KEMENTERIAN PENDIDIKAN REPUBLIK BELARUS

UNIVERSITAS EKONOMI NEGARA BELARUSIA

Departemen Teknologi

Pekerjaan individu dengan topik:

"Produksi asam sulfat dengan metode kontak".

Diselesaikan oleh mahasiswa tahun 1 FBD: Klimenok M.A.

Diperiksa oleh guru: Tarasevich V.A.

Minsk 2002

· Abstrak

Deskripsi metode kontak untuk produksi asam sulfat

· Diagram skema produksi asam sulfat dengan metode kontak

Dinamika biaya tenaga kerja dalam perkembangan proses teknologi

Perhitungan tingkat teknologi, persenjataan dan produktivitas tenaga kerja yang hidup

· Kesimpulan

Literatur dan sumber

Karya ini terdiri dari 12 halaman.

Kata kunci: Asam sulfat, Metode kontak, Reaksi, Teknologi produksi, Dinamika biaya tenaga kerja, Teknologi proses.

Dalam makalah ini, teknologi untuk produksi asam sulfat dengan metode kontak telah dipelajari dan dijelaskan. Ilustrasi, diagram, grafik, dan tabel yang mencerminkan esensi dari proses teknologi diberikan. Tren yang paling penting dalam pengembangan produksi asam sulfat dengan metode kontak disorot.

Analisis dinamika biaya tenaga kerja hidup dan tenaga kerja masa lalu, serta dinamika biaya tenaga kerja selama pengembangan proses teknologi, dilakukan. Tingkat teknologi, persenjataan itu, dan produktivitas kerja hidup dihitung. Kesimpulan dan kesimpulan yang tepat dibuat.

Deskripsi metode kontak untuk produksi asam sulfat

Sejumlah besar kadar asam sulfat diproduksi dengan metode kontak, termasuk oleum yang mengandung 20% ​​SO3 bebas, vitriol (92,5% H 2 SO 4 dan 7,5% H 2 O), asam baterai, dengan konsentrasi yang hampir sama dengan dan minyak vitriol, tetapi lebih murni.

Metode kontak untuk produksi asam sulfat meliputi tiga tahap: pemurnian gas dari pengotor yang berbahaya bagi katalis; oksidasi kontak belerang dioksida menjadi anhidrida sulfat; penyerapan anhidrida sulfat oleh asam sulfat. Langkah utama adalah oksidasi kontak SO 2 menjadi SO 3 ; nama operasi ini juga disebut metode keseluruhan.

Oksidasi kontak belerang dioksida adalah contoh khas dari katalisis eksotermik oksidatif heterogen. Ini adalah salah satu sintesis katalitik yang paling banyak dipelajari.

Kesetimbangan reaksi reversibel
2SO2 + O2 >< 2 SO 3 + 2 x 96,7 кдж (500 оС) (а)
sesuai dengan prinsip Le Chatelier, ia bergeser ke arah pembentukan SO 3 dengan penurunan suhu dan peningkatan tekanan; karenanya, tingkat kesetimbangan konversi SO 2 menjadi SO 3 meningkat

Perlu dicatat bahwa peningkatan tekanan secara alami meningkatkan laju reaksi (a). Namun, tidak rasional untuk menggunakan peningkatan tekanan dalam proses ini, karena, selain gas yang bereaksi, akan diperlukan untuk mengompresi nitrogen pemberat, yang biasanya membentuk 80% dari seluruh campuran, dan oleh karena itu katalis digunakan secara aktif dalam proses ini. siklus produksi.

Katalis yang paling aktif adalah platina, tetapi telah tidak digunakan lagi karena biaya tinggi dan mudah diracuni oleh pengotor dalam gas pemanggangan, terutama arsenik. Oksida besi murah, tetapi dengan komposisi gas biasa - 7% SO2 dan 11% O2, ia menunjukkan aktivitas katalitik hanya pada suhu di atas 625 ° C, mis. saat xp 70%, maka dari itu digunakan hanya untuk oksidasi awal SO2 hingga mencapai xp 50-60%. Katalis vanadium kurang aktif dibandingkan dengan platinum, tetapi lebih murah dan diracuni oleh senyawa arsenik beberapa ribu kali lebih sedikit daripada platinum; ternyata yang paling rasional dan satu-satunya yang digunakan dalam produksi asam sulfat. Massa kontak vanadium mengandung rata-rata 7% V2O5; aktivator adalah oksida logam alkali, aktivator K2O biasanya digunakan; pembawa adalah aluminosilikat berpori. Saat ini katalis yang digunakan berupa senyawa SiO2, K dan/atau Cs, V dalam berbagai proporsi. Senyawa semacam itu ternyata paling tahan terhadap asam dan paling stabil. Di seluruh dunia, nama yang lebih tepat adalah "mengandung vanadium". Katalis semacam itu dirancang khusus untuk beroperasi pada suhu rendah, yang menghasilkan emisi yang lebih rendah ke atmosfer. Selain itu, katalisis semacam itu lebih murah daripada kalium / vanadium. Senyawa kontak vanadium konvensional adalah butiran berpori, tablet atau cincin (Gbr. 1).

Di bawah kondisi katalisis, kalium oksida diubah menjadi K2S2O7, dan massa kontak umumnya merupakan pembawa berpori, permukaan dan pori-porinya dibasahi dengan film larutan vanadium pentoksida dalam kalium pirosulfat cair.
Massa kontak vanadium dioperasikan pada suhu dari 400 hingga 600 °C. Dengan peningkatan suhu di atas 600 °C, penurunan aktivitas katalis yang ireversibel dimulai karena sintering komponen dengan pembentukan senyawa tidak aktif yang tidak larut dalam kalium pirosulfat. Saat suhu menurun, aktivitas katalis menurun tajam karena konversi vanadium pentavalen menjadi vanadium tetravalen dengan pembentukan vanadil VOSO4 aktivitas rendah.

Proses katalisis terdiri dari tahap-tahap berikut: 1) difusi komponen yang bereaksi dari inti aliran gas ke butiran, dan kemudian di pori-pori massa kontak; 2) penyerapan oksigen oleh katalis (transfer elektron dari katalis ke atom oksigen); 3) penyerapan molekul SO2 dengan pembentukan katalis kompleks SO2 * O *; 4) penataan ulang elektron dengan pembentukan katalis kompleks SO2*; 5) desorpsi SO3 dari pori-pori massa kontak dan dari permukaan butiran.

Dengan butiran besar dari massa kontak, laju total proses ditentukan oleh difusi reagen (tahap ke-1 dan ke-6). Biasanya berusaha keras untuk mendapatkan butiran dengan diameter tidak lebih dari 5 mm; dalam hal ini, proses berlangsung pada tahap pertama oksidasi di daerah difusi, dan terakhir (pada x 80%) di daerah kinetik.

Karena penghancuran dan penumpukan butiran, kontaminasi lapisan, keracunan katalis dengan senyawa arsenik dan kerusakan suhunya jika terjadi pelanggaran yang tidak disengaja terhadap rezim, massa kontak vanadium diganti rata-rata setelah 4 tahun. Namun, jika pemurnian gas yang diperoleh dengan memanggang pirit terganggu, maka pengoperasian peralatan kontak terganggu karena keracunan lapisan pertama massa kontak setelah beberapa hari. Untuk mempertahankan aktivitas katalis, digunakan pembersihan gas halus dengan metode basah.

Diagram skematis produksi asam sulfat dengan metode kontak

Bahan baku terbaik untuk produksi belerang dioksida adalah belerang, yang dilebur dari batuan alam yang mengandung belerang, dan juga diperoleh sebagai produk sampingan dalam produksi tembaga, pemurnian gas, dll. Belerang meleleh pada suhu 113 derajat C, mudah menyala dan terbakar dalam tungku sederhana (Gbr. 2). Ternyata gas dengan konsentrasi tinggi, dengan sedikit kandungan pengotor berbahaya.

Pembakaran belerang terjadi menurut reaksi S + O 2 > SO 2 + 296 kJ. Faktanya, belerang meleleh dan menguap sebelum pembakaran (bp ~ 444 ° C) dan terbakar dalam fase gas. Dengan demikian, proses pembakaran itu sendiri bersifat homogen.

Kompresor dan ruang bakar

belerang yang tidak terbakar
Udara untuk pembakaran dan afterburning belerang
belerang cair
Udara terkompresi
Produk - gas pemanggangan

diagram alir produksi asam sulfat

1 - menara cuci pertama; 2 - menara cuci ke-2 dengan nosel; 3 - presipitator elektrostatik basah; 4 - menara pengering dengan nosel; 5 - turbocharger; 6 - penukar panas berbentuk tabung; 7 - perangkat kontak; 8 - pendingin gas berbentuk tabung; 9 dan 10 - menara absorpsi dengan nosel; 11 - pompa sentrifugal; 12 - pengumpul asam; 13 - lemari es asam

Gas pemanggangan setelah pembersihan kasar dari debu dalam presipitator elektrostatik cinder pada suhu sekitar 300 ° C memasuki menara cuci berlubang (Gbr. 3: 1.2), di mana asam sulfat dingin (75% H 2 SO 4) disemprotkan. Ketika gas didinginkan, anhidrida sulfat dan uap air yang ada di dalamnya mengembun dalam bentuk tetesan kecil. Oksida arsenik larut dalam tetesan ini. Kabut asam arsenik terbentuk, yang sebagian ditangkap di menara pertama dan di menara kedua dengan nosel keramik. Pada saat yang sama, residu debu, selenium, dan kotoran lainnya ditangkap. Asam sulfat kotor terbentuk (hingga 8% dari total output), yang dikeluarkan sebagai produk non-standar. Pembersihan akhir gas dari kabut asam arsenat yang sulit dipahami dilakukan dalam filter basah (Gbr. 3: 3), yang dipasang secara seri (dua atau tiga). Filter basah bekerja dengan cara yang sama seperti filter kering. Tetesan kabut diendapkan pada elektroda pengumpul berbentuk tabung yang terbuat dari timah atau plastik ATM dan mengalir ke bawah. Pembersihan gas diselesaikan dengan mengeringkannya dari uap air dengan minyak vitriol di menara dengan pengepakan (Gbr. 3: 4). Biasanya dua menara pengering dipasang. Menara, saluran gas dan pengumpul asam di bagian perawatan biasanya baja, dilapisi dengan batu bata tahan asam atau ubin diabas. Sulfur dioksida kering dan anhidrida sulfat tidak korosif, sehingga semua peralatan selanjutnya hingga penyerap monohidrat dapat dipasang dari baja karbon biasa tanpa perlindungan korosi.

Sejumlah besar peralatan menciptakan resistensi yang signifikan terhadap aliran gas (hingga 2 m w.c.), sehingga turbocharger dipasang untuk mengangkut gas (Gbr. 3: 5). Kompresor, menyedot gas dari tungku melalui semua peralatan, memompanya ke rakitan kontak.

Rakitan kontak (Gbr. 3: 6,7,8) terdiri dari peralatan kontak, penukar panas shell-and-tube dan tidak ditunjukkan dalam diagram (Gbr. 4). pemanas gas penyala api. Dalam penukar panas pemanas awal, gas dipanaskan sebelum memasuki peralatan selama start-up atau ketika suhu dalam peralatan turun di bawah normal.
Perangkat kontak rak biasanya digunakan. Perangkat semacam itu memiliki tubuh silindris dengan diameter 3 hingga 10 dan tinggi 10-20 m Empat atau lima kisi dipasang di dalam tubuh dengan lapisan butiran massa kontak di masing-masingnya. Penukar panas berbentuk tabung atau kotak menengah dipasang di antara lapisan massa kontak. Diagram menunjukkan peralatan kontak empat lapis, meskipun peralatan lima lapis lebih sering digunakan, tetapi prinsip operasinya sangat mirip, perbedaannya hanya pada satu lapisan katalis lagi. Gas segar dipanaskan oleh panas dari gas panas yang bereaksi, pertama dalam penukar panas eksternal, kemudian sebagian atau seluruhnya melewati tiga atau empat penukar panas internal untuk pemanasan berturut-turut, pada 440-450 ° C memasuki lapisan pertama dari massa kontak. Suhu ini dikendalikan dengan membuka katup. Tujuan utama dari penukar panas internal adalah untuk mendinginkan sebagian teroksidasi dan gas yang dipanaskan dalam unggun katalis, sehingga rezim secara bertahap mendekati kurva suhu optimum.

Perangkat kontak rak - salah satu jenis perangkat kontak yang paling umum. Prinsip operasinya adalah bahwa pemanasan dan pendinginan gas antara lapisan katalis yang terletak di rak dilakukan dalam peralatan kontak itu sendiri dengan menggunakan berbagai pembawa panas atau metode pendinginan. Dalam peralatan jenis ini, ketinggian setiap katalis yang mendasarinya lapisan lebih tinggi dari yang terletak di atasnya, yaitu. meningkat di sepanjang aliran gas, dan ketinggian penukar panas berkurang, karena ketika tingkat konversi total meningkat, laju reaksi menurun dan, karenanya, jumlah panas yang dilepaskan berkurang. Dalam anulus penukar panas, gas segar mengalir secara berurutan dari bawah ke atas, mendinginkan produk reaksi dan memanas hingga suhu awal reaksi.

Produktivitas perangkat kontak dalam hal H 2 SO 4, tergantung pada ukurannya, berkisar antara 50 hingga 500 ton per hari H 2 SO 4 . Desain perangkat kontak dengan kapasitas 1000 dan 2000 ton per hari telah dikembangkan. 200-300 liter massa kontak per 1 ton output harian dimuat ke dalam peralatan. Peralatan kontak berbentuk tabung lebih jarang digunakan untuk oksidasi SO2 daripada peralatan rak. Untuk oksidasi sulfur dioksida konsentrasi tinggi, adalah rasional untuk menggunakan peralatan kontak dengan unggun katalis terfluidisasi.

Penyerapan anhidrida sulfat menurut reaksi SO 3 +H 2 O = H 2 SO 4 +9200 J biasanya dilakukan di menara dengan kemasan (Gbr. 3: 9.10), karena penyerap bubbling atau busa dengan intensitas kerja tinggi memiliki peningkatan resistensi hidrolik. Jika tekanan parsial uap air di atas asam penyerap adalah signifikan, maka SO3 bergabung dengan H2O dalam fase gas dan membentuk tetesan kecil kabut asam sulfat yang sulit dipahami. Oleh karena itu, penyerapan dilakukan dengan asam pekat. Yang terbaik dalam hal kapasitas penyerapan adalah asam yang mengandung 98,3% H 2 SO 4 dan memiliki elastisitas uap air dan SO 3 yang dapat diabaikan. Namun, dalam satu siklus di menara tidak mungkin untuk memperbaiki asam dari 98,3% menjadi oleum standar yang mengandung 18,5-20% anhidrida sulfat bebas. Karena efek termal yang besar dari penyerapan selama proses adiabatik di menara, asam dipanaskan dan penyerapan berhenti. Oleh karena itu, untuk mendapatkan oleum, penyerapan dilakukan di dua menara yang dipasang secara berurutan dengan nosel: yang pertama diairi dengan oleum, dan yang kedua dengan asam sulfat 98,3%. Untuk meningkatkan penyerapan, baik gas dan asam yang masuk ke penyerap didinginkan, sehingga meningkatkan gaya penggerak proses.

Di semua menara produksi kontak, termasuk penyerap, jumlah asam refluks berkali-kali lebih besar dari yang diperlukan untuk menyerap komponen gas (H 2 O, SO 3) dan ditentukan oleh keseimbangan panas. Untuk mendinginkan asam yang bersirkulasi, kulkas irigasi biasanya dipasang, di dalam pipa yang diairi dari luar dengan air dingin, asam yang didinginkan mengalir.

Produksi asam sulfat sangat disederhanakan dengan pemrosesan gas yang diperoleh dengan membakar belerang alami yang telah dilelehkan dan disaring, yang hampir tidak mengandung arsenik. Dalam hal ini, belerang murni dibakar di udara yang sebelumnya telah dikeringkan dengan asam sulfat di menara yang dikemas. Ternyata gas 9% SO2 dan 12% O2 pada suhu 1000 ° C, yang pertama diarahkan di bawah ketel uap, dan kemudian tanpa pemurnian ke dalam peralatan kontak. Intensitas peralatan lebih besar dari pada gas pirit, karena peningkatan konsentrasi SO2 dan O2. Tidak ada penukar panas dalam peralatan, karena suhu gas dikurangi dengan menambahkan udara dingin di antara lapisan. Penyerapan SO3 dilakukan dengan cara yang sama seperti pada diagram alir.

Tren terpenting dalam pengembangan produksi asam sulfat dengan metode kontak:

1) intensifikasi proses dengan melakukannya di lapisan tersuspensi, penggunaan oksigen, produksi dan pemrosesan gas pekat, penggunaan katalis aktif;

2) penyederhanaan metode pemurnian gas dari debu dan racun kontak (skema teknologi lebih pendek);

3) peningkatan daya peralatan;

4) otomatisasi produksi yang kompleks;

5) pengurangan koefisien konsumsi bahan baku dan pemanfaatan limbah yang mengandung sulfur dari berbagai industri sebagai bahan baku;

6) netralisasi gas buang.

Dinamika biaya tenaga kerja selama pengembangan proses teknologi

Secara umum, semua materi di atas dapat digambarkan sebagai berikut:

Diketahui bahwa proses teknologi dan dinamika biaya tenaga kerja ini dicirikan oleh formula berikut:

Tf = ---------------------- Tp = 0,004 * t 2 +0,3 Tc = Tf + Tp

Hubungan antara formula ini terlihat seperti ini:

Tp \u003d 0,004 * - 75 +0,3 dan Tf \u003d 21 * Tp-0,3 +1575

Berdasarkan rumus di atas, kami akan melakukan perhitungan dan merangkumnya dalam tabel umum (Tabel 1):

(Tabel 1): Dinamika biaya tenaga kerja dalam produksi asam sulfat selama 15 tahun
t (Waktu, tahun)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Biaya tenaga kerja hidup	0,78	0,75	0,71	0,654	0,595	0,54	0,48	0,43	0,38	0,34	0,3	0,27	0,24	0,22	0,198
Biaya tenaga kerja masa lalu	0,3	0,32	0,34	0,364	0,4	0,44	0,496	0,56	0,62	0,7	0,78	0,88	0,98	1,08	1,2
Biaya total	1,09	1,07	1,04	1,018	0,995	0,98	0,976	0,98	1,01	1,04	1,09	1,15	1,22	1,3	1,398

Berdasarkan tabel, kami akan memplot ketergantungan Tf, Tp, Ts pada waktu (Gbr. 7) dan ketergantungan Tf pada Tp (Gbr. 6) dan Tp pada Tl (Gbr. 8).

Dari grafik tersebut terlihat bahwa proses teknologi ini terbatas dalam perkembangannya.

Batas ekonomi dari akumulasi kerja masa lalu akan datang dalam tujuh tahun.

Dari grafik 7 dan 8 dapat dilihat bahwa jenis proses teknologi adalah hemat tenaga kerja.

Perhitungan tingkat teknologi, persenjataan dan produktivitas tenaga kerja yang hidup.

Tingkat teknologi dihitung menggunakan rumus:

Kenyamanan \u003d 1 / Tzh * 1 / TP

Produktivitas tenaga kerja hidup:

L = Y mereka * B

Peralatan teknis dihitung:

B \u003d Tp / Tzh

Tingkat teknologi relatif:

Wattnos = Kenyamanan / L

Mari kita lakukan perhitungan menggunakan rumus di atas dan masukkan data ke dalam tabel (Tabel 2):

T Waktu (tahun)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Biaya tenaga kerja hidup	0,78	0,75	0,71	0,654	0,595	0,54	0,48	0,43	0,38	0,34	0,3	0,27	0,24
Biaya tenaga kerja masa lalu	0,3	0,32	0,34	0,364	0,4	0,44	0,496	0,56	0,62	0,7	0,78	0,88	0,98
Biaya total	1,09	1,07	1,04	1,018	0,995	0,98	0,976	0,98	1,01	1,04	1,09	1,15	1,22
Tingkat teknologi	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2	4,2
Itu. persenjataan	0,39	0,42	0,47	0,556	0,672	0,83	1,033	1,3	1,64	2,058	2,58	3,22	4
Produktivitas Tzh	1,28	1,33	1,41	1,529	1,68	1,86	2,083	2,34	2,62	2,94	3,29	3,68	4,1
Tingkat teknologi relatif	3,29	3,16	2,98	2,747	2,5	2,25	2,016	1,8	1,6	1,429	1,28	1,14	1,02

Dari tabel ini dapat dilihat bahwa perkembangan rasionalistik hanya berguna selama tujuh tahun, karena selama periode waktu ini tingkat teknologi relatif lebih besar daripada produktivitas tenaga kerja yang hidup.

Kesimpulan

Dalam makalah ini, teknologi untuk produksi asam sulfat dengan metode kontak dipelajari dan dijelaskan, analisis dibuat dari dinamika biaya tenaga kerja hidup dan masa lalu tenaga kerja, serta dinamika biaya tenaga kerja selama pengembangan proses teknologi. Berdasarkan pekerjaan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan berikut: Perkembangan proses-proses tersebut terbatas, batas ekonomi dari akumulasi tenaga kerja masa lalu adalah tujuh tahun, proses teknologi ini menghemat tenaga kerja dan pengembangan rasionalistik diperlukan selama tujuh tahun.

Literatur dan sumber:

1. PRODUKSI ASAM SULFURIC / Baranenko D. http://service.sch239.spb.ru:8101/infoteka/root/chemistry/room1/baran/chem.htm

2. Teknologi industri yang paling penting: Proc. Untuk persamaan Spesialis. Universitas / A.M. Ginberg, BA Khokhlov. - L.: Sekolah Tinggi, 1985.

Tahapan - persiapan bahan baku dan pembakaran atau pemanggangannya. Konten dan instrumentasinya sangat bergantung pada sifat bahan baku, yang sebagian besar menentukan kompleksitas produksi teknologi asam sulfat. 1. Pirit besi. Pirit alam adalah batuan kompleks yang terdiri dari FeS2 besi sulfida, sulfida dari logam lain (tembaga, seng, timbal, dll), ...

Belum selalu layak. Pada saat yang sama, gas buang adalah bahan baku termurah, harga grosir untuk pirit juga rendah, sedangkan belerang adalah bahan baku paling mahal. Oleh karena itu, agar produksi asam sulfat dari belerang menjadi layak secara ekonomi, skema harus dikembangkan di mana biaya pemrosesannya akan jauh lebih rendah daripada biaya pemrosesan pirit atau limbah ...

Untuk kontrol otomatis, perlu untuk mengetahui sebanyak mungkin persyaratan berbagai proses kimia-teknologi. 1. Bagian utama 1.1 Proses teknologi untuk memperoleh anhidrida sulfat dalam produksi asam sulfat. Produksi asam sulfat dengan metode kontak terdiri dari langkah-langkah berikut: 1. Bongkar, penyimpanan dan persiapan bahan baku...

Asam nitrat terbentuk: NO(HSO4) + H2O®H2SO4 + HNO2 Ini mengoksidasi SO2 menurut persamaan: SO2 + 2HNO2®H2SO4 + 2NO Di bagian bawah menara 1 dan 2, asam sulfat 75% terakumulasi, secara alami, dalam ukuran yang lebih besar jumlah daripada yang dihabiskan untuk persiapan nitrosa (setelah semua, asam sulfat "baru lahir" ditambahkan). Nitric oxide NO dikembalikan lagi untuk oksidasi. Karena beberapa...

Kontak asam sulfat tercermin dalam skema teknologi, di mana pirit berfungsi sebagai bahan baku (skema klasik) (Gbr. 34). Skema ini mencakup empat tahap utama: 1) memperoleh anhidrida belerang, 2) pemurnian gas yang mengandung anhidrida belerang dari pengotor, 3) oksidasi (pada katalis) anhidrida belerang menjadi anhidrida sulfat, 4) penyerapan anhidrida sulfat.

Peralatan tahap pertama dari proses ini meliputi tanur 2, di mana belerang dioksida diproduksi, dan pengendap elektrostatik kering 5, di mana gas tanur dibersihkan dari debu. Pada proses tahap kedua - pemurnian gas pemanggangan dari pengotor yang bersifat racun bagi katalis, gas masuk pada suhu 300-400 ° C. Gas dibersihkan dengan mencucinya dengan asam sulfat yang lebih dingin dari gas itu sendiri. Untuk melakukan ini, gas dilewatkan secara berurutan melalui perangkat berikut: menara cuci 6 dan 7, presipitator elektrostatik basah pertama 8, menara pelembab 9 dan presipitator elektrostatik basah kedua 8. Dalam peralatan ini, gas dimurnikan dari arsenik, sulfat dan selenium anhidrida, serta dari residu debu. Selanjutnya, gas dilepaskan dari uap air di menara pengering 10 dan percikan asam sulfat di

Penyiram 11. Kedua menara pencuci 6 dan 7, pelembab 9 dan pengeringan 10 diirigasi dengan asam sulfat yang bersirkulasi. Ada 20 kolektor dalam siklus irigasi, dari mana asam sulfat dipompa ke menara irigasi. Dalam hal ini, asam didinginkan terlebih dahulu dalam lemari pendingin (18), di mana panas fisik gas pemanggang terutama dikeluarkan dari menara pencuci, dan panas pengenceran asam sulfat pengering dengan air dihilangkan dari menara pengering.

Supercharger 12 dalam skema ini ditempatkan kira-kira di tengah sistem; semua perangkat yang terletak di depannya berada di bawah vakum, setelah dia - dia bernyanyi di bawah tekanan. Dengan demikian, peralatan beroperasi di bawah tekanan untuk memastikan oksidasi belerang dioksida menjadi belerang dioksida dan penyerapan belerang dioksida.

Ketika anhidrida belerang dioksidasi menjadi sedang, sejumlah besar panas dilepaskan, yang digunakan untuk memanaskan gas pemanggang murni yang memasuki peralatan kontak 14. Anhidrida sulfat panas melalui dinding pipa yang dilaluinya dalam penukar panas 13 transfer panas ke anhidrida belerang yang lebih dingin melewati anulus ruang penukar panas 13 dan memasuki peralatan kontak 14. Pendinginan lebih lanjut dari anhidrida sulfat sebelum penyerapan dalam penyerap oleum 16 dan monohidrat 17 terjadi di lemari es anhidrida (penghemat) 15.

Ketika sulfat anhidrida diserap dalam kompartemen penyerapan, sejumlah besar hepl dilepaskan, yang ditransfer ke asam yang bersirkulasi, yang mengairi penyerap oleum 16 dan monohidrat 17, dan dibuang di lemari es 19 dan 18.

Konsentrasi oleum dan monohidrat meningkat karena penyerapan lebih banyak bagian dari anhidrida sulfat. Pengeringan asam diencerkan sepanjang waktu karena penyerapan uap air dari gas pembakaran.Oleh karena itu, untuk menjaga konsentrasi stabil asam ini, ada siklus pengenceran dengan olsumі monohidrat, monohidrat dengan asam pengering dan siklus peningkatan konsentrasi pengeringan asam dengan monohidrat. Karena air yang masuk ke penyerap monohidrat dengan asam pengering hampir selalu tidak cukup untuk mendapatkan konsentrasi asam yang diinginkan, air ditambahkan ke pengumpul penyerap monohidrat.

Di menara pencuci pertama 6, konsentrasi asam meningkat karena penyerapan sejumlah kecil anhidrida sulfat dari gas, yang terbentuk selama pemanggangan pirit dalam tungku. Untuk menjaga konsentrasi asam pencuci yang stabil di menara pencuci pertama, asam dari menara pencuci kedua dipindahkan ke kolektornya. Untuk mempertahankan konsentrasi asam yang dibutuhkan di menara cuci kedua, asam dari menara pelembab dipindahkan ke sana. Jika pada saat yang sama tidak ada cukup air untuk memperoleh konsentrasi asam standar di menara cuci pertama, maka air itu dimasukkan ke dalam kolektor baik pelembab udara maupun menara cuci kedua.

Pabrik asam sulfat kontak biasanya menghasilkan tiga jenis produk: oleum, asam sulfat komersial dan asam sulfat encer dari menara pencuci pertama (setelah pemisahan selenium dari asam).

Di beberapa pabrik, asam pencuci setelah dibersihkan dari pengotor digunakan untuk mengencerkan monohidrat atau untuk membuat asam sulfat pekat dengan mengencerkan oleum. Terkadang oleum hanya diencerkan dengan air.

Menurut skema yang ditunjukkan pada Gambar. 34, gas yang mengandung 4-7,5% SO2 diproses autotermisitas proses.) Pada konsentrasi SO2 yang lebih tinggi, derajat kontak menurun.

Saat ini, pekerjaan sedang dilakukan untuk meningkatkan skema produksi asam sulfat kontak dengan mendesain ulang setiap tahap proses ini dan menggunakan perangkat yang lebih kuat yang memberikan kinerja sistem tinggi.

Di banyak pabrik, menara pengering dan penyerap monohidrat menggunakan distributor asam, setelah itu gas mengandung sedikit percikan. Selain itu, perangkat untuk memisahkan tetesan kabut dan percikan disediakan langsung di menara atau setelahnya. Di sejumlah pabrik, menara pelembapan dikeluarkan dari skema teknologi; ketidakhadirannya dikompensasi oleh peningkatan kekuatan presipitator elektrostatik basah atau beberapa perubahan dalam mode operasi menara cuci untuk pelembapan gas yang lebih intensif di menara cuci kedua, yang memungkinkan untuk mengurangi biaya listrik untuk pembersihan basah.

Dalam industri asam sulfat, perangkat intensif dan lebih maju mulai banyak digunakan, menggantikan menara dikemas, pendingin irigasi, pompa sentrifugal, dll disemprot dengan gas.

Sebagai hasil dari penggunaan hembusan oksigen selama pemanggangan bahan baku dalam metalurgi non-ferrous, konsentrasi SO2 dalam gas buang meningkat, yang memungkinkan untuk mengintensifkan sistem asam sulfat yang beroperasi pada gas-gas ini. Penggunaan bahan tahan asam dalam pembuatan peralatan untuk produksi asam sulfat dengan metode kontak dapat secara signifikan meningkatkan kualitas produk dan meningkatkan produksi asam sulfat reaktif.

Proses teknologi untuk produksi asam sulfat dari unsur belerang dengan metode kontak berbeda dari proses produksi dari pirit dalam sejumlah fitur:

desain khusus tungku untuk produksi gas tungku;

peningkatan kandungan sulfur oksida (IV) dalam gas tungku;

tidak ada pra-perawatan gas tungku. Produksi asam sulfat dari belerang menggunakan metode kontak ganda dan penyerapan ganda (Gbr. 1) terdiri dari beberapa tahap:

Udara setelah dibersihkan dari debu disuplai oleh peniup gas ke menara pengering, di mana dikeringkan dengan asam sulfat 93-98% hingga kadar air 0,01% berdasarkan volume; Udara kering memasuki tungku belerang setelah pemanasan awal di salah satu penukar panas unit kontak.

Pembakaran (pembakaran) belerang adalah reaksi eksotermik homogen, yang didahului oleh transisi belerang padat ke keadaan cair dan penguapan selanjutnya:

S televisi → S F → S UAP

Dengan demikian, proses pembakaran berlangsung dalam fase gas dalam aliran udara pra-kering dan dijelaskan oleh persamaan:

S + O 2 → JADI 2 + 297.028 kJ;

Untuk membakar belerang, tungku pembakar dan siklon digunakan. Dalam tungku semprot, belerang cair disemprotkan ke dalam ruang bakar oleh udara terkompresi melalui nozel yang tidak dapat memberikan pencampuran yang cukup antara uap belerang dengan udara dan laju pembakaran yang diperlukan. Dalam tungku siklon, beroperasi berdasarkan prinsip pengumpul debu sentrifugal (siklon), pencampuran komponen yang jauh lebih baik dicapai dan intensitas pembakaran belerang yang lebih tinggi disediakan daripada di tungku nosel.

Kemudian gas yang mengandung 8,5-9,5% SO3 pada 200 °C memasuki tahap pertama penyerapan ke dalam penyerap yang diairi dengan oleum dan asam sulfat 98%:

JADI 3 + H 2 O→T 2 JADI 4 +130,56 kJ;

Selanjutnya, gas dibersihkan dari percikan asam sulfat, dipanaskan hingga 420 °C, dan memasuki tahap konversi kedua, yang berlangsung pada dua lapisan katalis. Sebelum tahap penyerapan kedua, gas didinginkan dalam economizer dan dimasukkan ke dalam penyerap tahap kedua, disemprot dengan asam sulfat 98%, dan kemudian, setelah dipercikkan, dilepaskan ke atmosfer.

Gas tungku dari pembakaran belerang memiliki kandungan sulfur oksida (IV) yang lebih tinggi dan tidak mengandung banyak debu. Saat membakar belerang asli, ia juga benar-benar kekurangan senyawa arsenik dan selenium, yang merupakan racun katalitik.

Sirkuit ini sederhana dan disebut "korsleting" (Gbr. 2).

Beras. 1. Skema produksi asam sulfat dari belerang dengan metode DK-DA:

1 tungku belerang; boiler pemulihan 2-panas; 3 - penghemat; kotak api 4-starter; 5, penukar panas 6-dari tungku awal; perangkat 7-pin; 8-penukar panas; penyerap 9-oleum; 10 menara pengering; 11 dan 12 masing-masing. peredam monohidrat pertama dan kedua; 13-kolektor asam.

Gbr.2. Produksi asam sulfat dari belerang (skema singkat):

1 - ruang peleburan untuk belerang; 2 - filter belerang cair; 3 - tungku untuk membakar belerang; 4 - boiler panas limbah; 5 - perangkat kontak; 6 - sistem penyerapan sulfur oksida (VI); 7- lemari es asam sulfat

Pabrik yang ada untuk produksi asam sulfat dari belerang, dilengkapi dengan tungku tipe siklon, memiliki kapasitas 100 ton belerang atau lebih per hari. Desain baru sedang dikembangkan dengan kapasitas hingga 500 t/hari.

Konsumsi per 1 ton monohidrat: belerang 0,34 ton, air 70 m 3, listrik 85 kWh.

Asam sulfat diproduksi dalam jumlah besar di pabrik asam sulfat.

I. Bahan baku yang digunakan untuk produksi asam sulfat:

II. Persiapan bahan baku.

Mari kita menganalisis produksi asam sulfat dari pirit FeS2.

1) Penggilingan pirit.

Sebelum digunakan, potongan besar pirit dihancurkan dalam penghancur. Anda tahu bahwa ketika suatu zat dihancurkan, laju reaksi meningkat, karena. luas permukaan kontak reaktan bertambah.

2) Pemurnian pirit.

Setelah menghancurkan pirit, itu dimurnikan dari kotoran (batu sisa dan tanah) dengan flotasi. Untuk melakukan ini, pirit yang dihancurkan diturunkan ke dalam tong besar berisi air, dicampur, batuan sisa mengapung, kemudian batuan sisa dibuang.

AKU AKU AKU. Kimia produksi.

Produksi asam sulfat dari pirit terdiri dari tiga tahap.

TAHAP PERTAMA - pemanggangan pirit dalam tungku "fluidized bed".

persamaan reaksi tahap pertama

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

Pirit yang dihancurkan, dibersihkan, basah (setelah flotasi) dituangkan dari atas ke dalam tungku untuk pembakaran di "tempat tidur terfluidisasi". Dari bawah (prinsip counterflow) udara yang diperkaya dengan oksigen dilewatkan untuk pembakaran pirit yang lebih sempurna. Suhu di kiln mencapai 800 °C. Pirit dipanaskan hingga merah dan berada dalam "keadaan tersuspensi" karena udara yang dihembuskan dari bawah. Semuanya tampak seperti cairan panas merah mendidih.

Karena panas yang dilepaskan sebagai hasil reaksi, suhu di dalam tungku dipertahankan. Kelebihan panas dihilangkan: pipa dengan air mengalir di sepanjang perimeter tungku, yang dipanaskan. Air panas digunakan lebih lanjut untuk pemanasan sentral dari tempat yang berdekatan.

Oksida besi Fe2O3 (kalsin) yang terbentuk tidak digunakan dalam produksi asam sulfat. Tetapi dikumpulkan dan dikirim ke pabrik metalurgi, di mana logam besi dan paduannya dengan karbon diperoleh dari oksida besi - baja (2% karbon C dalam paduan) dan besi tuang (4% karbon C dalam paduan).

Dengan demikian, prinsip produksi kimia terpenuhi - produksi bebas limbah.

Gas tungku keluar dari tungku, komposisinya adalah: SO2, O2, uap air (pirit basah!) Dan partikel terkecil dari cinder (oksida besi). Gas tungku tersebut harus dibersihkan dari kotoran partikel padat abu dan uap air.

Pemurnian gas tungku dari partikel padat cinder dilakukan dalam dua tahap - dalam siklon (gaya sentrifugal digunakan, partikel padat cinder menabrak dinding siklon dan jatuh) dan dalam pengendapan elektrostatik (gaya tarik elektrostatik digunakan, partikel cinder stick ke pelat listrik dari presipitator elektrostatik, dengan akumulasi yang cukup di bawah mereka jatuh dengan beratnya sendiri), untuk menghilangkan uap air dalam gas tungku (pengeringan gas tungku), asam sulfat pekat digunakan, yang merupakan pengering yang sangat baik, karena menyerap air.

Pengeringan gas tungku dilakukan di menara pengering - gas tungku naik dari bawah ke atas, dan asam sulfat pekat mengalir dari atas ke bawah. Di outlet menara pengering, gas kiln tidak lagi mengandung partikel cinder atau uap air. Gas tungku sekarang merupakan campuran oksida belerang SO2 dan oksigen O2.

TAHAP KEDUA - oksidasi SO2 menjadi SO3 oleh oksigen.

Ini mengalir di perangkat kontak.

Persamaan reaksi untuk tahap ini adalah: 2SO2 + O2 2SO3 + Q

Kompleksitas tahap kedua terletak pada kenyataan bahwa proses oksidasi satu oksida menjadi yang lain adalah reversibel. Oleh karena itu, perlu untuk memilih kondisi optimal untuk reaksi langsung (memperoleh SO3).

suhu:

Reaksi langsung adalah eksotermik +Q, sesuai dengan aturan pergeseran kesetimbangan kimia, untuk menggeser kesetimbangan reaksi ke arah reaksi eksoterm, suhu dalam sistem harus diturunkan. Tapi, di sisi lain, pada suhu rendah, laju reaksi turun secara signifikan. Secara eksperimental, ahli kimia-teknologi telah menetapkan bahwa suhu optimal untuk reaksi langsung untuk melanjutkan pembentukan maksimum SO3 adalah suhu 400-500 ° C. Ini adalah suhu yang cukup rendah di industri kimia. Untuk meningkatkan laju reaksi pada suhu rendah, katalis dimasukkan ke dalam reaksi. Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa katalis terbaik untuk proses ini adalah vanadium oksida V2O5.

b) tekanan:

Reaksi langsung berlangsung dengan penurunan volume gas: di sebelah kiri, gas 3V (2V SO2 dan 1V O2), dan di sebelah kanan, 2V SO3. Karena reaksi langsung berlangsung dengan penurunan volume gas, maka, menurut aturan untuk pergeseran kesetimbangan kimia, tekanan dalam sistem harus ditingkatkan. Oleh karena itu, proses ini dilakukan pada tekanan tinggi.

Sebelum campuran SO2 dan O2 masuk ke alat kontak, campuran tersebut harus dipanaskan sampai suhu 400-500 °C. Pemanasan campuran dimulai di penukar panas, yang dipasang di depan peralatan kontak. Campuran melewati antara tabung penukar panas dan dipanaskan dari tabung ini. Di dalam tabung, SO3 panas mengalir dari peralatan kontak. Masuk ke peralatan kontak, campuran SO2 dan O2 terus memanas hingga suhu yang diinginkan, melewati antara tabung di peralatan kontak.

Temperatur 400-500 °C dalam peralatan kontak dipertahankan karena pelepasan panas dalam reaksi konversi SO2 menjadi SO3. Segera setelah campuran oksida belerang dan oksigen mencapai tempat tidur katalis, proses oksidasi SO2 menjadi SO3 dimulai.

Sulfur oksida SO3 yang terbentuk meninggalkan peralatan kontak dan memasuki menara absorpsi melalui penukar panas.

TAHAP KETIGA - penyerapan SO3 oleh asam sulfat.

Mengalir di menara absorpsi.

Mengapa belerang oksida SO3 tidak diserap oleh air? Bagaimanapun, oksida belerang dapat dilarutkan dalam air: SO3 + H2O H2SO4. Tetapi faktanya adalah jika air digunakan untuk menyerap oksida belerang, asam sulfat terbentuk dalam bentuk kabut yang terdiri dari tetesan kecil asam sulfat (sulfur oksida larut dalam air dengan pelepasan sejumlah besar panas, asam sulfat sangat panas hingga mendidih dan berubah menjadi uap). Untuk menghindari pembentukan kabut asam sulfat, gunakan asam sulfat pekat 98%. Air dua persen sangat kecil sehingga memanaskan cairan akan menjadi lemah dan tidak berbahaya. Sulfur oksida larut dengan sangat baik dalam asam seperti itu, membentuk oleum: H2SO4 nSO3.

Persamaan reaksi untuk proses ini adalah nSO3 + H2SO4 H2SO4 nSO3

Oleum yang dihasilkan dituangkan ke dalam tangki logam dan dikirim ke gudang. Kemudian tangki diisi dengan oleum, kereta api dibentuk dan dikirim ke konsumen.

perlindungan lingkungan,

berhubungan dengan produksi asam sulfat.

Bahan baku utama untuk produksi asam sulfat adalah belerang. Ini adalah salah satu unsur kimia paling umum di planet kita.

Produksi asam sulfat berlangsung dalam tiga tahap: tahap pertama menghasilkan SO2, dengan membakar FeS2, kemudian SO3, setelah itu asam sulfat diperoleh pada tahap ketiga.

Revolusi ilmiah dan teknologi dan pertumbuhan intensif produksi kimia yang terkait dengannya menyebabkan perubahan negatif yang signifikan pada lingkungan. Misalnya, keracunan air tawar, pencemaran atmosfer bumi, pemusnahan hewan dan burung. Akibatnya, dunia berada dalam cengkeraman krisis ekologis. Emisi berbahaya dari pabrik asam sulfat harus dinilai tidak hanya oleh efek oksida belerang yang dikandungnya di area yang terletak di dekat perusahaan, tetapi juga faktor lain harus diperhitungkan - peningkatan jumlah kasus penyakit pernapasan pada manusia dan hewan, kematian vegetasi dan penghambatan pertumbuhannya, penghancuran struktur yang terbuat dari batu kapur dan marmer, peningkatan keausan korosi pada logam. Karena kesalahan hujan "asam", monumen arsitektur (Taj Makal) rusak.

Pada zona hingga 300 km dari sumber pencemar (SO2) asam sulfat berbahaya, pada zona hingga 600 km. - sulfat. Asam sulfat dan sulfat memperlambat pertumbuhan tanaman pertanian. Pengasaman badan air (di musim semi, ketika salju mencair, menyebabkan kematian telur dan ikan muda. Selain kerusakan lingkungan, ada kerusakan ekonomi - sejumlah besar hilang setiap tahun karena deoksidasi tanah.

Mari kita lihat metode pembersihan kimia untuk polutan udara gas yang paling umum. Lebih dari 60 metode diketahui. Metode yang paling menjanjikan didasarkan pada penyerapan sulfur oksida oleh batu kapur, larutan sulfit - amonium hidrosulfit dan larutan alkali natrium aluminat. Yang juga menarik adalah metode katalitik untuk oksidasi sulfur oksida dengan adanya vanadium oksida.

Yang paling penting adalah pemurnian gas dari pengotor yang mengandung fluor, yang, bahkan dalam konsentrasi kecil, berdampak buruk pada vegetasi. Jika gas mengandung hidrogen fluorida dan fluor, maka gas tersebut dilewatkan melalui kolom dengan kemasan arus berlawanan dalam kaitannya dengan larutan natrium hidroksida 5-10%. Reaksi berikut berlangsung dalam satu menit:

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

HF+NaOH->NaF+H2O;

Natrium fluorida yang dihasilkan diolah untuk meregenerasi natrium hidroksida.

Reagen awal untuk produksi asam sulfat dapat berupa unsur belerang dan senyawa yang mengandung belerang, dari mana belerang atau belerang dioksida dapat diperoleh.

Secara tradisional, sumber bahan baku utama adalah belerang dan besi (sulfur) pirit. Sekitar setengah dari asam sulfat diperoleh dari belerang, sepertiga - dari pirit. Tempat yang signifikan dalam keseimbangan bahan baku ditempati oleh off-gas dari metalurgi non-ferrous, yang mengandung sulfur dioksida.

Pada saat yang sama, gas buang adalah bahan baku termurah, harga grosir pirit juga rendah, sedangkan belerang adalah bahan baku paling mahal. Oleh karena itu, agar produksi asam sulfat dari belerang layak secara ekonomi, skema harus dikembangkan di mana biaya pemrosesannya akan jauh lebih rendah daripada biaya pemrosesan pirit atau off-gas.

Mendapatkan asam sulfat dari hidrogen sulfida

Asam sulfat dihasilkan dari hidrogen sulfida dengan katalisis basah. Tergantung pada komposisi gas yang mudah terbakar dan metode pemurniannya, gas hidrogen sulfida dapat terkonsentrasi (hingga 90%) dan lemah (6-10%). Ini menentukan skema untuk memprosesnya menjadi asam sulfat.

Gambar 1.1 menunjukkan skema untuk produksi asam sulfat dari gas hidrogen sulfida pekat. Hidrogen sulfida dicampur dengan udara yang dimurnikan dalam filter 1 memasuki tungku 3 untuk pembakaran. Dalam boiler panas limbah 4, suhu gas yang meninggalkan tungku menurun dari 1000 menjadi 450 °C, setelah itu gas memasuki peralatan kontak 5. Suhu gas yang meninggalkan lapisan massa kontak dikurangi dengan meniup udara dingin yang kering. Dari peralatan kontak, gas yang mengandung SO 3 memasuki menara kondensor 7, yang merupakan scrubber dengan nosel yang diairi dengan asam. Suhu asam pengairan di pintu masuk menara adalah 50-60 ° , di pintu keluar 80-90 ° . Dalam mode ini, di bagian bawah menara, gas yang mengandung uap H 2 O dan SO 3 didinginkan dengan cepat, terjadi supersaturasi tinggi dan kabut asam sulfat terbentuk (hingga 30-35% dari semua keluaran menjadi kabut ), yang kemudian ditangkap dalam electrostatic precipitator 8. Untuk pengendapan terbaik dari tetesan kabut di electrostatic precipitator (atau filter dari jenis lain), diinginkan bahwa tetesan ini berukuran besar. Ini dicapai dengan meningkatkan suhu asam semprot, yang mengarah pada peningkatan suhu asam yang mengalir keluar dari menara (peningkatan suhu permukaan kondensasi) dan berkontribusi pada pengerasan tetesan kabut. Skema untuk produksi asam sulfat dari gas hidrogen sulfida lemah berbeda dari skema yang ditunjukkan pada Gambar 1.1 di mana udara yang disuplai ke tungku dipanaskan terlebih dahulu dalam penukar panas oleh gas yang meninggalkan lapisan katalis, dan proses kondensasi dilakukan di kondensor yang menggelegak dari jenis konsentrator Chemiko.

Gas melewati lapisan asam berturut-turut di tiga ruang peralatan gelembung, suhu asam di dalamnya dikendalikan dengan memasok air, penguapan yang menyerap panas. Karena suhu asam yang tinggi di ruang pertama (230-240 °C), uap H 2 SO 4 mengembun di dalamnya tanpa pembentukan kabut.

1-filter, 2-kipas, 3-tungku, boiler panas limbah 4-uap, aparatus 5-pin, 6-kulkas, 7-menara-kondensor, 8-filter listrik, kolektor 9-sirkulasi, 10-pompa.

Gambar 1.1 Skema produksi asam sulfat dari gas hidrogen sulfida konsentrasi tinggi:

Di dua ruang berikutnya (suhu asam di dalamnya, masing-masing, sekitar 160 dan 100 °C), kabut terbentuk. Namun, karena suhu asam yang agak tinggi dan sejumlah besar uap air dalam gas, sesuai dengan tekanan uap air jenuh di atas asam di dalam bilik, kabut terbentuk dalam bentuk tetesan besar yang mudah diendapkan dalam electrostatic precipitator.

Asam produktif mengalir keluar dari ruang pertama (sepanjang ruang gas), didinginkan di lemari es dan diumpankan ke gudang. Permukaan lemari es dalam kompartemen penyerapan seperti itu 15 kali lebih kecil daripada di kompartemen penyerapan dengan menara kondensor, karena fakta bahwa jumlah panas utama dihilangkan dengan penguapan air. Konsentrasi asam di ruang pertama (asam produksi) sekitar 93,5%, di ruang kedua dan ketiga, masing-masing, 85 dan 30%. .