Пост опубликован: 15.08.2012

Концентрирование серной кислоты

При нитрозном методе производства продуктом является башенная кислота (концентрацией около 75%).
В ряде производств (для органических синтезов, производства взрывчатых веществ и др.) необходима кислота концентрации 92-96%.
Из башенной кислоты концентрированную получают, удаляя при нагревании более летучий компонент-воду. Зависимость температуры кипения раствора и температуры конденсации паров от состава смеси H2SO4 — Н20 (при 760 мм) представлена диаграммой из которой видно, что оба компонента образуют нераздельно — кипящую смесь, состоящую из 98,3% H2SO4 и 1,7% Н20 с точкой кипения 336,6° С.
Таким образом, выпаривать всю воду из разбавленной кислоты невозможно. Концентрировать слабые серные кислоты можно лишь до 98,3%; концентрированная кислота («купоросное масло») содержит 92,5-94% H2S04.
При упаривании серной кислоты в качестве теплоносителя используются продукты горения таких видов топлива: кокса, антрацита, мазута и газа.
При концентрировании часть кислоты разлагается, часть увлекается в виде тумана, и поэтому выходящие газы пропускаются через улавливатели брызг и тумана. Унос при концентрировании доходит до 8%, а безвозвратные потери — до 4%. Наиболее распространены барабанные концентраторы, обладающие большой производительностью.
Основной аппарат (рис. 55) в установке — концентратор- представляет собой горизонтальный стальной цилиндр (барабан) диаметром около 3 м и 7 м длиной, футерованный изнутри
Кислота поступает во вторую камеру, а затем в первую, где она концентрируется до 92-94%-ной H2S04. Горячие топочные газы при 800-950° С по трубам из хромистого чугуна, опушенным в кислоту, поступают в первую камеру, проходят вторую и уходят из концентратора, унося пары воды и туман серной кислоты. Выходящая с температурой 240° С кислота охлаждается в холодильнике.
Схема для получения концентрированной серной кислоты. Топочные газы образуются в топке, куда поступают мазут или газ и воздух, нагнетаемый вентилятором. Топка представляет собой стальной цилиндр, футерованный огнеупорным кирпичом. Горячие газы из топки идут в концентратор, а оттуда в электрофильтр, где улавливаются брызги и туман серной кислоты.
Расходные коэффициенты на 1 т H2S04 при концентрировании 75%-ной H2S04 составляют около 56 кг мазута, 12,5 кет ч электрической энергии, 10 м3 воды, 25 кг пара и около 1500 м3 воздуха.
Применяются также установки с горелками, в которых горение газа происходит в пространстве ниже уровня упариваемой кислоты, вследствие чего тепло хорошо используется.
Кроме описанных концентраторов, работающих при атмосферном давлении, применяются также вакуум-выпарные аппараты, в которых благодаря создаваемому вакууму значительно снижается температура кипения кислоты (например, при 760 мм. ст. 95%-ная H2S04 кипит при 300°С, а при 4 мм. ст.- при 120° С).
Для концентрирования серной кислоты применяют также аппараты, работающие по принципу дистилляционных колонн тарельчатого устройства, башенные концентраторы и др.
Вначале при контактном окислении S02 применяли платиновый катализатор, в котором тонкий слой платины покрывал носители с большой удельной поверхностью (асбест, сернокислый магний, силикагель и др.). При использовании платинового катализатора степень превращения достигает 96-99% (при температуре 400-450°). В настоящее время платиновый катализатор заменен ванадиевым на носителе из силикагеля. Замена платины ванадиевой контактной массой объясняется, главным образом, высокой стоимостью платины и тем, что она легко отравляется контактными ядами: мышьяком, хлором, парами воды и др. От этих примесей нужно освободить печной газ путем сложной очистки.
Ванадиевый катализатор не отравляется парами воды, он менее чувствителен к мышьяку и к тому же значительно дешевле платины; однако, очистка газа от неизбежна и при ванадиевом катализаторе.
Большое распространение в СССР получила масса для ванадиевого катализатора, известная под названием БАВ (барий — алюминий — ванадий). Состав массы соответствует приблизительно такому соотношению: V205, 12Si02, 2К20, , 0,5 А1203; в нем активный компонент V205(8-9%), а остальные являются носителями и активаторами. В разработке ванадиевых масс и теории их действия большую роль сыграли наши ученые.
При приготовлении массы БАВ исходят из раствора ванадата калия KV03, жидкого стекла, хлористого бария, хлористого алюминия и хлористого калия по определенной рецептуре. Катализатор выпускается в форме гранул, таблеток, цилиндров и др. последние годы разработаны новые методы получения ванадиевых катализаторов.
Применяемый в настоящее время катализатор СВД (на диатомите), приготовляют не из растворов, а смешением смоченных порошков компонентов с последующим гранулированием; высушенный катализатор содержит 7-8% пяти? окиси ванадия.
Проследим на основании приведенной формулы, как изменяется скорость окисления S02 от температуры. От температуры зависят Как и, причем с повышением температуры также растет, но уменьшается. Поэтому зависимость скорости окисления S02 при определенной степени от температуры проходит через максимум, как схематически показано для ряда кривых, отличающихся различной степенью (цифры на кривых показывают значение).
Как видно из рисунка, для увеличивающейся степени окисления максимумы сдвинуты в сторону уменьшения температуры.
Ход кривых зависит от состава газа. Поэтому оптимальную температуру надо менять по мере окисления S02 в SO3, начиная процесс при более высокой температуре и снижая ее по мере, роста степени.
На практике в реакцию вводят газ, нагретый немного выше температуры зажигания; так, например, на ванадиевом катализаторе газ направляют при 440г С в первый слой катализатора
. До достижения оптимальной температуры без отвода выделяющегося тепла. Газ нагревается здесь теплом реакции до 600° С, достигая степени превращения около 73% затем его охлаждают непрерывно или периодически, в зависимости от конструкции контактного аппарата.
По способу отвода тепла контактные аппараты отличаются друг от друга. Теплообмен осуществляется в самих контактных аппаратах, снабженных теплообменными трубами, проходящими через контактную массу, и в теплообменниках, находящихся между слоями или вне контактных аппаратов.
Важно отметить, что при правильной организации процесса и теплообмена выделяющейся при катализе теплоты реакции превращения S02 в SO3 достаточно для нагревания холодных газов, поступающих на. Лишь вначале при пуске системы или нарушениях режима газ приходится подогревать в особых, так называемых пусковых (огневых) подогревателях, отапливаемых углем или другими видами топлива.
Процесс окисления S02 в SO3 проводят преимущественно в со ступенчатым в четыре или пять стадий. На рис. 60 изображен современный контактный аппарат. Он состоит из стального цилиндрического корпуса, расширяющегося в нижней части. Внутри контактного аппарата имеются теплообменники 1, 2, 3.
Контактная масса размещена на решетках, которые установлены на подставках, лежащих на трубных решетках теплообменников. Нумерация слоев ведется сверху вниз, по ходу газа. Газ, содержащий S02, поступает в межтрубное пространство наружного теплообменника 4, по внутренним трубам которого движутся горячие газы после контактного аппарата. Нагретый здесь газ идет в контактный аппарат, где он сначала проходит последовательно межтрубные пространства промежуточных теплообменников.
В теплообменниках имеются перегородки, направляющие поток газа перпендикулярно к теплообменным трубам. Из первого теплообменника газ, нагретый до 440-450° С, направляется в первый слой контактной массы, реагирует и нагревается. Затем он охлаждается в трубах первого теплообменника, поступает во второй слой контактной массы и т. д.
Для регулирования температуры на входе в каждый слой контактной массы с помощью задвижек 5 и 6 изменяют количество газа, поступающего в межтрубное пространство соответствующего промежуточного теплообменника.
Производительность четырехслойных контактных аппаратов составляет 240 т серной кислоты в сутки и больше. Эти аппараты просты в обслуживании, устойчивы в работе, обеспечивают высокий процент и занимают меньше места, чем прежние.

/> />

Читайте так же:

    Комментарии запрещены.