Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита (серного колчедана) FeS2.
Основные стадии получения серной кислоты :
Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
Очистка полученного газа от примесей.
Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
Взаимодействие серного ангидрида с водой.
Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):
Аппарат
Назначение и уравнения реакций
Печь для обжига
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 о С
Циклон
Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз.
Электрофильтр
Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра).
Сушильная башня
Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота.
Теплообменник
Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата.
Контактный аппарат
2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q
В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500 о С. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.
давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.
Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
Поглотительная башня
Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне.
Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Общие научные принципы химического производства:
Непрерывность.
Противоток
Катализ
Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
Видео:Химия 9 класс (Урок№12 - Оксид серы (IV). Сернистая кислота и ее соли.)Скачать
Будь умным!
Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-10
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой — мы готовы помочь.
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ.
Исходным сырьём для производства серной кислоты могут быть сера, сероводород, сульфиды металлов. Мы рассмотрим производство серной кислоты контактным способом, при котором исходным сырьём является пирит FeS 2
Уравнение реакции первой стадии: » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>4FeS ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + 11O ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> 2Fe ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>O ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>3 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + 8SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + Q Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в » » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>кипящем слое «. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 0 С. Пирит раскаляется до красна и находится в «подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений. Образовавшийся оксид железа Fe 2 O 3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве). Таким образом выполняется принцип химического производства — безотходность производства.
Очистка печного газа
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO 2 , O 2 , пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды. Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду. Осушку печного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO 2 и кислорода О 2 .
» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2. Окисление SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> в SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>3 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> кислородом. Протекает в контактном аппарате.
Уравнение реакции этой стадии: » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + O ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> 2SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>3 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + Q Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO 3 ):
Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO 3 является температура 400-500 0 С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия(V) V 2 O 5 .
Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO 2 и 1V O 2 ), а справа — 2V SO 3 . Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении. Прежде чем смесь SO 2 и O 2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO 3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO 2 и О 2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате. Температура 400-500 0 С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO 2 в SO 3 . Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO 2 в SO 3 . Образовавшийся оксид серы SO 3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 . Уравнение реакции этого процесса
» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>nSO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>3 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> + H ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>4 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«> H ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>2 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>SO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>4 » xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>·nSO ;vertical-align:sub» xml:lang=»-none-» lang=»-none-«>3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Узнать стоимость написания работы —>
Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе
Видео:ОКСИДЫ ХИМИЯ — Что такое Оксиды? Химические свойства Оксидов | Реакция ОксидовСкачать
Урок№88. Производство серной кислоты
“Едва ли найдется другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота. Где нет заводов для ее добывания — немыслимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное технические значение”
Серная кислота применяется в разнообразных производствах химической промышленности:
для получения цветных металлов — цинка, меди, никеля и др.
в черной металлургии:
для травления металлов;
в целлюлозно-бумажной, пищевой и легкой промышленности (для получения крахмала, патоки, отбеливания тканей) и т.д.
Производство серной кислоты
Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным.
Контактный способ производства серной кислоты
Серную кислоту контактным способом производят в больших количествах на сернокислотных заводах.
В настоящее время основным методом производства серной кислоты является контактный, т.к. этот метод имеет преимущества перед другими:
— получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, приемлемой для всех потребителей;
— уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами
I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты.
серный колчедан (пирит) — FeS 2
сульфиды цветных металлов — Cu 2 S, ZnS, PbS
сероводород – H 2 S
катализатор — оксид ванадия – V 2 O 5
II. Подготовка сырья.
Разберём производство серной кислоты из пирита FeS 2 .
1) Измельчение пирита. Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
2) Очистка пирита. После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.
III. Основные химические процессы:
4FeS 2 + 11O 2 t = 800°C→ 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q или сжигание серы S + O 2 t °C→ SO 2
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q
IV. Технологические принципы:
— принцип комплексного использования сырья, использование отходов другого производства;
— принцип безотходного производства;
— принцип противотока (“кипящий слой”);
— принцип автоматизации и механизации производственных процессов.
V. Технологические процессы:
Принцип непрерывности: обжиг пирита в печи →поступление оксида серы (IV) и кислорода в очистительную систему →в контактный аппарат →подача оксида серы (VI) в поглотительную башню.
VI. Охрана окружающей среды:
1) герметичность трубопроводов и аппаратуры
2) газоочистительные фильтры
VII. Химизм производства:
ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг пирита в печи для обжига в «кипящем слое».
Для получения серной кислоты используют, в основном, флотационный колчедан — отход производства при обогащении медных руд, содержащих смеси сернистых соединений меди и железа. Процесс обогащения этих руд происходит на Норильской и Талнахской обогатительных фабриках, которые и являются основными поставщиками сырья. Это сырье является более выгодным, т.к. серный колчедан добывают, в основном, на Урале, и, естественно, доставка его может быть очень дорогостоящей. Возможно использование серы , которая также образуется при обогащении руд цветных металлов, добываемых на рудниках. Поставщиками серы являются также ТОФ и НОФ. (обогатительные фабрики).
Уравнение реакции первой стадии
Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в «подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. В “кипящем слое” не слеживаются даже самые мелкие частицы пирита. Поэтому процесс обжига происходит очень быстро. Если раньше для обжига пирита требовалось 5-6 часов, то теперь — всего несколько секунд. Притом, в “кипящем слое” можно поддерживать температуру 800°С.
За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.
Образовавшийся оксид железа Fe 2 O 3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).
Таким образом, выполняется принцип химического производства— безотходность производства.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.
Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз). Для удаления мелких частиц смесь направляем в электрофильтры, где идет очищение под действием тока высокого напряжения
60000 В (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.
Осушку печного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами.
На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO 2 и кислорода О 2 .
ВТОРАЯ СТАДИЯ –каталитическое окисление SO2в SO3кислородомв контактном аппарате.
Уравнение реакции этой стадии видео :
Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO 3 ).
Из уравнения следует, что реакция обратимая, а, значит, на этой стадии необходимо поддерживать такие условия, чтобы равновесие смещалось в сторону выхода SO 3 , иначе нарушится весь процесс. Т.к. реакция идет с уменьшением объема (3V↔2V), то необходимо повышенное давление. Повышают давление до 7-12 атмосфер. Реакция экзотермическая, поэтому, учитывая принцип Ле-Шателье, при высокой температуре этот процесс вести нельзя, т.к. равновесие сдвинется влево. Начинается реакция при температуре = 420 градусов, но благодаря многослойности катализатора (5 слоев), мы можем ее повышать до 550 градусов, что значительно ускоряет процесс. Катализатор используют ванадиевый (V 2 O 5 ). Он дешевый, долго служит (5-6 лет), т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он способствует сдвигу равновесия вправо.
Смесь (SO 2 и O 2 ) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо нагреть. В результате происходит теплообмен : исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур.
А почему оксид серы SO 3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 .
Уравнение реакции этого процесса:
Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
📽️ Видео
Химия 9 класс (Урок№13 - Оксид серы (VI). Серная кислота и ее соли.)Скачать
Узнать стоимость написания работы —>
