Производство серной кислоты

[Введите текст]

1. Технологическая часть

1.1 Серная кислота: физико-химические свойства и применение

1.2 Способы получения серной кислоты

1.3 Характеристика исходного сырья

2. Технологическая схема производства серной кислоты контактным способом

2.1 Производство серной кислоты из железного колчедана

2.2 Печи для обжига колчедана

3. Расчетная часть

3.1 Материальный баланс

3.2 Тепловой баланс

4. Охрана окружающей среды, связанная с производством серной кислоты Заключение

Серная кислота — важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это двумя причинами: ее дешевизной по сравнению со всеми другими кислотами, и ее свойствами. Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств. Крупнейшим потребителем серной кислоты в настоящее время является промышленность фосфорных и азотных минеральных удобрений, таких как сульфат аммония, аммофос, суперфосфат и др. Простой суперфосфат получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Применение минеральных удобрений способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и содержания в них полезных веществ. Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении — на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий. Прежде, чем найти применение веществу, сначала подробно изучают его физические и химические свойства. После этого становятся ясны границы использования вещества.

1. Технологическая часть

1.1 Серная кислота: физико-химические свойства, применение

Физические свойства Серная кислота H2SO4- сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O 1, — раствор SO3 в серной кислоте (олеум). Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см3 и содержит около

95% H2SO4. Затвердевает она лишь ниже -20 °С. Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Стандартная энтальпия образования ДH=298 кДж/моль. Стандартная энергия Гиббса образования ДG=298 кДж/моль. Стандартная энтропия образования S=298 Дж/моль· K. Стандартная мольная теплоемкость Cp =298 Дж/моль· K.

Химические свойства Серная кислота — сильная двухосновная кислота, диссоциация ее протекает по двум ступеням:

H2SO4 = H+ + HSO4- - первая ступень

HSO4 =H+ + SO42- - вторая ступень В концентрированных растворах диссоциация серной кислоты по второй ступени незначительна.

Серная кислота — сильнейшее дегидратирующее (водоотнимающее) вещество. Она поглощает влагу из воздуха (гигроскопична), отнимает воду от кристаллогидратов:

H2SO4 конц. +CuSO4*5H2O голубой = CuSO4 белый + 5H2O;

углеводов:

(обугливает дерево и бумагу):

H2SO4конц.+ C12H22O= 12C + 11H2O ;

спиртов:

H2SO4 конц.+ C2H5OH = CH2=CH2 + H2O

Серная кислота проявляет все свойства сильных кислот:

а) взаимодействует с основными оксидами, например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

б) с основаниями, например:

2NaOH + H2SO4= Na2 SO4 + 2H2O

в) вытесняет другие кислоты из их солей, например те, которые слабее нее:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

или более летучие (обладающие температурами кипения ниже, чем у серной кислоты):

NaNO3тв. + H2SO4 конц= NaH SO4 + HNO3- при нагревании.

В окислительно-восстановительных реакциях разбавленная серная кислота проявляет свойства обычной кислоты (неокислитель) — при этом восстанавливаются ионы Н+, например: Fe + H2SO4 разб= Fe SO4 + H2. Разбавленная H2SO4 не взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода. Концентрированная серная кислота — кислота-окислитель, при этом восстанавливается сера (+6). Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений правее водорода: Cu + 2 H2SO4конц= Cu SO4 + SO2 + 2H2O и металлы, стоящие левее водорода, при этом сера восстанавливается до степени окисления +4, 0 и -2:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4+ SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

Железо, алюминий, хром концентрированной серной кислотой пассивируются (не реагируют), однако при сильном нагревании реакция начинается, например:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, например:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1.16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

Концентрированная серная кислота окисляет также сложные вещества, например HI и HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O ;

соли железа:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2.

Серную кислоту выпускают нескольких сортов. Они отличаются концентрацией и количеством примесей. Для производства медицинских препаратов, особо чистых реактивов, для заливки аккумуляторов требуется чистая кислота. При травлении металлов, в производстве суперфосфата можно воспользоваться кислотой, имеющей некоторые загрязнения. Экономически это выгодно. Такая кислота более дешевая.

Сернокислотная промышленность выпускает так называемый олеум, используемый при производстве некоторых органических препаратов, взрывчатых веществ. Олеум представляет собой раствор серного ангидрида в серной кислоте. Сорта олеума различаются по концентрации серного ангидрида в серной кислоте. Для некоторых особых целей выпускают олеум, содержащий серного ангидрида до 60%. Так, кислота серная техническая и олеум технический (ГОСТ 2184−77) применяются в производстве различных солей, кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, взрывчатых веществ, минеральных удобрений, в качестве водоотнимающего и осушающего средства, в процессах нейтрализации, травления и многих других. Эти продукты не горючи и относятся к веществам 2-го класса токсичности.

Рис. 1

Серная кислота находит самое широкое применение. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т Р2О5 фосфорных удобрений расходуется 2,2−3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH4)2SO4 — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений. Серная кислота также используется для получения соляной, азотной, фосфорной, плавиковой и многих органических кислот методом обмена, органических сульфосоединений, для очистки различных газов, входит в состав нитрующих смесей, используется в производстве красителей, для зарядки аккумуляторов, в металлургии серную кислоту применяют для обнаружения микротрещин в готовой продукции, на металлообрабатывающих заводах серную кислоту используют в цехах гальванопокрытий. Как известно, перед нанесением на металлические изделия электрическим методом никеля, хрома, меди их нужно тщательно очистить, протереть, обезжирить и, наконец, выдержать непродолжительное время в ванне с раствором серной кислоты. При этом она растворяет тончайший слой металла и с ним удаляются следы загрязнений. В то же время поверхность металла становится более шершавой: на ней появляются микроскопические углубления и выступы. Электролитические покрытия к такой поверхности лучше пристают и более прочно сцеплены с металлом. Также серная кислота необходима для переработки различных руд и ископаемых. При переработке руд редких металлов большое значение имеет кислотный способ их расщепления. Обычно для этой цели используют наиболее дешевую нелетучую серную кислоту. Измельченную руду смешивают в определенной пропорции с серной кислотой и нагревают. Полученный раствор и осадок дальше перерабатывают химическим путем, исходя из химических свойств того элемента, который нужно выделить из раствора. На химическую переработку руд редких элементов расходуют тысячи тонн серной кислоты. Большое количество серной кислоты требуется нефтеперерабатывающей промышленности для очистки нефти и ее различных фракций. В органическом синтезе концентрированная серная кислота — необходимый компонент при получении многих красителей и лекарственных веществ. Широко применяются соли серной кислоты. Сульфат натрия (глауберова соль Nа2SO4 * 10Н2О) применяется для производства соды и в стекольной промышленности. Сульфат кальция распространен в природе в виде двуводного кристаллогидрата гипса (СаSO4 * 2Н2О) и безводной соли ангидрита (Са SO4). Ангидритовые вяжущие материалы получают путем обжига гипсового камня при повышенных температурах (600−700 оС) с различными добавками. При этом получают отделочный гипсовый цемент и кальцинированный гипс (экстрих-гипс). Эти материалы затвердевают значительно медленнее, чем полуводный гипс, и применяются для изготовления строительных растворов и бетонов малой прочности, а также искусственного мрамора, бесшовных настилов полов и др. Сульфат магния, или горькая соль (МgSO4*7Н2О) применяется в медицине как слабительное. Сульфат железа (II), или железный купорос (FеSO4*7Н2О) применяется для приготовления желтой кровяной соли (К4[Fе (СN)6]), чернил, для очистки воды и консервирования дерева. Сульфат меди, или медный купорос (СuSO4*5Н2О) применяется для борьбы с различными грибками — вредителями сельского хозяйства, для производства медных покрытий и получения различных соединений меди. Из растворов, содержащих сульфат трехвалентного металла (Fе3+, Аl3+, Сг3+) и сульфат одновалентного металла (К+, NН4+, Rb+), выкристаллизовываются двойные соли типа К2 SO4Al2(SO4)32*4H2O или КАl (SO4)3*12Н2О. Вместо калия и алюминия могут стоять в любом сочетании перечисленные элементы. Эти соединения называются квасцами. Квасцы существуют только в твердом виде. В растворе они ведут себя как две самостоятельные соли, т. е. как смесь сульфатов однои трехвалентных металлов. Разбавленные растворы серной кислоты и ее солей применяют в текстильной, а также в других отраслях легкой промышленности. В пищевой промышленности серная кислота применяется для получения крахмала, патоки и ряда других продуктов. В электротехнике она используется в качестве электролита в аккумуляторах. Серную кислоту используют для осушки газов и при концентрации кислот. Наконец, серную кислоту применяют как компонент реакционной среды в процессах нитрования, в частности, при получении взрывчатых веществ.

1.2 Способы получения серной кислоты

Еще в XIII в. серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в.

В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SO2 в SO3, различают два основных метода получения серной кислоты. В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SO2 в SO3 проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса — абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции: SO3 + H2O = H2SO4

При проведение процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота. Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота: SO2 + N2O3 + H2O= H2SO4 + 2NO

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.

1.3 Характеристика исходного сырья

Сырьевая база производства серной кислоты — серосодержащие соединения, из которых можно получить диоксид серы. В промышленности около 80% серной кислоты получают из природной серы и железного (серного) колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии. Некоторые производства используют в качестве сырья сероводород, образующийся при очистке серы в нефтепереработке.

Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. Традиционно основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты получают из серы, треть — из колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы. В то же время отходящие газы — наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является сера. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих газов.

2. Технологическая схема производства серной кислоты контактным способом

серный кислота железный колчедан

2.1 Производство серной кислоты из железного колчедана

Производство серной кислоты включает в себя следующую последовательность стадий:

Обжиг серного колчедана или серы.

Окисление диоксида серы.

Абсорбция триоксида серы.

Исходные вещества — минеральное сырье — содержит примеси, поэтому выходящие со стадии обжига газы подвергаются очистке. Первая стадия — обжиг, специфичен для каждого вида сырья, и далее она будет рассматриваться для колчедана и серы как наиболее распространенных исходных веществ. Стадии окисления и абсорбции в основном одинаковы в разных способах получения серной кислоты. Поэтому эти стадии будут рассмотрены как типовые процессы.

Рис. 2 — Технологическая схема производства серной кислоты из колчедана: 1- печь; 2- система гидроудаления огарка; 3- котел-утилизатор; 4- циклон с пересыпным устройством; 5- сухой электрофильтр; 6- полая промывная башня; 7- насадочная промывная башня; 8,9- мокрые электрофильтры; 10- сушильная башня; 11- фильтр-брызгоуловитель; 12- турбогазодувка; 13- теплообменники контактного узла; 14- контактный аппарат; 15- пусковой подогреватель; 16- теплообменник; 17- второй моногидратный абсорбер; 18- сборник кислоты; 19 — холодильник; 20- первый моногидратный абсорбер; 21- олеумный абсорбер; 22- холодильник воздушного охлаждения кислоты Технологическая схема производства серной кислоты из железного колчедана с использованием принципа двойного контактирования показана на рис. 1. Колчедан через дозатор подают в печь 1 кипящего слоя. Полученный запыленный обжиговый газ, содержащий 13% SO2 и имеющий на выходе из печи температуру около 700 °C, подают сначала в котел-утилизатор 3, а затем на стадию сухой очистки от огарковой пыли (в циклоны 4 и в сухой электрофильтр 5). В котле-утилизаторе 3 происходит охлаждение газа с одновременным получением энергетического водяного пара (давление 4 МПа и температура 450 °С), который может быть использован как в самой установке для компенсации затрат энергии на работу компрессоров и насосов, так и в других цехах завода.

В очистном отделении, состоящем из двух промывных башен 6 и 7, двух пар мокрых электрофильтров 8 и 9 и сушильной башни 10, происходит очистка газа от соединений мышьяка, селена, фтора и его осушка.

Первая полая промывная башня 6 работает в испарительном режиме: циркулирующая кислота охлаждает газ, при этом теплота затрачивается на испарение воды из кислоты, поступающей на орошение. Концентрацию орошающей кислоты в первой башне, равную 40… 50%-ной H2SO4, поддерживают постоянной путем разбавления 10… 15%-ной кислотой из второй промывной башни 7. Кислота из второй башни поступает в сборник 18 и после охлаждения возвращается на орошение.

После второй промывной башни газ проходит последовательно две пары мокрых электрофильтров 8 и 9, затем насадочную сушильную башню 10, орошаемую 93…94%-ной серной кислотой при температуре 28…30°С. Кислота циркулирует между сушильной башней 10 и сборником 18, часть кислоты отводится как готовая продукция на склад. Для поддержания постоянной концентрации H2SO4 в сборник кислоты 18 вводят 98… 99%-ную кислоту из моногидратных абсорберов 17 и 20. Для поддержания постоянной температуры на стадии осушки циркулирующую кислоту охлаждают в холодильнике воздушного охлаждения 22. Перед сушильной башней обжиговый газ разбавляют воздухом для снижения в нем концентрации SO2 до 9% и увеличения избытка кислорода в соответствии с оптимальными условиями окисления диоксида серы.

После сушильной башни обжиговый газ проходит через фильтр-брызгоуловитель 11 и поступает в турбогазодувку 12. В теплообменниках 13 газ нагревается за счет теплоты продуктов реакции до температуры зажигания катализатора (420…440°С) и поступает на первый слой контактного аппарата, где происходит окисление 74% SO2 с одновременным повышением температуры до 600 °C. После охлаждения до 465 °C газ поступает на второй слой контактного аппарата, где степень превращения достигает 86%, а температура газа возрастает до 514єС. После охлаждения до температуры 450єС газ поступает на третий слой контактного аппарата, где степень превращения SO2 увеличивается до 94…94,5%, а температура повышается до 470 °C.

Затем реакционный газ охлаждают в теплообменниках 13 до 100 °C и направляют на абсорбцию первой ступени: сначала в олеумный абсорбер 21, затем в моногидратный абсорбер 20. После моногидратного абсорбера и фильтра-брызгоуловителя газ вновь нагревают до температуры 430 °C и подают на четвертый слой катализатора. Концентрация SO2 в газе составляет теперь 0,75…0,85%. В четвертом слое происходит окисление остаточного SO2 с конверсией? 80%, сопровождающееся повышением температуры до 449 °C. Реакционную смесь вновь охлаждают до температуры 409 °C и направляют на последний (пятый) слой контактного аппарата. Общая степень превращения после пяти стадий контактирования составляет 99,9%.

Газовую смесь после охлаждения направляют в моногидратный абсорбер второй ступени абсорбции 17. Непоглощенный газ, состоящий в основном из воздуха, пропускают через фильтр 11 для выделения брызг и тумана и выбрасывают в атмосферу через выхлопную трубу.

Производительность установки составляет до 1500 т/сут по моногидрату.

Расход на 1 т моногидрата: колчедана 0,82 т, воды 50 м³, электроэнергии 82 кВтч.

2.2 Выбор и обоснование конструкции главного аппарата

Для обжига колчедана существуют печи различных конструкций: механические полочные (многоподовые), вращающиеся цилиндрические, печи пылевидного обжига, печи для обжига в кипящем слое.

В механических полочных печах обжиг колчедана ведут на нескольких полках (сводах, подах), расположенных этажами друг над другом. Перемешивание и перемещение колчедана с пода на под производится механически.

Вращающиеся цилиндрические печи представляют собой вращающийся барабан, установленный наклонно. Колчедан подают с верхнего конца, огарок выгружают через нижний конец печи.

Печи пылевидного обжига получили свое название в связи с тем, что колчедан в них сжигается в виде тонко измельченной взвеси (пыли), подаваемой через форсунки в шахту печи, представляющую собой вертикальный полый цилиндр.

Печи для обжига колчедана в кипящем, или, как принято говорить, во взвешенном слое, характеризуются тем, что колчедан в печи находится во взвешенном состоянии, напоминающем кипение. Это достигается продуванием через слой с большой скоростью воздуха.

Производительность печей выражают в количестве условного колчедана, содержащего 45% серы, сжигаемого в печи в 1 сутки. Для определения производительности печей введено понятие интенсивность.

Интенсивность работы печи характеризуется количеством колчедана, сжигаемого в сутки на 1 м² поверхности рабочих подов печи, в 1 м³ объема печи или на 1 м² сечения шахты печи, т. е. для каждого типа печи принято свое выражение (размерность) интенсивности (напряженности) работы печи.

В качестве реакторов для обжига колчедана могут применяться печи различной конструкции: механические, пылевидного обжига, кипящего слоя (КС).

Кипящий слой называют также взвешенным, псевдоожиженным слоем. Внешне такой слои находится как бы в состоянии кипения. Это достигается тем, что через слой измельченного сырья (например, колчедана), находящегося на решетке с отверстиями, подают воздух с такой скоростью, что колчедан не проваливается через решетку и не лежит на ней, а находится в состоянии беспорядочного движения. Это наглядно показано на рис. 3. При кипении объем слоя увеличивается: первоначальная высота его (в покое) Н0 меньше, чем высота Н, соответствующая состоянию кипения.

Рис. 3 — Схема идеального кипящего слоя: а — неподвижный слой, б — кипящий слой; 1 — аппарат постоянного поперечного сечения, 2 — распределительная решетка, 3 — твердые частицы В настоящее время новые сернокислотные системы оборудуются преимущественно печами КС. Механические печи на действующих заводах постепенно заменяются печами этого типа.

Существенными достоинствами метода обжига колчедана в печах КС являются:

а) возможность получения концентрированного сернистого газа (12 15% SO2) с низким содержанием серного ангидрида и мышьяка в обжиговом газе, б) высокая интенсивность печей. Так, интенсивность печей КС [в кг/(м2сут)] в 80 раз выше интенсивности механических печей и в 4 раза — печей пылевидного обжига.

Печи с взвешенным (кипящим) слоем представляют собой цилиндрическую футерованную камеру с решеткой, на которую непрерывно поступает колчедан. Под решетку подается воздух со скоростью, обеспечивающей переход частиц во взвешенное состояние, но не достаточной для их уноса из печи. Частицы колчедана находятся в непрерывном движении, напоминающем кипение жидкости. Время пребывания частиц колчедана в печи составляет несколько секунд. Постоянный приток воздуха обеспечивает почти полное выгорание серы из колчедана. Взвешенный слой имеет высоту, определяемую расположением патрубка для вывода огарка. Частицы огарка свободно вылетают через патрубок благодаря высокой подвижности взвешенного слоя (рис.3).

Печи КС отличаются высокой интенсивностью (до 10 000 кг/м2•сут), обеспечивают более полное выгорание дисульфида железа и контроль температуры, облегчают процесс утилизации теплоты реакции обжига. К недостаткам печей КС следует отнести повышенное содержание пыли в газе обжига, что затрудняет его очистку. В настоящее время печи КС полностью вытеснили печи других типов в производстве серной кислоты из колчедана.

Рис. 4 — Печь для обжига колчедана в кипящем слое

3. Расчетная часть

3.1 Материальный баланс

Расчет:

1) Общее содержание серы в колчедане:

G= = = 7600 кг/ч.

2) Количество сухого колчедана:

G=== 21 113,25 кг/ч.

3) Количество влаги в колчедане:

== = 1589,17 кг/ч.

4) Количество огарка:

G== = 16 468,335 кг/ч.

5) Количество серы в огарке:

=197,62 кг/ч.

6) Потери серы с огарком:

= 2,59%

7) Количество выгоревшей серы:

GS — G S (ог) =7600,77−197,62=7403,15 кг/ч.

8) Общий объем SO2+SO3:

V== 5172,51 м 3 /ч

9) Образовалось SO2:

VSO2=== 5133,025 м3/ч

10) Образовалось SO3:

VSO3=V-V=5172,51 — 5133,025=39,485 м3/ч.

11) Концентрация кислорода в обжиговом газе:

С=n-[m-] C-[ m+0,5 ] C,

где n — содержание кислорода в воздухе, n=22%;

m — стехиометрическое отношение числа молекул кислорода к числу молекул диоксида серы, по уравнению 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3; m=11:8=1,375;

C=20-[1,375-]13-[1,375+0,50,1 = 2,95%.

12) Объем сухого обжигового газа:

VГ= = 39 484,81 м3/ч.

13) Объем кислорода в обжиговом газе:

V=== 1166 м3/ч.

14) Объем азота в обжиговом газе:

V=V-(V+V+V) = 39 484,81- (2133,025+39,485+1166) = 33 146 м3/ч.

15) Объем сухого воздуха, поступающего на обжиг колчедана:

VВ=== 41 957 м3/ч.

16) Количество паров в воздухе

VН2О=== 494,58м3/ч.

17) Общее количество паров воды в обжиговом газе:

VН 2О = = 2472,2 м3/ч.

Материальный баланс печи КС

3.2 Тепловой баланс

Исходные данные:

Расчет:

Приход теплоты:

1) Теплота вносимая сухим колчеданом:

Q1 = 0,14· 22·21 113·1000/21 113=3080 ккал

2) Теплота поступающая с сухим воздухом:

Q2 = 53 133· 0,31·16·1000/21 113= 9850 ккал

3) Теплота поступающая с влагой колчедана:

Q3 = 1589· 22·1·1000/21 113=1655,8 ккал

4) Теплота поступающая с влагой воздуха:

Q4= 494,67· 0,36·16·1000/21 113=135 ккал

5) Теплота обжига Q5по условию задачи 1 285 000 ккал Общий приход теплоты:

3080+9850+135+1 285 000=1299720,8 ккал Расход теплоты:

1) Теплота, уносимая с огарком при 550 С:

Q6= 16 468· 0,37·550·1000/21 113=158728,7 ккал

2) Теплота, уносимая с обжиговым газом:

Q7= (5133 · 0,342 + 39· 0,342 + 1166· 0,34 + 33 146· 0,342) · 670=428 446,8 ккал

3) Теплопотери печи по условию 31% от прихода теплоты:

Q8= 1 302 353 · 31/100= 403 729,43 ккал

4) Расход теплоты:

Q9= Q6+ Q7+ Q8= 158 728,7+428 446,8+403 729,43= 990 904,93 ккал

5) Количество теплоты, которое нужно отвести из печи с воздухом:

Q10=1 299 720,8−990 904,93 = 308 815,87 ккал Тепловой баланс обжига 1 т влажного колчедана

4. Охрана окружающей среды, связанная с производством серной кислоты

Научно-техническая революция и связанный с ней интенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения в окружающей среде. Например отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в тисках экологического кризиса. Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы — увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине «кислых» дождей повреждены памятники архитектуры (Тадж-Макал).

В зоне до 300 км от источника загрязнения (SO2) опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км. — сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост с/х культур. Закисление водоемов (весной при таянии снега, вызывает гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб — громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.

Рассмотрим химические метода отчистки от наиболее распространенных газообразных загрязняющих воздух веществ. Известно более 60 методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серы известняком, раствором сульфита — гидросульфита аммония и щелочным раствором алюмината натрия. Интерес также представляют каталитические методы окисления оксида серы в присутствии оксида ванадия.

Особое значение имеет очистка газов от фторсодержащих примесей, которые даже в незначительной концентрации вредно влияют на растительность. Если в газах содержится фтороводород и фтор, то их пропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5−10% раствору гидроксида натрия. В течении одной минуты протекают следующие реакции:

F2+2NaOH-> O2+H2O+2NaF

HF+NaOH->NaF+H2O;

Образующийся фторид натрия обрабатывают для регенерации гидроксида натрия:

2NaF+CaO+H2O->CaF2+2NaOH

Заключение

В курсовой работе рассмотрены теоретические аспекты производства серной кислоты из серного колчедана, произведен расчет материального и теплового баланса. Описаны технологические схемы и процессы протекающие на каждой стадии.

1. Основы химической технологии: Учеб. для студентов 0−75 хим.-технол. спец. вузов/И.П. Мухленова, А. Е. Горштейн.- М.: высш. шк., 1991. 463с.

2. Общая химическая технология: Методические указания к выполнению курсовой работы./ Е. И. Чебунина. — Улан-Удэ г.; 2006.-27с.

3. Основы химической технологии: Учеб. для студентов 0−75 хим.-технол. спец. вузов/И.П. Мухленова, А. Е. Горштейн.- М.: высш. шк., 1991. 463стр.

4. http://www.xumuk.ru/

5. http://alhimikov.net/elektronbuch/kislota.html.