Головна |
Розглянемо процес отримання сірчаної кислоти контактним методом з сірчаного (залізного) колчедана. Першою стадією процесу є окислення сірчаного колчедану з отриманням обжигового газу, що містить діоксид сірки.
Випал колчедану (піриту) є складним фізико-хімічним процесом і включає в себе ряд послідовно або одночасно протікають реакцій:
Термічна дисоціація 2FeS2 = 2FeS + S2;
Парофазне горіння сірки S2 + 2О2 = 2SО2;
Горіння пирротина 4FeS + 7О2 = 2Fе2О3 + 4SО2.
Сумарна реакція: 4FеS2 + 11O2 = 2Fе2О3 + 8SО2. (I)
При невеликому надлишку або нестачі кисню утворюється змішаний оксид заліза:
3FеS2 + 8О2 = Fе3О4 + 6SО2.
Термічний розклад піриту починається вже при температурі близько 200 оЗ і одночасно запалюється сірка. При температурах вище 680 ° С інтенсивно протікають все три реакції. У промисловості випал ведуть при 850 - 900 ° С. Лимитирующей стадією процесу стає массоперенос продуктів розкладання в газову фазу і окислювача до місця реакції. При тих же температурах твердий компонент розм'якшується, що сприяє злипанню його частинок.
Реакція окислення SO2 екзотермічну; тепловий ефект її, як і будь-якої хімічної реакції, залежить від температури. В інтервалі 400-700 ° С тепловий ефект реакції окислення (в кДж / моль) з достатньою для технічних розрахунків точністю може бути обчислений за формулою
Q = 10 142 -9.26Т або 24 205 - 2,21Т (в ккал / моль)
де Т - Температура, К.
Реакція окислення SO2 в SO3 оборотна. Константа рівноваги цієї реакції (в Па-0.5) Описується рівнянням
де Pso3, Pso2, Po2-равновесние парціальні тиску SO3, SO2 і O2, Па.
величина кр залежить від температури. значення Kр в інтервалі
390-650 ° С можуть бути обчислені за формулою
lgKp = 4905 / T - 7,1479
Ступінь перетворення SO2, Що досягається на каталізаторі, залежить від його активності, складу газу, тривалості контакту газу з каталізатором, тиску та ін. Для газу даної складу теоретично можлива, т. Е. Рівноважна ступінь перетворення, залежить від температури і виражається рівнянням
У виробничих умовах істотне значення має швидкість окислення SO2. Від швидкості цієї реакції залежить кількість діоксиду сірки, окисляющегося в одиницю часу на одиниці маси каталізатора, і, отже, витрата каталізатора, розміри контактного апарату та інші техніко-економічні показники процесу. Процес прагнуть вести так, щоб швидкість окислення SO2, А також ступінь перетворення були максимально високі.
Швидкість окислення SO2 характеризується константою швидкості
де k0коефіцієнт; Е - Енергія активації, Дж / моль; Rуніверсальна газова постійна, 8,31 Дж / (моль-К); Т - Абсолютна температура, К.
З кінетичної теорії газів відомо, що частка молекул, що володіють енергією, достатньою для того, щоб при їх зіткненні сталася реакція, становить в першому наближенні e ~E/RT. Таким чином, цей член в рівнянні швидкості реакції характеризує частку ефективних зіткнень, що призводять до утворення молекул SO3. Показник ступеня в вираженні e ~ElRT негативний; отже, з підвищенням температури швидкість реакції зростає, а зі збільшенням Е зменшується.
енергія активації Е реакції окислення SO2 в SO3 дуже велика, тому без каталізатора реакція гомогенного окислення практично не йде навіть при високій температурі. У присутності твердих каталізаторів енергія активації знижується, отже, швидкість гетерогенної каталітичної реакції зростає. Таким чином, роль каталізатора полягає в зниженні енергії активації Е.
Найважливішим завданням у виробництві сірчаної кислоти є підвищення ступеня перетворення SО2 в SО3. Крім збільшення продуктивності щодо сірчаної кислоти виконання цього завдання дозволяє вирішити і екологічні проблеми - знизити викиди в навколишнє середовище шкідливого компонента SО2,.
Підвищення ступеня перетворення SО2 може бути досягнуто різними шляхами. Найбільш поширений з них - створення схем подвійного контактування і подвійний абсорбції (ДКДА).
Рис.1. Функціональна схема виробництва сірчаної кислоти з колчедану методом одинарного контактування.
Сировина для сірчаної кислоти і методи її одержання. | розрахункова частина