Производство сірчаної кислоти контактним способом

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РЕПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ.

БЕЛОРУСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОНОМІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

Кафедра технологии.

Індивідуальна робота на тему:

«Виробництво сірчаної кислоти контактним способом».

Выполнил студент I курсу ФБД: Клименок М. А.

Проверил викладач: Тарасевіч У. А.

Мінськ 2002 г.

План.

. Реферат.

. Опис контактного способу виробництва сірчаної кислоты.

. Принципова технологічна схема виробництва сірчаної кислоти контактним способом.

. Динаміка трудовитрат при розвитку технологічного процесса.

. Розрахунок рівня, технології, тих озброєності й продуктивності живого труда.

.

Заключение

.

. Література і источники.

Реферат.

Ця робота складається з 12 страниц.

Ключове слово: Сірчана кислота, Контактний спосіб, Реакція, Технологія виробництва, Динаміка трудовитрат, Технологічний процесс.

У цьому роботі вивчена і описана технологія виробництва сірчаної кислоти контактним способом. Наведено ілюстрації, схеми, графіки, і таблиці, відбивають суть технологічного процесу. Виділено найважливіші тенденції розвитку сірчаної кислоти контактним способом Проведён аналіз динаміки трудовитрат живої і минулого праці і навіть динаміка трудовитрат при розвитку технологічного процесу. Розрахований рівень технології, тих озброєності й продуктивності живого праці. Зроблено відповідні висновки та заключения.

Описание контактного способу виробництва сірчаної кислоты.

Контактним способом виробляється дуже багато сортів сірчаної кислоти, зокрема олеум, у якому 20% вільної SO3, купоросное олію (92,5% Н2SO4 і 7,5% Н2О), акумуляторна кислота, приблизно такою самою концентрації, як і купоросное олію, а більш чистая.

Контактний спосіб виробництва сірчаної кислоти включає три стадії: очищення газу шкідливих для каталізатора домішок; контактне окислювання сірчистого ангідриду в сірчаний; абсорбцію сірчаного ангідриду сірчаної кислотою. Головною стадією є контактне окислювання SO2 в SO3; під назвою цієї операції іменується й усе способ.

Контактне окислювання сірчистого ангідриду є типовим прикладом гетерогенного окисного экзотермического каталізу. Це з найбільш вивчених каталітичних синтезов.

Рівновага оборотного реакции.

2SO2 + O2 >< 2 SO3 + 2×96,7 кдж (500 оС) (а) в відповідно до принципу Ле-Шателье зсувається убік освіти SO3 при зниженні температури і підвищення тиску; відповідно збільшується рівноважна ступінь перетворення SO2 в SO3.

Слід зазначити, що коли підвищення тиску природно збільшує і швидкість реакції (а). Проте підвищену тиск у цьому процесі застосовувати нераціонально, оскільки крім реагують газів довелося б стискати баластовий азот, що становить зазвичай 80% від усієї суміші і у виробничий цикл активно використовують катализаторы.

Найактивнішим каталізатором є платина, проте вона з вживання внаслідок дорожнечу та легкій отравляемости домішками обжигового газу, особливо миш’яком. Окис заліза дешева, але за звичайному складі газу — 7% SO2 і одинадцять% О2 вона виявляє каталітичну активність лише за температурах вище 625 оС, тобто. коли хр 70%, і тому застосовувалася тільки до початкового окислення SO2 до хр 50−60%. Ванадієвий каталізатор менш активний, ніж платиновий, але дешевше і отруюється сполуками миш’яку кілька тисяч разів менша, ніж платина; він виявився найбільш раціональним і тільки він застосовується у виробництві сірчаної кислоти. Ванадиевая контактна маса містить у середньому 7% V2O5; активаторами є окисли лужних металів, зазвичай застосовують активатор К2О; носієм служать пористі алюмосиликаты. Нині каталізатор застосовується як сполуки SiO2, K і/або Cs, V у різних пропорціях. Таке з'єднання виявився найбільш стійким до кислоті і найстабільнішим. В усьому світі його коректне назви «ванадій — у якому». Такий каталізатор розроблений спеціально до роботи з невисокими температурами, викликаючи меншим викидам у повітря. З іншого боку — такий каталіз дешевше ніж калий/ванадиевый. Звичайні ванадиевые контактні маси є пористі гранули, таблетки чи кільця (Рис. 1).

За умов каталізу поташ перетворюється на K2S2O7, а контактна маса загалом є пористий носій, поверхню й пори якого змочені плівкою розчину пятиокиси ванадію в рідкому пиросульфате калия.

Ванадиевая контактна маса експлуатується при високих температурах від 400 до 600 оС. При збільшенні температури вище 600 оС починається необоротне зниження активності каталізатора внаслідок спечення компонентів із заснуванням неактивних сполук, не розчинних в пиросульфате калію. При зниженні температури активність каталізатора різко знижується внаслідок перетворення пятивалентного ванадію в чотиривалентний із заснуванням малоактивного ванадила VOSO4.

Процес каталізу складається з стадій: 1) дифузії реагують компонентів з ядер газового потоку до гранулам, потім у порах контактної маси; 2) сорбції кисню каталізатором (передача електронів від каталізатора до атомам кисню); 3) сорбції молекул SO2 із заснуванням комплексу SO2 * Про * каталізатор; 4) перегрупування електронів з освітою комплексу SO2 * каталізатор; 5) десорбции SO3 з пір контактної є і від поверхні зерен.

При великих гранулах контактної маси сумарна швидкість процесу визначається дифузією реагентів (1-ша і 6-та стадії). Зазвичай прагнуть отримати гранули трохи більше 5 мм в поперечнику; у своїй процес йде перших стадіях окислення в дифузійної, але в останніх (при x 80%) в кінетичній области.

У результаті руйнації та слеживания гранул, забруднення шару, отруєння каталізатора сполуками миш’яку і температурної псування його за випадкових порушеннях режиму ванадиевая контактна маса замінюється в середньому через 4 року. Якщо ж порушена очищення газу, отримувана випаленням колчедана, то робота контактного апарату порушується внаслідок отруєння першого шару контактної маси за кілька діб. Задля збереження активності каталізатора застосовується тонка очищення газу мокрим способом.

Принципова технологічна схема виробництва сірчаної кислоти контактним способом.

Кращим сировиною для сірчистого газу служить сірка, яка виплавляється з природних порід, містять сірку, і навіть виходить як побічний продукт під час виробництва міді, при очищенні газів тощо. Сірка плавиться за нормальної температури 113 градусів З, легко воспламеняется і згоряє в простих з облаштування печах (Рис. 2). Виходить газ високої концентрації, з маленькою змістом шкідливих примесей.

Спалювання сірки іде за рахунок реакції P. S + O2 > SO2 + 296 кДж Фактично сірка перед горінням плавиться і випаровується (т. стосів. ~444 оС) і згоряє в газової фазі. Отже, процес горіння гомогенный.

[pic]Компрессор і камера сгорания.

[pic]Недогоревшая сера.

[pic]Воздух для горіння і догорания серы.

[pic]Жидкая сера.

[pic]Сжатый воздух.

[pic]Продукт — обжиговый газ.

[pic] технологічна схема виробництва сірчаної кислоты.

1 — 1-ша промывная вежа; 2 — 2-га промывная вежа з насадкою; 3 — мокрий электрофильтр; 4 — сушильная вежа з насадкою; 5 — турбокомпресор; 6 — трубчастий теплообмінник; 7 — контактний апарат; 8 — трубчастий холодильник газу; 9 і десяти — абсорбционные вежі з насадкою; 11 — відцентрові насоси; 12 — збірники кислоти; 13 — холодильники кислоты.

Обжиговый газ після грубої очищення від пилу в огарковых электрофильтрах за нормальної температури близько оС вступає у порожнисту промывную вежу (Рис. 3: 1,2), де розприскується холодна сірчана кислота (75%-ная H2SO4). При охолодженні газу що у ньому сірчаний ангідрид і двох води конденсуються як дрібних крапельок. У цих крапельках розчиняється окис миш’яку. Утворюється мышьяковокислотный туман, який частково вловлюється У першій вежі і в другій вежі з керамиковой насадкою. Одночасно уловлюються залишки пилу, селен та інші домішки. Утворюється брудна сірчана кислота (до 8% загальної вироблення), яка видається як нестандартну продукцію. Остаточна очищення газу від трудноуловимого мышьяковокислотного туману виробляється у мокрих фільтрах (Рис. 3: 3), які послідовно (двоє чи троє). Принцип дії мокрих фільтрів такий ж, як і сухих. Крапельки туммана глушаться на трубчастих осадительных електродах, виготовлених із свинцю чи пластмаси «АТМ», і стікають вниз. Очищення газу завершується осушкой його від водяної пари купоросним олією в вежі з насадкою (Рис. 3: 4). Зазвичай встановлюються дві сушильные вежі. Вежі, газоходы і збірники кислоти у Московському відділенні очищення зазвичай встановлюють сталеві, футерованные кислотоупорным цеглою чи диабазовой плиткою. Сухий сірчистий на газ і сірчаний ангідрид не агресивні, тому всю наступну апаратуру до моногидратного абсорбера можна монтувати зі звичайної углеродистой стали без захисту від коррозии.

Багато апаратури створює значний спротив потоку газу (до 2 м вод.ст.), для транспортування газу встановлюється турбокомпрессор (Рис. 3: 5). Компресор, просасывая газ з печей крізь усе апаратуру, нагнітає їх у контактний узел.

Контактний вузол (Рис. 3: 6,7,8) складається з контактного апарату, кожухотрубного теплообмінника і показаного на схемою (Рис. 4). вогневого пускового подогревателя газу. У теплообменнике пускового подогревателя газ нагрівається перед надходженням в апарат під час пуску або за падінні температури в апараті нижче нормы.

Обычно застосовуються полочные контактні апарати. Такий апарат має циліндричний корпус діаметром від 3 доі заввишки 10−20 м. Усередині корпусу встановлено чотири-п'ять решіток зі шаром гранул контактної маси на кожної їх. Між верствами контактної маси встановлено проміжні трубчасті чи коробчатые теплообмінники. На схемою представлений четырехслойный контактний апарат, хоча частіше застосовуються пятислойные апарати, але принцип їх дествия повністю аналогічний, відмінність лише у ще одному прошарку ктализатора. Свіжий газ підігрівається з допомогою тепла прореагировавшего гарячого газу спочатку в зовнішньому теплообменнике, і потім частково чи цілком проходить для підігріву послідовно три-чотири внутрішніх теплообмінника, при 440−450 оС вступає у перший шар контактної маси. Ця температура регулюється відкриванням засувок. Головне призначення внутрішніх теплообмінників — охолодження частково окисленого і розігрітого в шарі каталізатора газу, в такий спосіб, щоб режим східчасто наближався до кривою оптимальних температур. Полочные контактні апарати — одне з найбільш распространненых типів контактних апаратів. Принцип їхні діяння у тому, що підігрів і охолодження газу між верствами каталізатора, лежать на полицях, виробляється у самому контактному апараті з різних теплоносіїв чи способів охолодження .У апаратах подібного типу висота кожного нижчого шару каталізатора вище, ніж розташованого з нього, тобто. збільшується в ходу газу, а висота теплообмінників зменшується, оскільки за мері зростання загальної ступеня перетворення швидкість реакції знижується й відповідно зменшується кількість выделившегося тепла. У межтрубном просторі теплообмінників послідовно знизу вгору проходить свіжий газ, прохолоджуючи продукти реакції і нагріваючись до тепмпературы початку реакции.

Продуктивність контактних апаратів враховуючи H2SO4 в залежність від їх розмірів становить від 50 до 500 тонн на добу H2SO4. Розроблено конструкції контактних апаратів потужністю 1000 і 2000 тонн на добу. До апарату завантажують 200−300 л контактної маси на 1 т добової вироблення. Трубчасті контактні апарати застосовуються для окислення SO2 рідше, ніж полочные. Для окислення сірчистого газу підвищеної концентрації раціонально застосовувати контактні апарати з киплячими верствами катализатора.

Абсорбцію сірчаного ангідриду за реакцією SO3+H2O = H2SO4+9200 Дж зазвичай проводять у вежах з насадкою (Рис. 3: 9,10), оскільки барботажные чи пінні абсорбери за великої інтенсивності роботи мають підвищеним гідравлічною опором. Якщо парціальний тиск водяних парів над поглинає кислотою значно, то SO3 сполучається з H2O у газовій фазі і утворює дрібні крапельки трудноуловимого сернокислотного туману. Тому абсорбцію ведуть концентрованими кислотами. Найкращою по абсорбционной здібності є кислота, що містить 98,3% Н2SO4 і що має мізерно малої пружністю як водяної пари, і SO3. Проте за цикл у вежі неможливо закріплення кислоти з 98,3% до стандартного олеума, що містить 18,5−20% вільного сірчаного ангідриду. Через великого теплового ефекту абсорбції при адиабатическом процесі згорання у вежі кислота розігрівається і абсорбція припиняється. Тож отримання олеума абсорбцію ведуть у двох послідовно встановлених вежах з насадкою: перша їх зрошується олеумом, а друга — 98,3%-ной сірчаної кислотою. Для поліпшення абсорбції охолоджують як газ, і кислоту, що надходить у абсорбер, у своїй збільшується рушійна сила процесса.

В усіх життєвих вежах контактного виробництва, зокрема й абсорбери, кількість орошающей кислоти в багато разів більше, ніж треба задля поглинання компонентів газу (Н2О, SO3) й тепловим балансом. Для охолодження що циркулюють кислот встановлюються зазвичай зрошувальні холодильники, в трубах яких, зрошуваних зовні холодною водою, протікає охлаждаемая кислота.

Виробництво сірчаної кислоти зазнає суттєвого спрощення при переробці газу, одержуваного спалюванням попередньо розплавленою і профільтрованої природної сірки, майже що містить миш’яку. І тут чисту сірку спалюють повітря, котрий попередньо висушений сірчаної кислотою у вежі з насадкою. Виходить газ 9% SO2 та дванадцяти% О2 за нормальної температури 1000 оС, який спочатку іде під паровий казан, та був без очищення в контактний апарат. Інтенсивність роботи апарату більше, ніж колчеданном газі, внаслідок підвищеної концентрації SO2 і О2. У апараті немає теплообмінників, оскільки температура газів знижується добавкою холодного повітря між верствами. Абсорбція SO3 виробляється як і, як й у технологічної схеме.

Найважливіші тенденції розвитку сірчаної кислоти контактним способом:

1) інтенсифікація процесів проведенням їх в підвішеному шарі, застосуванням кисню, виробництвом і які переробкою концентрованого газу, застосуванням активних катализаторов;

2) спрощення способів очищення газу від пилу й контактних отрут (більш коротка технологічна схема);

3) збільшення потужності аппаратуры;

4) комплексна автоматизація производства;

5) зниження видаткових коефіцієнтів з сировини й використання кронштейна як сировини серосодержащих відходів різних производств;

6) знешкодження відведених газов.

Динамика трудовитрат при розвитку технологічного процесса В загальному вигляді весь вищевикладений матеріал можна зобразити наступним образом:

[pic].

Відомо, що даний технологічний процес і надасть динаміки трудовитрат харрактеризуют такі формулы:

Тж = ——————————— Тп = 0,004 * t2 +0,3 Тс = Тж + Тп.

21 * t2 +1575.

Взаимосвязь між тими формулами виглядає так:

59,5238 1250.

Тп = 0,004 * - 75 +0,3 і Тж = 21 * Тп-0,3 +1575.

Тж 0,004.

Базуючись на вищевикладених формулах проведемо розрахунки і сведём в загальну таблицю (Таб. 1):

|(Таб. 1): Динаміка трудовитрат з виробництва сірчаної кислоти на 15 років |.

t (Час, року) |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |13 |14 |15 |.

|Витрати живого праці |0,78 |0,75 |0,71 |0,654 |0,595 |0,54 |0,48 |0,43 |0,38 |0,34 |0,3 |0,27 |0,24 |0,22 |0,198 | |Витрати минулого праці |0,3.

|0,32 |0,34 |0,364 |0,4 |0,44 |0,496 |0,56 |0,62 |0,7 |0,78 |0,88 |0,98.

|1,08 |1,2 | |Сукупні витрати |1,09 |1,07 |1,04 |1,018 |0,995 |0,98 |0,976 |0,98 |1,01 |1,04 |1,09 |1,15 |1,22 |1,3 |1,398 | | З таблиці побудуємо графіки залежностей Тж, Тп, Тс від часу (Рис. 7) і залежності Тж від Тп (Рис. 6) і Тп від Тж (Рис. 8).

З цієї графіка видно, що це технологічний процес є обмеженим у своєму развитии.

Економічний межа накопичення минулого праці настане через сім лет.

[pic][pic] З графіків 7 і побачили 8-го видно що Німеччина вдавала технологічного процесу є трудосберегающим.

Расчёт рівня, технології, тих озброєності й продуктивності живого труда.

Рівень технології розраховується за формуле:

Утіх = 1/Тж * 1/ ТП.

Продуктивність живого труда:

L = У * В.

Технічна озброєність рассчитывается:

У = Тп / Тж.

Відносний рівень технологии:

Уотнос = Утіх / L.

Проведемо розрахунки використовуючи приведёные вище формули і такі занесём в таблицю (Таб. 2):

T Час (року) |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |13 | |Витрати живого праці |0,78 |0,75 |0,71 |0,654 |0,595 |0,54 |0,48 |0,43 |0,38 |0,34 |0,3 |0,27 |0,24 | |Витрати минулого праці |0,3 |0,32 |0,34 |0,364 |0,4 |0,44 |0,496 |0,56 |0,62 |0,7 |0,78 |0,88 |0,98 | |Сукупні витрати |1,09 |1,07 |1,04 |1,018 |0,995 |0,98 |0,976 |0,98 |1,01 |1,04 |1,09 |1,15 |1,22 | |Рівень технології |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2 |4,2.

|4,2 |4,2 | |Тих. озброєність |0,39 |0,42 |0,47 |0,556 |0,672 |0,83.

|1,033 |1,3 |1,64 |2,058 |2,58 |3,22 |4 | |Продуктивність Тж |1,28 |1,33 |1,41 |1,529 |1,68 |1,86 |2,083 |2,34 |2,62 |2,94 |3,29 |3,68 |4,1 | |Относ рівень технології |3,29 |3,16 |2,98 |2,747 |2,5 |2,25 |2,016 |1,8 |1,6 |1,429 |1,28 |1,14 |1,02 | |.

Із даної таблиці видно що раціоналістичне розвиток доцільно лише у перебігу семирічного віку що у цей період відносний рівень технології більше продуктивності живого труда.

Заключение

.

У цьому роботі вивчена і описана технологія виробництва сірчаної кислоти контактним способом, проведений аналіз динаміки трудовитрат живої і минулого праці і навіть динаміка трудовитрат при розвитку технологічного процесу. З зробленого отримані такі висновки: Розвиток тих процесу обмежена, економічний межа накопичення минулого праці дорівнює семи років, даний технологічний процес є трудосберегающим і раціоналістичне розвиток доцільно протягом семи лет.

Література і источники:

1. ВИРОБНИЦТВО СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ /Бараненко Д. internet hem.htm.

2. Технологія найважливіших галузей промисловості: Учеб. Для ек. Спец.

Вузів / А. М. Гинберг, Б. А. Хохлов. — М.: Вищу школу, 1985.

———————————- [pic].

[pic].

[pic].

[pic].