Разработка контактного метода производства серной кислоты

Физико-химические основы процессов окисления SO2 в системе двойного контактирования и абсорбции. Расчет значения констант равновесия и выхода продукции. Материальный и тепловой балансы процессов. Разработка технологической схемы получения серной кислоты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Аннотация

окисление абсорбция серный кислота

Рассмотрены физико-химические основы процессы окисления SO₂ в SO₃ в системе двойного контактирования и двойной абсорбции. Определены значения констант равновесия, выхода продукта.

Произведен расчет контактного аппарата двойного контактирования и двойной абсорбции. Составлены материальные и тепловые балансы процессов.

Предложена технологическая схема получения серной кислоты методом двойного контактирования.

Пояснительная записка содержит:

46 листа, 11 таблиц, 14 литературных ссылок



Annotanion

Physical and chemical bases of the oxidation of SO₂ to SO₃ in the system double contact and double absorption. The values of the equilibrium constants and the yield of the product.

The calculation of the contact apparatus in the system double contact and double absorption. The material and heat balances of the processes were drawn up.

The technological schema of the production of sulfuric acid by double contact.

The explanatory report contains 46 pages, 11 tables, 14 literature references.



Содержание

Введение

1. Физико-химические основы процесса

2. Выбор оптимальных условий

3. Выбор основного аппарата

4. Принципиальная технологическая схема узла

5. Выбор средств контроля и автоматизации

6. Технологические балансы процесса

6.1 Материальный баланс

6.2 Тепловой баланс

7. Аппаратурные расчеты

7.1 Конструктивный расчет

7.2 Теплотехнические расчеты

7.3 Прочностной расчет

8. Подбор оборудования

9. Основные специфические вредности в производстве и меры защиты от них

10. Вопросы экологической безопасности производства

11. Оценка сырьевых и энергетических затрат

12. Вывод

Список использованной литературы



Введение

Серная кислота является одним из основных продуктов химической промышленности. Это -- наиболее сильная и самая дешевая кислота. Серная кислота находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотнимающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления и для многих других целей [1].

Производство минеральных удобрений является одним из наиболее крупных потребителей серной кислоты. Так, на получение 1 т Р₂О5 в концентрированных фосфорных удобрениях расходуется 2,2--2,5 т, на 1 т сульфата аммония -- 0,75 т серной кислоты.

Увеличение выпуска серной кислоты сопровождается усовершенствованием ее технологии, аппаратурного оформления всех стадий производственного процесса, внедрением принципиально новых схем и оригинальных инженерных решений.

С начала разработки контактного метода производства серной кислоты и в процессе его развития сконструировано большое число разнообразных контактных аппаратов. Обширные исследования в области усовершенствования конструкций контактных аппаратов непрерывно проводятся во многих странах, поскольку процесс окисления SО₂ в SО₃ является важнейшей стадией контактного процесса [2].

Одновременно с повышением эффективности производства на современных сернокислотных системах большое внимание уделяется решению экологических проблем. Так, внедрение процесса двойного контактирования с промежуточной абсорбцией и применение новых высокоактивных катализаторов позволило повысить степень окисления диоксида серы в контактном производстве серной кислоты с 97,5--98,0% ДО 99,7-- 99,8%. При этом примерно в 8--10 раз снизилось содержание диоксида серы в выхлопных газах.

Для производства серной кислоты используется довольно широкий ассортимент сырья. Так, наряду с серным колчеданом применяют серу, отходящие серосодержащие газы цветной металлургии, сероводород, гипс, фосфогипс, отработанную серную кислоту и др. Из всех этих видов сырья все возрастающее значение имеет сера [1].

Развитие производства серной кислоты в настоящее время идет по линии строительства мощных систем, усовершенствования схем производства, интенсификации технологии процесса и аппаратуры, использования для получения серной кислоты серы, содержащейся в отходах различных производств. Большое внимание уделяется расширению ассортимента продукции сернокислотных заводов и повышению ее качества.

Целью проекта является разработка окисления двуокиси серы по системе ДК-ДА с мощности 495000 т/год.

окисление абсорбция серный кислота



1. Физико-химические основы процесса

Реакция окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI), лежащая в основе процесса контактирования обжигового газа, представляет собой гетерогенно-каталитическую, обратимую, изотермическую реакцию и описывается уравнением:

SO₂ + 0,5 O₂ = SO₃,

Это реакция экзотермическая - протекает с выделением тепла. Реакцию ведут с избытком кислорода, поэтому равновесие её смещено вправо.

1.1 Расчет основных термодинамических величин

Расчёт всех необходимых величин проводим по основной реакции:

Основные термодинамические величины представлены в таблице 1 [4].

Таблица 1 - Термодинамические величины простых веществ и соединений

Вещество	Коэффициенты уравнения	кДж/моль	Дж/(моль K)
SO3(г)	64,98	11,75	-16,37	-395,85	256,69
SO2(г)	46,19	7,87	-7,7	-298,90	248,07
O2(г)	31,46	3,39	-3,77	0	205,04

Зная теплоты образования веществ для основной реакции определяем и .

, (1)



где - энтальпия химической реакции, кДж/моль;

-сумма энтальпий продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов, кДж/моль;

-сумма энтальпий исходных веществ реакции с учетом стехиометрических коэффициентов, кДж/моль.

, (2)

где - энтропия химической реакции, Дж/(мольК);

- сумма энтропий образования продуктов реакции с учётом их стехиометрических коэффициентов, Дж/(мольК);

- сумма энтропий образования исходных веществ реакции с учётом их стехиометрических коэффициентов, Дж/(мольК).

Находим коэффициенты , , , по формуле (3):

, (3)

где - сумма термодинамических коэффициентов уравнения продуктов реакции с учетом их стереохимических коэффициентов, Дж/(мольК);

- сумма термодинамических коэффициентов уравнения исходных веществ реакции с учетом их стереохимических коэффициентов, Дж/(мольК).



Аналогично для , :

;

Находим изменение энергии Гиббса по формуле (4):

(4)

Тепловой эффект реакции при различных температурах рассчитываем по уравнению:

, (5)

где - тепловой эффект химической реакции при данной температуре, Дж/моль;

- тепловой эффект химической реакции при нормальных условиях, Дж/моль;

, ,- термодинамические коэффициенты уравнения, Дж/(мольК);

T - температура, К.

Аналогично для и

.

Следует отметить, что с ростом температуры величины тепловых эффектов изменяются незначительно и могут считаться постоянными в значительных интервалах изменения температуры.

Для протекающей основной реакции , следовательно, она является экзотермической.

Изменение энтропии при различных температурах рассчитаем по формуле (6):

; (6)

Аналогично для и

.

Произведем расчет энергии Гиббса по формуле (7):

; (7)

;

;

.

Полученные данные сведены в таблицу 2.



Таблица 2 - Зависимость значений изменения энергии Гиббса от температуры