Сушильно –абсорбционное отделение производства серной кислоты Основной аппарат – олеумный абсорбер

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБЩЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  ИМЕНИ

В.С. ЧЕРНОМЫРДИНА

 

 

 

 

ФАКУЛЬТЕТ : ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

КАФЕДРА : «ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине «Технология химических производств»

 

 

ТЕМА: «Сушильно –абсорбционное отделение производства серной кислоты

               Основной аппарат – олеумный абсорбер»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       Выполнила студентка 

                                                               4-го курса 408259

                                                                       Специальность 080502

                                                        Вахтина А.А.

                                                    Проверил :

 

 

 

 

Москва 2012 г.

Оглавление

1. Введение

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 Серная  кислота – наиболее сильная  и самая дешевая кислота. Среди  минеральных кислот, производимых  химической промышленностью, серная  кислота по объему производства  и потребления занимает первое место.

Серная  кислота не дымит, в концентрированном  виде не разрушает черные металлы, в  то же время является одной из самых  сильных кислот, в широком диапазоне  температур (от –40…-20 до 260 – 336,5*С) находится  в жидком состоянии. Она широко используется в производстве минеральных удобрений, различных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное  применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется  в процессах нейтрализации, травления  и т.д. Наиболее важные области применения серной кислоты отражены на схеме.Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Окисление SO2 в SO3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы. В настоящее время контактным методом получают концентрированную серную кислоту, олеум и 100% серный ангидрид.

Одновременно  с увеличением объема производства серной кислоты расширяется ассортимент  продукции сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO2, высококачественного олеума и  кислоты, а также увеличивается  производство новых продуктов на основе SO2. Кроме олеума, концентрированной  серной кислоты и аккумуляторной кислоты, отечественные заводы выпускают  также более чистую контактную кислоту  улучшенного качества (для производства искусственного волокна, титановых белил и др.), чистый олеум, химически чистую и реактивную серную кислоту.

За последние  годы в процессе производства серной кислоты внесены существенные улучшения. Широко применяется обжиг колчедана  в кипящем слое и сжигание серы в циклонной печи, значительно  увеличивается использование тепла, выделяющегося при обжиге сырья, и на других стадиях производства серной кислоты. Непрерывно повышается производительность башенных сернокислотных систем в результате поддержания  оптимального технологического режима, разработанного на основе исследований; интенсивность башенных систем достигает 250 кг/м3 в сутки. Освоен контактно-башенный процесс производства серной кислоты, при котором расход HNO3 составляет 6 – 7 кг на 1 тонну H2SO4.

В контактном методе производства серной кислоты  окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В настоящее время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.

В качестве катализаторов контактного процесса теперь применяется термически стойкая  ванадиевая контактная масса (в виде гранул и колец) с пониженной температурой зажигания. Проведены работы по освоению процесса окисления SO2 в кипящем  слое катализатора. Важным усовершенствованием  является двойное контактирование, при котором обеспечивается высокая степень окисления SO2 на катализаторе (до 99,8%) и потому исключается необходимость в дополнительной санитарной очистке отходящих газов.Внедряется процесс конденсации H2SO4, заменяющий абсорбцию серного ангидрида.

Также для  производства серной кислоты используют ангидрид или безводный сульфат  кальция CaSO4, гипс или двуводную соль CaSO4*2H2O и фосфогипс, представляющий собой отход производства концентрированных фосфорных удобрений (смесь гипса, соединений фтора, окислов фосфора, SO2 и других примесей).

В нитрозном  способе катализатором служат оксиды азота. Окисление SO2 происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в  башнях с насадкой. Поэтому нитрозный  способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность нитрозного метода состоит в том, что обжиговый  газ обрабатывается серной кислотой, в которой растворены окислы азота. Сернистый ангидрид обжигового газа поглощается нитрозой, и затем  окисляется окислами азота по реакции: SO2 + N2O3 + H2O = H2SO4 + 2NO. Образующийся NO плохо растворим в нитрозе и выделяется, а затем частично окисляется кислородом до NO2. Смесь NO и NO2 вновь поглощается H2SO4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсорбция триоксида серы

 

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.

 nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3+Q………(3)

 если n>1, то получается олеум (раствор SO3 в H2SO4)

 если n=1, то получается моногидрат (98,3% H2SO4)

 если  n<1, то получается разбавленная серная кислота

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO3 из газовой  фазы. Для полного извлечения SO3 необходимо, чтобы равновесное парциальное  давление SO2 над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако, в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO3 будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде – азоте, т.е. с образованием сернокислотного тумана:

 SO3(г) + H2O(г) H2SO4(г) H2SO4(туман) ; Q>0

Туман плохо  улавливается в обычной абсорбционной  аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда и возрастают потери серной кислоты.

 Высказанные  соображения позволяют решить  вопрос о выборе абсорбента. Оптимальным  абсорбентом является 98,3%-ная серная  кислота (техническое название  – моногидрат), соответствующая  азеотропному составу. Действительно,  над этой кислотой практически  нет ни паров воды, ни паров  SO3. Протекающий при этом процесс  можно условно описать уравнением  реакции:

SO3 + nH2SO4 + H2O= (n+1) H2SO4

 Использование в качестве поглотителя менее концентрированной серной кислоты может привести к образованию сернокислотного тумана, а над 100%-ной серной кислотой или олеумом в паровой фазе довольно велико равновесное парциальное давление SO3, поэтому он будет абсорбироваться не полностью. Однако если в качестве одного из продуктов процесса необходимо получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и абсорбцию 98,3%-ной кислотой (2-й абсорбер).

В принципе при высоких температурах над 98,3%-ной кислотой может быть значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также будет снижать степень абсорбции SO3. Ниже 100*С равновесное давление паров H2SO4 очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции.

Таким образом, для обеспечения высокой степени  поглощения следует поддерживать в  абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100*С. Однако в процессе абсорбции SO3 происходит закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H2SO4 при однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1-1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая высокую кратность циркуляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АБСОРБЦИОННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОГО КОНТАКТНОГО ЗАВОДА

В абсорберах серная кислота извлекает  из газовой смеси только триоксид серы, остальная часть газа, пройдя абсорберы, удаляется в атмосферу. Обычно S0₃ поглощается в двух последовательно соединенных абсорберах: в первом — олеумном и во втором — моногидратном (рис.1.)

Из контактного отделения газ  поступает в ангидридный холодильник, а затем в олеумный абсорбер (см. рис. 1). Поглощая серный ангидрид, олеум нагревается за счет тепла реакции образования H₂S0₄. Горячий концентрированный олеум вытекает из абсорбера 2 в сборник; сюда же добавляется необходимое количество моногидрата для разбавления. Из сборника олеум перекачивается через трубчатый холодильник 5 (или холодильник другого типа) на орошение абсорбера 2. Часть олеума непрерывно передается на склад или используется для получения концентрированной кислоты.

Газ из олеумного абсорбера 2 поступает в моногидратный абсорбер 3, орошаемый 98,3%-ной серной кислотой (моногидрат). При поглощении триоксида серы кислота нагревается и концентрация ее повышается. Из абсорбера 3 моногидрат стекает в сборник, куда для разбавления добавляется кислота из сушильной башни или вода. Горячая кислота из сборника перекачивается для охлаждения в оросительный холодильник 4 и вновь поступает на орошение моногидратного абсорбера 3.Часть моногидрата непрерывно передается в олеумный сборник и, в сушильную башню. Газы из моногидратного абсорбера проходят фильтр 6 для выделения брызг и тумана серной кислоты и выводятся в атмосферу.

Для для выпуска всей продукции в виде стандартного олеума доля триоксида серы, поглощаемого в олеумном абсорбере, должна составлять 31% всего количества S0₃. В действительности, в олеумном абсорбере поглощается до 70% SO3. Вследствие этого уменьшается нагрузка на моногидратный абсорбер, но в нем образуется меньше серной кислоты, чем требуется для разбавления, олеума и поддержания его заданной концентрации. Чтобы предотвратить нарушение установленного режима абсорбции, часть олеума направляют в сборник моногидрата и разбавляют сушильной .кислотой или водой до концентрации моногидрата.

Основной показатель работы абсорбционного    отделения - полнота абсорбции SO3; при оптимальном режиме моногидратного абсорбера отходящие газы практически прозрачны, в них содержатся только следы сердаой кислоты.  При концентрации кислоты, орошающей моногидратный абсорбер, менее и более 98,3%  H2SO4 образуется туман и отходящие газы становятся видимыми. В моногидратном абсорбере туман образуется также при повышенной влажности газа. Обычно в газе после сушильных- башен остается 0.01% водяных паров. Поскольку в газе после контактного аппарата содержится большое количество SО₃, то при охлаждении газа пары воды полностью, превращаются  в  пары H2SO4,  концентрация  которых составляет также 0,01%, или 0,437 г/м³.

Пары серной кислоты конденсируются на поверхности насадки абсорбера. При очень низкой температуре    орошающей кислоты или при повышенной влажности газа (содержание серной кислоты в газе более 0,437 г/м³) часть паров серной кислоты конденсируется в объеме с образованием тумана, который не осаждается в абсорберах и выбрасывается в атмосферу.

При отсутствии ангидридных холодильников и при высокой температуре газа на выходе в абсорбер газовая фаза иногда обогащается парами серной кислоты за счет местного перегрева олеума на некоторых участках олеумного абсорбера (внизу) и испарения серной кислоты. В таких случаях содержание сернокислотного тумана в отходящих газах повышается.

Аппаратура абсорбционного отделения

Олеумный (первый) абсорбер. Газ из контактных аппаратов поступает в олеумный абсорбер, который представляет собой скруббер с насадкой (рис. 2), выполненный в виде стального вертикального цилиндра 1. В нижней части его расположена колосниковая решетка 2, на которую укладывают насадку 3 (стальные и керамические кольца).

На старых заводах стенки абсорбера футерованы кислотоупорным кирпичом, а колосниковая решетка смонтирована из андезитовых или других кислотоупорных плит. На новых контактных заводах стальные стенки олеумного абсорбера не футерованы, колосниковая решетка смонтирована из стальных балок.

Для равномерного распределения  кислоты по насадке абсорбера применяются различные устройства и приспособления - стальные плиты, в которые вставлены стальные или фарфоровые трубки, распределительные желоба, распылители и др. На новых контактных заводах устанавливают стальные распределители кислоты, по конструкции аналогичные устройствам для распределения сушильной кислоты.

Поскольку даже для выпуска  всей продукции в виде олеума только 1/3 триоксида серы должна поглощаться в олеумном абсорбере, поверхность соприкосновения в нем газа с орошающим олеумом может быть небольшой, вследствие чего на некоторых заводах устанавливают олеумные абсорберы без насадки. Необходимая поверхность соприкосновения газа с жидкостью создается путем разбрызгивания олеума.