Производство серной кислоты контактным способом
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
p>
В результате коррозии получается сульфат железа, который газовым потоком уносится в контактный аппарат. Под действием сульфата железа на верхних слоях контактной массы образуются твердые корки, изолирующие большую часть поверхности контактной массы и повышающие сопротивление слоя. Поэтому образующийся туман серной кислоты перед подачей газа в контактный аппарат должен быть тщательно отделен от газовой смеси.
Оксиды селена (Se) и мышьяка (As) присутствуют в обжиговом газе в виде паров. При понижении температуры газовой смеси в промывных башнях пары мышьяковстого и селенистого ангидридов тумана не образуют. Они частично конденсируются на поверхности орошаемой кислоты и растворяются в ней. Таким образом, туман серной кислоты, подлежащий выделению перед контактным аппаратом, содержит мышьяк и селен. Осаждая этот туман на электрофильтрах, газ очищают от вредных примесей.
Огарковая пыль почти полностью осаждается из обжигового газа при очистке газа в очистной аппаратуре.
Присутствующие в обжиговом газе фтористый водород HF и четыреххлористый кремний SiFe4 по-разному отмываются серной кислотой. HF плохо растворяется в кислоте. Лишь при концентрации H2SO4 более 95% и температуре ниже 800С растворимость HF возрастает настолько, что очистка газа возможна до содержания в нем HF 3 мг/м3. SiFe4 хорошо растворяется в серной кислоте при концентрации менее 60% H2SO4.
Если в газе присутствует большое количество фтористого водорода, разрушаются футеровка и насадки промывных башен в результате взаимодействия HF с кремнеземом, входящим в состав футеровочных материалов и насадки. Поэтому при использовании серного сырья, содержащего много фтора, футеровки и насадки должны быть выполнены из графитовых материалов, иначе фтор необходимо выводить из системы каким-либо способом.
В кислоте, вытекающей из первой промывной башни, содержится до 1% (20 г/л) As2O3. При охлаждении этой кислоты часть мышьяка выпадает в осадок, который засоряет холодильники, оседает на стенках сборников и кислотопроводов.
Осушка обжигового газа - это очистка его от паров воды. Хотя пары воды безвредны для контактной массы, присутствие их в газе, поступающем на абсорбцию серного ангидрида, приводит к образованию тумана в абсорбционном отделении. При этом уменьшается коэффициент использования серы, значительное количество ее оказывается в выбросах. Поэтому пар перед абсорбцией очищают от паров воды. Для этого газ направляют в сушильную башню с керамической насадкой, орошаемой концентрированной серной кислотой.
Содержание паров воды в газе, поступающем в сушильную башню, определяется температурой газа после увлажнительной башни. На выходе из сушильной башни содержание влаги не должно превышать 0,08 г/м3. Температуру газа перед сушильными башнями поддерживают такой, чтобы содержание влаги в газе не превышало количества воды, необходимого для образования в абсорберах серной кислоты заданной концентрации. При получении улучшенной серной кислоты всю воду, необходимую для абсорбции SO3, желательно вводить в систему в виде водяных паров, поглощаемых из сернистого газа в сушильных башнях. При этом насыщение газа водяными парами производят в увлажнительной башне, а при конденсации этих паров получается чистая дистиллированная вода.
При осушке газа концентрированной серной кислотой происходит процесс абсорбции паров воды. В процессе участвуют две фазы: газовая и жидкая, и газовая фаза переходит в жидкую.
С повышением концентрации сушильной кислоты от 93 до 97% H2SO4 потери сернистого ангидрида увеличиваются в 6 раз, а при понижении температуры от 60 до 400С - примерно в 1,5 раз.
Физико-химические процессы окисления сернистого ангидрида до серного
Процесс окисления сернистого ангидрида до серного протекает по реакции:
SO2+O2-SO3+?H, где ?H - тепловой эффект реакции.
Процесс окисления SO2 проводят на ванадиевом катализаторе при высокой температуре. При этом нагревание газа до заданной температуры связано с большими затратами топлива, поэтому на практике поступают следующим образом. Нагревают газ до температуры, при которой процесс начинает протекать в достаточной для практических целей скоростью и направляют его на первый слой катализатора. При окислении SO2 выделяется тепло, за iет которого повышается температура газа по прямолинейному закону.
Скорость реакции повышается с ростом концентрации кислорода, поэтому процесс в промышленности проводят при его избытке.
На первом слое катализатора процесс ведут так, чтобы температура газа на выходе из этого слоя была несколько выше, чем на входе. Затем газ направляют в теплообменник, где он охлаждается. После этого газ направляют на второй слой катализатора, где он вновь нагревается по прямолинейному закону за iет тепла реакции, затем газ охлаждают и направляют на третий слой катализатора, так поступают до тех пор, пока степень превращения не достигнет заданного значения.
Так как реакция окисления SO2 относится к типу экзотермических, температурный режим ее проведения должен приближаться к линии оптимальных температур. На выбор температурного режима дополнительно накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижнем температурным пределом является температура зажигания ванадиевых катализаторов, составляющая в зависимости от конкретного вида катализатора и состава газа 400-440?C. Верхний температурный предел составляет 600-650?C и определяется тем, что выше этих температур происходит п