Виробництво сірчаної кислоти

Таким чином, при концентрації зрошуючої  кислоти менш і більше 98,3% абсорбція  сірчаного ангідриду знижується: вона тим нижче, чим вище температура, оскільки рівноважний тиск пари і над кислотою  зростають з підвищенням температури.

При концентрації кислоти 98,3% рівноважний тиск парів води та невеликий ( , ), але рівноважний тиск пари самої серчаної кислоти значне ( ), тому відбувається випаровування (десорбція) парів сірчаної кислоти з її поверхні і ступінь абсорбції знижується. Проте при температурі нижче 100 (за якої на практиці відбувається процес абсорбції) рівноважний тиск парів сірчаної кислоти дуже малий, тому у виробничих умовах 98,3%-на сірчана кислота має найбільш абсорбційну здатність.

Коефіцієнт абсорбції  при поглинанні сірчаною кислотою можна визначити по рівнянню

 

 

де  - коефіцієнт, залежний від конценрации і температур;

- фактична швидкість газу  в абсорбері.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.2 – Залежність від концентрації і температури сірчаної кислоти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Опис технологічної  схеми виробництва або відділення  з елементами удосконалення і  заходів щодо створення екологічно  чистих виробництв

 

Таким чином, процес мокрого каталізу складається з трьох етапів: спалювання сірководня, окислення діоксиду, що утворюється,  і виділення сірчаної кислоти. При очищенні горючих газів зазвичай отримують концентрований сірчановодневий газ (до 90% ), який поступає в піч (1) для спалювання в суміші з повітрям, що подається вентилятором (12). Піччю-казаном є сталевий циліндровий казан, футерований зсередини вогнетривкою цеглою. У печі розташовані змійовики парового казана. Це дозволяє понизити температуру процесу спалювання сірководня, вести його при незначному надлишку кисню (що забезпечує отримання обпалювального газу з високим вмістом ), і ефективно використовувати реакційне тепло, що виділяється. Сірчановодневий газ поступає у верхню частину печі через пальник, де змішується з повітрям, а потім згорає у факелі, що утворюється усередині печі. У нижній частині печі є патрубок для відведення обпалювального газу і запобіжний клапан, закритий заглушкою з тонкої листової сталі. При раптовому припиненні подачі повітря надходження сірчановодневого газу в піч автоматично уривається за допомогою мембранного клапана. Якщо в сірчановодневому  газі присутній ціаністий водень, процес спалювання ведуть при нестачі кисню. В цьому випадку унаслідок окислення утворюються не оксиди азоту, а елементарний азот, і таким чином, запобігається забруднення продукційної сірчаної кислоти оксидами азоту. При нестачі кисню в печі обпалювальний газ, що виходить з неї, містить деяку кількість незгорілого газу сірководня або пари сірки. Для повнішого окислення сірки газ направляють в камеру допалювання (2), куди вводять необхідну кількість повітря. Інтенсивність горіння сірководня характеризується напругою топкового простору і виражається кількістю теплоти, що виділяється в   1 об'єму топки в одиницю часу. З камери дожигу (2) газ при температурі 400 - 420 поступає в контактний апарат (3).

Окислення по реакції

 

 

відбувається у присутності  каталізатора. Для цього газ приводять  в зіткнення з каталізатором. Серед непластикових каталізаторів  найбільшою каталітичною активністю володіє  ванадієвий каталізатор (на основі пентоксида ванадію ).

Процес окислення  у контактних апаратах з проміжним теплообмінником полягає в тому, що газ, підігрітий до температури декілька вище за температуру запалення (400 - 420 ), пропускають через перший шар контактної суміші, де відбувається окислення 60 – 80 %  від загальної кількості. За рахунок виділення тепла реакції температура газу підвищується до 550-580 . Швидкість реакції в таких умовах дуже велика, і для її протікання потрібна невелика кількість контактної маси. Проте подальше окислення діоксиду сірки припиняється, оскільки ступінь перетворення практично досягає рівноважної.

З пониженням температури газу на вході в перший шар контактної маси збільшується ступінь перетворення, що досягається на цьому шарі, оскільки надається можливим збільшити різницю температур на виході і вході газу в цей шар, зменшується необхідна поверхня теплообмінника, в якому нагрівається газ, тому на перший шар завантажують контактну масу із зниженою температурою займання.

Після першого шару каталізатора газ  охолоджують до 460 - 480 у теплообміннику або шляхом додавання холоднішого газу.

Після охолоджування  газ поступає в другий шар контактної маси, де протікає подальше окислення . При цьому температура знов підвищується до 550 , а ступінь перетворення досягає 0,8. Після другого шару контактної маси газ знову охолоджується і поступає в третій шар і так далі. При виході з шарів контактної маси в газ вводимо атмосферне повітря. Температурні умови процесу тим ближче до оптимальних, чим більше шарів контактної маси. З контакного апарату газ, що містить і пари води, поступає в башту-конденсатор (4), заповнену кільцевою насадкою і зрошувану сірчаною кислотою. Температура зрошуючої кислоти на вході в башту 50-60 , на виході з неї – 80-90 . При охолоджуванні газу і пари води утворюють пари сірчаної кислоти, яка потім конденсується. У башті (4) відбувається швидке охолоджування газу, тому  виникає високе пересичення пари сірчаної кислоти. Частина пари (близько 35%) конденсується в об'ємі з утворенням туману, який виділяється далі в електрофільтрі  (5).

Концентрація пари сірчаної кислоти починається при 273 (точка роси) і практично закінчується при 150 . На початок конденсації близько 30% пари дисоційовано: при 240 ступінь дисоціації знижується до 5%.

Концентрація кислоти, що конденсується, зменшується від 97,5% в точці роси до 92% при 150 .

Башта заповнена насадкою – керамічними або фарфоровими кільцями, механізм процесу полягає в тому, що парогазова суміш охолоджується в результаті зіткнення з холоднішою поверхнею рідини або плівки конденсату. При русі парогазової суміші уподовж холоднішої поверхні відбувається охолоджування газу, конденсація пари на поверхні, появи зародків і конденсація пари на поверхні зародків, які перетворюються у міру конденсації на них пари в краплі; одночасно протікає коагуляція, накладаються процеси теплообміну і ін.

Башта-конденсатор виконується  із сталі і футеруется кислототривкою керамікою. У нижній її частині пари сірчаної кислоти конденсуються тільки на поверхні насадки, оскільки унаслідок високої температури газу пересичення пари, що виникає тут, не перевищує критичної величини і туман не утворюється. Пересичення пари сірчаної кислоти на початку процесу менше одиниці, потім воно швидко зростає і досягає критичної величини приблизно на висоті насадки 1,8 м.

На цій ділянці башти  починається конденсація пари в  об'ємі з утворенням туману. При  подальшому просуванні газу вгору по насадці башти і охолоджуванні одночасно з конденсацією пари на поверхні крапель, що вже утворилися. Не дивлячись на поступове збільшення загальної швидкості процесу конденсації в результаті сумісного протікання цих трьох процесів, пересичення пари не знижується, а якийсь час зростає і потім різко падає тиск пари сірчаної кислоти Р унаслідок конденсації її на поверхні насадки спочатку до плавного зниження. У момент утворення туману відбувається стрибкоподібне зменшення величини Р і після того, як утворення крапель припиняється, тиск плавно знижується до кінця процесу. Температура газу на початку процесу плавно знижується. Після утворення туману на невеликій ділянці башти (висота насадки Н=1,96 – 2 м) температура газу декілька підвищується унаслідок інтенсивної конденсації пари на краплях туману і введення великої кількості тепла конденсації з поверхні крапель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Вибір основного  і допоміжного технологічного  устаткування

 

5.1 Піч-казан для спалювання  сірководня.

Така піч є сталевим  циліндровим казаном, футерованим зсередини вогнетривкою цеглою. У печі розташовані змійовики парового казана. Це дозволяє понизити температуру процесу спалювання сірководня, вести його при незначному надлишку кисню і ефективно використовувати реакційне тепло, що виділяється.

Сірководень поступає у верхню частину  печі через пальник, де змішується з  повітрям і потім згорає у факелі, що утворюється усередині печі. У  нижній частині печі є патрубок для відведення обпалювального газу і запобіжний клапан, закритий  заглушкою з листової сталі.

Продуктивність такої печі моногідрата. Необхідна кількість печей

Приймаємо одну піч.

5.2 Контактний апарат

Контактний апарат призначений  для окислення  . В установці прийнятий 4-хшаровий контактний апарат з охолоджуванням газу в проміжних холодильниках.

Теплообмінні труби розташовані  горизонтально. Внутрішній діаметр  апарату  , загальна висота 19,6 м, продуктивність складає сірчаної кислоти.

Необхідна кількість  контактних апаратів

 

 

Приймаємо один контактний апарат.

5.3 Башта-конденсатор

Башта-конденсатор заповнена  кільцевою насадкою і зрошується сірчаною кислотою. При охолоджуванні  газу і пари води утворюються пари кислоти, які потім конденсуються.

Башта-конденсатор виконана із сталі і футерована кислототривкою керамікою. У нижній її частині пари кислоти конденсуються тільки на поверхні насадки, оскільки унаслідок високої температури газу пересичення, що виникає тут , не перевищує критичної величини і туман не утворюється.

Згідно виконаному розрахунку в установці застосована одна башта-конденсатор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         6 Технологічні розрахунки

 

6.1 Матеріальний баланс  печі-казана

1. Кількість 100%-ного  сірчановодневого газу, яке необхідно  спалити

 

,

 

де  - продуктивність проектованого виробництва

- молярна маса 

Кількість сірчановодневої  сировини, заданої концентрації, потрібне для отримання кислоти:

 

 

2. Склад сірчановодневого  газу:

	2971	92,0% 3,0% 2,0% 3,0%	4510 69 78 79
Разом		100%	4736

 

Результати розрахунку приведені в таблиці 6.1

 

 

 

 

Таблиця 6.1 – Матеріальний баланс

Прихід			Витрата
Статті			Статті
1.Сірчановодневий газ	4510 69 78 79	2971	1.Сірчистий газ	6520,5 243,9 17201,1 1990,6	2288,2
Разом	4736	3230
2.Повітря	4640 16623,1 16,9	3258 13363,2 21,03
Разом:	22313,8	17387,8	Разом:	25956,1	18631,9
Всього	26016,2	20061,5	Всього	25956,1	18631,9

 

Нев'язність балансу

 

- що допустимо

 

6.2 Розрахунок башти-конденсатора

6.2.1 Матеріальний баланс

У башті-конденсаторі сірчистий  ангідрид і пари води, що поступають з газами з контактного апарату, спільно конденсуються і утворюється  сірчана кислота. Надлишок пари, зазвичай наявний в газах, розбавляє кислота, що утворюється. Башту зрошують кислотою тієї ж концентрації, що і  утворюється в процесі конденсації.

 

1. У контактний апарат  поступає газова суміш наступного  складу: