окисления оксида серы (4) кислородом в оксид серы (6) весьма

велика. Поэтому в отсутствии катализатора реакция окисления даже при высокой температуре не

идет. Применение катализатора позволяет снизить энергию активации реакции и увеличить скорость

окисления.

В производстве серной кислоты в качестве катализатора применяют контактные массы на

основе оксида ванадия (5) марок БАВ и СВД, названные так по начальным буквам элементов,

входящих в их состав:

БАВ (барий, алюминий, ванадий) состава:

V2О5 (7%) + К2SО4 + ВаSО4 + Аl2(SО4)3 + SiО2 (кремнезем)

Кт активатор носитель

СВД (сульфо-ванадато-диатомитовый) состава:

V2О5 (7%) + К2SО4 + диатомит + гипс

Кт активатор носитель

Предполагается, что процесс окисления оксида серы (4) на этих катализаторах идет через

стадию диффузии реагентов к поверхности катализатора, на которой образован комплекс оксида

ванадия (5) с активатором, сорбции реагентов на катализаторе с последующей десорбцией продукта

реакции (оксида серы(6)):

V2О5 + SО2 = V2О4 + SО3, V2О4 + 0.5О2 = V2О5.

Температура зажигания контактных ванадиевых масс составляет 380–4200С и зависит от состава

контактируемого газа, повышаясь с уменьшением содержания в нем кислорода. Обеспечение

высокой температуры в начале процесса окисления требует больших затрат энергии на подогрев газа,

поступающего на контактирование. Поэтому на практике температуру газа на входе в контактный

аппарат, поступающего на первый слой катализатора, задают несколько выше температуры

зажигания (4200С). В ходе реакции выделяется большое количество тепла и так как процесс в слое

катализатора идет без отвода тепла, то температура газа повышается, после этого газ охлаждается в

теплообменнике и направляется на второй слой катализатора, затем снова охлаждают и т.д. Таким

образом, противоречие между кинетикой и термодинамикой процесса окисления оксида серы (4)

достаточно успешно снимается конструкцией и температурным режимом работы контактного

аппарата на стадии, каждая из которых отвечает оптимальным условиям протекания процесса

контактирования: температура 4000С, давление 0.1Мпа, содержание оксида серы (4) в газе 0.07 об.

долей, содержание кислорода в газе 0.22 об. долей.

Реакторы или контактные аппараты для каталитического окисления оксида серы по своей

конструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные, фильтрующие), в

которых контактная масса расположена в 4-5 слоях и аппараты кипящего слоя. Отвод тепла после





Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 279 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.048 с)...