Производство HF-газа в печах с наружным обогревом
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
от примесей H2O и SiF4 в ректификационных колоннах. Тетрафторид кремния гидролизуется, SiO2 отделяется на фильтре, а кремнефтористоводородная кислота поступает в голову процесса.
Этот метод отличается тем, что в процесс не вовлечены вспомогательные материалы, органический абсорбент рециркулирует в системе.
Получение HF из плавикового шпата и концентрированной серной кислоты в печи наиболее современный и эффективный процесс. И в настоящее время этот метод получения используется в Свердловской области на ОАО Полевском криолитовом заводе. Так как целью данного курсового проекта: получение HF - газа, то будем рассматривать часть схемы рис. 1: подвод исходного сырья, печь, отвод продуктов, обогрев печи. Печь с наружным обогревом, так как это позволяет получить газообразный фтористый водород с наименьшим количеством примесей.
3. Основной метод получения
.1 Характеристика основного и вспомогательного сырья
В основе получения газообразного фтористого водорода лежит процесс обработки тонкоизмельченного плавикового шпата серной кислотой.
Флюоритовый концентрат - минерал, имеющий кубическую решетку следующего строения: ионы кальция располагаются по вершинам и в центе граней большого куба, а ионы фтора - в центрах восьми малых кубов, из которых состоит большой куб. Разновидности плавикового шпата окрашены в различные цвета - желтый, синий, зеленый, фиолетовый и др., встречаются и бесцветные кристаллы[3].
Химическая формула - CaF2, он содержит 51,33% мас. Ca и 48,67% мас.F;
Молярная масса - 78,08 г./моль;
Плотность - 3,16-3,18 г./см3;
Температура плавления чистого CaF2 составляет 1378С.
В большинстве случаев CaF2 загрязнен примесями. К основным из них относятся кремнезем (в виде песка), глина, карбонаты (CaCO3, BaCO3), сульфиды цинка и свинца. В производстве HF наиболее нежелательно наличие кремнезема, так как в процессе разложения диоксид кремния (SiO2) реагирует с HF, образуя тетрафторид кремния (SiF4), а затем и кремнефтористоводородную кислоту (H2SiF6). Это, в конечном итоге, ведет к ухудшению качества готового продукта HF и снижению его выхода. Наличие карбонатов кальция и бария приводит к вспениванию реакционной массы при смешению исходных реагентов, что затрудняет ведение процесса. Сера из сульфидов в процессе обработки шпата серной кислотой и последующей абсорбции фтористого водорода переходит в элементарную и забивает массообменные аппараты. В производстве HF используют флюоритовый концентрат, полученный методом флотационного обогащения низкокачественного плавикового шпата.
Химический состав концентрата, который должен соответствовать требованиям ГОСТ 7618-83, представлен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав флотационного концентрата, % масс.
МаркаМас. доля CaF2, не менееМас. доля примесей, не более SiO2 CaCO3 H2O сераФФ-9090,03,54,51,00,2ФФ-9292,03,03,01,00,2ФФ-95 А95,02,51,51,00,2ФФ-95 Б95,03,02,01,00,2
Серная кислота - по качеству должна отвечать ГОСТ 2184-77.
Химическая формула - H2SO4;
Молярная масса - 98,04 г./моль.
Безводная серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, кристаллизующуюся при температуре +10,37С. При 296,2С и р = 760 мм. рт. ст. безводная серная кислота начинает кипеть с разложением до образования постояннокипящей (азеотропной) смеси, содержащей 98,3% мас. H2SO4 и 1,7% мас. H2O. Такая смесь кипит при 336, 5С.
Температура кристаллизации H2SO4 зависит от ее концентрации. С повышением температуры плотность H2SO4 уменьшается.
При добавлении воды к серной кислоте выделяется тепло.
Серная кислота - одна из самых активных неорганических кислот, реагирует практически со всеми металлами и их окислами, вступает в реакции ионного обменного разложения, энергично соединяется с водой, обладает окислительными и другими свойствами.
Серная кислота пожаро- и взрывоопасна. По степени воздействия на организм человека относится к веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны производственных помещений составляет 1 мг/м3 [8].
Улучшенную серную кислоту транспортируют в железнодорожных цистернах из кислостойкой стали. Для опорожнения цистерн используют сифоны. При транспортировании по кислотопроводам их изготавливают из углеродистой стали Ст 3 или нержавеющей стали.
Химический состав серной кислоты представлен в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав серной кислоты, в %
H2SO4 контактн улучшенМас. доля, не менееМассовая доля примесей, не болееY H2SO4Окислы азота N2O3Желе- за FeМышья ка AsХлористых соед. ClОстатка после прокалив.Нитросоед.Свинца PbВысший сортот 92,5 до 94,0-5-3-5-4-2Не норм.-3Первый сортот 92,5 до 94,0-4-2-4-4-2Не норм.-2
.2 Физико-химические характеристики основных стадий процесса
Метод получения HF - газа основан на разложении плавикового концентрата серной кислотой по эндотермической реакции:
CaF2 (тв) + H2S04 (ж) =CaS04(тв) + 2HF(r) - 71,4 кДж/моль (1)
Процесс протекает в печи с наружным обогревом. При условии среднего съема с реакционной печи 4,2 т/ч 100% HF часовой расход тепла только на проведение реакции разложения составит 7491300 кДж/ч.
Флюорит (98%) содержит примеси: SiO2; CaCO3; Al2O3; Fe2O3. И наряду с основной протекает целый ряд побочных реакций:
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O (2)
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2 (3)2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O (4)
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (5)
В результате конечными продуктами являются фтороводородный газ с примесями: SiF4; H2O; CO2; H2SO4; и фторангидрит: