MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO DA REPÚBLICA DA BIELORÚSSIA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE ECONOMIA DA BIELORRÚSSIA

Departamento de Tecnologia

Trabalho individual sobre o tema:

"Produção de ácido sulfúrico pelo método de contato".

Preenchido por um aluno do 1º ano da FBD: Klimenok M.A.

Verificado pelo professor: Tarasevich V.A.

Minsk 2002

· Abstrato

Descrição do método de contato para a produção de ácido sulfúrico

· Diagrama esquemático da produção de ácido sulfúrico pelo método de contato

A dinâmica dos custos trabalhistas no desenvolvimento do processo tecnológico.

Cálculo do nível de tecnologia, armamento e produtividade do trabalho vivo

· Conclusão

Literatura e fontes

Esta obra é composta por 12 páginas.

Palavras-chave: Ácido sulfúrico, Método de contato, Reação, Tecnologia de produção, Dinâmica dos custos de mão de obra, Processo tecnológico.

Neste trabalho, a tecnologia para a produção de ácido sulfúrico pelo método de contato foi estudada e descrita. Ilustrações, diagramas, gráficos e tabelas que refletem a essência do processo tecnológico são fornecidos. As tendências mais importantes no desenvolvimento da produção de ácido sulfúrico pelo método de contato são destacadas.

Foi realizada a análise da dinâmica dos custos trabalhistas do trabalho vivo e passado, bem como da dinâmica dos custos trabalhistas durante o desenvolvimento do processo tecnológico. O nível de tecnologia, esses armamentos e a produtividade do trabalho vivo são calculados. Conclusões e conclusões apropriadas são feitas.

Descrição do método de contato para a produção de ácido sulfúrico

Um grande número de graus de ácido sulfúrico é produzido pelo método de contato, incluindo oleum contendo 20% de SO3 livre, vitríolo (92,5% H 2 SO 4 e 7,5% H 2 O), ácido de bateria, aproximadamente a mesma concentração que e vitríolo óleo, mas mais puro.

O método de contato para a produção de ácido sulfúrico inclui três etapas: purificação do gás das impurezas nocivas ao catalisador; oxidação de contato de dióxido de enxofre a anidrido sulfúrico; absorção do anidrido sulfúrico pelo ácido sulfúrico. A etapa principal é a oxidação por contato de SO 2 a SO 3 ; o nome dessa operação também é chamado de método inteiro.

A oxidação de contato do dióxido de enxofre é um exemplo típico de catálise exotérmica oxidativa heterogênea. Esta é uma das sínteses catalíticas mais estudadas.

Equilíbrio de reação reversível
2SO 2 + O 2 >< 2 SO 3 + 2 x 96,7 кдж (500 оС) (а)
de acordo com o princípio de Le Chatelier, muda para a formação de SO 3 com diminuição da temperatura e aumento da pressão; conseqüentemente, o grau de equilíbrio de conversão de SO 2 em SO 3 aumenta

Deve-se notar que um aumento na pressão aumenta naturalmente a velocidade da reação (a). No entanto, é irracional usar aumento de pressão nesse processo, pois, além dos gases reativos, seria necessário comprimir o nitrogênio de lastro, que geralmente compõe 80% de toda a mistura e, portanto, os catalisadores são usados ​​ativamente no ciclo de produção.

O catalisador mais ativo é a platina, mas ela caiu em desuso devido ao alto custo e ao fácil envenenamento por impurezas do gás de torrefação, principalmente o arsênico. O óxido de ferro é barato, mas com a composição usual do gás - 7% SO2 e 11% O2, apresenta atividade catalítica apenas em temperaturas acima de 625 ° C, ou seja, quando xp 70% e, portanto, usado apenas para a oxidação inicial do SO2 até atingir xp 50-60%. O catalisador de vanádio é menos ativo que o de platina, mas é mais barato e é envenenado por compostos de arsênico vários milhares de vezes menos que a platina; acabou por ser o mais racional e é o único utilizado na produção de ácido sulfúrico. A massa de contato de vanádio contém em média 7% de V2O5; os ativadores são óxidos de metais alcalinos, geralmente é usado o ativador K2O; o veículo é aluminossilicatos porosos. Atualmente, o catalisador é utilizado na forma de um composto SiO2, K e/ou Cs, V em várias proporções. Esse composto acabou sendo o mais resistente ao ácido e o mais estável. Em todo o mundo, seu nome mais correto é "contendo vanádio". Tal catalisador é projetado especificamente para operar em baixas temperaturas, o que resulta em menores emissões para a atmosfera. Além disso, essa catálise é mais barata que o potássio/vanádio. Os compostos convencionais de contato de vanádio são grânulos porosos, comprimidos ou anéis (Fig. 1).

Nas condições de catálise, o óxido de potássio é convertido em K2S2O7, e a massa de contato é geralmente um transportador poroso, cuja superfície e poros são umedecidos com um filme de uma solução de pentóxido de vanádio em pirossulfato de potássio líquido.
A massa de contato de vanádio é operada em temperaturas de 400 a 600 °C. Com o aumento da temperatura acima de 600 °C, inicia-se uma diminuição irreversível da atividade do catalisador devido à sinterização dos componentes com a formação de compostos inativos insolúveis em pirossulfato de potássio. À medida que a temperatura diminui, a atividade do catalisador diminui acentuadamente devido à conversão do vanádio pentavalente em vanádio tetravalente com a formação de vanadil VOSO4 de baixa atividade.

O processo de catálise consiste nas seguintes etapas: 1) difusão dos componentes reativos dos núcleos do fluxo de gás para os grânulos e, em seguida, nos poros da massa de contato; 2) sorção de oxigênio pelo catalisador (transferência de elétrons do catalisador para átomos de oxigênio); 3) sorção de moléculas de SO2 com formação do complexo catalisador SO2*O*; 4) rearranjo de elétrons com a formação do complexo catalisador SO2*; 5) dessorção de SO3 dos poros da massa de contato e da superfície dos grãos.

Com grânulos grandes da massa de contato, a taxa total do processo é determinada pela difusão dos reagentes (1ª e 6ª etapas). Normalmente, esforce-se para obter grânulos com diâmetro não superior a 5 mm; neste caso, o processo ocorre nos primeiros estágios de oxidação na região de difusão e no último (em x 80%) na região cinética.

Devido à destruição e aglomeração dos grânulos, contaminação da camada, envenenamento do catalisador com compostos de arsênico e seu dano de temperatura em caso de violações acidentais do regime, a massa de contato de vanádio é substituída em média após 4 anos. Se, no entanto, a purificação do gás obtida pela torrefação de piritas for perturbada, então a operação do aparelho de contato é interrompida devido ao envenenamento da primeira camada da massa de contato após alguns dias. Para preservar a atividade do catalisador, a limpeza de gás fino é usada pelo método úmido.

Diagrama esquemático da produção de ácido sulfúrico pelo método de contato

A melhor matéria-prima para a produção de dióxido de enxofre é o enxofre, que é fundido a partir de rochas naturais contendo enxofre e também obtido como subproduto na produção de cobre, purificação de gás, etc. O enxofre derrete a uma temperatura de 113 graus C, inflama-se facilmente e queima em fornos simples (Fig. 2). Acontece um gás de alta concentração, com um pequeno teor de impurezas nocivas.

A combustão do enxofre ocorre de acordo com a reação S + O 2 > SO 2 + 296 kJ. De fato, o enxofre derrete e evapora antes da combustão (pb ~ 444 ° C) e queima na fase gasosa. Assim, o próprio processo de combustão é homogêneo.

Compressor e câmara de combustão

Enxofre não queimado
Ar para combustão e pós-combustão de enxofre
enxofre líquido
Ar comprimido
Produto - gás de torrefação

fluxograma de produção de ácido sulfúrico

1 - 1ª torre de lavagem; 2 - 2ª torre de lavagem com bocal; 3 - precipitador eletrostático úmido; 4 - torre de secagem com bico; 5 - turbocompressor; 6 - trocador de calor tubular; 7 - dispositivo de contato; 8 - resfriador de gás tubular; 9 e 10 - torres de absorção com bocal; 11 - bombas centrífugas; 12 - coletores de ácido; 13 - refrigeradores de ácido

O gás de torrefação após a limpeza grosseira do pó em precipitadores eletrostáticos de cinzas a uma temperatura de cerca de 300 ° C entra na torre de lavagem oca (Fig. 3: 1.2), onde o ácido sulfúrico frio (75% H 2 SO 4) é pulverizado. Quando o gás é resfriado, o anidrido sulfúrico e o vapor de água presentes nele se condensam na forma de minúsculas gotículas. O óxido de arsênico se dissolve nessas gotículas. Forma-se uma névoa de ácido arsênico, que é parcialmente captada na primeira torre e na segunda torre com bico de cerâmica. Ao mesmo tempo, resíduos de poeira, selênio e outras impurezas são capturados. Ácido sulfúrico sujo é formado (até 8% da produção total), que é emitido como produtos não padronizados. A limpeza final do gás da indescritível névoa de ácido arsênico é realizada em filtros úmidos (Fig. 3: 3), que são instalados em série (dois ou três). Os filtros úmidos funcionam da mesma forma que os filtros secos. Gotas de névoa são depositadas em eletrodos coletores tubulares feitos de chumbo ou plástico ATM e fluem para baixo. A limpeza do gás é concluída secando-o do vapor d'água com óleo de vitríolo em uma torre com embalagem (Fig. 3: 4). Normalmente são instaladas duas torres de secagem. Torres, dutos de gás e coletores de ácido na seção de tratamento são geralmente de aço, revestidos com tijolos resistentes a ácidos ou telhas de diabásio. O dióxido de enxofre seco e o anidrido sulfúrico não são corrosivos, portanto, todos os equipamentos subsequentes até o absorvedor de monohidrato podem ser montados em aço carbono comum sem proteção contra corrosão.

Um grande número de equipamentos cria resistência significativa ao fluxo de gás (até 2 m w.c.), então um turbocompressor é instalado para transportar o gás (Fig. 3: 5). O compressor, sugando o gás dos fornos por todo o equipamento, o bombeia para o conjunto de contato.

O conjunto de contato (Fig. 3: 6,7,8) consiste em um aparato de contato, um trocador de calor de casco e tubo e não mostrado no diagrama (Fig. 4). aquecedor a gás de partida de fogo. No trocador de calor do aquecedor de partida, o gás é aquecido antes de entrar no aparelho durante a partida ou quando a temperatura no aparelho cai abaixo do normal.
Dispositivos de contato de prateleira são geralmente usados. Esse dispositivo possui um corpo cilíndrico com diâmetro de 3 a 10 e altura de 10 a 20 M. Quatro ou cinco grades são instaladas dentro do corpo com uma camada de grânulos de massa de contato em cada uma delas. Trocadores de calor intermediários tubulares ou em forma de caixa são instalados entre as camadas da massa de contato. O diagrama mostra um aparelho de contato de quatro camadas, embora os aparelhos de cinco camadas sejam mais usados, mas o princípio de sua operação é completamente semelhante, a diferença está apenas em mais uma camada do catalisador. O gás fresco é aquecido pelo calor do gás quente reagido, primeiro em um trocador de calor externo, depois passa parcial ou completamente por três ou quatro trocadores de calor internos para aquecimento em sucessão, a 440-450 ° C, entra na primeira camada do massa de contato. Esta temperatura é controlada pela abertura de válvulas. O principal objetivo dos trocadores de calor internos é resfriar o gás parcialmente oxidado e aquecido no leito do catalisador, de forma que o regime se aproxime gradativamente da curva de temperatura ótima.

Dispositivos de contato de prateleira - um dos tipos mais comuns de dispositivos de contato. O princípio de sua operação é que o aquecimento e o resfriamento do gás entre as camadas de catalisador nas prateleiras são realizados no próprio aparelho de contato usando vários transportadores de calor ou métodos de resfriamento. Em aparelhos desse tipo, a altura de cada camada de catalisador subjacente é mais alto do que o localizado acima dele, ou seja, .e. aumenta ao longo do fluxo de gás e a altura dos trocadores de calor diminui, pois à medida que o grau total de conversão aumenta, a taxa de reação diminui e, consequentemente, a quantidade de calor liberado diminui. No anel dos trocadores de calor, o gás fresco passa sequencialmente de baixo para cima, resfriando os produtos da reação e aquecendo até a temperatura de início da reação

A produtividade dos dispositivos de contato em termos de H 2 SO 4, dependendo de seu tamanho, varia de 50 a 500 toneladas por dia de H 2 SO 4 . Foram desenvolvidos projetos de dispositivos de contato com capacidade de 1.000 e 2.000 toneladas por dia. 200-300 litros de massa de contato por 1 tonelada de produção diária são carregados no aparelho. Aparelhos de contato tubular são usados ​​para oxidação de SO 2 com menos frequência do que os de prateleira. Para a oxidação de dióxido de enxofre de alta concentração, é racional usar aparelhos de contato com leitos catalisadores fluidizados.

A absorção de anidrido sulfúrico de acordo com a reação SO 3 +H 2 O = H 2 SO 4 +9200 J geralmente é realizada em torres com recheio (Fig. 3: 9.10), pois absorvedores de borbulhamento ou espuma com alta intensidade de trabalho têm maior resistência hidráulica. Se a pressão parcial do vapor d'água sobre o ácido absorvente for significativa, então SO 3 se combina com H 2 O na fase gasosa e forma minúsculas gotículas de uma névoa indescritível de ácido sulfúrico. Portanto, a absorção é realizada com ácidos concentrados. O melhor em termos de capacidade de absorção é um ácido contendo 98,3% de H 2 SO 4 e com uma elasticidade desprezível de vapor d'água e SO 3. No entanto, em um ciclo na torre é impossível fixar o ácido de 98,3% para oleum padrão contendo 18,5-20% de anidrido sulfúrico livre. Devido ao grande efeito térmico de absorção durante o processo adiabático na torre, o ácido é aquecido e a absorção é interrompida. Portanto, para obter oleum, a absorção é realizada em duas torres instaladas sucessivamente com bico: a primeira delas é irrigada com oleum e a segunda com ácido sulfúrico a 98,3%. Para melhorar a absorção, tanto o gás quanto o ácido que entram no absorvedor são resfriados, aumentando assim a força motriz do processo.

Em todas as torres de produção de contato, incluindo absorvedores, a quantidade de ácido em refluxo é muitas vezes maior do que a necessária para absorver os componentes do gás (H 2 O, SO 3) e é determinada pelo balanço de calor. Para resfriar os ácidos circulantes, geralmente são instalados refrigeradores de irrigação, em cujas tubulações, irrigadas por fora com água fria, flui o ácido resfriado.

A produção de ácido sulfúrico é bastante simplificada pelo processamento do gás obtido pela queima do enxofre natural pré-fundido e filtrado, que quase não contém arsênico. Nesse caso, o enxofre puro é queimado em ar previamente seco com ácido sulfúrico em torre compactada. Acontece um gás de 9% SO2 e 12% O2 a uma temperatura de 1000 ° C, que é primeiro direcionado para a caldeira a vapor e depois sem purificação para o aparelho de contato. A intensidade do aparelho é maior que no gás pirita, devido ao aumento da concentração de SO2 e O2. Não há trocadores de calor no aparelho, pois a temperatura dos gases é reduzida pela adição de ar frio entre as camadas. A absorção de SO3 é realizada da mesma forma que no fluxograma.

As tendências mais importantes no desenvolvimento da produção de ácido sulfúrico pelo método de contato:

1) intensificação de processos realizando-os em camada suspensa, uso de oxigênio, produção e processamento de gás concentrado, uso de catalisadores ativos;

2) simplificação dos métodos de purificação de gás de poeira e venenos de contato (esquema tecnológico mais curto);

3) aumento da potência do equipamento;

4) automação complexa da produção;

5) redução dos coeficientes de consumo de matérias-primas e utilização de resíduos sulfurosos de diversas indústrias como matéria-prima;

6) neutralização de gases residuais.

Dinâmica dos custos de mão de obra durante o desenvolvimento do processo tecnológico

Em termos gerais, todo o material acima pode ser descrito da seguinte forma:

Sabe-se que esse processo tecnológico e a dinâmica dos custos trabalhistas são caracterizados pelas seguintes fórmulas:

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

A relação entre essas fórmulas fica assim:

Tp = 0,004 * - 75 +0,3 e Tf = 21 * Tp-0,3 +1575

Com base nas fórmulas acima, vamos realizar os cálculos e resumi-los em uma tabela geral (Tabela 1):

(Tabela 1): Dinâmica dos custos de mão de obra na produção de ácido sulfúrico por 15 anos
t (Tempo, anos)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Custos de vida do trabalho	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
Custos de mão de obra anteriores	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
Custos totais	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

Com base na tabela, traçaremos as dependências de Tf, Tp, Ts no tempo (Fig. 7) e as dependências de Tf em Tp (Fig. 6) e Tp em Tl (Fig. 8).

A partir deste gráfico pode-se ver que este processo tecnológico é limitado em seu desenvolvimento.

O limite econômico da acumulação do trabalho passado chegará em sete anos.

A partir dos gráficos 7 e 8 pode-se observar que o tipo de processo tecnológico economiza mão de obra.

Cálculo do nível de tecnologia, aqueles armamento e produtividade do trabalho vivo.

O nível de tecnologia é calculado usando a fórmula:

Conforto \u003d 1 / Tzh * 1 / TP

Produtividade do trabalho vivo:

L = Y aqueles * B

O equipamento técnico é calculado:

B \u003d Tp / Tzh

Nível de tecnologia relativo:

Watnos = Conforto / L

Vamos realizar os cálculos usando as fórmulas acima e inserir os dados na tabela (Tabela 2):

Tempo T (anos)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Custos de vida do trabalho	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
Custos de mão de obra anteriores	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
Custos totais	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
nível de tecnologia	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
Aqueles. armamento	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
Produtividade 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
Nível de tecnologia relativo	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

A partir desta tabela pode-se ver que o desenvolvimento racionalista é conveniente apenas por sete anos, uma vez que durante este período de tempo o nível relativo de tecnologia é maior do que a produtividade do trabalho vivo.

Conclusão

Neste trabalho, é estudada e descrita a tecnologia para a produção de ácido sulfúrico pelo método de contato, é feita uma análise da dinâmica dos custos trabalhistas de vida e trabalho passado, bem como a dinâmica dos custos trabalhistas durante o desenvolvimento do processo tecnológico. Com base no trabalho realizado, foram obtidas as seguintes conclusões: O desenvolvimento desses processos é limitado, o limite econômico da acumulação de trabalho passado é de sete anos, esse processo tecnológico economiza trabalho e o desenvolvimento racionalista é conveniente por sete anos.

Literatura e fontes:

1. PRODUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO / Baranenko D. http://service.sch239.spb.ru:8101/infoteka/root/chemistry/room1/baran/chem.htm

2. Tecnologia das indústrias mais importantes: Proc. Para eq. Especialista. Universidades / A.M. Ginberg, BA Khokhlov. - M.: Ensino Superior, 1985.

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O ácido sulfúrico de contato é refletido no esquema tecnológico, no qual as piritas servem como matéria-prima (esquema clássico) (Fig. 34). Este esquema inclui quatro etapas principais: 1) obtenção de anidrido sulfuroso, 2) purificação de gás contendo anidrido sulfuroso de impurezas, 3) oxidação (em um catalisador) de anidrido sulfuroso a anidrido sulfúrico, 4) absorção de anidrido sulfúrico.

Os aparelhos da primeira etapa do processo incluem um forno 2, no qual é produzido dióxido de enxofre, e um precipitador eletrostático seco 5, no qual o gás do forno é limpo de poeira. Na segunda etapa do processo - purificação do gás de torrefação das impurezas tóxicas para o catalisador, o gás entra a 300-400 ° C. O gás é limpo lavando-o com ácido sulfúrico mais frio que o próprio gás. Para isso, o gás é passado sequencialmente pelos seguintes aparelhos: torres de lavagem 6 e 7, primeiro precipitador eletrostático úmido 8, torre umidificadora 9 e segundo precipitador eletrostático úmido 8. Nesses aparelhos, o gás é purificado de arsênico, anidridos sulfúrico e selenoso, bem como de resíduos de poeira. Em seguida, o gás é liberado da umidade na torre de secagem 10 e respingos de ácido sulfúrico em

Aspersor 11. As torres de lavagem 6 e 7, umidificação 9 e secagem 10 são irrigadas com ácido sulfúrico circulante. São 20 coletores no ciclo de irrigação, de onde é bombeado ácido sulfúrico para as torres de irrigação. Neste caso, o ácido é pré-resfriado em refrigeradores 18, onde o calor físico do gás de torrefação é retirado principalmente das torres de lavagem, e o calor de diluição do ácido sulfúrico de secagem com água é retirado da torre de secagem.

O supercharger 12 neste esquema é colocado aproximadamente no meio do sistema; todos os aparelhos localizados à sua frente estão no vácuo, atrás dele - ele cantou sob pressão. Assim, os aparelhos operam sob pressão para garantir a oxidação do dióxido de enxofre em dióxido de enxofre e a absorção do dióxido de enxofre.

Quando o anidrido sulfuroso é oxidado para médio, uma grande quantidade de calor é liberada, que é usada para aquecer o gás de torrefação purificado que entra no aparelho de contato 14. Anidrido sulfúrico quente, através das paredes dos tubos por onde passa no trocador de calor 13 , transfere calor para o anidrido sulfuroso mais frio passando no espaço anular do trocador de calor 13 e entrando no aparelho de contato 14. Resfriamento adicional do anidrido sulfúrico antes da absorção no oleum 16 e monohidrato 17 absorvedores ocorre no refrigerador de anidrido (economizador) 15 .

Quando o anidrido sulfúrico é absorvido no compartimento de absorção, uma grande quantidade de hepl é liberada, que é transferida para o ácido circulante, que irriga os absorvedores oleum 16 e monoidrato 17, e é removido nos refrigeradores 19 e 18.

A concentração de oleum e monohidrato aumenta devido à absorção de mais e mais porções de anidrido sulfúrico. O ácido de secagem é diluído o tempo todo devido à absorção de vapor d'água do gás de queima. Portanto, para manter as concentrações estáveis ​​desses ácidos, existem ciclos de diluição com monohidrato de olsums, monohidrato com ácido de secagem e um ciclo de aumento da concentração de ácido de secagem com monohidrato. Como a água que entra no absorvedor de monohidrato com ácido de secagem é quase sempre insuficiente para obter a concentração desejada de SOUR!, adiciona-se água ao coletor do absorvedor de monohidrato.

Na primeira torre de lavagem 6, a concentração de ácido aumenta devido à absorção de uma pequena quantidade de anidrido sulfúrico do gás, que é formado durante a torrefação de piritas em fornos. Para manter uma concentração estável de ácido de lavagem na primeira torre de lavagem, o ácido da segunda torre de lavagem é transferido para seu coletor. Para manter a concentração necessária de ácido na segunda torre de lavagem, o ácido da torre de umidificação é transferido para ela. Se ao mesmo tempo não houver água suficiente para obter uma concentração padrão de ácido na primeira torre de lavagem, ela é introduzida no coletor do umidificador ou da segunda torre de lavagem.

As fábricas de ácido sulfúrico de contato normalmente produzem três tipos de produtos: oleum, ácido sulfúrico comercial e ácido sulfúrico diluído da primeira torre de lavagem (após a separação do selênio do ácido).

Em algumas fábricas, o ácido de lavagem após a limpeza das impurezas é usado para diluir o monohidrato ou para preparar o ácido sulfúrico concentrado diluindo o óleo. Às vezes, o oleum é simplesmente diluído em água.

De acordo com o esquema mostrado na Fig. 34, é processado um gás contendo 4-7,5% de SO2. autotermicidade do processo.) Em uma concentração mais alta de SO2, o grau de contato diminui.

Atualmente, trabalha-se para melhorar o esquema de produção de ácido sulfúrico de contato, redesenhando as etapas individuais desse processo e usando dispositivos mais potentes que proporcionam alto desempenho do sistema.

Em muitas plantas, torres de secagem e absorvedores de monohidrato usam distribuidores de ácido, após o que o gás contém uma quantidade mínima de respingos. Além disso, dispositivos para separar gotas e respingos de névoa são fornecidos diretamente nas torres ou após elas. Em algumas usinas, a torre de umidificação foi excluída do esquema tecnológico; sua ausência é compensada por um aumento na potência dos precipitadores eletrostáticos úmidos ou alguma alteração no modo de funcionamento das torres de lavagem para umidificação mais intensiva do gás na segunda torre de lavagem, o que permite reduzir o custo de eletricidade para úmido limpeza.

Na indústria do ácido sulfúrico começam a ser amplamente utilizados dispositivos intensivos e mais avançados, substituindo torres empacotadas, refrigeradores de irrigação, bombas centrífugas, etc. pulverizadas com gás.

Como resultado do uso de jateamento de oxigênio durante a torrefação de matérias-primas na metalurgia não ferrosa, a concentração de SO2 nos gases de exaustão aumenta, o que permite intensificar os sistemas de ácido sulfúrico operando com esses gases. O uso de materiais resistentes a ácidos na fabricação de equipamentos para produção de ácido sulfúrico pelo método de contato pode melhorar significativamente a qualidade do produto e aumentar a produção de ácido sulfúrico reativo.

O processo tecnológico de produção de ácido sulfúrico a partir do enxofre elementar pelo método de contato difere do processo de produção a partir de piritas em vários aspectos:

projeto especial de fornos para produção de gás de forno;

aumento do teor de óxido de enxofre (IV) no gás de fornalha;

sem pré-tratamento do gás do forno. A produção de ácido sulfúrico a partir do enxofre pelo método de duplo contato e dupla absorção (Fig. 1) consiste em várias etapas:

O ar após a limpeza do pó é fornecido por um soprador de gás à torre de secagem, onde é seco com ácido sulfúrico a 93-98% até um teor de umidade de 0,01% em volume; O ar seco entra no forno de enxofre após pré-aquecimento em um dos trocadores de calor da unidade de contato.

A combustão (combustão) do enxofre é uma reação exotérmica homogênea, precedida pela transição do enxofre sólido para o estado líquido e sua subsequente evaporação:

S televisão →S E →S VAPOR

Assim, o processo de combustão ocorre na fase gasosa em uma corrente de ar pré-seco e é descrito pela equação:

S + O 2 → SO 2 + 297,028 kJ;

Para queimar enxofre, queimadores e fornos de ciclone são usados. Nos fornos atomizadores, o enxofre fundido é pulverizado na câmara de combustão com ar comprimido através de bicos que não podem fornecer mistura suficiente de vapor de enxofre com ar e a taxa de combustão necessária. Em fornos de ciclone, operando com base no princípio de coletores de pó centrífugos (ciclones), uma mistura muito melhor dos componentes é obtida e uma maior intensidade de combustão de enxofre é fornecida do que em fornos de bocal.

Em seguida, o gás contendo 8,5-9,5% SO 3 a 200°C entra no primeiro estágio de absorção no absorvedor irrigado com oleum e 98% de ácido sulfúrico:

ENTÃO 3 + H 2 O→N 2 ENTÃO 4 +130,56 kJ;

Em seguida, o gás é limpo de respingos de ácido sulfúrico, aquecido a 420°C e entra na segunda etapa de conversão, que ocorre em duas camadas de catalisador. Antes do segundo estágio de absorção, o gás é resfriado em um economizador e alimentado no absorvedor do segundo estágio pulverizado com ácido sulfúrico 98% e, depois de respingado, é liberado para a atmosfera.

O gás do forno proveniente da combustão do enxofre possui maior teor de óxido de enxofre (IV) e não contém grande quantidade de poeira. Ao queimar enxofre nativo, também carece completamente de compostos de arsênico e selênio, que são venenos catalíticos.

Este circuito é simples e é chamado de "curto-circuito" (Fig. 2).

Arroz. 1. Esquema para a produção de ácido sulfúrico a partir de enxofre pelo método DK-DA:

1 fornalha de enxofre; Caldeira de 2 recuperações de calor; 3 - economizador; fornalha de 4 entradas; 5, 6 trocadores de calor do forno de partida; dispositivo de 7 pinos; 8 trocadores de calor; absorvedor de 9-óleo; 10 torres de secagem; 11 e 12 respectivamente. primeiro e segundo absorvedores de monohidrato; 13-coletores de ácido.

Figura 2. Produção de ácido sulfúrico a partir do enxofre (esquema curto):

1 - câmara de fusão para enxofre; 2 - filtro de enxofre líquido; 3 - fornalha para queima de enxofre; 4 - caldeira de calor residual; 5 - aparelhos de contato; 6 - sistema de absorção de óxido de enxofre (VI); 7- refrigeradores de ácido sulfúrico

As plantas existentes para produção de ácido sulfúrico a partir de enxofre, equipadas com fornos do tipo ciclone, têm capacidade de 100 toneladas de enxofre ou mais por dia. Novos projetos estão sendo desenvolvidos com capacidade de até 500 t/dia.

Consumo por 1 tonelada de monohidrato: enxofre 0,34 toneladas, água 70 m3, eletricidade 85 kWh.

O ácido sulfúrico é produzido em grandes quantidades em fábricas de ácido sulfúrico.

I. Matérias-primas utilizadas para a produção de ácido sulfúrico:

II. Preparação de matérias-primas.

Vamos analisar a produção de ácido sulfúrico a partir da pirita FeS2.

1) Moagem de pirita.

Antes do uso, grandes pedaços de pirita são esmagados em trituradores. Você sabe que quando uma substância é esmagada, a taxa de reação aumenta, porque. a área de superfície de contato dos reagentes aumenta.

2) Purificação da pirita.

Após a trituração da pirita, ela é purificada das impurezas (resíduos de rocha e terra) por flotação. Para fazer isso, a pirita triturada é baixada em enormes tanques de água, misturada, a rocha estéril flutua e, em seguida, a rocha estéril é removida.

III. Química de produção.

A produção de ácido sulfúrico a partir da pirita consiste em três etapas.

PRIMEIRA ETAPA - torrefação da pirita em forno de "leito fluidizado".

Equação de reação do primeiro estágio

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

A pirita triturada, limpa e úmida (após a flotação) é despejada de cima em um forno para queima em um "leito fluidizado". De baixo (princípio do contrafluxo) o ar enriquecido com oxigênio é passado para uma queima mais completa da pirita. A temperatura no forno chega a 800°C. A pirita é aquecida ao vermelho e está em um "estado suspenso" devido ao ar soprado de baixo. Tudo parece um líquido fervente em brasa.

Devido ao calor liberado como resultado da reação, a temperatura no forno é mantida. O excesso de calor é removido: tubos com água correm ao longo do perímetro do forno, que é aquecido. A água quente é usada ainda para aquecimento central de instalações adjacentes.

O óxido de ferro formado Fe2O3 (calcina) não é usado na produção de ácido sulfúrico. Mas é coletado e enviado para uma planta metalúrgica, onde o ferro metálico e suas ligas com carbono são obtidos a partir de óxido de ferro - aço (2% de carbono C na liga) e ferro fundido (4% de carbono C na liga).

Assim, o princípio da produção química é cumprido - produção sem resíduos.

Do forno sai gás do forno, cuja composição é: SO2, O2, vapor d'água (a pirita estava molhada!) E as menores partículas de cinza (óxido de ferro). Esse gás de forno deve ser limpo de impurezas de partículas sólidas de cinzas e vapor d'água.

A purificação do gás do forno a partir de partículas sólidas de cinza é realizada em duas etapas - em um ciclone (é usada força centrífuga, partículas sólidas de cinza atingem as paredes do ciclone e caem) e em precipitadores eletrostáticos (é usada atração eletrostática, partículas das cinzas grudam nas placas eletrificadas do precipitador eletrostático, com acúmulo suficiente para que caiam com o próprio peso), para retirar o vapor de água do gás de fornalha (secagem do gás de fornalha), utiliza-se ácido sulfúrico concentrado, que é um dessecante muito bom, pois absorve água.

A secagem do gás do forno é realizada em uma torre de secagem - o gás do forno sobe de baixo para cima e o ácido sulfúrico concentrado flui de cima para baixo. Na saída da torre de secagem, o gás do forno não contém mais nenhuma partícula de cinza ou vapor de água. O gás do forno é agora uma mistura de óxido de enxofre SO2 e oxigênio O2.

SEGUNDA ETAPA - oxidação do SO2 a SO3 pelo oxigênio.

Ele flui no dispositivo de contato.

A equação da reação para esta etapa é: 2SO2 + O2 2SO3 + Q

A complexidade do segundo estágio reside no fato de que o processo de oxidação de um óxido em outro é reversível. Portanto, é necessário escolher as condições ótimas para a reação direta (obtenção de SO3).

uma temperatura:

A reação direta é exotérmica +Q, de acordo com as regras de deslocamento do equilíbrio químico, para deslocar o equilíbrio da reação para uma reação exotérmica, a temperatura no sistema deve ser reduzida. Mas, por outro lado, em baixas temperaturas, a taxa de reação cai significativamente. Experimentalmente, os químicos-tecnólogos estabeleceram que a temperatura ideal para a reação direta prosseguir com a formação máxima de SO3 é uma temperatura de 400-500 ° C. Esta é uma temperatura bastante baixa nas indústrias químicas. Para aumentar a taxa de reação a uma temperatura tão baixa, um catalisador é introduzido na reação. Foi estabelecido experimentalmente que o melhor catalisador para este processo é o óxido de vanádio V2O5.

b) pressão:

A reação direta ocorre com uma diminuição nos volumes de gases: à esquerda, gases 3V (2V SO2 e 1V O2) e à direita, 2V SO3. Como a reação direta ocorre com a diminuição do volume dos gases, então, de acordo com as regras de deslocamento do equilíbrio químico, a pressão no sistema deve ser aumentada. Portanto, este processo é realizado a pressão elevada.

Antes que a mistura de SO2 e O2 entre no aparelho de contato, ela deve ser aquecida a uma temperatura de 400-500°C. O aquecimento da mistura começa no trocador de calor, que é instalado na frente do aparelho de contato. A mistura passa entre os tubos do trocador de calor e é aquecida a partir desses tubos. Dentro dos tubos, o SO3 quente passa do aparelho de contato. Entrando no aparelho de contato, a mistura de SO2 e O2 continua aquecendo até a temperatura desejada, passando entre os tubos no aparelho de contato.

A temperatura de 400-500°C no aparelho de contato é mantida devido à liberação de calor na reação de conversão de SO2 em SO3. Assim que a mistura de óxido de enxofre e oxigênio chega aos leitos catalíticos, inicia-se o processo de oxidação de SO2 a SO3.

O óxido de enxofre SO3 formado deixa o aparelho de contato e entra na torre de absorção através do trocador de calor.

TERCEIRA ETAPA - absorção do SO3 pelo ácido sulfúrico.

Ele flui na torre de absorção.

Por que o óxido de enxofre SO3 não é absorvido pela água? Afinal, o óxido de enxofre pode ser dissolvido em água: SO3 + H2O H2SO4. Mas o fato é que se a água é usada para absorver o óxido de enxofre, o ácido sulfúrico é formado na forma de uma névoa composta por minúsculas gotículas de ácido sulfúrico (o óxido de enxofre se dissolve na água com a liberação de uma grande quantidade de calor, o ácido sulfúrico é tão aquecido que ferve e se transforma em vapor). Para evitar a formação de névoa de ácido sulfúrico, use ácido sulfúrico concentrado a 98%. Dois por cento de água é tão pequeno que o aquecimento do líquido será fraco e inofensivo. O óxido de enxofre se dissolve muito bem em tal ácido, formando oleum: H2SO4 nSO3.

A equação da reação para este processo é nSO3 + H2SO4 H2SO4 nSO3

O oleum resultante é despejado em tanques de metal e enviado para o depósito. Em seguida, os tanques são enchidos com oleum, os trens são formados e enviados ao consumidor.

Proteção Ambiental,

associada à produção de ácido sulfúrico.

A principal matéria-prima para a produção de ácido sulfúrico é o enxofre. É um dos elementos químicos mais comuns em nosso planeta.

A produção de ácido sulfúrico ocorre em três etapas: a primeira etapa produz o SO2, pela queima do FeS2, depois o SO3, após o que se obtém o ácido sulfúrico na terceira etapa.

A revolução científica e tecnológica e o intenso crescimento da produção química a ela associada provocam significativas alterações negativas no meio ambiente. Por exemplo, envenenamento de água doce, poluição da atmosfera terrestre, extermínio de animais e pássaros. Como resultado, o mundo está nas garras de uma crise ecológica. As emissões nocivas das fábricas de ácido sulfúrico devem ser avaliadas não apenas pelo efeito do óxido de enxofre que contêm nas áreas localizadas próximas ao empreendimento, mas também outros fatores devem ser levados em consideração - aumento do número de casos de doenças respiratórias em humanos e animais, a morte da vegetação e a supressão de seu crescimento, a destruição de estruturas feitas de calcário e mármore, aumento do desgaste por corrosão de metais. Devido à falha das chuvas "azedas", os monumentos arquitetônicos (Taj Makal) foram danificados.

Na zona até 300 km da fonte de poluição (SO2) o ácido sulfúrico é perigoso, na zona até 600 km. - sulfatos. O ácido sulfúrico e os sulfatos retardam o crescimento das culturas agrícolas. A acidificação dos corpos d'água (na primavera, quando a neve derrete, causa a morte de ovos e peixes juvenis. Além dos danos ambientais, há danos econômicos - grandes quantidades são perdidas todos os anos durante a desoxidação do solo.

Vamos dar uma olhada nos métodos de limpeza química para os poluentes atmosféricos gasosos mais comuns. Mais de 60 métodos são conhecidos. Os métodos mais promissores são baseados na absorção de óxido de enxofre por calcário, uma solução de sulfito - hidrossulfito de amônio e uma solução alcalina de aluminato de sódio. Também são de interesse os métodos catalíticos para a oxidação de óxido de enxofre na presença de óxido de vanádio.

De particular importância é a purificação de gases de impurezas contendo flúor, que, mesmo em pequenas concentrações, afetam adversamente a vegetação. Se os gases contiverem fluoreto de hidrogênio e flúor, eles são passados ​​​​por colunas com enchimento em contracorrente em relação a uma solução de hidróxido de sódio a 5-10%. As seguintes reações ocorrem dentro de um minuto:

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

HF+NaOH->NaF+H2O;

O fluoreto de sódio resultante é tratado para regenerar o hidróxido de sódio.

Os reagentes iniciais para a produção de ácido sulfúrico podem ser enxofre elementar e compostos contendo enxofre, dos quais pode ser obtido enxofre ou dióxido de enxofre.

Tradicionalmente, as principais fontes de matérias-primas são o enxofre e a pirita de ferro (enxofre). Cerca de metade do ácido sulfúrico é obtido do enxofre, um terço - das piritas. Um lugar significativo no balanço de matérias-primas é ocupado por gases residuais da metalurgia não ferrosa, contendo dióxido de enxofre.

Ao mesmo tempo, os gases de escape são a matéria-prima mais barata, os preços no atacado da pirita também são baixos, enquanto o enxofre é a matéria-prima mais cara. Portanto, para que a produção de ácido sulfúrico a partir do enxofre seja economicamente viável, deve ser desenvolvido um esquema no qual o custo de seu processamento seja significativamente menor do que o custo de processamento de piritas ou gases residuais.

Obtenção de ácido sulfúrico a partir do sulfeto de hidrogênio

O ácido sulfúrico é produzido a partir do sulfeto de hidrogênio por catálise úmida. Dependendo da composição dos gases combustíveis e do método de purificação, o gás sulfídrico pode ser concentrado (até 90%) e fraco (6-10%). Isso determina o esquema para processá-lo em ácido sulfúrico.

A Figura 1.1 mostra um esquema para a produção de ácido sulfúrico a partir do gás sulfídrico concentrado. Sulfeto de hidrogênio misturado com ar purificado no filtro 1 entra no forno 3 para combustão. Na caldeira de calor residual 4, a temperatura do gás que sai do forno diminui de 1000 para 450 °C, após o que o gás entra no aparelho de contato 5. A temperatura do gás que sai das camadas da massa de contato é reduzida por sopro não seco ar frio. Do aparelho de contato, o gás contendo SO 3 entra na torre condensadora 7, que é um lavador com bico irrigado com ácido. A temperatura do ácido de irrigação na entrada da torre é de 50-60°С, na saída de 80-90°С. Nesse modo, na parte inferior da torre, o gás contendo vapores de H 2 O e SO 3 é rapidamente resfriado, ocorre alta supersaturação e uma névoa de ácido sulfúrico é formada (até 30-35% de toda a produção vai para a névoa ), que é então captado no precipitador eletrostático 8. Para a melhor deposição de gotas de névoa em precipitadores eletrostáticos (ou filtros de outro tipo), é desejável que essas gotas sejam grandes. Isso é conseguido aumentando a temperatura do ácido de pulverização, o que leva a um aumento na temperatura do ácido que sai da torre (aumento da temperatura da superfície de condensação) e contribui para o engrossamento das gotas de névoa. O esquema para a produção de ácido sulfúrico a partir do gás sulfídrico fraco difere do esquema mostrado na Figura 1.1, pois o ar fornecido ao forno é pré-aquecido em trocadores de calor pelo gás que sai das camadas do catalisador e o processo de condensação é realizado em um condensador borbulhante do tipo concentrador Chemiko.

O gás passa sucessivamente pela camada de ácido em três câmaras do aparelho de borbulhamento, a temperatura do ácido nelas é regulada pelo fornecimento de água, cuja evaporação absorve o calor. Devido à alta temperatura do ácido na primeira câmara (230-240°C), os vapores de H 2 SO 4 condensam sem formação de névoa.

1 filtro, 2 ventiladores, 3 fornos, 4 caldeiras de calor residual, aparelhos de 5 pinos, 6 refrigeradores, condensadores de 7 torres, 8 filtros elétricos, coletores de 9 circulações, 10 bombas.

Figura 1.1 Esquema para a produção de ácido sulfúrico a partir de gás sulfídrico de alta concentração:

Nas duas câmaras subseqüentes (a temperatura do ácido nelas, respectivamente, é de cerca de 160 e 100 ° C), forma-se neblina. No entanto, devido à temperatura bastante elevada do ácido e à grande quantidade de vapor de água no gás, correspondente à pressão do vapor de água saturado sobre o ácido nas câmaras, a névoa é formada na forma de grandes gotas, que são facilmente depositado no precipitador eletrostático.

O ácido produtivo sai da primeira câmara (ao longo da câmara de gás), é resfriado na geladeira e enviado para o depósito. A superfície dos refrigeradores em tal compartimento de absorção é 15 vezes menor do que em um compartimento de absorção com torre condensadora, devido ao fato de que a maior parte do calor é removida pela evaporação da água. A concentração de ácido na primeira câmara (ácido de produção) é de cerca de 93,5%, na segunda e terceira câmaras, respectivamente, 85 e 30%. .