Sulfat kislota ishlab chiqarish diagrammasini ishlab chiqarish. “DK - DA” usulida kontakt usulida sulfat kislota olishning texnologik sxemasi. Ishlab chiqarish usulini asoslash

1. Sulfat kislotaning tovar va texnologiya aniqlovchi xossalari.

Sulfat kislota- kimyo sanoatining asosiy yirik mahsulotlaridan biri. U turli sohalarda qo'llaniladi Milliy iqtisodiyot, chunki u texnologik foydalanishni osonlashtiradigan maxsus xususiyatlar to'plamiga ega. Sulfat kislota chekmaydi, rangi va hidi yo'q, oddiy haroratda suyuq holatda bo'ladi va konsentrlangan shaklda qora metallarni korroziyaga olib kelmaydi. Shu bilan birga, sulfat kislota kuchli mineral kislota bo'lib, ko'plab barqaror tuzlar hosil qiladi va arzon.

Texnologiyada sulfat kislota deganda oltingugurt oksidi (VI) va turli tarkibdagi suvdan tashkil topgan tizimlar tushuniladi: p SO 3 · t H 2 O.

Agar n = t = 1 bo'lsa, bu sulfat kislota monohidrat (100% sulfat kislota), t > n bo'lganda - suvli eritmalar monohidrat, t da< п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).

Sulfat kislota monohidrati rangsiz yogʻli suyuqlik boʻlib, kristallanish harorati 10,37 o S, qaynash harorati 296,2 o S, zichligi 1,85 t/m3. U suv va oltingugurt oksidi (VI) bilan har tomonlama aralashib, H 2 SO 4 H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O, H 2 SO 4 4H 2 O va oltingugurt oksidi H 2 SO tarkibidagi gidratlarni hosil qiladi. 4 · SO 3 va H 2 SO 4 · 2SO 3.

Bu gidratlar va oltingugurt oksidi bilan birikmalar har xil kristallanish haroratiga ega va bir qator evtektikalarni hosil qiladi. Ushbu evtektikalarning ba'zilarida kristallanish harorati noldan past yoki yaqin. Sulfat kislota eritmalarining bu xususiyatlari uning ishlab chiqarish va saqlash shartlariga ko'ra, past kristallanish haroratiga ega bo'lishi kerak bo'lgan savdo navlarini tanlashda hisobga olinadi.

Sulfat kislotaning qaynash nuqtasi uning kontsentratsiyasiga, ya'ni "oltingugurt oksidi (VI) - suv" tizimining tarkibiga ham bog'liq. Suvli sulfat kislota konsentratsiyasining ortishi bilan uning qaynash nuqtasi ortadi va 98,3% konsentratsiyada maksimal 336,5 o S ga etadi, bu azeotropik tarkibga to'g'ri keladi va keyin pasayadi. Erkin oltingugurt oksidi (VI) miqdori ortib borishi bilan oleumning qaynash nuqtasi 296,2 o C dan (monhidratning qaynash nuqtasi) 44,7 o C gacha kamayadi, bu 100% oltingugurt oksidining (VI) qaynash nuqtasiga to'g'ri keladi.

Sulfat kislota bug'i 400 o C dan yuqori qizdirilganda u quyidagi sxema bo'yicha termal dissotsiatsiyaga uchraydi:

400 o C 700 o C

2 H 2 SO 4<=>2H 2 O + 2SO 3<=>2H 2 O + 2SO 2 + O 2.

Mineral kislotalar orasida sulfat kislota ishlab chiqarish va iste'mol qilish bo'yicha birinchi o'rinda turadi. Uning global ishlab chiqarishi so'nggi 25 yil ichida uch barobardan ko'proq oshdi va hozirda yiliga 160 million tonnadan ortiqni tashkil qiladi.

Sulfat kislota va oleumning qo'llanilishi juda xilma-xildir. Uning katta qismi mineral o'g'itlar (30 dan 60% gacha), shuningdek, bo'yoqlar (2 dan 16% gacha), kimyoviy tolalar (5 dan 15% gacha) va metallurgiya (2 dan 15% gacha) ishlab chiqarishda qo'llaniladi. 2 dan 3% gacha). Toʻqimachilik, oziq-ovqat va boshqa sohalarda turli texnologik maqsadlarda qoʻllaniladi. Shaklda. 1 sulfat kislota va oleumning xalq xo'jaligida ishlatilishini ko'rsatadi.

Guruch. 1. Sulfat kislotaning qo'llanilishi.

2. Sulfat kislota ishlab chiqarish uchun xom ashyo.

Sulfat kislota ishlab chiqarishda xom ashyo elementar oltingugurt va turli xil oltingugurt o'z ichiga olgan birikmalar bo'lishi mumkin, ulardan to'g'ridan-to'g'ri oltingugurt yoki oltingugurt oksidi (IV) olinishi mumkin.

Tabiiy konlar mahalliy oltingugurt kichikdir, garchi uning klarki 0,1% bo'lsa. Ko'pincha oltingugurt tabiatda metall sulfidlar va metall sulfatlar shaklida uchraydi, shuningdek, neft, ko'mir, tabiiy va bog'langan gazlarning bir qismidir. Oltingugurtning katta miqdori rangli metallurgiyaning chiqindi gazlari va gazlarida oltingugurt oksidi shaklida va yonuvchi gazlarni tozalash jarayonida ajralib chiqadigan vodorod sulfidi shaklida mavjud.

Shunday qilib, sulfat kislota ishlab chiqarish uchun xom ashyo juda xilma-xildir, garchi elementar oltingugurt va temir piritlari hali ham xom ashyo sifatida ishlatiladi. Issiqlik elektr stansiyalarining chiqindi gazlari va mis eritish ishlab chiqarish gazlari kabi xom ashyo turlaridan cheklangan foydalanish ulardagi oltingugurt (IV) oksidning past konsentratsiyasi bilan izohlanadi.

Shu bilan birga, xom ashyo balansida piritlarning ulushi kamayadi, oltingugurtning ulushi esa ortadi.

Sulfat kislota ishlab chiqarishning umumiy sxemasida dastlabki ikki bosqich muhim ahamiyatga ega - xom ashyoni tayyorlash va ularni yoqish yoki qovurish. Ularning tarkibi va apparat dizayni sezilarli darajada sulfat kislotani texnologik ishlab chiqarishning murakkabligini aniqlaydigan xom ashyoning tabiatiga bog'liq.

3. Qisqa Tasvir zamonaviy sanoat usullari sulfat kislota olish. Ishlab chiqarishni takomillashtirish yo'llari va rivojlanish istiqbollari.

Oltingugurt o'z ichiga olgan xom ashyolardan sulfat kislota ishlab chiqarish bir nechta kimyoviy jarayonlarni o'z ichiga oladi, bunda xom ashyo va oraliq mahsulotlarning oksidlanish darajasi o'zgaradi. Buni quyidagi diagramma shaklida ko'rsatish mumkin:

bu erda I - o'choq gazini olish bosqichi (oltingugurt oksidi (IV)),

II - oltingugurt oksidi (IV) ning oltingugurt oksidi (VI) ga katalitik oksidlanishi va uning singishi (sulfat kislotaga qayta ishlash) bosqichi.

Haqiqiy ishlab chiqarishda bu kimyoviy jarayonlar xom ashyoni tayyorlash, o'choq gazini tozalash va boshqa mexanik va fizik-kimyoviy operatsiyalar bilan to'ldiriladi. IN umumiy holat Sulfat kislota ishlab chiqarishni quyidagicha ifodalash mumkin:

Xom ashyoni xom ashyoni tayyorlash, xom ashyoni yoqish (qovurish).

o'choq gazini tozalash kontaktni yutish

aloqa gazi SULFURIK KISLOTA

Maxsus texnologik ishlab chiqarish sxemasi xom ashyo turiga, oltingugurt (IV) oksidning katalitik oksidlanish xususiyatlariga va oltingugurt (VI) oksidning yutilish bosqichining mavjudligi yoki yo'qligiga bog'liq.

SO 2 ning SO 3 ga oksidlanish jarayoni qanday amalga oshirilishiga qarab, sulfat kislota olishning ikkita asosiy usuli mavjud.

Sulfat kislota olishning kontaktli usulida SO 2 ning SO 3 ga oksidlanishi qattiq katalizatorlarda amalga oshiriladi.

Oltingugurt trioksidi jarayonning oxirgi bosqichida - oltingugurt trioksidining singishida sulfat kislotaga aylanadi, uni reaksiya tenglamasi bilan soddalashtirish mumkin:

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Azotli (minora) usuli yordamida jarayonni amalga oshirishda kislorod tashuvchisi sifatida azot oksidlari ishlatiladi.

Oltingugurt dioksidining oksidlanishi suyuq fazada amalga oshiriladi va yakuniy mahsulot sulfat kislota hisoblanadi:

SO 3 + N 2 O 3 + H 2 O H 2 SO 4 + 2NO

Hozirgi vaqtda sanoatda asosan sulfat kislota ishlab chiqarish uchun kontakt usuli qo'llaniladi, bu esa ko'proq intensivlikdagi qurilmalardan foydalanish imkonini beradi.

Ikki turdagi xom ashyolardan: oltingugurt (temir) piritlari va oltingugurtdan kontakt usulida sulfat kislota olish jarayonini ko'rib chiqamiz.

1) Piritlardan sulfat kislota olishning kimyoviy sxemasi ketma-ket uchta bosqichni o'z ichiga oladi:

Pirit konsentratining temir disulfidining havo kislorodi bilan oksidlanishi:

Oltingugurt (IV) oksidning pech gazidan ortiqcha kislorod bilan katalitik oksidlanishi:

2SO 2 + O 2 2SO 3

Oltingugurt (VI) oksidning sulfat kislota hosil qilish uchun yutilishi:

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Texnologik loyihalash nuqtai nazaridan temir piritlardan sulfat kislota ishlab chiqarish eng murakkab va bir necha ketma-ket bosqichlardan iborat.

Ushbu ishlab chiqarishning asosiy (strukturaviy) diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2:

Guruch. 2 Yagona kontakt usuli yordamida flotatsion piritlardan sulfat kislota olishning blok diagrammasi.

I – qovurilgan gaz ishlab chiqarish: 1 – piritlarni qovurish; 2 – chiqindi issiqlik qozonida gazni sovutish; 3 – umumiy gazni tozalash, 4 – gazni maxsus tozalash; II – kontaktli: 5 – issiqlik almashtirgichdagi gazni isitish; 6 - aloqa; III – yutilish: 7 – oltingugurt oksidining (IV) yutilishi va sulfat kislota hosil bo‘lishi.

Piritni havo oqimida yoqish - bu temir disulfidining termal dissotsiatsiyasi bosqichlarida issiqlik chiqishi bilan sodir bo'ladigan qaytarilmas katalitik bo'lmagan heterojen jarayon:

FeS 2 = 2FeS + S 2

va dissotsilanish mahsulotlarining oksidlanishi:

S 2 + 2O 2 = 2SO 2

4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 S 3 + 4SO 2

nima tasvirlangan umumiy tenglama

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 S 3 + 8SO 2,

bu erda DN = 3400 kJ.

Otish jarayonining harakatlantiruvchi kuchining oshishiga piritlarning flotatsiyasi orqali erishiladi, bu xom ashyo tarkibidagi temir disulfidining miqdorini oshiradi, havoni kislorod bilan boyitadi va kuyish paytida ortiqcha havodan 30% ga oshadi. stoxiometrik miqdor. Amalda, kuyish 1000 o C dan yuqori bo'lmagan haroratda amalga oshiriladi, chunki bu chegaradan tashqarida pishirilgan xom ashyoning zarralari sinterlashni boshlaydi, bu ularning sirtini pasayishiga olib keladi va zarrachalarni yuvishni qiyinlashtiradi. havo oqimi.

Piritlarni yoqish uchun reaktor sifatida turli xil dizayndagi pechlar ishlatilishi mumkin: mexanik, changni yoqish, suyuq qatlam (FB). Suyuqlangan yotoqli pechlar yuqori intensivlik (kuniga 10 000 kg / m 2 gacha) bilan ajralib turadi, temir disulfidining to'liq yonishini ta'minlaydi (shlakdagi oltingugurt miqdori 0,005 og'irlikdan oshmaydi) va haroratni nazorat qiladi, bu esa utilizatsiya jarayonini osonlashtiradi. yonish reaksiyasining issiqligi. KS pechlarining kamchiliklari orasida otash gazidagi chang miqdori ko'payadi, bu esa tozalashni qiyinlashtiradi. Hozirgi vaqtda KS pechlari piritlardan sulfat kislota ishlab chiqarishda boshqa turdagi pechlarni to'liq almashtirdi.

2) Elementar oltingugurtdan kontaktli usulda sulfat kislota olish texnologik jarayoni piritlardan ishlab chiqarish jarayonidan bir qator xususiyatlari bilan farq qiladi. Bularga quyidagilar kiradi:

– o‘choq gazini ishlab chiqarish uchun pechlarning maxsus dizayni;

– o‘choq gazida oltingugurt oksidi (IV) ning ortishi;

- o'choq gazi uchun oldindan tozalash bosqichining yo'qligi.

Fizik-kimyoviy printsiplari va apparat dizayni bo'yicha oltingugurt (IV) oksidi bilan aloqa qilishning keyingi operatsiyalari piritlarga asoslangan jarayon uchun qilinganlardan farq qilmaydi va odatda DKDA sxemasiga muvofiq ishlab chiqilgan. Ushbu usulda kontakt apparatidagi gazning haroratini nazorat qilish odatda katalizator qatlamlari orasiga sovuq havo kiritish orqali amalga oshiriladi.

Sxematik diagramma Oltingugurtdan sulfat kislota ishlab chiqarish rasmda ko'rsatilgan. 3:

Guruch. 3. Oltingugurtdan sulfat kislota olishning blok sxemasi.

1 - havo bilan quritish; 2 – oltingugurtning yonishi; 3 - gazni sovutish, 4 - kontaktli; 5 – oltingugurt (IV) oksidning singishi va sulfat kislota hosil bo‘lishi.

Vodorod sulfididan oltingugurt kislotasini olishning "ho'l" kataliz deb ataladigan usuli ham mavjud bo'lib, u vodorod sulfidini havo oqimida yoqish natijasida olingan oltingugurt oksidi (IV) va suv bug'ining aralashmasini oziqlantirishdan iborat. kontaktga ajratmasdan, bu erda oltingugurt oksidi (IV) qattiq vanadiy katalizatorida oltingugurt oksidi (VI) ga oksidlanadi. Keyin gaz aralashmasi kondensatorda sovutiladi, bu erda hosil bo'lgan sulfat kislota bug'i suyuq mahsulotga aylanadi.

Shunday qilib, pirit va oltingugurtdan sulfat kislota olish usullaridan farqli o'laroq, ho'l kataliz jarayonida oltingugurt (VI) oksidini singdirishning maxsus bosqichi mavjud emas va butun jarayon faqat uchta ketma-ket bosqichni o'z ichiga oladi:

1. Vodorod sulfidining yonishi:

H 2 S + 1,5O 2 = SO 2 + H 2 O – DH 1, bu erda DH 1 = 519 kJ

oltingugurt oksidi (IV) va ekvimolekulyar tarkibdagi suv bug'lari aralashmasi hosil bo'lishi bilan (1: 1).

2. Oltingugurt oksidi (IV) ning oltingugurt oksidi (VI) ga oksidlanishi:

SO 2 + 0,5O 2<=>SO 3 – DN 2, bu yerda DN 2 = 96 kJ,

oltingugurt oksidi (IV) va suv bug'lari (1: 1) aralashmasining ekvimolekulyar tarkibini saqlab turganda.

3. Bug'larning kondensatsiyasi va sulfat kislota hosil bo'lishi:

SO 3 + H 2 O<=>H 2 SO 4 – DH 3, bunda DH 3 = 92 kJ

Shunday qilib, nam kataliz jarayoni umumiy tenglama bilan tavsiflanadi:

H 2 S + 2O 2 = H 2 SO 4 - DH, bu erda DH = 707 kJ.

Sulfat kislota ishlab chiqarishning keng ko'lamliligi uni takomillashtirish muammosini ayniqsa keskin qiladi. Bu erda biz quyidagi asosiy yo'nalishlarni ajratib ko'rsatishimiz mumkin:

1. Issiqlik elektr stansiyalari va turli sanoat korxonalari qozonxonalari chiqindi gazlaridan foydalanish hisobiga xomashyo bazasini kengaytirish.

2. O'rnatishlarning birlik quvvatini oshirish. Quvvatlarni ikki-uch baravar oshirish ishlab chiqarish xarajatlarini 25-30 foizga kamaytiradi.

3. Kislorod yoki kislorod bilan boyitilgan havo yordamida xom ashyoni yoqish jarayonini kuchaytirish. Bu uskunadan o'tadigan gaz hajmini kamaytiradi va unumdorligini oshiradi.

4. Asosiy uskunaning intensivligini oshirishga yordam beradigan jarayonda bosimning oshishi.

5. Yangi katalizatorlarni qo'llash faollik kuchaygan va past olov harorati.

6. Kontaktlarga beriladigan o'choq gazida oltingugurt (IV) oksidi kontsentratsiyasini oshirish.

7. Xom ashyoni yoqish va aloqa qilish bosqichlarida suyuq qatlamli reaktorlarni joriy qilish.

8. Issiqlik effektlaridan foydalanish kimyoviy reaksiyalar ishlab chiqarishning barcha bosqichlarida, shu jumladan energiya bug'ini ishlab chiqarish uchun.

Sulfat kislota ishlab chiqarishda eng muhim vazifa SO 2 ning SO 3 ga aylanish darajasini oshirishdir. Sulfat kislotaning mahsuldorligini oshirishdan tashqari, bu vazifani bajarish bizga hal qilish imkonini beradi ekologik muammolar– atrof-muhitga zararli SO 2 ning emissiyasini kamaytirish.

SO 2 konversiyasi darajasini oshirishga turli yo'llar bilan erishish mumkin. Ulardan eng keng tarqalgani ikki tomonlama aloqa va qo'sh yutilish (DCDA) sxemalarini yaratishdir.

4. Fizik-kimyoviy xususiyatlari oltingugurt dioksidini oksidlanishning kimyoviy-texnologik jarayonining asosini tashkil etuvchi tizim.

Oltingugurt (IV) oksidning oltingugurt (IV) oksidga oksidlanish reaktsiyasi, kaltsiylangan gaz bilan aloqa qilish jarayonining asosi bo'lib, heterojen katalitik, qaytariladigan, ekzotermik reaktsiya bo'lib, tenglama bilan tavsiflanadi:

SO 2 + 0,5O 2<=>SO 3 – DN.

Reaksiyaning issiqlik effekti haroratga bog'liq bo'lib, 25 o C da 96,05 kJ va aloqa haroratida taxminan 93 kJ ga teng. “SO 2 – O 2 – SO 3” tizimi undagi muvozanat holati va jarayonning umumiy natijasi bog‘liq bo‘lgan oltingugurt (IV) oksidning oksidlanish tezligi bilan tavsiflanadi.

Oltingugurt (IV) oksidning oksidlanish reaksiyasining muvozanat konstantasi quyidagilarga teng:

(1)

bu erda mos ravishda oltingugurt oksidi (VI), oltingugurt oksidi (IV) va kislorodning muvozanat qisman bosimlari.

Oltingugurt oksidi (IV) ning oltingugurt oksidiga (VI) aylanish darajasi yoki katalizatorda erishilgan aloqa darajasi katalizatorning faolligiga, haroratga, bosimga, aloqa qilingan gaz tarkibiga va aloqa vaqtiga bog'liq bo'ladi va quyidagi bilan tavsiflanadi: tenglama:

(2)

formula (1)dagi kabi qiymatlar qaerda

(1) va (2) tenglamalardan kelib chiqadiki, oltingugurt (IV) oksidining konvertatsiya qilishning muvozanat darajasi oksidlanish reaktsiyasining muvozanat konstantasi bilan bog'liq:

(3)

Xr ning harorat, bosim va qovurilgan gaz tarkibidagi oltingugurt (IV) oksidiga bog'liqligi jadvalda keltirilgan. 1 va rasmda. 4.

Jadval 1. Xr ning qovurilgan gazdagi harorat, bosim va oltingugurt (IV) oksidi tarkibiga bog'liqligi

Guruch. 4. Oltingugurt oksidi (IV) oltingugurt oksidi (VI) ga aylanishining muvozanat darajasining harorat (a), bosim (b) va gazdagi oltingugurt oksidi (IV) miqdori (c) ga bog'liqligi.

(3) tenglama va jadvaldan. 4 dan kelib chiqadiki, haroratning pasayishi va aloqa qilingan gaz bosimining oshishi bilan konversiyaning muvozanat darajasi X p oshadi, bu Le Chatelier printsipiga mos keladi. Shu bilan birga, doimiy harorat va bosimda konversiyaning muvozanat darajasi katta bo'ladi, gazdagi oltingugurt (IV) oksidi miqdori qanchalik past bo'lsa, ya'ni SO 2: O 2 nisbati past bo'ladi. Bu nisbat kuydiriladigan xom ashyo turiga va ortiqcha havoga bog'liq. Bu qaramlik o'choq gazining tarkibini sozlash, ya'ni oltingugurt oksidi (IV) miqdorini kamaytirish uchun uni havo bilan suyultirish operatsiyasi uchun asosdir.

Oltingugurt (IV) oksidning oksidlanish darajasi aloqa vaqtining ortishi bilan ortadi, parchalanuvchi egri chiziq bo'ylab muvozanatga yaqinlashadi (5-rasm).

Guruch. 5. Xr ning aloqa vaqtiga bog'liqligi.

Shuning uchun aloqa vaqti shunday bo'lishi kerakki, tizimda muvozanatga erishiladi. Rasmdan. 5, shundan kelib chiqadiki, harorat qancha yuqori bo'lsa, muvozanat tezroq erishiladi (t 1< t 2), но тем меньше степень превращения (Х 1 < Х 2 при Т 1 >T 2). Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidining chiqishi ham haroratga, ham aloqa vaqtiga bog'liq. Bunday holda, har bir aloqa vaqti uchun chiqishning haroratga bog'liqligi maksimalga ega bo'lgan mos keladigan egri chiziq bilan ifodalanadi. Ko'rinib turibdiki, bu maksimallarni o'rab turgan AA chizig'i (6-rasm) muvozanat egri chizig'iga yaqin bo'lgan har xil aloqa vaqtlari uchun optimal haroratlarning egri chizig'ini ifodalaydi.

Guruch. 6. Oltingugurt oksidi (IV) unumining turli aloqa vaqtlarida haroratga bog'liqligi.

Vaqt birligida oksidlangan oltingugurt oksidi (IV) miqdori va demak, kontakt massasining hajmi, reaktorning o'lchamlari va jarayonning boshqa xususiyatlari oksidlanish tezligiga bog'liq. Ishlab chiqarishning ushbu bosqichini tashkil etish imkon qadar ko'proq ta'minlashi kerak yuqori tezlik da oksidlanish maksimal daraja Ushbu shartlar ostida aloqaga erishish mumkin.

Oltingugurt oksidi (IV) ni kislorod bilan oltingugurt oksidiga (VI) oksidlanish reaksiyasining faollanish energiyasi juda yuqori. Shuning uchun katalizator bo'lmasa, oksidlanish reaktsiyasi amalda yuqori haroratlarda ham sodir bo'lmaydi. Katalizatordan foydalanish faollashuv energiyasini kamaytirishga va oksidlanish tezligini oshirishga imkon beradi.

Oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishda katalizator sifatida BAV va SVD markali vanadiy (V) oksidi asosida ularning tarkibiga kiruvchi elementlarning bosh harflari nomi bilan atalgan kontaktli massalar ishlatiladi.

BAS (bariy, alyuminiy, vanadiy) tarkibi:

V 2 O 5 (7%) + K 2 SO 4 + BaSO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + SiO 2 (kremniy)

SVD (sulfo-vanadato-diatom) tarkibi

V 2 O 5 (7%) + K 2 S 2 O 7 + diatomit + gips

katalizator faollashtiruvchi tashuvchisi

Ruxsat etilgan katalizatorli vanadiy katalizatorida oltingugurt (IV) oksidning oltingugurt oksidi (VI) ga oksidlanish tezligini tavsiflash uchun turli xil kinetik tenglamalar. Bularga, masalan, reaksiya tezligini oltingugurt (IV) oksidning aylanish darajasi, reaksiya tezligi konstantasi, muvozanat konstantasi va gaz bosimi bilan bog'laydigan tenglama (4) kiradi:

(4)

bu erda X - oltingugurt oksidining (IV) konversiyaning muvozanat darajasi;

k – oksidlanish tezligi konstantasi,

a - gazdagi oltingugurt (IV) oksidning dastlabki kontsentratsiyasi,

b - gazdagi kislorodning dastlabki kontsentratsiyasi,

P - gazdagi umumiy bosim,

Kr – reaksiyaning muvozanat konstantasi.

(4) va (5) tenglamalardan kelib chiqadiki, oksidlanish tezligi reaksiya tezligi konstantasiga bog'liq bo'lib, u harorat oshishi bilan sezilarli darajada ortadi. Biroq, bu holda muvozanat konstantasi K p kamayadi va terminning qiymati kamayadi (4) tenglamada. Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidning oksidlanish tezligi teskari yo'nalishda ortib borayotgan harorat bilan o'zgaruvchan ikki miqdorga bog'liq. Natijada, oksidlanish tezligining haroratga bog'liqligi egri chizig'i maksimaldan o'tishi kerak. (4) tenglamadan, shuningdek, oltingugurt oksidi (IV) oksidlanish tezligi katta bo'lsa, oltingugurt oksidi (IV) oltingugurt oksidi (VI) ga aylanish darajasi qanchalik past bo'lsa, bu jarayonda erishiladi. Natijada, konversiyaning har bir darajasi uchun reaktsiya tezligining haroratga bog'liqligi maksimal bilan individual egri chiziq bilan ifodalanadi. Shaklda. 7-rasmda doimiy tarkibli gaz uchun konversiyaning turli darajalariga mos keladigan bir qator o'xshash egri chiziqlar ko'rsatilgan. Bundan kelib chiqadiki, oksidlanish reaktsiyasining tezligi ma'lum haroratlarda maksimal darajaga etadi, bu yuqori bo'lsa, konversiyaning bu darajasi qanchalik past bo'lsa va aniq optimal haroratni ifodalaydi.

Guruch. 7. X 1 konversiyaning turli darajalarida oltingugurt (IV) oksidning oksidlanish tezligining haroratga bog'liqligi.< Х 2 < Х 3 < Х 4

Optimal haroratlar nuqtalarini bog'laydigan AA chizig'i optimal harorat ketma-ketligi (OTS) deb ataladi va eng yaxshi natijalarga erishish uchun aloqa jarayoni yuqori haroratda boshlanishi kerakligini ko'rsatadi, bu jarayonning yuqori tezligini ta'minlaydi (amalda taxminan taxminan). 600 o C), keyin esa erishish uchun yuqori daraja transformatsiyalar LOT bo'yicha harorat rejimini saqlab, haroratni pasaytiradi. Rasmdagi BB va SS chiziqlari. 7 aloqaning haqiqiy texnologik jarayonida ruxsat etilgan haroratlar diapazonini ko'rsating.

2-jadvalda yuqorida ko'rsatilgan printsipga muvofiq o'rnatilgan oraliq issiqlik almashinuvi bilan 4 qatlamli aloqa apparatining ishlashning harorat rejimi ko'rsatilgan:

Jadval 2. Kontaktni yig'ishning harorat shartlari

Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidi oksidlanish jarayonining kinetikasi va termodinamiği o'rtasidagi qarama-qarshilik aloqa apparatining dizayni va harorat sharoitlari bilan juda muvaffaqiyatli bartaraf etiladi. Bunga jarayonni bosqichlarga bo'lish orqali erishiladi, ularning har biri kontakt jarayonining optimal shartlariga javob beradi. Bu kontakt rejimining dastlabki parametrlarini aniqlaydi: harorat 400 - 440 o S, bosim 0,1 MPa, gazdagi oltingugurt (IV) oksidi miqdori 0,07 vol. ulushlar, gazdagi kislorod miqdori 0,11 vol. ulushlar

5. Oltingugurt dioksidini nozik tozalash va oltingugurt dioksidini katalizatorning filtr qatlamlari bilan to'rt qavatli aloqa apparatida oksidlashning apparat-texnologik sxemasi.

Oltingugurt (IV) oksidning katalitik oksidlanishi uchun reaktorlar yoki kontakt qurilmalari konstruksiyasi bo‘yicha qattiq katalizatorli qatlamli qurilmalarga (rafta yoki filtr) bo‘linadi, ularda kontakt massasi 4-5 qatlamda joylashgan va suyuq qatlamli qurilmalar. Gaz katalizatorning har bir qatlamidan o'tgandan so'ng issiqlikni olib tashlash apparatga sovuq havo yoki gazni kiritish yoki apparatga o'rnatilgan yoki alohida joylashtirilgan issiqlik almashtirgichlar yordamida amalga oshiriladi.

Hozirgi vaqtda sulfat kislota va oleumni kontakt usulida ishlab chiqarishda eng keng tarqalgan texnologik sxema "DKDA" (ikki marta aloqa qilish - ikki marta singdirish) printsipidan foydalaniladi. Texnologik jihatdan barcha sxemalar uchun bir xil bo'lgan o'choq bo'limi va umumiy gazni tozalash bo'limi bundan mustasno, bunday sxemaning bir qismi rasmda ko'rsatilgan. 9.

Zavod quvvati monohidrat uchun kuniga 1500 t gacha. Iste'mol koeffitsientlari (1 tonna monohidrat uchun): pirit 0,82 t, suv 50 m 3, elektr energiyasi 82 kVt soat.

Guruch. 9. Piritlardan sulfat kislotani ikki marta kontaktli DKDA olish texnologik sxemasi.

1 – ichi bo‘sh kir yuvish minorasi, 2 – nozulli kir yuvish minorasi, 3 – namlash minorasi, 4 – elektr cho‘ktirgichlar, 5 – quritish minorasi, 6 – turbogaz puflagich, 7 – 75% kislota kollektorlari, 8 – ishlab chiqarish kislotasi kollektori, 9 – issiqlik almashtirgichlar, 10 - aloqa apparati, 11 - oleum absorber, 12 va 13 - monohidrat absorberlar. Mahsulot oqimlari: I - 300 o C haroratda o'choq gazi, II - 75% sulfat kislota, III - sovutilgan 98% kislota, IV - sovutish uchun ishlab chiqarish kislotasi, V - sovutilgan oleum yoki monohidrat, VI - sovutish uchun ishlab chiqarish oleum , VII - egzoz gazlar.

6. Moddiy balans Oltingugurt dioksidini oksidlovchi 1 bosqichli aloqa apparati.

Hisoblash uchun ma'lumotlar:

1. Sulfat kislotaning monohidratga nisbatan umumiy unumdorligi 127 t/soat;

2. oltingugurt angidridining so'rilishining to'liqligi - 99,8%;

3. manba gazining tarkibi:

SO 2 - 6,82% (hajm), O 2 - 10,4% (hajm), CO 2 - 0,4% (hajm), N 2 - 82,38% (hajm);

harorat 520 o C;

muvozanatga erishish darajasi - a = 0,650

1. SO 2 ning SO 3 ga aylanishining muvozanat darajasini hisoblang. ga muvofiq muvozanatni hisoblashni ko'rib chiqamiz ma'lum qiymatlar Oltingugurt dioksidining oksidlanish reaktsiyasi uchun K p:

SO 2 + 0,5O 2 + CO 2 +N 2<=>SO 3 + CO 2 + N 2

Bu erda a, b, t, n - SO 2, O 2, CO 2 va N 2 (a + b + t + n = 1) boshlang'ich aralashmaning tarkibiy qismlarining soni (mol).

Har bir komponentning miqdori (mol) konversiyaning muvozanat darajasiga erishilganda x A, e bo'ladi.

SO 2 O 2 CO 2 N 2 SO 3

a – a x A,e b – 0,5a x A,e t p a x A,e

Umumiy soni muvozanat aralashmasi:

a – a x A,e + b – 0,5a x A,e + t + p + a x A,e = 1 – 0,5a x A,e

Muvozanat konstantasi

tenglama yordamida hisoblash mumkin (433-bet, ):

520 o C (793 K) haroratda muvozanat konstantasi quyidagilarga teng:

Reaksiyaning muvozanat holatini konversiyaning muvozanat darajasining qiymatlari bilan tavsiflash mumkin.

Umumiy bosimni p bilan belgilab, komponentlarning muvozanat bosimlarini ifodalaymiz:

(6)

Dastlabki ma'lumotlarni (6) tenglamaga almashtirib, biz (p = 0,1 MPa) olamiz:

Qayerdan iteratsiya usuli bilan topamiz va shuning uchun muvozanat aralashmasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

SO 3 - 6,38% (hajm), SO 2 - 0,688% (hajm), O 2 - 7,54% (hajm), CO 2 - 0,412% (hajm), N 2 - 84,98% (taxminan);

2. Konvertatsiyaning amaliy darajasi:

3. Oltingugurt (IV) oksidning oltingugurt (VI) oksidga oksidlanishi va oltingugurt (VI) oksidning sulfat kislota hosil qilish uchun yutilishining umumiy tenglamasi:

SO 2 + 0,5O 2 + H 2 O H 2 SO 4

64 g/mol 98 g/mol

Reaksiya tenglamasiga asoslanib, 127 kg/soat sulfat kislota olish uchun oltingugurt oksidi (IV) talab qilinadi:

Hisoblangan konversiya darajasini va yutilishning berilgan to'liqligini hisobga olgan holda, oltingugurt (IV) oksidi amalda talab qilinadi:

mol

4. Gazning hajmli tarkibini massa tarkibiga qayta hisoblaylik.

mol

Dastlabki aralashmaning tarkibiy qismlari soni quyidagilarga teng:

mol

Olingan gazning tarkibiy qismlari soni:

mol

Gaz aralashmasining umumiy mollari soni

mol

Hisoblash natijalarini 3-jadvalda umumlashtiramiz

Jadval 3. Oltingugurt dioksidini oksidlash uchun aloqa apparati jarayonining moddiy balansi.

Adabiyot.

1. Kutepov A. M. Bondareva T. I., Berengarten M. G. Umumiy kimyoviy texnologiya. M. Oliy maktab. 1990 yil.

2. Sokolov R. S. Kimyoviy texnologiya. - M: Insonparvarlik. ed. BLADOS markazi, 2000 yil.

3. Kimyoviy texnologik jarayonlarni hisoblash // Pod general. ed. I. P. Muxlenova. - L.: Kimyo, 1976 yil

4. Beskov V. S., Safronov V. S. Umumiy kimyoviy texnologiya va sanoat ekologiyasi asoslari. - M.: Kimyo, 1999 yil.

5. Umumiy kimyoviy texnologiya va sanoat ekologiyasi asoslari.// ed. V. I. Ksenzenko. - M.: "KolosS", 2003 yil.

“Tehnologiyada sulfat kislota kabi tez-tez ishlatiladigan sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan boshqa modda deyarli yo'q.

Uni qazib olish uchun zavodlar bo'lmagan joyda, muhim texnik ahamiyatga ega bo'lgan boshqa ko'plab moddalarni foydali ishlab chiqarishni tasavvur qilib bo'lmaydi.

DI. Mendeleev

Sulfat kislota turli xil kimyo sanoatida qo'llaniladi:

mineral o'g'itlar, plastmassalar, bo'yoqlar, sun'iy tolalar, mineral kislotalar, yuvish vositalari;
neft va neft-kimyo sanoatida:

neftni tozalash, parafinlar ishlab chiqarish uchun;

rangli metallurgiyada:

rangli metallar ishlab chiqarish uchun - sink, mis, nikel va boshqalar.

qora metallurgiyada:

metallarni silliqlash uchun;

sellyuloza-qog‘oz, oziq-ovqat va yengil sanoatda (kraxmal, shinni ishlab chiqarish, gazlamalarni oqartirish uchun) va boshqalar.

Sulfat kislota ishlab chiqarish

Sulfat kislota sanoatda ikki usulda ishlab chiqariladi: kontaktli va azotli.

Sulfat kislota ishlab chiqarish uchun kontakt usuli

Sulfat kislota sulfat kislota zavodlarida ko'p miqdorda kontakt usulida ishlab chiqariladi.

Hozirgi vaqtda sulfat kislota ishlab chiqarishning asosiy usuli kontaktdir, chunki Bu usul boshqalarga nisbatan afzalliklarga ega:

Mahsulotni barcha iste'molchilar uchun maqbul bo'lgan sof konsentrlangan kislota shaklida olish;

- chiqindi gazlar orqali atmosferaga zararli moddalarning chiqarilishini kamaytirish

I. Sulfat kislota olish uchun ishlatiladigan xom ashyo.

Asosiy xom ashyo

oltingugurt - S

oltingugurtli pirit (pirit) - FeS 2

rangli metallar sulfidlari - Cu 2 S, ZnS, PbS

vodorod sulfidi - H 2 S

Yordamchi material

Katalizator - vanadiy oksidi - V2O5

II. Xom ashyoni tayyorlash.

Pirit FeS 2 dan sulfat kislota ishlab chiqarishni ko'rib chiqamiz.

1) Piritni maydalash. Ishlatishdan oldin piritning katta bo'laklari maydalagichlarda maydalanadi. Bilasizmi, moddani maydalaganda reaksiya tezligi ortadi, chunki... reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa yuzasi kattalashadi.

2) Piritni tozalash. Pirit maydalangandan so'ng, u flotatsiya yo'li bilan aralashmalardan (chiqindi tosh va tuproq) tozalanadi. Buning uchun maydalangan pirit katta suv idishlariga tushiriladi, aralashtiriladi, chiqindi tosh tepaga suzadi, keyin chiqindi tosh chiqariladi.

III. Asosiy kimyoviy jarayonlar:

4 FeS 2 + 11 O 2 t = 800°C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q yoki yonayotgan oltingugurt S+O2 t ° C→ SO 2

2SO2 + O2 400-500° BILAN,V2O5 , p↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Texnologik tamoyillar:

Davomiylik printsipi;

Xom ashyodan kompleks foydalanish printsipi,boshqa ishlab chiqarish chiqindilaridan foydalanish;

Chiqindisiz ishlab chiqarish printsipi;

Issiqlik uzatish printsipi;

Qarama-qarshi oqim printsipi ("suyuqlangan to'shak");

Ishlab chiqarish jarayonlarini avtomatlashtirish va mexanizatsiyalash printsipi.

V . Texnologik jarayonlar:

Davomiylik printsipi: piritni pechda yoqish → oltingugurt oksidi bilan ta'minlash ( IV ) va kislorodni tozalash tizimiga → aloqa apparatiga → oltingugurt oksidi etkazib berish ( VI ) assimilyatsiya minorasiga.

VI . Atrof-muhitni muhofaza qilish:

1) quvurlar va jihozlarning germetikligi

2) gaz tozalash filtrlari

VII. Ishlab chiqarish kimyosi :

BIRINCHI BOSHQACH - piritni "suyuqlangan to'shak" pechida pishirish.

Sulfat kislota olish uchun u asosan ishlatiladi flotatsion pirit- mis va temirning oltingugurtli birikmalari aralashmalari bo'lgan mis rudalarini boyitish jarayonida ishlab chiqarish chiqindilari. Bu rudalarni boyitish jarayoni asosiy xom ashyo yetkazib beruvchi Norilsk va Talnax konsentratsiya zavodlarida amalga oshiriladi. Bu xomashyo foydaliroq, chunki... oltingugurt piriti asosan Uralsda qazib olinadi va tabiiyki, uni etkazib berish juda qimmatga tushishi mumkin. Foydalanish mumkin oltingugurt, bu ham shaxtalarda qazib olingan rangli metall rudalarini boyitish jarayonida hosil bo'ladi. Oltingugurt yetkazib beruvchilar ham Tallin konsentratori va NOF hisoblanadi. (konsentratsiya fabrikalari).

Birinchi bosqich reaksiya tenglamasi

4FeS 2 + 11O 2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Ezilgan, tozalangan, ho'l (flotatsiyadan keyin) pirit "suyuqlangan to'shakda" yoqish uchun pechga quyiladi. Piritni to'liqroq yoqish uchun kislorod bilan boyitilgan havo pastdan o'tkaziladi (qarshi oqim printsipi). Olovli pechda harorat 800 ° C ga etadi. Pirit qiziydi va pastdan puflangan havo tufayli "to'xtatilgan holatda" bo'ladi. Bularning barchasi qaynoq qizil-issiq suyuqlikka o'xshaydi. Piritning eng kichik zarralari ham "suyuqlangan to'shakda" pishirmaydi. Shuning uchun, otish jarayoni juda tez sodir bo'ladi. Agar ilgari piritni yoqish uchun 5-6 soat kerak bo'lsa, endi bir necha soniya kerak bo'ladi. Bundan tashqari, "suyuqlangan to'shakda" 800 ° S haroratni saqlab turish mumkin.

Reaksiya natijasida ajralib chiqadigan issiqlik tufayli o'choqdagi harorat saqlanadi. Haddan tashqari issiqlik chiqariladi: suv bilan quvurlar o'choqning perimetri bo'ylab o'tadi, u isitiladi. issiq suv Ular qo'shni binolarni markaziy isitish uchun ishlatiladi.

Olingan temir oksidi Fe 2 O 3 (shlak) sulfat kislota ishlab chiqarishda ishlatilmaydi. Ammo u yig'iladi va metallurgiya zavodiga yuboriladi, u erda temir metall va uning uglerodli qotishmalari temir oksidi - po'latdan (qotishmada 2% uglerod C) va quyma temirdan (qotishmada 4% uglerod C) ishlab chiqariladi.

Shunday qilib, u bajariladi kimyoviy ishlab chiqarish printsipi- chiqindisiz ishlab chiqarish.

Pechdan chiqish pech gazi , tarkibi: SO 2, O 2, suv bug'lari (pirit nam edi!) va mayda shlak zarralari (temir oksidi). Bunday o'choq gazi shlakli qattiq zarrachalar va suv bug'larining aralashmalaridan tozalanishi kerak.

Pech gazi qattiq shlakli zarrachalardan ikki bosqichda tozalanadi - siklonda (markazdan qochma kuch ishlatiladi, qattiq shlakli zarralar siklon devorlariga uriladi va pastga tushadi). Kichik zarralarni olib tashlash uchun aralashma elektr cho'ktirgichlarga yuboriladi, bu erda tozalash ~ 60 000 V yuqori kuchlanishli oqim ta'sirida sodir bo'ladi (elektrostatik tortishish ishlatiladi, shlakli zarralar elektrostatik cho'kindining elektrlashtirilgan plitalariga yopishadi, etarli miqdorda to'planadi, ular o'zlarining tortishish kuchi ostida pastga tushadilar), o'choq gazidagi suv bug'ini olib tashlash uchun (o'choq gazini quritish) ular konsentrlangan sulfat kislotadan foydalanadilar, bu juda yaxshi qurituvchi, chunki u suvni o'zlashtiradi.

Pech gazini quritish quritish minorasida amalga oshiriladi - o'choq gazi pastdan yuqoriga ko'tariladi va konsentrlangan sulfat kislota yuqoridan pastgacha oqadi. Gaz va suyuqlik orasidagi aloqa yuzasini oshirish uchun minora keramik halqalar bilan to'ldiriladi.

Olovli quritish minorasidan chiqishda gaz endi hech qanday shlak zarralari yoki suv bug'ini o'z ichiga olmaydi. Olovli gaz endi oltingugurt oksidi SO 2 va kislorod O 2 aralashmasidir.

IKKINCHI BOSHQACH - SO 2 dan SO 3 gacha kislorod bilan katalitik oksidlanish kontakt qurilmasida.

Ushbu bosqich uchun reaksiya tenglamasi:

2 SO 2 + O 2 400-500 ° S, V 2 O 5 , p ↔ 2 SO 3 + Q

Ikkinchi bosqichning murakkabligi shundaki, bir oksidning boshqa oksidga oksidlanish jarayoni teskari bo'ladi. Shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya (SO 3 ishlab chiqarish) uchun optimal sharoitlarni tanlash kerak.

Tenglamadan kelib chiqadiki, reaktsiya teskari, ya'ni bu bosqichda muvozanat chiqish tomon siljishi uchun shunday sharoitlarni saqlash kerak. SO 3 , aks holda butun jarayon buziladi. Chunki reaktsiya hajmining pasayishi bilan sodir bo'ladi (3 V ↔2 V ), keyin bosimni oshirish kerak. Bosimni 7-12 atmosferaga oshiring. Reaksiya ekzotermikdir, shuning uchun Le Chatelier printsipini hisobga olgan holda, bu jarayonni yuqori haroratlarda amalga oshirib bo'lmaydi, chunki muvozanat chapga siljiydi. Reaksiya 420 daraja haroratda boshlanadi, lekin ko'p qatlamli katalizator (5 qatlam) tufayli biz uni 550 darajaga oshirishimiz mumkin, bu jarayonni sezilarli darajada tezlashtiradi. Ishlatilgan katalizator vanadiy (V 2 O 5). Bu arzon, uzoq muddatga (5-6 yil) xizmat qiladi, chunki... toksik aralashmalarga eng chidamli. Bundan tashqari, u muvozanatning o'ngga siljishiga hissa qo'shadi.

Aralash (SO 2 va O 2) issiqlik almashtirgichda isitiladi va quvurlar bo'ylab harakatlanadi, ular orasidan sovuq aralashma qizdirilishi uchun teskari yo'nalishda o'tadi. Natijada, bu sodir bo'ladi issiqlik almashinuvi: boshlang'ich materiallar isitiladi va reaktsiya mahsulotlari kerakli haroratgacha sovutiladi.

UCHINCHI BOSHQACH - SO 3 ning sulfat kislota tomonidan singishi assimilyatsiya minorasida.

Nima uchun oltingugurt oksidi SO 3 suvni o'zlashtirmaysizmi? Axir, oltingugurt oksidini suvda eritish mumkin edi: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . Ammo haqiqat shundaki, agar suv oltingugurt oksidini o'zlashtirish uchun ishlatilsa, sulfat kislota mayda sulfat kislota tomchilaridan tashkil topgan tuman shaklida hosil bo'ladi (oltingugurt oksidi suvda eriydi, suvda eriydi, suvda sulfat kislota ajralib chiqadi. katta miqdor issiqlik, sulfat kislota shunchalik qiziydiki, u qaynaydi va bug'ga aylanadi). Sulfat kislotali tuman hosil bo'lishining oldini olish uchun 98% konsentrlangan sulfat kislotadan foydalaning. Ikki foiz suv juda kam, suyuqlikning isishi zaif va zararsiz bo'ladi. Oltingugurt oksidi bunday kislotada juda yaxshi eriydi va oleum hosil qiladi: H 2 SO 4 nSO 3.

Bu jarayon uchun reaksiya tenglamasi:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

Olingan oleum metall rezervuarlarga quyiladi va omborga yuboriladi. Keyin tanklar oleum bilan to'ldiriladi, poezdlarga aylanadi va iste'molchiga yuboriladi.

Oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish uchun boshlang'ich reaktivlar oltingugurt yoki oltingugurt dioksidini olish mumkin bo'lgan elementar oltingugurt va oltingugurt o'z ichiga olgan birikmalar bo'lishi mumkin.

An'anaviy ravishda xom ashyoning asosiy manbalari oltingugurt va temir (oltingugurt) piritlari hisoblanadi. Oltingugurt kislotasining yarmi oltingugurtdan, uchdan bir qismi piritlardan olinadi. Tarkibida oltingugurt dioksidi bo'lgan rangli metallurgiyadan chiqindi gazlar xom ashyo balansida muhim o'rin tutadi.

Shu bilan birga, chiqindi gazlar eng arzon xom ashyo, piritlarning ulgurji narxi past, eng qimmat xom ashyo esa oltingugurtdir. Binobarin, oltingugurtdan sulfat kislota ishlab chiqarish iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq bo'lishi uchun uni qayta ishlash qiymati piritlar yoki chiqindi gazlarni qayta ishlash narxidan sezilarli darajada past bo'lgan sxema ishlab chiqilishi kerak.

Vodorod sulfididan sulfat kislota olish

Sulfat kislota nam kataliz yordamida vodorod sulfididan olinadi. Yonuvchan gazlarning tarkibiga va ularni tozalash usuliga qarab, vodorod sulfidi gazi konsentrlangan (90% gacha) va zaif (6-10%) bo'lishi mumkin. Bu uni sulfat kislotaga qayta ishlash sxemasini aniqlaydi.

1.1-rasmda konsentrlangan vodorod sulfid gazidan sulfat kislota ishlab chiqarish diagrammasi keltirilgan. 1-filtrda tozalangan havo bilan aralashtirilgan vodorod sulfidi yonish uchun 3-o'choqqa kiradi. Chiqindilarni issiqlik qozonida 4, o'choqdan chiqadigan gazning harorati 1000 dan 450 ° C gacha kamayadi, shundan so'ng gaz aloqa apparatiga kiradi 5. Aloqa massasining qatlamlaridan chiqadigan gazning harorati drenajsiz in'ektsiya yo'li bilan kamayadi. sovuq havo. Aloqa apparatidan SO 3 ni o'z ichiga olgan gaz kislota bilan sug'orilgan nozulli tozalash moslamasi bo'lgan kondensator minora 7 ga kiradi. Minoraga kirishda sug'orish kislotasining harorati 50-60 ° S, chiqishda 80-90 ° S. Ushbu rejimda minoraning pastki qismida H 2 O va SO 3 bug'lari bo'lgan gazning tez sovishi sodir bo'ladi, yuqori darajada to'yinganlik paydo bo'ladi va sulfat kislota tumanlari hosil bo'ladi (barcha ishlab chiqarilgan mahsulotlarning 30-35% gacha). tumanga o'tadi), keyinchalik elektr cho'ktirgichda ushlanadi 8. Tuman tomchilarini elektr cho'ktirgichlarda (yoki boshqa turdagi filtrlarda) yaxshiroq cho'ktirish uchun bu tomchilar katta bo'lishi maqsadga muvofiqdir. Bunga purkagich kislotasining haroratini oshirish orqali erishiladi, bu minoradan oqib chiqadigan kislota haroratining oshishiga olib keladi (kondensatsiya yuzasi haroratining oshishi) va tuman tomchilarining kattalashishiga yordam beradi. Kuchsiz vodorod sulfid gazidan sulfat kislota olish sxemasi 1.1-rasmda ko‘rsatilgan sxemadan farqi shundaki, pechga beriladigan havo issiqlik almashtirgichlarda katalizator qatlamlaridan chiqadigan gaz orqali oldindan qizdiriladi va kondensatsiya jarayoni 1.1-rasmda ko‘rsatilgan. Chemiko kontsentratori kabi qabariqli kondensator.

Gaz kislota qatlamidan ketma-ket qabariq apparatining uchta kamerasida o'tadi; ulardagi kislotaning harorati bug'lanishi issiqlikni yutib yuboradigan suv bilan ta'minlanadi. Birinchi kamerada kislotaning yuqori harorati (230-240 ° S) tufayli H 2 SO 4 bug'ining kondensatsiyasi tuman hosil bo'lmasdan sodir bo'ladi.

1-filtrli, 2-ventilyatorli, 3-pechli, 4-bug‘ni qayta tiklovchi qozon, 5-kontaktli apparat, 6-sovutgich, 7-minorali kondensator, 8-elektr cho‘kindi, 9-aylanma kollektor, 10-nasos.

1.1-rasm Yuqori konsentratsiyali vodorod sulfid gazidan sulfat kislota olish sxemasi:

Keyingi ikkita kamerada (ulardagi kislota harorati mos ravishda 160 va 100 ° C atrofida) tuman hosil bo'ladi. Biroq, kislotaning etarlicha yuqori harorati va bosimga mos keladigan gazdagi suv bug'ining katta miqdori tufayli to'yingan bug ' kameralardagi kislota ustidagi suv, katta tomchilar shaklida tuman hosil bo'lib, ular elektrostatik cho'kindiga osongina joylashadi.

Ishlab chiqarish kislotasi birinchi (gaz bo'ylab) kameradan oqib chiqadi, muzlatgichda sovutiladi va omborga etkazib beriladi. Bunday assimilyatsiya bo'linmasidagi muzlatgichlar yuzasi kondensator minorali assimilyatsiya bo'linmasidan 15 marta kichikroq, chunki issiqlikning asosiy miqdori suvning bug'lanishi bilan chiqariladi. Birinchi kamerada (ishlab chiqarish kislotasi) kislota konsentratsiyasi taxminan 93,5% ni tashkil qiladi, ikkinchi va uchinchi kameralarda mos ravishda 85 va 30% ni tashkil qiladi. .

1. Sulfat kislotaning tovar va texnologiya aniqlovchi xossalari.

Sulfat kislota kimyo sanoatining asosiy yirik mahsulotlaridan biridir. U milliy iqtisodiyotning turli sohalarida qo'llaniladi, chunki u texnologik foydalanishni osonlashtiradigan bir qator maxsus xususiyatlarga ega. Sulfat kislota chekmaydi, rangi va hidi yo'q, oddiy haroratda suyuq holatda bo'ladi va konsentrlangan shaklda qora metallarni korroziyaga olib kelmaydi. Shu bilan birga, sulfat kislota kuchli mineral kislota bo'lib, ko'plab barqaror tuzlar hosil qiladi va arzon.

Texnologiyada sulfat kislota deganda oltingugurt oksidi (VI) va turli tarkibdagi suvdan tashkil topgan tizimlar tushuniladi: p SO 3 · t H 2 O.

n = m = 1 bo'lganda sulfat kislota monohidrat (100% sulfat kislota), t > n bo'lganda - monohidratning suvdagi eritmalari, t bo'lganda< п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).

Sulfat kislota bug'i 400 o C dan yuqori qizdirilganda u quyidagi sxema bo'yicha termal dissotsiatsiyaga uchraydi:

400 o C 700 o C

2 H 2 SO 4<=>2H 2 O + 2SO 3<=>2H 2 O + 2SO 2 + O 2.

Guruch. 1. Sulfat kislotaning qo'llanilishi.

2. Sulfat kislota ishlab chiqarish uchun xom ashyo.

Mahalliy oltingugurtning tabiiy konlari unchalik katta emas, garchi uning klarki 0,1% ni tashkil qiladi. Ko'pincha oltingugurt tabiatda metall sulfidlar va metall sulfatlar shaklida uchraydi, shuningdek, neft, ko'mir, tabiiy va bog'langan gazlarning bir qismidir. Oltingugurtning katta miqdori rangli metallurgiyaning chiqindi gazlari va gazlarida oltingugurt oksidi shaklida va yonuvchi gazlarni tozalash jarayonida ajralib chiqadigan vodorod sulfidi shaklida mavjud.

Shu bilan birga, xom ashyo balansida piritlarning ulushi kamayadi, oltingugurtning ulushi esa ortadi.

3. Sulfat kislota olishning zamonaviy sanoat usullarining qisqacha tavsifi. Ishlab chiqarishni takomillashtirish yo'llari va rivojlanish istiqbollari.

bu erda I - o'choq gazini olish bosqichi (oltingugurt oksidi (IV)),

II - oltingugurt oksidi (IV) ning oltingugurt oksidi (VI) ga katalitik oksidlanishi va uning singishi (sulfat kislotaga qayta ishlash) bosqichi.

Haqiqiy ishlab chiqarishda bu kimyoviy jarayonlar xom ashyoni tayyorlash, o'choq gazini tozalash va boshqa mexanik va fizik-kimyoviy operatsiyalar bilan to'ldiriladi. Umuman olganda, sulfat kislota ishlab chiqarishni quyidagicha ifodalash mumkin:

xom ashyoni tayyorlash xom ashyoni yoqish (qovurish) o'choq gazini singdirish bilan tozalash

kontaktli gaz

Oltingugurt kislotasi

SO 2 ning SO 3 ga oksidlanish jarayoni qanday amalga oshirilishiga qarab, sulfat kislota olishning ikkita asosiy usuli mavjud.

Sulfat kislota olishning kontaktli usulida SO 2 ning SO 3 ga oksidlanishi qattiq katalizatorlarda amalga oshiriladi.

Oltingugurt trioksidi jarayonning oxirgi bosqichida - oltingugurt trioksidining singishida sulfat kislotaga aylanadi, uni reaksiya tenglamasi bilan soddalashtirish mumkin:

SO 3 + H 2 O

H 2 SO 4

Azotli (minora) usuli yordamida jarayonni amalga oshirishda kislorod tashuvchisi sifatida azot oksidlari ishlatiladi.

Oltingugurt dioksidining oksidlanishi suyuq fazada amalga oshiriladi va yakuniy mahsulot sulfat kislota hisoblanadi:

SO 3 + N 2 O 3 + H 2 O

H 2 SO 4 + 2NO

Hozirgi vaqtda sanoatda asosan sulfat kislota ishlab chiqarish uchun kontakt usuli qo'llaniladi, bu esa ko'proq intensivlikdagi qurilmalardan foydalanish imkonini beradi.

Ikki turdagi xom ashyolardan: oltingugurt (temir) piritlari va oltingugurtdan kontakt usulida sulfat kislota olish jarayonini ko'rib chiqamiz.

1) Piritlardan sulfat kislota olishning kimyoviy sxemasi ketma-ket uchta bosqichni o'z ichiga oladi:

Pirit konsentratining temir disulfidining havo kislorodi bilan oksidlanishi:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 S 3 + 8SO 2,

Oltingugurt (IV) oksidning pech gazidan ortiqcha kislorod bilan katalitik oksidlanishi:

2SO 3

Oltingugurt (VI) oksidning sulfat kislota hosil qilish uchun yutilishi:

SO 3 + H 2 O

H 2 SO 4

Texnologik loyihalash nuqtai nazaridan temir piritlardan sulfat kislota ishlab chiqarish eng murakkab va bir necha ketma-ket bosqichlardan iborat.

Ushbu ishlab chiqarishning asosiy (strukturaviy) diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2:

Guruch. 2 Yagona kontakt usuli yordamida flotatsion piritlardan sulfat kislota olishning blok diagrammasi.

Sulfat kislota ko'p miqdorda sulfat kislota zavodlarida ishlab chiqariladi.

I. Sulfat kislota ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan xom ashyo:

II. Xom ashyoni tayyorlash.

FeS2 piritidan sulfat kislota ishlab chiqarishni ko'rib chiqamiz.

1) Piritni maydalash.

Ishlatishdan oldin piritning katta bo'laklari maydalagichlarda maydalanadi. Bilasizmi, moddani maydalaganda reaksiya tezligi ortadi, chunki... reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa yuzasi kattalashadi.

2) Piritni tozalash.

Pirit maydalangandan so'ng, u flotatsiya yo'li bilan aralashmalardan (chiqindi tosh va tuproq) tozalanadi. Buning uchun maydalangan pirit katta suv idishlariga tushiriladi, aralashtiriladi, chiqindi tosh tepaga suzadi, keyin chiqindi tosh chiqariladi.

III. Ishlab chiqarish kimyosi.

Piritdan sulfat kislota ishlab chiqarish uch bosqichdan iborat.

BIRINCHI BOShQA - "suyuqlangan to'shak" pechida piritni yoqish.

Birinchi bosqich reaksiya tenglamasi

4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 + Q

Reaksiya natijasida ajralib chiqadigan issiqlik tufayli o'choqdagi harorat saqlanadi. Haddan tashqari issiqlik chiqariladi: suv bilan quvurlar o'choqning perimetri bo'ylab o'tadi, u isitiladi. Keyin issiq suv qo'shni binolarni markaziy isitish uchun ishlatiladi.

Olingan temir oksidi Fe2O3 (shlak) sulfat kislota ishlab chiqarishda ishlatilmaydi. Ammo u yig'iladi va metallurgiya zavodiga yuboriladi, u erda temir metall va uning uglerodli qotishmalari temir oksidi - po'latdan (qotishmada 2% uglerod C) va quyma temirdan (qotishmada 4% uglerod C) ishlab chiqariladi.

Shunday qilib, kimyoviy ishlab chiqarish printsipi amalga oshiriladi - chiqindisiz ishlab chiqarish.

Pechdan o'choq gazi chiqadi, uning tarkibi: SO2, O2, suv bug'lari (pirit nam edi!) va shlakning mayda zarralari (temir oksidi). Bunday o'choq gazi shlakli qattiq zarrachalar va suv bug'larining aralashmalaridan tozalanishi kerak.

Olovli gazni qattiq shlakli zarrachalardan tozalash ikki bosqichda amalga oshiriladi - siklonda (markazdan qochma kuch qo'llaniladi, qattiq shlak zarralari siklon devorlariga urilib, pastga tushadi) va elektr cho'ktirgichlarda (elektrostatik tortishish ishlatiladi, shlak zarralari yopishadi. elektrostatik cho'kindining elektrlashtirilgan plitalari, etarli miqdorda to'planishi bilan ular o'zlarining tortishish kuchi bilan tushadilar), o'choq gazidagi suv bug'ini olib tashlash uchun (pech gazini quritish), konsentrlangan sulfat kislota ishlatiladi, bu juda yaxshi qurituvchi hisoblanadi, chunki u shimib oladi. suv.

Pech gazini quritish quritish minorasida amalga oshiriladi - o'choq gazi pastdan yuqoriga ko'tariladi va konsentrlangan sulfat kislota yuqoridan pastgacha oqadi. Olovli quritish minorasidan chiqishda gaz endi hech qanday shlak zarralari yoki suv bug'ini o'z ichiga olmaydi. Olovli gaz endi oltingugurt oksidi SO2 va kislorod O2 aralashmasidir.

IKKINCHI BOSHQA - SO2 ning kislorod bilan SO3 ga oksidlanishi.

Aloqa apparatida qochqinlar.

Bu bosqich uchun reaksiya tenglamasi: 2SO2 + O2 2SO3 + Q

Ikkinchi bosqichning murakkabligi shundaki, bir oksidning boshqa oksidga oksidlanish jarayoni teskari bo'ladi. Shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya (SO3 ishlab chiqarish) uchun optimal sharoitlarni tanlash kerak.

a) harorat:

To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya ekzotermik +Q bo'lib, kimyoviy muvozanatni o'zgartirish qoidalariga ko'ra, reaktsiya muvozanatini ekzotermik reaktsiyaga o'tkazish uchun tizimdagi haroratni pasaytirish kerak. Ammo, boshqa tomondan, past haroratlarda reaktsiya tezligi sezilarli darajada pasayadi. Eksperimental ravishda kimyogar-texnologlar SO3 ning maksimal hosil bo'lishi bilan bevosita reaksiya uchun optimal harorat 400-500 ° S harorat ekanligini aniqladilar. Bu yetarli past harorat kimyoviy ishlab chiqarishda. Bunday past haroratda reaksiya tezligini oshirish uchun reaksiyaga katalizator kiritiladi. Bu jarayonning eng yaxshi katalizatori vanadiy oksidi V2O5 ekanligi eksperimental tarzda aniqlandi.

b) bosim:

To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya gazlar hajmining pasayishi bilan sodir bo'ladi: chap tomonda 3V gazlar (2V SO2 va 1V O2), o'ngda - 2V SO3 mavjud. To'g'ridan-to'g'ri reaktsiya gazlar hajmining pasayishi bilan davom etayotganligi sababli, kimyoviy muvozanatni o'zgartirish qoidalariga ko'ra, tizimdagi bosimni oshirish kerak. Shuning uchun bu jarayon yuqori bosim ostida amalga oshiriladi.

SO2 va O2 aralashmasi kontakt apparatiga kirgunga qadar uni 400-500 ° S haroratgacha qizdirish kerak. Aralashmaning isishi aloqa apparati oldida o'rnatilgan issiqlik almashtirgichda boshlanadi. Aralash issiqlik almashtirgich quvurlari orasidan o'tadi va bu quvurlar bilan isitiladi. Aloqa apparatidan issiq SO3 quvurlar ichidan o'tadi. Aloqa apparatiga kirgandan so'ng, SO2 va O2 aralashmasi kerakli haroratgacha qizishda davom etadi, kontakt apparatidagi quvurlar orasidan o'tadi.

SO2 ni SO3 ga aylantirish reaksiyasida issiqlik ajralib chiqishi hisobiga kontakt apparatida 400-500°S harorat saqlanadi. Oltingugurt oksidi va kislorod aralashmasi katalizator qatlamlariga yetib borishi bilan SO2 ning SO3 ga oksidlanish jarayoni boshlanadi.

Olingan oltingugurt oksidi SO3 kontakt apparatidan chiqib, issiqlik almashtirgich orqali assimilyatsiya minorasiga kiradi.

UCHINCHI BOSHQA - SO3 ning sulfat kislota tomonidan singishi.

Absorbsion minoradagi qochqinlar.

Nima uchun oltingugurt oksidi SO3 suvga singib ketmaydi? Axir, oltingugurt oksidini suvda eritish mumkin edi: SO3 + H2O H2SO4. Ammo haqiqat shundaki, agar suv oltingugurt oksidini singdirish uchun ishlatilsa, sulfat kislota mayda sulfat kislota tomchilaridan iborat tuman shaklida hosil bo'ladi (oltingugurt oksidi suvda eriydi, ko'p miqdorda issiqlik chiqaradi, sulfat kislota shunday qiziydi). ko'p qaynaydi va bug'ga aylanadi). Sulfat kislotali tuman hosil bo'lishining oldini olish uchun 98% konsentrlangan sulfat kislotadan foydalaning. Ikki foiz suv juda kam, suyuqlikning isishi zaif va zararsiz bo'ladi. Oltingugurt oksidi bunday kislotada juda yaxshi eriydi, oleum hosil qiladi: H2SO4 nSO3.

Bu jarayonning reaksiya tenglamasi nSO3 + H2SO4 H2SO4 nSO3

Olingan oleum metall rezervuarlarga quyiladi va omborga yuboriladi. Keyin tanklar oleum bilan to'ldiriladi, poezdlarga aylanadi va iste'molchiga yuboriladi.

Atrof-muhitni muhofaza qilish,

sulfat kislota ishlab chiqarish bilan bog'liq.

Sulfat kislota ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo oltingugurtdir. Bu eng keng tarqalganlardan biridir kimyoviy elementlar sayyoramizda.

Sulfat kislota ishlab chiqarish uch bosqichda sodir bo'ladi: birinchi bosqichda SO2, qovurish orqali FeS2, keyin SO3, so'ngra uchinchi bosqichda sulfat kislota hosil bo'ladi.

Ilmiy-texnik inqilob va u bilan bog'liq bo'lgan kimyoviy ishlab chiqarishning jadal o'sishi sezilarli salbiy o'zgarishlarni keltirib chiqarmoqda muhit. Masalan, zaharlanish toza suv, yer atmosferasining ifloslanishi, hayvonlar va qushlarning yo'q qilinishi. Natijada, dunyo ekologik inqiroz girdobida qoladi. Oltingugurt kislotasi zavodlarining zararli chiqindilari nafaqat ular tarkibidagi oltingugurt oksidining zavod yaqinida joylashgan hududlarga ta'siri bilan baholanishi kerak, balki boshqa omillarni ham hisobga olish kerak - odamlar va hayvonlarda nafas olish kasalliklari sonining ko'payishi; o'simliklarning nobud bo'lishi va uning o'sishini bostirish, ohaktosh va marmardan yasalgan konstruktsiyalarni yo'q qilish, metallarning korroziy aşınmasını oshirish. Kislota yomg'irlari tufayli me'moriy obidalar (Toj Makal) shikastlangan.

Ifloslanish manbasidan (SO2) 300 km gacha bo'lgan zonada sulfat kislota xavf tug'diradi, 600 km gacha bo'lgan zonada. - sulfatlar. Sulfat kislota va sulfatlar qishloq xoʻjaligi ekinlarining oʻsishini sekinlashtiradi. Suv havzalarini kislotalash (bahorda qor erishi natijasida tuxum va yosh baliqlarning nobud boʻlishiga sabab boʻladi. Ekologik zarardan tashqari, iqtisodiy zarar ham bor - tuproq deoksidlanish natijasida har yili katta mablagʻ yoʻqotiladi.

Eng keng tarqalgan gazsimon havo ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlashning kimyoviy usullarini ko'rib chiqaylik. 60 dan ortiq usullar ma'lum. Eng istiqbolli usullar oltingugurt oksidini ohaktosh, sulfit - ammoniy gidrosulfit eritmasi va natriy aluminatning ishqoriy eritmasi bilan singdirishga asoslangan. Oltingugurt oksidini vanadiy oksidi ishtirokida oksidlashning katalitik usullari ham qiziqish uyg'otadi.

Gazlarni ftor o'z ichiga olgan aralashmalardan tozalash alohida ahamiyatga ega, ular hatto kichik konsentratsiyalarda ham o'simliklarga zararli ta'sir ko'rsatadi. Agar gazlar tarkibida ftor vodorod va ftor bo'lsa, ular 5-10% natriy gidroksid eritmasiga qarshi oqim bilan o'ralgan ustunlar orqali o'tkaziladi. Quyidagi reaktsiyalar bir daqiqa ichida sodir bo'ladi:

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

HF+NaOH->NaF+H2O;

Olingan natriy ftorid natriy gidroksidni qayta tiklash uchun qayta ishlanadi.