Күкіртті колчеданнан Жезқазған қаласы шарттарында өнімділігі жылына 2000 т болатын күкірт қышқыл өндірісінің цехын жобалау
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
1.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері менқолданылуы ... ... ...9
1.2 Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.3 Күкіртті газды өндіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру ... ... ... ... ... ... ... ...19
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын «ылғал» катализбен өндіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
2 БАС ЖОСПАР ЖӘНЕ КӨЛІК ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..28
2.1 Негізгі цехтардың ғимараттары мен құрылыстары бойынша сәулетті.құрылыстық шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...28
2.2 Өндірістегі жұмыскерлерді тұрмыстық және тазалық бойынша қызмет көрсету шешімдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29
2.3 Жылыту жүйесін сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
2.4 Канал жүргізу және сумен қамтамасыз ету жүйелерін сипаттау ... ... ... ...29
2.5 Колчеданнан жанасу күкірт қышқыл өндірісінің технологиялық сұлбасының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
3.1 ҚҚ пешінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31
3.2 Колчеданды күйдірудің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
3.3 Шаю бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
3.4 Кептіру бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
3.5 Жанасу бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..38
3.6 Жанасу бөлімінің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.7 ҚҚ пешін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
4.1 Қауіпсіздік шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44
4.2 Техника қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
4.3 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
4.4 Өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
4.5 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
4.6 Жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
4.7 Микроклимат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...48
4.8 Санитарлы . гигиеналық шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
5 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .49
5.1 Атмосфераны қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...49
5.2 Атмосфераға зиянды заттардың тасталуын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
5.3 Зиянды заттардың максимал концентрация мәніне жететін түтін құбырынан ара қашықтықты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..51
5.4 Су алаптарын қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
6 АВТОМАТТАНДЫРУ БӨЛІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1 Өндірісті автоматтандырудың қысқаша сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1.1 Шаңұстау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..52
6.1.2 Күкіртқышқылды аймақ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .52
6.2 Жанасу бөлімінің функциялық сұлбасын сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
7 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
7.1 Жылдық өндірістік қуатты негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
7.2 Еңбекті ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
7.3 Жұмыскерлердің сандық құрамын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
7.4 Еңбекақының жылдық қорын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..60
7.5 Өнімнің өзіндікқұн калькуляциясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
8 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
9 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..64
1ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
1.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері менқолданылуы ... ... ...9
1.2 Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.3 Күкіртті газды өндіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру ... ... ... ... ... ... ... ...19
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын «ылғал» катализбен өндіру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
2 БАС ЖОСПАР ЖӘНЕ КӨЛІК ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..28
2.1 Негізгі цехтардың ғимараттары мен құрылыстары бойынша сәулетті.құрылыстық шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...28
2.2 Өндірістегі жұмыскерлерді тұрмыстық және тазалық бойынша қызмет көрсету шешімдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29
2.3 Жылыту жүйесін сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
2.4 Канал жүргізу және сумен қамтамасыз ету жүйелерін сипаттау ... ... ... ...29
2.5 Колчеданнан жанасу күкірт қышқыл өндірісінің технологиялық сұлбасының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
3.1 ҚҚ пешінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31
3.2 Колчеданды күйдірудің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
3.3 Шаю бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
3.4 Кептіру бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
3.5 Жанасу бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..38
3.6 Жанасу бөлімінің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.7 ҚҚ пешін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
4.1 Қауіпсіздік шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44
4.2 Техника қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
4.3 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
4.4 Өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
4.5 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
4.6 Жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
4.7 Микроклимат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...48
4.8 Санитарлы . гигиеналық шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
5 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .49
5.1 Атмосфераны қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...49
5.2 Атмосфераға зиянды заттардың тасталуын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
5.3 Зиянды заттардың максимал концентрация мәніне жететін түтін құбырынан ара қашықтықты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..51
5.4 Су алаптарын қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
6 АВТОМАТТАНДЫРУ БӨЛІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1 Өндірісті автоматтандырудың қысқаша сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1.1 Шаңұстау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..52
6.1.2 Күкіртқышқылды аймақ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .52
6.2 Жанасу бөлімінің функциялық сұлбасын сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
7 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
7.1 Жылдық өндірістік қуатты негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
7.2 Еңбекті ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
7.3 Жұмыскерлердің сандық құрамын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
7.4 Еңбекақының жылдық қорын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..60
7.5 Өнімнің өзіндікқұн калькуляциясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
8 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
9 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..64
Бұл дипломдық жобада күкіртті колчеданнан Жезқазған қаласы шарттарында өнімділігі жылына 2000 т болатын күкірт қышқыл өндірісінің цехын жобалау орындалды. Бұл өндірістің бірінші сатысы күкіртті колчеданды күйдірген кезде күкірт қостотығын алу болып табылады. Күкірт қостотығын тазартқаннан кейін (әсіресе жанасу әдісінде) оны үштотыққа дейін тотықтырады, ол күкірт қышқылын алу үшін сумен байланыстырылады. Қалыпты жағдайларда SO2 – ден SO3 – ке дейін тотығу баяу жүреді. Үрдісті жылдамдату үшін катализатор қолданылады.
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
• Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
• Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
• Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде:
Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды;
Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы:Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
Жұмыста алға қoйылған мақсатқа жeту үшінкүкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз боолғандықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализатор қатысында жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегін тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі).Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады.Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) –тің болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны арнайы тазартуға ұшыратады. Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза.
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
• Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
• Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
• Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде:
Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды;
Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы:Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
Жұмыста алға қoйылған мақсатқа жeту үшінкүкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз боолғандықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализатор қатысында жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегін тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі).Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады.Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) –тің болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны арнайы тазартуға ұшыратады. Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза.
472с.
2. Справочник сернокислотчика, под.ред. К.М. Малина, 2-е изд. М.: «Химия», 1971.
3. Терновская А.Н., Коренберг Я.Г. Обжиг серного колчедана в кипяшем слое. М.: «Химия», 1971. 198с
4. Қайырбеков Ж.Қ., Әубәкіров Е.А., Мылтықбаева Ж.К. Жалпы химиялық технология. Алматы: Қазақ университеті, 2009. – 244 б
5. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд. М.: «Химия», 1976. 768с.
6. Чертков Б.А. и др. Получение серной кислоты из отходящих газов кислотно-каталитическим способом. Обзорн.информ., М.: НИУИФ, 1974. 56с.
7. Садиленко А.К., Козлов В.П., Хувес Я.Э., Балашов А.А. Контактное отделение сернокислотного цеха. М.: «Химия», 1972. 96с.
8. Погостин С.З. Экономика и организация химического производства, Госхимиздат, 1955.
9. Расчеты по технологии неорганических веществ, под.ред. М.Е. Позина. Л.: «Химия», 1976.
10. Мухленов И.П., Кузнецов Д.А. Общая химическая технология. М.: «Высшая школа», 1970, 600с.
11. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности. Л.: «Химия», 1969.
12. Данилова Л.А. К оценке экономичности использования различных видов сырья в производстве серной кислоты, Вест.техн. и эконом.инф. НИИТЭХИМ, 1961.
13. Дыбина П.В., Соловьева А.С., Вишняк Ю.И. Расчеты по технологии неорганических веществ. М.: «Высшая школа», 1967.
14. Козлов В.П., Балашов А.А., Васильев Б.Т., Добросельская Н.П. Теплообменные оборудование контактного отделения и новые типы контактных аппаратов для переработки сернистых газов цветной металлургии. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1979. 56с.
15. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. 2-е изд., перераб. М.: «Химия», 1983. 362с.
16. Илларионов В.В. Ванадиевые катализаторы для контактного производства серной кислоты. М.: «Госхимиздат», 1963. 176с.
17. Сороко В.Е., Явор В.И. Новые системы производства серной кислоты из металлургических газов, серы и колчедана. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1979. 68с.
18. Расчеты химико-технологических процессов, под.ред. И.П. Мухленова. Л.: «Химия», 1982. 300с.
19. Борбат В.Ф., Добросельская Н.П., Михаилов В.В Производство элементарных серы из серных руд и при комплексной переработке сульфидных концентратов. М.: «Цветметинформация», 1971. 90с.
20. Иванов А.А., Полякова Г.М. Механизм и кинетика каталитических процессов. Новосибирск: Институт катализа, СО АН СССР, 1977. 81с.
21. Вредные вещества в промышленности, под.ред. Н.В. Лазарева, ч ІІ, изд. «Химия», 1965.
22. Мухленов И.П., Добкина Е.И., Дерюжкина В.И., Сороко В.Е. Технология катализаторов. Л.: «Химия», 1979. 308с.
23. Охрана труда в химической промышленности. М.: «Химия», 1977. 568с.
24. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. М.: «Металлургия», 1968.
25. Гурфинкель М.А. Механизация трудоемких работ в складах, печных и подготовительных отделениях сернокислотных заводов. Хим. пром., 1962.
26. Амелин А.Г., Плискин Л.Г., Шумиловский Н.Н. Основы автоматизации производства серной кислоты контактным методом, Госхимиздат, 1961.
27. Кобевник В.Ф. Охрана труда. Киев: «Высшая школа», 1990.
28. Грацерштейн И.М., Маликова Р.Д. Организация и планирование производства на предприятиях цветной металлургии. М.: «Металлургия», 1977.
29. ҚР-ң Конституциясы 24-бап, 2007 жылғы 21 мамырдағы №254-ІІІ Заңдарымен енгізілген өзгертулер мен толықтырулармен.
30. СНиПІІ – 01.02.85 «Пожарная профилактика».
31. СНиП 23-05-95 «Естественное и исскуственное освещение».
32.Амелин А.Г., Яшке Е.В. Производство серной кислоты. М.: «Высшая школа», 1980. 245с.
33. Тойбаев Ы.Қ., Жұбанов Қ.А., Садыков Ү.Ә., Қоқанбаев Ә.Қ. Химиялық технология негіздері. Алматы: Қазақ университеті, 2008. – 350 б.
34.Ахметов Т.Г. и др. Химическая технология неорганических веществ. М.: Высшая школа, 2002.
35. Соколов Р.С. Химическая технология.Т.1. М.: «ВЛАДОС», 2000. – 368 с.
2. Справочник сернокислотчика, под.ред. К.М. Малина, 2-е изд. М.: «Химия», 1971.
3. Терновская А.Н., Коренберг Я.Г. Обжиг серного колчедана в кипяшем слое. М.: «Химия», 1971. 198с
4. Қайырбеков Ж.Қ., Әубәкіров Е.А., Мылтықбаева Ж.К. Жалпы химиялық технология. Алматы: Қазақ университеті, 2009. – 244 б
5. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд. М.: «Химия», 1976. 768с.
6. Чертков Б.А. и др. Получение серной кислоты из отходящих газов кислотно-каталитическим способом. Обзорн.информ., М.: НИУИФ, 1974. 56с.
7. Садиленко А.К., Козлов В.П., Хувес Я.Э., Балашов А.А. Контактное отделение сернокислотного цеха. М.: «Химия», 1972. 96с.
8. Погостин С.З. Экономика и организация химического производства, Госхимиздат, 1955.
9. Расчеты по технологии неорганических веществ, под.ред. М.Е. Позина. Л.: «Химия», 1976.
10. Мухленов И.П., Кузнецов Д.А. Общая химическая технология. М.: «Высшая школа», 1970, 600с.
11. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности. Л.: «Химия», 1969.
12. Данилова Л.А. К оценке экономичности использования различных видов сырья в производстве серной кислоты, Вест.техн. и эконом.инф. НИИТЭХИМ, 1961.
13. Дыбина П.В., Соловьева А.С., Вишняк Ю.И. Расчеты по технологии неорганических веществ. М.: «Высшая школа», 1967.
14. Козлов В.П., Балашов А.А., Васильев Б.Т., Добросельская Н.П. Теплообменные оборудование контактного отделения и новые типы контактных аппаратов для переработки сернистых газов цветной металлургии. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1979. 56с.
15. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. 2-е изд., перераб. М.: «Химия», 1983. 362с.
16. Илларионов В.В. Ванадиевые катализаторы для контактного производства серной кислоты. М.: «Госхимиздат», 1963. 176с.
17. Сороко В.Е., Явор В.И. Новые системы производства серной кислоты из металлургических газов, серы и колчедана. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1979. 68с.
18. Расчеты химико-технологических процессов, под.ред. И.П. Мухленова. Л.: «Химия», 1982. 300с.
19. Борбат В.Ф., Добросельская Н.П., Михаилов В.В Производство элементарных серы из серных руд и при комплексной переработке сульфидных концентратов. М.: «Цветметинформация», 1971. 90с.
20. Иванов А.А., Полякова Г.М. Механизм и кинетика каталитических процессов. Новосибирск: Институт катализа, СО АН СССР, 1977. 81с.
21. Вредные вещества в промышленности, под.ред. Н.В. Лазарева, ч ІІ, изд. «Химия», 1965.
22. Мухленов И.П., Добкина Е.И., Дерюжкина В.И., Сороко В.Е. Технология катализаторов. Л.: «Химия», 1979. 308с.
23. Охрана труда в химической промышленности. М.: «Химия», 1977. 568с.
24. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. М.: «Металлургия», 1968.
25. Гурфинкель М.А. Механизация трудоемких работ в складах, печных и подготовительных отделениях сернокислотных заводов. Хим. пром., 1962.
26. Амелин А.Г., Плискин Л.Г., Шумиловский Н.Н. Основы автоматизации производства серной кислоты контактным методом, Госхимиздат, 1961.
27. Кобевник В.Ф. Охрана труда. Киев: «Высшая школа», 1990.
28. Грацерштейн И.М., Маликова Р.Д. Организация и планирование производства на предприятиях цветной металлургии. М.: «Металлургия», 1977.
29. ҚР-ң Конституциясы 24-бап, 2007 жылғы 21 мамырдағы №254-ІІІ Заңдарымен енгізілген өзгертулер мен толықтырулармен.
30. СНиПІІ – 01.02.85 «Пожарная профилактика».
31. СНиП 23-05-95 «Естественное и исскуственное освещение».
32.Амелин А.Г., Яшке Е.В. Производство серной кислоты. М.: «Высшая школа», 1980. 245с.
33. Тойбаев Ы.Қ., Жұбанов Қ.А., Садыков Ү.Ә., Қоқанбаев Ә.Қ. Химиялық технология негіздері. Алматы: Қазақ университеті, 2008. – 350 б.
34.Ахметов Т.Г. и др. Химическая технология неорганических веществ. М.: Высшая школа, 2002.
35. Соколов Р.С. Химическая технология.Т.1. М.: «ВЛАДОС», 2000. – 368 с.
РЕФЕРАТ
Диплом жұмысы 65 беттен, 15 суреттен, 18 кесте, және 35 пайдаланылған әдебиеттен тұрады.
Түйінді сөздер: күкірт, күкірт қышқылы, колчедан
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
* Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
* Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
* Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды. Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы: Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
РEФEРAТ
Дипломная работа состоит из 65 страниц, 15 рисунков, 18 таблиц, и 35 источников использованной литературы.
Ключевые слова: сера, серная кислота, колчедан.
Цель работы:
Проектировать технологию серная кислота производительность которая в год 2000 тонн.
Задачи работы:
* Ознакомится технологической схемой Жезказганском медеплавильном заводе ;
* Проектирование технологии получения производства 2000 тонн серной кислоты в год ;
* Сделать технико-экономические расчеты
Методы исследования:
* В результате работы ознакомив технологии Жезказганском медеплавильном заводе, проектирована технология получения производства 2000 тонн серной кислоты в год. Расчитаны технико-экономические показатели.
Практическая значимость:
* Серная кислота используется во многих отраслях химической промышленности .
ABSTRACT
Thesis consists of 65 pages, 15 figures, 18 tables, 35 sources of literature.
Keywords: sulfur, sulfuric acid, pyrite.
Purpose:
Design technology sulfuric acid productivity is 2000 tons per year.
Objectives of the work:
:: Learn about the technological scheme Zhezkazgan smelter;
:: Design technology for the production of 2,000 tonnes of sulfuric acid per year;
:: Make a technical-economic calculations
Research methods:
As a result of familiarizing Zhezkazgan smelter technology, design technology for production of 2000 tons of sulfuric acid per year. Calculate the technical and economic indicators.
The practical significance:Sulfuric acid is used in many sectors of the chemical industry.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..8
0.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері мен қолданылуы ... ... ...9
1.2 Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.3 Күкіртті газды өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ..19
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын ылғал катализбен өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..2 4
2 БАС ЖОСПАР ЖӘНЕ КӨЛІК ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.1 Негізгі цехтардың ғимараттары мен құрылыстары бойынша сәулетті-құрылыстық шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.2 Өндірістегі жұмыскерлерді тұрмыстық және тазалық бойынша қызмет көрсету шешімдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29
2.3 Жылыту жүйесін сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
2.4 Канал жүргізу және сумен қамтамасыз ету жүйелерін сипаттау ... ... ... ...29
2.5 Колчеданнан жанасу күкірт қышқыл өндірісінің технологиялық сұлбасының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31
3.1 ҚҚ пешінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
3.2 Колчеданды күйдірудің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
3.3 Шаю бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
3.4 Кептіру бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
3.5 Жанасу бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..38
3.6 Жанасу бөлімінің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.7 ҚҚ пешін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
4.1 Қауіпсіздік шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...44
4.2 Техника қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..45
4.3 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
4.4 Өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..46
4.5 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
4.6 Жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...47
4.7 Микроклимат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
4.8 Санитарлы - гигиеналық шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..48
5 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... .49
5.1 Атмосфераны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...49
5.2 Атмосфераға зиянды заттардың тасталуын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
5.3 Зиянды заттардың максимал концентрация мәніне жететін түтін құбырынан ара қашықтықты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
5.4 Су алаптарын қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
6 АВТОМАТТАНДЫРУ БӨЛІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1 Өндірісті автоматтандырудың қысқаша сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1.1 Шаңұстау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..52
6.1.2 Күкіртқышқылды аймақ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.2 Жанасу бөлімінің функциялық сұлбасын сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
7 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57
7.1 Жылдық өндірістік қуатты негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57
7.2 Еңбекті ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
7.3 Жұмыскерлердің сандық құрамын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
7.4 Еңбекақының жылдық қорын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..60
7.5 Өнімнің өзіндікқұн калькуляциясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
8 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
9 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...64
НОРМАТИВТІ СІЛТЕМЕЛЕР
Дипломдық жұмыста келесідей нормативті құжаттарға сілтемелер пайдаланылды:
ГОСТ 7.32-2001. Ғылыми-зерттеу жұмысының есебі. Безендірудің құрылысы мен ережесі.
ГОСТ 2.105-95. Конструкторлық құжаттамалардың біркелкі жүйесі. Құжаттар мәтініне қойылатын жалпы талаптар.
ГОСТ 7.1-84. Ақпараттар, кітапхана және баспа ісі жөніндегі стандарттар жүйесі. Құжаттың библиографиялық сипаттамасы. Жалпы талаптары мен құрастыру ережелері.
ГОСТ 7.54-88. Ғылыми-техникалық құжаттардағы материалдар мен заттардың қасиеттері жөніндегі сандық мәліметтерді беру. Жалпы талаптар.
ГОСТ 8.417-81. Өлшем бірліктерімен қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесі. Физикалық шамалар бірліктері.
КІРІСПЕ
Бұл дипломдық жобада күкіртті колчеданнан Жезқазған қаласы шарттарында өнімділігі жылына 2000 т болатын күкірт қышқыл өндірісінің цехын жобалау орындалды. Бұл өндірістің бірінші сатысы күкіртті колчеданды күйдірген кезде күкірт қостотығын алу болып табылады. Күкірт қостотығын тазартқаннан кейін (әсіресе жанасу әдісінде) оны үштотыққа дейін тотықтырады, ол күкірт қышқылын алу үшін сумен байланыстырылады. Қалыпты жағдайларда SO2 - ден SO3 - ке дейін тотығу баяу жүреді. Үрдісті жылдамдату үшін катализатор қолданылады.
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
* Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
* Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
* Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде:
Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды;
Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы: Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
Жұмыста алға қoйылған мақсатқа жeту үшін күкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз боолғандықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализатор қатысында жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегін тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі). Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады. Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) - тің болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны арнайы тазартуға ұшыратады. Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза.
1ӘДЕБИ ШОЛУ
Сусыз күкірт қышқылы (моногидрат) H2SO4 - ауыр майлы сұйық, ол сумен араласу арқылы көп мөлшерде жылу бөледі. Тығыздығы - 1,8305 гсм3 (200С - та), +10,450С-та кристалданады, 296,20С-та қайнайды.
Күкірт қышқылын бір молекула күкірт ангидридінің SO3 бір молекула сумен H2O қосылысы деп қарастыру қажет, сусыз күкірт қышқылы 81,63% SO3 және 18,37% H2O тұрады. Моногидраттағы SO3-ң ерітінділері олеум деп аталады. Техникалық күкірт қышқылы қоспалармен сұр түске боялған.
H2SO4 булары температураны көтерген кезде диссоциацияланады:
Күкірт қышқылы - ең активті бейорганикалық қышқылдардың бірі. Ол барлық металдармен және олардың тотықтарымен әрекеттеседі, алмасу ыдырау реакцияларына қатысады, сумен қарқынды араласады, тотықтырғыштық және басқа да маңызды химиялық қасиеттерге ие.
Күкірт қышқылы химиялық өнеркәсіптің негізгі өнімедрінің бірі болып табылады. Минералдық тыңайтқыштар, түрлі минералдық тұздар мен қышқылдар, бірқатар органикалық өнімдер, бояғыштар, жарылғыш заттар және т.б. өндірістерінде кең қолданылады. Ол мұнай, металлургиялық, металөңдеу, тоқыма және басқа да өнеркәсіптік салаларда қолданыс тапқан, сусіңіргіш және кептіргіш құрал ретінде, бейтарап үрдістер мен басқа да мақсаттар үшін пайдаланылады [1].
Күкірт қышқылы өндірісінің бастапқы шикізаты ретінде күкіртті ангидрид болып табылады, ол күкіртті немесе басқа да күкрітқұрамды шикізат түрлерін күйдірумен алынады.
Күкіртті ангидридті күкірт қышқылына қайтаөңдеу, оны тотықтыру және суды қосудан тұрады:
Күкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз. Сондықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализаторда жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегіні тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі).
Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады.
Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) - ң болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Нитроздық әдіспен салыстырмалы азконцентрлі мұнаралы қышқыл алынады, құрамында шамамен 75% H2SO4 болады. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Мысалы, мұнаралы күкірт қышқылын алу кезінде, оған күйдіру газында қалатын шаң бөлшектері түседі, оны құрғақ электрфильтрлерде тазартса да. Сондай-ақ, мұнаралық қышқылдың құрамында еріген азот тотықтары болады. Күкірт қышқылы сонымен қатар H2SO4 - те еритін, аппараттың коррозиясы өнімдерімен ластануы мүмкін.
Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны мұқият арнайы тазартуға ұшыратады. Сондықтан жанасу күкірт қышқылының құрамында коррозияның ерігіш өнімдері болады. Коррозияға материалдардан дайындалған аппаратты қолдану, жоғарғы тазалықты жанасу күкірт қышқылын алуға болады.
Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Күкірт қышқылының түрлері болып мұнаралы қышқыл, купорос майы және олеум табылады. Аккумуляторлық қышқыл жанасу әдісімен алынады (92-94% H2SO4). Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза [2].
1.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері мен қолданылуы
Күкірт қышқылы - химиялық өнеркәсіпте ең үлкен және көп көлемде өндірілетін өнімдерінің бірі. Күкірт қышқылы түтіндемейді, түссіз, иіссіз , қалыпты жағдайда сұйықтызат.
Техникада күкірт қышқылы деп күкірт оксидтен (VI) және судан тұратын әртүрлі құрамды: nSO3.mH2O жүйелер аталады. n = m = 1 жағдайда күкірт қышқылының моногидраты, яғни 100% күкірт қышқылы болады, mn - моногидраттың су ерітінділері, ал mn жағдайда - моногидраттағы күкірт оксидінің (VI) ерітінділер (олеум дейтін) түзіледі:
Н2SO4.(n - 1)SO3Н2SO4Н2SO4. (m - 1)H2O.
олеум моногидрат моногидрат ерітінді
Күкірт қышқылының моногидраты - түссіз май тәрізді сұйықтық. Оның кристалдану температурасы 10,4 ºС, ал қайнау температурасы 296,2 ºС және тығыздығы 1,85 тм3. Моногидрат сумен және күкірт оксидімен (VI) әртүрлі қатынаста араласады, ол сумен - Н2SO4.H2O; Н2SO4. 2H2O; Н2SO4. 4H2O гидраттарды, ал SO3-пен - Н2SO4.SO3 және Н2SO4. 2SO3 қосылыстарды түзеді. Күкірт қышқылы суда ерігенде 1 моль 36 кДж жылу бөлініп шығарады.
Осы гидраттары мен SO3-пен қосылыстар әртүрлі кристалдану температураларға ие болып, эвтектика қатарын түзеді. Олардың кристалдану температурасы кейбіреулері нольден төмен немесе нольге жуық. Бұл эвтектикалар 1 суретте көрсетілген.
1 сурет - SO3 - Н2O жүйесінің кристалдану диаграммасы
Күкірт қышқылының қайнау температурасы да оның концентрациясына, яғни күкірт оксиді (VI) - су жүйесінің құрамына тәуелді (2 сурет). Күкірт қышқылы ерітінділердің концентрациясы өскен сайын оның қайнау температурасы да өседі және максимумды 336,5 ºС-та жетеді, оған концентрациясы 98,3% сәйкес. Бұл концентрацияда өзгермей қайнайтын (азеотропты) ерітінді түзеді. Құрамында бос SO3-тің мөлшері көбейен кезде олеумнің қайнау температурасы 296,2 ºС-тан (моногидраттың Тқайнау) 44,7 ºС-қа, яғни 100 %-дық SO3-тің қайнау температурасына дейін төмен түседі.
2 сурет - Күкірт қышқылының қайнау температурасы
Күкірт қышқылының булар 400 ºС-тан жоғары қыздырғанда келесі схема бойынша термиялық диссоциацияланады және құрамында көп мөлшерде Н2SO4-ның молекулаларға қарағанда SO3 молекулары көбірек болады, ал 700 ºС-тан жоғары SO2-нің молекулары артық болады:
400º 700º
2Н2SO4--2Н2O +2SO3-- 2H2O + 2SO2 + О2.
Құрамында қоспалардың мөлшеріне және қышқыл ерітіндісінің концентрациясына байланысты химия өнеркәсібі күкірт қышқылының үш негізгі тауарлы түрін (сорт) шығарады (1 кесте) [3].
1 кесте - Күкірт қышқылының түрлері
Аталуы
Концентрация, %
Кристалдану температурасы, ºС
Мұнара қышқылы
75
- 29,5
Контактілік қышқыл
(техникалық Н2SO4 - купорос майы)
92,5
- 22
Олеум
бос SO3 20
+ 2
Олардан басқа аккумулятор күкірт қышқылы (92-94 % Н2SO4) бар, оның құрамында Mn, Fe, As, Cl иондары, азот оксидтері және т.б. қоспалар болмауы керек, егер олар аз мөлшерде болса да аккумуляторды зарядтағанда тотығу-тотықсыздану процесі жүреді, бұл жағдайда электродтар тез бұзылады және электр тогы артық мөлшерде жұмсалады.
Зертханада реактивтік күкірт қышқылының ХТ, ТAТ және Т маркалары қолданылады.
Қолданылуы. Күкірт қышқылының өндірісі - бейорганикалық заттардың химиялық өнеркәсіптің - қышқылдар, негіздер, тұздар, минералдық тыңайтқыштар және хлор өндіретін саласының - ең манызды бір тарауы. Минералды қышқылдардың арасында күкірт қышқылы бірінші орын алады. Соңғы 25 жыл әлемде күкірт қышқылының тұтынуы 3 есе өсті және қазіргі кезде жылына 160 млн. тонна құрайды.
Н2SO4-ның ең үлкен бөлігі минералды тыңайтқыштардың өндірісінде (30 %-дан 60%-ға дейін), сондай-ақ бояғыштар өндірісінде (2-ден 16%-ға дейін), химиялық талшықтар өндірісінде (5-тен 15 %-ға дейін) және металлургиясында (2-ден3 %-ға дейін) жұмсалынады.
Сонымен қатар, әртүрлі техникалық мақсаттар үшін ол тамақ, металл өңдеу, қопарылғыш заттар өндірісінде және Н3РО4, НСl, сірке және т.б. қышқылдар өндірісінде көп қолданылады. Коксохимия өндірісінде күкірт қышқылы мұнай өнімдерін, майларын тазарту үшін жиі пайдаланылады.
Қазақстанда күкірт қышқылын фосфор тыңайтқыштарын өндіретін және уран алатын зауыттар Қазатомпром мемлекеттік кәсіпорындары ең көп пайдаланады. Ал өнім ретінде шығарылатын зауыттар: Өскемен мен Балхаш химиялық зауыттары.
Н2SO4-ның қолдану аймақтары 3 суретте көрсетілген.
Н2SO4 суда өте жақсы ерумен қатар, суды (ылғалды, дымқылды) күшті тартып сіңіреді, сондықтан оны құрғатқыш ретінде қолданады.
Күкірт қышқылы өндірісінің даму тарихы
XVIII ғасырдың ортасына дейін күкірт қышқылды табиғи темір сульфатын (купорос дейтін) тақтатасымен құрғақ айдау арқылы алынған, осы себептен өндірісте техникалық күкірт қышқылын купорос майы деп атайды.
1746 ж. күкірт қышқылын түбіне су құйылған қорғасын камерасында күкіртпен калий селитра (КNO3) қоспасын өртеу арқылы өндіре бастады. Бұл жағдайда күкірт оксиді (VI) және азот оксидтері суда еріп нитроза түзілген. Сондықтан бұл әдісті камералық немесе нитроза әдісі деп аталған.
ХХ ғасырдың басында азот оксидтерін ұстау үшін қондырғыға арнай мұнара қосылған, бұл үрдістің қарқындылығын арттырды. Содан кейін қорғасын камералар қышқылға төзімді саптама бар мұнаралармен ауыстырған. Сөйтіп, камералы әдіс күкірт қышқылының мұнара әдісіне ауысты.1837 ж. шикізат ретінде алғаш рет күкірт орнынан темір колчедан пайдаланды.
1831 ж. ағылшын ғалымы П.Филипс платина катализатор қатысында күкірт қышқылының контактілік (жанасу) әдісін ұсынды.
ХХ ғасырдың 20-шы жылдарынан бастап қымбат платина орнына арзан ванадий оксидін (V) негізінде контакт массасын қолданатын болды. Бұл катализатордың жану температурасын біраз төмендетеді.
3 сурет - Күкірт қышқылының қолданылуы
1930 ж. өндіріс тәжірибеде тұнғыш рет темір колчедан күйдіру сатысында ҚҚ (қайнаушы қабатта күйдіретін) пештер ендірген, бұның арқасында өндірістің қарқындылығы өсті және күкірттің жоғалуы азайды.
1931 ж. И.А. Ададуровпен және басқа газдағы су буының мөлшері жоғары болғанда қатты катализатордің үстінде күкірт оксидінің тотығу әдісі ұсынылды. Кейінірек, бұл - күкіртті сутектен күкірт қышқылын алу әдісі - ылғалды катализ деп аталған.
Содан кейін өндіріске Г.К. Боресковпен және В.С. Бесковпен ұсынылған қос жанасу әдісі (ҚЖ-ҚА) ендірілген. Ол SO2-нің жанасу дәрежесін артады және у газдардың шығын азайтады.
Қазірге кезде Н2SO4 негізгі екі әдіспен: контакт (жанасу) және нитроз (мұнара) әдістерімен өндіріледі. Моногидрат бойынша аппараттардың өнімділігі күнделікке 2000 т жетеді.
1.2 Күкірт қышқылын өндіруге қажетті шикізат
Қазақстанда күкірт қышқылы Степногорскіде (жылына 180 мың тонна), Балқашта (жылына 1 мың тонна) өндіріледі. Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізаттар күкірт немесе күкірт (IV) оксиді алынуы мүмкін күкіртті қосылыстар.
Көп мөлшерде өндірілетін күкірт қышқылына керекті күкірт диоксидін алудың бір қоры - түсті металлургияның пештерінен соңғы кезге дейін далаға жіберіліп келген газдар. Қазіргі кезде бұл газдар, әсіресе түсті металдардың қазынасы, Қазақстанда (Шығыс Қазақстан, Балқаш) күкірт қышқылын алуға жұмсалады. Мысалы 1 тонна мыс өндіргенде 7,5 тонна күкірт диоксиді шығады, одан 10 тонна артық күкірт қышқылын алуға болады. Өндірісте 80% жуық күкірт қышқылын табиғи күкірт пен темір колчеданынан алады.
Сонымен, күкірт қышқылының күкірті бар шикізатынан өндіруі бірнеше химиялық үрдістерден тұрады, оларда шикізаттың және жартылай өнімдердің тотығу дәрежесі өзгереді:
S0
FeS2-2 I II
H2S-2 [S+4] [S+6],
S+4O2
мұндағы I - күкіртті газдың (күкірт оксиді (IV)) алу сатысы;
II - күкіртті оксидін каталитикалық тотығу арқылы күкірт ангидридіне айналдыру және оның абсорбциялау.
Практика жүзінде орындалатын өндірісте осы химиялық үрдістерге шикізаттың дайындау, күкіртті газдың тазарту және басқада механикалық және физика-химиялық үрдістер қосылады. Онда күкірт қышқылының жалпы өндіріс сұлбасын мына түрінде көрсетуге болады:
Шикізат шикізатты дайындау шикізаттың жануы (күйдіру) күкіртті газдың (күйдіргіш газ) тазартуы жанасауы күкіртті ангидридін абсорбциялау H2SO4.
Өндірістің технологиялық сызба-нұсқасы қолданылатын шикізат түріне байланысты, күкірт оксидінің (IV) каталитикалық тотықтырудың ерекшеліктеріне, күкірт оксидінің (VI) абсорбция сатысының бар немесе жоқ болуына.
Күкірт қышқылын өндірісінде шикізат ретінде күкірт өзін және құрамында күкірті бар әртүрлі қосылыстарды да пайдалануға болады.
Өндіріс масштабында Н2SO4 жалпы көлемінен 45 % колчеданнан, 25 % - күкірттен, 25 % - әртүрлі өндірістен шығатын күкіртті газдан және 5 % - әртүрлі шикізаттан алынады.
Күкірт табиғатта негізінен үш түрде кездеседі:
1) бос түріндегі күкірт - элементарлы күкірт S;
2) сульфидтік кендерінде - металл сульфидтері;
3) металл сульфаттар: гипс СаSO4. 2Н2О, ангидрид СаSO4, мирабилит Na2SO4. 10Н2O және т.б.
Элементарлы күкірттің кендері өте аз мөлшерде кездеседі (күкірттің кларкы 0,1 %-ды құрайды). Бірақ элементарлы күкірт SO2-ні өндіруге өте құнды шикізат.
Күкіртті газдың (SO2) басқа да көздері бар. Күкірт мұнай, тас көмір, табиғи және өтпелі газдардың құрамында болады. Оларды өңдегенде ол күкіртті газ түрінде шығады. Көп мөлшерде SO2 оттық және түсті металлургияның газдарында болады. Одан басқа күкірт жанғыш газдарды тазалау кезінде бөлініп шығатын күкіртсутек түрінде болады.
Сол сәттен, күкірт қышқылын өндіру үшін қолданылатын шикізат өте алуан, бірақ осы уақытқа дейін шикізат ретінде темір колчедан мен элементарлы күкірт жиі қолданылады. Колчедан құрамындағы күкірт мөлшері 35-50% құрайды. Оның негізгі кенорындары Кавказ, Орал және Орта Азия републикаларында орналасқан.
Н2SO4 өндірудің жалпы сызба-нұсқасы негізгі мынадай сатылардан турады:
1) күкіртті ангидридін SO2 алу,
2) күкірт оксидін (IV) SO3-ке тотықтыру,
3) күкірт ангидридін Н2SO4-ке айналдыру.
Өнеркәсіпте өндіретін газ (SO2 күкіртті ангидрид) өте күрделі қоспа, оның құрамында SO2-нен басқа: азот, оттек және т.б. қоспалар болады.
Осы өнеркәсіптік жалпы схемада Н2SO4 өндіру үшін алғашқы екі саты өте маңызды болып келеді. Олар: шикізатты дайындау және оны құйдіру. Осы айтылғандардың әрқайсысын техникалық орындауы ерекше болады, өйткені шикізат табиғатына байланысты болады.
Шикізат дайындау сатысын кеселі мысалдарда карастырайық.
1) Темір колчедан. Табиғи темір колчедан қатарлы колчедан түрінде кездеседі. Бұл темір сульфидтен FeS2 және басқа металл (мыс, мырыш, қорғасын, никель, кобальт және т.б.) сульфидтерден туратын күрделі жыныс. Олардан басқа оның құрамына металл карбонаттары мен бос жыныс кіреді.
Колчеданның дайындау үрдісі 1 суретте көрсетілген. Оның мақсаты - түсті металдарды және FeS2 бөліп шығару.
4 сурет - Темір колчеданның дайындау сызбасы
2) Күкірт.Элементарлы күкірт құрамында не күкіртсутек, не күкірт оксиді (IV) бар газдардан немесе күкіртті кендерден алынады. Осыған сәйкес кенді (самород) және газды күкіртті ажыратады:
Күкіртті кендерден күкірт пештерде, автоклавтарда немесе Фраш әдіспен тікелей жерасты кеншоғырларда балқытып алады. 2 суретте кенді күкірттің дайындау сызба-нұсқасы көрсетілген.
5 сурет - Кенді күкірттің дайындауы
Газды күкіртті күкіртсутектен алады. Бұл үрдіс қатты катализатордың үстіндегі Н2S-тің толық емес жүретін тотығу реакциясына негізделген:
Н2S + 1,5О2 = SО2 + Н2О
2Н2S + SО2 = 2Н2О + 1,5S2
_________________________________
2Н2S + О2 = 2Н2О + S2.
Мыс өндірісте қосымша өнімдерінің бірі күкірті қосылыстары болу мүмкін. Олар балқу кезінде келесі реакциялар бойынша элементарлы күкіртті беру мүмкін:
FeS2 = 2FeS + S2,
SО2 + С = S + СО2,
СS2 + SО2 = 1,5S2 + СО2,
2СОS + SО2 = 1,5S2 + 2СО2.
3) Күкіртісутек Н2S-тің көздер: кокстық, генераторлық, өтпелі газдар және мұнай қайта өндеудің газдары. Оның құрамында 90 %-ға дейін күкірт болады, сондықтан ол арнай дайындауды қажет етпейді.
4) Түсті металлургияның газдары Осындай газдарда 4-тен 10 %-ға дейін күкірт оксиді (IV) болады, сондықтан олар тікелей күкірт қышқылын алу үшін қолданылуы мүмкін.
Н2SО4-ның өзіндік кұнында шикізат үлесі көп болғандықтан, өндірістің техника-экономикалық көрсеткіштер пайдалынатын шикізатқа тәуелді. 2 кестеде әртүрлі шикізаттан алынатын күкірт қышқылы өндірісінің ТЭК келтірілген[4].
2 кесте - Н2SО4 өндірісінің техника-экономикалық көрсеткіштер (%)
Көрсеткіш
Шикізат
Темір колчедан
Кенді күкірт
Газды күкірт
Күкіртсутек
Меншікті күрделі қаржы
100
57
57
63
Қышқылдың өзіндік құны
100
125
67
80
Келтірілген шығындар
100
118
75
72
1.3 Күкіртті газды өндіру
Күкіртті газды көп мөлшерде өндіруге шикізат ретінде құрамында күкірт бар табиғи минералды немесе өндіріс қалдықтары қолданылады. Қазіргі кезде күкірт газды өндіруге негізгі шикізат ретінде күкірт колчеданы қолданылады. Колчедан құрамындағы күкірт мөлшері 35-50 %-ға дейін болады. Кен орындары: Орал, Кавказ және Орта Азия Республикалары.
Күкіртті газдың басқа да көзі бар, олар: түсті металдар сульфидтерін күйдіргенде күкіртті газ бөлінеді. Мұнай өнімдерін өңдегенде, көмірді кокстегенде және генератор газдарын өндіргенде көп мөлшерде күкіртті сутек бөлінеді. Күкіртті сутек күкіртті газдардың ерекше көзі болып табылады.
Күкірт қышқылын колчеданнан өндіру
Колчеданнан күкірт қышқылы алудың химиялық сұлбасы бір ізділікпен жүретін үш сатыдан тұрады:
- пирит концентратын ауа оттегімен тотығу:
4FeS2 + 11О2 = 2Fe2О3 + 8SО2 + 3400 кДж,
- күкірт диоксидін арттық оттегімен үшоксидке тотығу:
2SО2 + О2 = 2SО3;
- күкірт қышылының пайда болуымен күкірт оксидін (VI) абсорциялау:
SО3 + Н2О = Н2SО4.
Технологиялық безендіру бойынша колчеданнан күкірт қышқылын өндіруі өте күрделі және бірнеше тізбекті сатыдан тұрады. Бұл өндірістің құрылымды сызба-нұсқасы 1 суретте көрсетілген.
I - күйдіргіш газды алу сатысы: 1 - колчеданды күйдіру; 2- қазандық-утилизатор; 3 - газдың жалпы тазартуы; 4 - газдың арнаулы тазарту;
II - жанасу сатысы: 5 - жылуалмастырғышта газды жылыту; 6 - жанасау;
III - абсорбциялау: 7 - күкірт ангидриідін (VI) абсорбциясы және күкірт қышқылының пайда болуы
6 сурет - Флотацияланған колчеданнан Н2SО4 өндірісінің құрылымды сызба-нұсқасы
Колчеданның күю процесі тізбекті және параллельді химиялық реакциялардан құралған күрделі үрдісі. Колчеданды 500 ºС-тан жоғары қыздырғанда пирит диссоцияланып, темір (II) сульфидін және күкірт түзеді:
2FeS2 2FeS + S2.
Күірт газ фазада жылдам күйіп күкіртті газға айналады:
S2 + 2О2 = 2SО2 + Q.
Ал темір сульфиді тотығады мына теңдеу бойынша:
4FeS + 7О2 = 2Fe2О3 + 4SО2 + Q.
Температура 600 ºС-тан төмен болса, онда темір сульфаттары түзіледі:
2FeS + 7О2 = Fe2(SО4)3 + SО2.
Колчеданның жалпы күю жылдамдығы пирит ядросына оттектің диффузиясымен шектеленеді, яғни пириттің күюі ішкі диффузия саласында жүретін гетерогенді үрдіс болып табылады. Сондықтан пириттің күю жылдамдығы мына теңдеумен сипатталады:
dGSO2dτ=km∙F ∙ ∆C,
мұндағы km - масса беру коэффициенті;
F - фазалар жанасу беті;
∆C - үрдістің қозғаушы күші.
Теңдеу бойынша күю процесін жылдамдату үшін km, F және ∆C көбейту керек. Сонымен үрдістің жылдамдығы температураға (km арқылы), колчеданның дисперстілігіне (F арқылы), ауадағы оттек және колчедандағы темір дисульфид концентрациясына (∆C арқылы) байланысты.2 суретте күю жылдамдығының бөлшек диаметріне және температураға туәелділілігі көрсетілген.
7 сурет - Колчедан күю жылдамдығына температураның (а) және бөлшек диаметрінің (б) әсері
F көбейту үшін қатты компонентті 0,03-0,3 мм шамаға дейін ұсақтау керек.
∆C көбейту үшін өртеу аймақта колчедан құрамындағы пирит және оттектің концентрациясын көбейту керек. Ол үшін колчеданды флотациялап байытады және ауа құрамындағы оттек мөлшерін жоғарылатады (әдетте, стехиометриядан 30 % артық мөлшерде алады немесе 1,2-1,8 есе артық).
km көбейтуі температураға байланысты. Тәжірибеде процесті 1000 ºС-тан аспай жүргізеді, өйткені одан жоғары шикізат бөлшектері балқып бірігіп агломератқа айналады, реакцияласушы беті тым төмендеп кетеді, осыған байланысты колчеданды күйдіру температурасы: 1) химиялық құрамы мен колчедан табиғатына; 2) пештің конструкциясына тәуелді[5].
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру
Күкірт диоксидін катализатордың қатысуымен тотықтыру күкірт қышқылын өндіру процесінің негізгі сатысы болып есептелінеді, қышқыл өндіру әдісінің аталуы осы сатыға байланысты. Күкірт оксидінінің (IV) күкірт оксидіне (VI) тотығуы - гетерогенді-каталитикалық, қайтымды, экзотермиялық үрдіс. Үрдістің реакция теңдеуі:
2SO2 + O2 -- 2SO3 + Q (500 ºС)
Реакция барысында газ көлемі азаяды. Реакция жылу эффектісі температураға тәуелді және 25 ºС-та 96,05 кДж-ге тең, ал реакция жүргенде 93 кДж-ге тең.
1) SO2-О2-SO3 жүйесінің тепе-теңдік жағдайы
SO2-нің тотығу реакцияның тепе-теңдік константасы мына теңдеумен анықталады:
,
мұнда pSO3, pSO2, pO2 - күкірт ангидридін, күкірт диоксидін және оттектің тепе-теңдіктегі парциалды қысымдар.
SO2-нің SO3-ке айналу дәрежесі немесе жанасу дәрежесі катализатордың активтілігіне, температураға, қысымға, газдың құрамына және жанасу уақытына байланысты және мына теңдеуімен бейнелінеді:
.
КТ-Т және ХТ-Т арасындағы байланысы:
.
ХТ-Т температурадан, қысымнан және күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшерінен байланысы 1-ші кестеде және 1-ші суретте көрсетілген.
3 кесте - ХТ-Т температураға, қысымға және күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшеріне тәуелділігі
Температура, ºС
Қысым, МПа
SO2-нің мөлшері, көл.үлесі
1000
700
400
0,1
1,0
10
0,02
0,07
0,10
0,050
0,436
0,992
0,992
0,997
0,999
0,971
0,958
0,923
Кестеде көрсетілгендей, температурасының төмендеуі және қысымның жоғарылауы тепе-теңдіктегі айналу дәрежесін арттырады. Бұл Ле-Шателье принципіне сәйкес. Осы себептен тепе-теңдікті оңға қарай ығыстыру температураны төмендетіп, қысымды жоғарылату жағдайда орындалады. Ал температура мен қысым тұрақты болған кезде, күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшері неғұрлым аз болса (1 сурет, в), соғұрлым SO2-нің айналу дәрежесі ХТ-Т жоғары болады, яғни SO2 : O2 қатынасы төмен болғанда. Бұл қатынасы Н2SO4 өндірісінде қолданылатын шикізатқа және ауаның артық мөлшеріне байланысты. Сондықтан SO2-нің мөлшерін төмендету мақсатында күйдіргіш газды ауамен сұйылтады.
8 сурет - SO2-нің SO3-ке тепе-теңдік айналу дәрежесінің (ХТ-Т) температураға (а), қысымға (б), газдағы SO2-нің мөлшеріне тәуелділігі
Күкірт диоксидінің тотығу дәрежесі жанасу уақыты өскен кезде тепе-теңдік жағдайындағы мәніне дейін жоғарылайды (2 сурет), сондықтан жанасу уақыты жүйенің тепе-теңдік жағдайын қамтамасыз ететін мәнінде болуы тиіс. Суреттен көрсетілгендей, температурасы неғұрлым жоғары болғанда, соғұрлым тепе-теңдік жағдайы тез жетеді (τ1 τ2), бірақ-та айналу дәрежесі соғұрлым төмен болады (Т1 Т2 кезде Х1 Х2).
Сонымен, айналу дәрежесі бір жағынан - температураға, екінші жағынан - жанасу уақытына тәуелді болады. .
9 сурет - ХТ-Т жанасу уақытынан тәуелділігі
10 сурет - Әртүрлі жанасу уақытындағы өнім шығымының (SO3) температурасына тәуелділігі
Әрбір уақыт үшін өнім шығымының температурасынан байланысы әр түрлі қисықтармен сипатталады және осы қисықтарда максимум нүктелері болады. Егерде осы максимумдар арқылы АА сызықты өткізсек, онда тепе-теңдіктегі қисығын таба аламыз.
Өндіріс жағдайда тотығу процесі жоғары температурадан басталып, соңында төмен температурада іске асады. Бұл кезде ең жоғары өнім шығымы алынады.
2) SO2-нің тотығу жылдамдығы
Үрдіс жылдамдығына өнім шығымы, реактордың сипаттамалары (мысалы, өлшемі) және үрдістің басқада көрсеткіштері байланысты.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакцияның активтендіру энергиясы өте үлкен. Сондықтан, бұл реакция катализатор қатысуысыз жоғары температураларды да пайдалансақ тіпті жүрмейді. Катализатордың пайдалануы осы активтендіру
энергиясын төмендетуге мүмкіндік береді:
Егер катализаторсыз тотығу реакциясының: 2SO2 + O2= 2SO3 активтендіру энергиясы 280 кДжмоль-ге тең болып, 3-ші реттік реакция сияқты жүрсе, онда ванадий катализатор қатысуында реакцияның реті 1,8-ге дейін төмендейді, ал активтендіру энергиясы 92 кДжмоль құрайды [6].
Н2SO4 өндірісінде катализатор ретінде ванадий оксиді (V) негізінде БАВ және СВД маркасы контакт массалары қолданылады. Маркалардың аттары олардың құрамына кіретін элементтердің бастапқы әріптер бойынша аталған.
БАВ (барий, алюминий, ванадий) құрамы:
V2O5 (7%) + K2SO4 + BaSO4 + Al2(SO4)3 + SiO2 (кремнезем),
катализатор активатор трегер
СВД (сульфо-ванадато-диатомды) құрамы:
V2O5 (7%) + K2S2O7 + диатомит + гипс,
катализатор активатор трегер
SO2-нің тотығуы бірнеше сатыдан тұрады:
1) реакцияласушы компоненттердің катализатор бетіне диффузиялануы,
2) SO2 және O2 катализатор бітіне абсорбциялануы,
3) катализатор бетінде O2 және SO2 молекулары реакцияласып абсорбцияланған SO3 молекуланың түзілуі,
4) SO3 десорбцияланып катализатор бетінен газ фазасына диффузиялануы.
Оны былай көрсетуге болады:
V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3,
V2O4 + 0,5О2 = V2O5.
Ванадий катализатордың әрекеті 4 суретте көрсетілген.
I - диффузия, II - сорбция, III - комплекс түзілуі, IV - десорбция
11 сурет - Катализатор әсерінің сұлбасы
Контактілік ванадий массаларының жану температурасы 380-420ºС аралығында жатады және газ құрамына байланысты, егер оттектің мөлшері аз болса, катализатордың жану температурасы жоғарылайды. Катализатор қозғалмайтын қабатында реакторлар үшін контакт массалар орта диаметрі 5 мм-ге жуық түйіршіктер, таблетка немесе сақина түрінде жасалынады, ал қайнаушы қабатты реакторлар үшін - диаметрі 1 мм-ге жуық дөңгелек пішінде. Катализатор 4 жылда жаңарады.
Күкірт газдың тотығу теңдеу кинетикасын Г.К. Боресков шығарған:
V=dCSO3dτ=К ∙ ∆C=K CSO2- CSO2xCSO30,8 ∙ CO2
мұнда: К - реакцияның жылдамдық константасы;
С - реакцияласушы заттардың концентрациясы;
Сх - тепе-теңдіктегі концентрациясы.
Әрбір айналу дәрежесі үшін реакцияның жылдамдығының температурасына тәуелділігі жеке максимумы бар сызықтармен анықталады. 5 суретте бірнеше түрлі айналу дәрежесіне сәйкес келетін қисықтары көрсетілген. Әр сызықта реакцияның жылдамдығы белгілі температурада ғана максимумды жететін көрініп тұр. Осы тиімді температураларды байланысатын АА сызығын тиімді температураларының сызығы (ТТС немесе ЛОТ) деп атайды.
12 сурет - Әртүрлі айналу дәрежесінде (Х1 Х2 Х3 Х4 ) реакция жылдамдығының температурасына тәуелділігі
Сондықтан катализатор орналасқан аппараттың бірінші қабатында тотығу үрдісі 600 ºС шамасында жүргізіледі, ал соңғы қабатында температураны 400-450 ºС дейін төмендетеді (4 кесте). 4 кестеде төрт-қабатты жанасу аппараты үшін температуралық режимі көрсетілген.
4 кесте - Жанасу аппараттағы температуралық режимі
Қабат
I
II
III
IV
Жанасу аппараттың ішіндегі режим
440-600
460-500
440-450
420-425
Жылуалмастырғыштың режимі
600-460
500-440
450-420
420
ХТ-Т
0,70
0,90
0,96
0,98
Жанасу үрдісінің бастапқы параметрлері: температура - 400-440 ºС, қысым - 0,1 МПа, газдағы SO2-нің мөлшері 0,07 көл.үлесі, газдағы оттектің мөлшері 0,11 көл.үлесі.
SO2-ні SO3-ке дейін тотығуына арналған реакторлар конструкциясы бойынша бөлінеді екі түрге: а) катализатор қозғалмайтын қабатта реакторы (көп сөрелі немесе сүзетін), оларда контакт массасы 4-5 қабатта орналасады; б) қайнаушы қаббаты реакторы (6 сурет).
а - контакт түйін: 1 - жанасу аппарат; 2 - жылуалмастырғыш; б - қайнаушы қабатты жанасу аппараты
13 сурет - Жанасу аппараттарының конструкциясы
Жанасу аппараттарының артықшылықтары:
- катализатордан жылуалмастырғыш бетіне жоғарғы жылу бері коэффициенті;
- күйдіргіш газбен бірге келетін тозаңға сезімсіз болатындығы.
Күкіртті газды тотықтыруға соңғы кезде қолданылатын аппараттардың өлшемдері; цилиндр биіктігі - 10-20 м, диаметрі 3-8 м, ішінде 4 тор орналасқан, тор бетіне ванадий контакт массасы орналасқан. Торлы аралығында жылу алмастырғыштар орналасқан. Контакт аппаратына газ 450ºС температурада келіп түседі.
Жанасу аппаратында күкірт диоксидінің тотығу дәрежесі 99,5-99,7 % шамасында болады. Жанасу аппаратынан шыққан газ салқындатылып (30-50ºС) абсорбция бөліміндегі цехқа келеді [7].
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын ылғал катализбен өндіру
1) Нитроза әдісі XVIII ғасырдың ортасынан бастап қолданылып келеді, оның химиялық мазмұны екі реакцияға негізделген:
SO2 + NO2 + H2O -- H2SO4 + NO
2NO + O2 -- 2NO2.
Бірінші теңдеуде күкіртті газды тотықтырушы азот (IV) оксиді H2SO4дейін тотықтырады да, өзі тотықсызданып азот (II) оксидіне NO айналады. Азот (II) оксиді өзінен-өзі оттекті қосып, екінші теңдеу бойынша тотығып қайтадан азот қос оксидіне айналады. Сонымен бұл реакцияда азот (II) оксиді оттекті тасушы, яғни күкіртті газды тотықтыру реакциясының катализаторы болып табылады.
Нитроза әдісімен күкірт қышқылын өндіру бұрын қорғасын камераларында орындалатын, осыған байланысты ол камера әдісі деп аталынды.
Бұл үрдіс соңғы жылдары арнаулы мұнараларда жүргізілетін болғандықтан, оны мұнара әдісі деп аталған.
1 суретте мұнара әдісі бойынша жұмыс істейтін аппараттардың сұлбасы көрсетілген.
Колчедан күйдіретін пештен шыққан, өрескел тазартылған, 275-425 °С температурадағы газ өнім (продукционная) мұнараларының астынан енгізіледі.
Мұнаралардың ішкі сақиналармен толтырылған, жоғарыдан оны ішіне нитроза шашыратылып құйылып тұрады, нитроза дейтініміз нитрозил күкірт қышқылы еріген күкірт қышқыл ерітіндісі, ал нитрозил күкірт қышқылы дейтініміз күкірт қышқылы мен азотты қышқылдың аралас ангидриді, оны мына сұлбадан көруге болады.
О О
Н - О - S - O - H + H - O - N = O -- Н - О - S - O - N =O+ H2O
O O
1 және 2 мұнараларға нитрозадан басқа тағы су жіберіледі. Мұнараларда температура 300-350 °С шамасында болғандықтан нитрозил күкірт қышқылы гидролизденіп күкірт қышқылын және азотты қышқыл түзіледі:
NOHSO4 + H2O = H2SO4 + HNO2.
Күкірт ангидрид пен судан түзілген күкіртті қышқылды азотты қышқыл тотықтырып күкірт қышқылына айналады.
Түзілген күкірт қышқылы 1-ші мұнарадан шығып, салқындатылып, жинайтын ыдысқа барады, оның бір бөлігі 2-ші абсорбциялау мұнарасына жіберіледі. 2-ші өнім мұнарадағы қышқыл салқындатылғаннан кейін бірінші абсорбциялау мұнарасына жіберіледі. Екінші өнім мұнарасынан шыққан газдар тотығу мұнарасына келеді, бұл мұнарада екінші өнім мұнарасынан келген газдардың ішіндегі NO2-нің бір бөлігі тотығып NO2-ге айналады, немесе түгелінен N2O3-ке айналады (NO+ NO2= N2O3).
Азот оксидтері бірінші және екінші абсорбциялау мұнараларға жіберіледі. Бұл мұнаралардың іші қыш сақиналарымен толтырылған, жоғарыдан күкірт қышқылы шашыратылып құйылады.
Абсорбциялау мұнараларында қайтадан нитрозил күкірт қышқылы түзіледі:
2NO2 + H2SO4 = NOHSO4 + HNO3,
N2O3 +2H2SO4 = 2NOHSO4 + H2О.
Бұл үрдісте аздап кеміген азот оксидінің орнын толтыру үшін бірінші және екінші өнім мұнараларына азот қышқылы жіберіледі. Азот қышқылының шығымы 1 т H2SO4 - 10-20 кг, су - 40-50 м3.
I және II - өнім мұнаралары; III - тотықтырғыш мұнара; IV және V - абсорбциялық мұнаралар
1 - тоңазытқыш; 2 - жинағыш; 3 - сорғыш; 4 - желдеткіш
14 сурет - Нитроза әдісімен күкірт қышқылын өндіру сұлбасы.
Өндірілген H2SO4-тің концентрациясы 75 %, құрамында көптеген қоспалар болады.
Нитроза әдісін қарқындату үшін күкіртті газ құрамындағы SO2 концентрациясын жоғарылату, нитроза газын күшейту, өнім мұнараларында температураны 350 °С шамада, ал абсорбциялау мұнараларында температураны төмендету қажет.
Күкіртті газдың оңтайлы құрамы: 9%SO2; 9-10% О2 және 80% азот.
Сыртқа шығатын газ құрамындағы азот оксидін азайту мақсатымен газды скруббер арқылы өткізеді, скрубберге жоғарыдан концентрлі H2SO4 шашыратып азот оксидін сіңіріп алады.
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Диплом жұмысы 65 беттен, 15 суреттен, 18 кесте, және 35 пайдаланылған әдебиеттен тұрады.
Түйінді сөздер: күкірт, күкірт қышқылы, колчедан
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
* Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
* Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
* Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды. Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы: Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
РEФEРAТ
Дипломная работа состоит из 65 страниц, 15 рисунков, 18 таблиц, и 35 источников использованной литературы.
Ключевые слова: сера, серная кислота, колчедан.
Цель работы:
Проектировать технологию серная кислота производительность которая в год 2000 тонн.
Задачи работы:
* Ознакомится технологической схемой Жезказганском медеплавильном заводе ;
* Проектирование технологии получения производства 2000 тонн серной кислоты в год ;
* Сделать технико-экономические расчеты
Методы исследования:
* В результате работы ознакомив технологии Жезказганском медеплавильном заводе, проектирована технология получения производства 2000 тонн серной кислоты в год. Расчитаны технико-экономические показатели.
Практическая значимость:
* Серная кислота используется во многих отраслях химической промышленности .
ABSTRACT
Thesis consists of 65 pages, 15 figures, 18 tables, 35 sources of literature.
Keywords: sulfur, sulfuric acid, pyrite.
Purpose:
Design technology sulfuric acid productivity is 2000 tons per year.
Objectives of the work:
:: Learn about the technological scheme Zhezkazgan smelter;
:: Design technology for the production of 2,000 tonnes of sulfuric acid per year;
:: Make a technical-economic calculations
Research methods:
As a result of familiarizing Zhezkazgan smelter technology, design technology for production of 2000 tons of sulfuric acid per year. Calculate the technical and economic indicators.
The practical significance:Sulfuric acid is used in many sectors of the chemical industry.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1ӘДЕБИ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..8
0.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері мен қолданылуы ... ... ...9
1.2 Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.3 Күкіртті газды өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ..19
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын ылғал катализбен өндіру ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..2 4
2 БАС ЖОСПАР ЖӘНЕ КӨЛІК ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.1 Негізгі цехтардың ғимараттары мен құрылыстары бойынша сәулетті-құрылыстық шешімдер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.2 Өндірістегі жұмыскерлерді тұрмыстық және тазалық бойынша қызмет көрсету шешімдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29
2.3 Жылыту жүйесін сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
2.4 Канал жүргізу және сумен қамтамасыз ету жүйелерін сипаттау ... ... ... ...29
2.5 Колчеданнан жанасу күкірт қышқыл өндірісінің технологиялық сұлбасының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31
3.1 ҚҚ пешінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
3.2 Колчеданды күйдірудің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .33
3.3 Шаю бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
3.4 Кептіру бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
3.5 Жанасу бөлімінің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..38
3.6 Жанасу бөлімінің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.7 ҚҚ пешін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .42
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
4.1 Қауіпсіздік шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...44
4.2 Техника қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..45
4.3 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...45
4.4 Өрт қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..46
4.5 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...46
4.6 Жарықтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...47
4.7 Микроклимат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
4.8 Санитарлы - гигиеналық шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..48
5 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... .49
5.1 Атмосфераны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...49
5.2 Атмосфераға зиянды заттардың тасталуын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
5.3 Зиянды заттардың максимал концентрация мәніне жететін түтін құбырынан ара қашықтықты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
5.4 Су алаптарын қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...51
6 АВТОМАТТАНДЫРУ БӨЛІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1 Өндірісті автоматтандырудың қысқаша сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.1.1 Шаңұстау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..52
6.1.2 Күкіртқышқылды аймақ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52
6.2 Жанасу бөлімінің функциялық сұлбасын сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
7 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57
7.1 Жылдық өндірістік қуатты негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57
7.2 Еңбекті ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
7.3 Жұмыскерлердің сандық құрамын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
7.4 Еңбекақының жылдық қорын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..60
7.5 Өнімнің өзіндікқұн калькуляциясын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
8 ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
9 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...64
НОРМАТИВТІ СІЛТЕМЕЛЕР
Дипломдық жұмыста келесідей нормативті құжаттарға сілтемелер пайдаланылды:
ГОСТ 7.32-2001. Ғылыми-зерттеу жұмысының есебі. Безендірудің құрылысы мен ережесі.
ГОСТ 2.105-95. Конструкторлық құжаттамалардың біркелкі жүйесі. Құжаттар мәтініне қойылатын жалпы талаптар.
ГОСТ 7.1-84. Ақпараттар, кітапхана және баспа ісі жөніндегі стандарттар жүйесі. Құжаттың библиографиялық сипаттамасы. Жалпы талаптары мен құрастыру ережелері.
ГОСТ 7.54-88. Ғылыми-техникалық құжаттардағы материалдар мен заттардың қасиеттері жөніндегі сандық мәліметтерді беру. Жалпы талаптар.
ГОСТ 8.417-81. Өлшем бірліктерімен қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесі. Физикалық шамалар бірліктері.
КІРІСПЕ
Бұл дипломдық жобада күкіртті колчеданнан Жезқазған қаласы шарттарында өнімділігі жылына 2000 т болатын күкірт қышқыл өндірісінің цехын жобалау орындалды. Бұл өндірістің бірінші сатысы күкіртті колчеданды күйдірген кезде күкірт қостотығын алу болып табылады. Күкірт қостотығын тазартқаннан кейін (әсіресе жанасу әдісінде) оны үштотыққа дейін тотықтырады, ол күкірт қышқылын алу үшін сумен байланыстырылады. Қалыпты жағдайларда SO2 - ден SO3 - ке дейін тотығу баяу жүреді. Үрдісті жылдамдату үшін катализатор қолданылады.
Жұмыстың мақсаты: өнімділігі жылына 2000 тонна күкірт қышқылын өндіру технологиясын жобалау.
Жұмыстың міндеттері:
* Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиясының үлгісімен танысу;
* Жылына 2000 т күкірт қышқылын өндіру технологиясынның жобасын жасау;
* Техника-экономикалық есептеулер жүргізу;
Зерттеу әдістері: Техника-экономикалық есептеулер.
Жұмыс нәтижесінде:
Жезқазған мыс қорыту зауытының технологиялық үлгісімен танысып, жылына 2000 т күкірт қышқылын алу технологиясының жобасы жасалынды;
Техника - экономикалық есептеулер жүргізілді.
Практикалық маңызы: Күкірт қышқылы химия өндірісінің көптеген салаларында қолданылады.
Жұмыста алға қoйылған мақсатқа жeту үшін күкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз боолғандықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализатор қатысында жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегін тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі). Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады. Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) - тің болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны арнайы тазартуға ұшыратады. Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза.
1ӘДЕБИ ШОЛУ
Сусыз күкірт қышқылы (моногидрат) H2SO4 - ауыр майлы сұйық, ол сумен араласу арқылы көп мөлшерде жылу бөледі. Тығыздығы - 1,8305 гсм3 (200С - та), +10,450С-та кристалданады, 296,20С-та қайнайды.
Күкірт қышқылын бір молекула күкірт ангидридінің SO3 бір молекула сумен H2O қосылысы деп қарастыру қажет, сусыз күкірт қышқылы 81,63% SO3 және 18,37% H2O тұрады. Моногидраттағы SO3-ң ерітінділері олеум деп аталады. Техникалық күкірт қышқылы қоспалармен сұр түске боялған.
H2SO4 булары температураны көтерген кезде диссоциацияланады:
Күкірт қышқылы - ең активті бейорганикалық қышқылдардың бірі. Ол барлық металдармен және олардың тотықтарымен әрекеттеседі, алмасу ыдырау реакцияларына қатысады, сумен қарқынды араласады, тотықтырғыштық және басқа да маңызды химиялық қасиеттерге ие.
Күкірт қышқылы химиялық өнеркәсіптің негізгі өнімедрінің бірі болып табылады. Минералдық тыңайтқыштар, түрлі минералдық тұздар мен қышқылдар, бірқатар органикалық өнімдер, бояғыштар, жарылғыш заттар және т.б. өндірістерінде кең қолданылады. Ол мұнай, металлургиялық, металөңдеу, тоқыма және басқа да өнеркәсіптік салаларда қолданыс тапқан, сусіңіргіш және кептіргіш құрал ретінде, бейтарап үрдістер мен басқа да мақсаттар үшін пайдаланылады [1].
Күкірт қышқылы өндірісінің бастапқы шикізаты ретінде күкіртті ангидрид болып табылады, ол күкіртті немесе басқа да күкрітқұрамды шикізат түрлерін күйдірумен алынады.
Күкіртті ангидридті күкірт қышқылына қайтаөңдеу, оны тотықтыру және суды қосудан тұрады:
Күкіртті ангидридтің оттегімен әрекеттесу жылдамдығы қалыпты жағдайда өте аз. Сондықтан өнеркәсіпте бұл реакцияны катализаторда жүргізеді (күкірт қышқыл өндірісінің жанасу әдісі) немесе оттегіні тасымалдағыштарды қолданады (күкірт қышқыл өндірісінің нитроздық әдісі).
Қазіргі уақытта жанасу әдісімен концентрлі күкірт қышқылын, олеум және 100% күкірт ангидридін алады.
Өнеркәсіп күкірт қышқылының бірнеше сорттарын шығарады, олар бір-бірінен құрамында H2SO4 немесе SO3(бос) - ң болуымен, сонымен қатар қоспалардың мөлшерімен және құрамымен ерекшеленеді. Нитроздық әдіспен салыстырмалы азконцентрлі мұнаралы қышқыл алынады, құрамында шамамен 75% H2SO4 болады. Жанасу әдісі бойынша түрлі концентрациядағы күкірт қышқылы алынуы мүмкін, себебі жанасу үрдісінде күкірт ангидриді түзіледі, оған кез келген қажетті мөлшерде суды қосуға болады.
Қоспалардың құрамы мен мөлшері де күкірт қышқылын алу әдісіне байланысты. Мысалы, мұнаралы күкірт қышқылын алу кезінде, оған күйдіру газында қалатын шаң бөлшектері түседі, оны құрғақ электрфильтрлерде тазартса да. Сондай-ақ, мұнаралық қышқылдың құрамында еріген азот тотықтары болады. Күкірт қышқылы сонымен қатар H2SO4 - те еритін, аппараттың коррозиясы өнімдерімен ластануы мүмкін.
Күкірт қышқылын жанасу әдісімен өндіру кезінде күйдіру газын шаңнан тазартқаннан кейін оны мұқият арнайы тазартуға ұшыратады. Сондықтан жанасу күкірт қышқылының құрамында коррозияның ерігіш өнімдері болады. Коррозияға материалдардан дайындалған аппаратты қолдану, жоғарғы тазалықты жанасу күкірт қышқылын алуға болады.
Күкірт қышқылы техникалық, аккумуляторлық және реактивті деп ажыратылады. Күкірт қышқылының түрлері болып мұнаралы қышқыл, купорос майы және олеум табылады. Аккумуляторлық қышқыл жанасу әдісімен алынады (92-94% H2SO4). Реактивті қышқыл бірнеше сорттарда шығарылады: химиялық таза, анализ үшін таза және таза [2].
1.1 Күкірт қышқылының технологиялық қасиеттері мен қолданылуы
Күкірт қышқылы - химиялық өнеркәсіпте ең үлкен және көп көлемде өндірілетін өнімдерінің бірі. Күкірт қышқылы түтіндемейді, түссіз, иіссіз , қалыпты жағдайда сұйықтызат.
Техникада күкірт қышқылы деп күкірт оксидтен (VI) және судан тұратын әртүрлі құрамды: nSO3.mH2O жүйелер аталады. n = m = 1 жағдайда күкірт қышқылының моногидраты, яғни 100% күкірт қышқылы болады, mn - моногидраттың су ерітінділері, ал mn жағдайда - моногидраттағы күкірт оксидінің (VI) ерітінділер (олеум дейтін) түзіледі:
Н2SO4.(n - 1)SO3Н2SO4Н2SO4. (m - 1)H2O.
олеум моногидрат моногидрат ерітінді
Күкірт қышқылының моногидраты - түссіз май тәрізді сұйықтық. Оның кристалдану температурасы 10,4 ºС, ал қайнау температурасы 296,2 ºС және тығыздығы 1,85 тм3. Моногидрат сумен және күкірт оксидімен (VI) әртүрлі қатынаста араласады, ол сумен - Н2SO4.H2O; Н2SO4. 2H2O; Н2SO4. 4H2O гидраттарды, ал SO3-пен - Н2SO4.SO3 және Н2SO4. 2SO3 қосылыстарды түзеді. Күкірт қышқылы суда ерігенде 1 моль 36 кДж жылу бөлініп шығарады.
Осы гидраттары мен SO3-пен қосылыстар әртүрлі кристалдану температураларға ие болып, эвтектика қатарын түзеді. Олардың кристалдану температурасы кейбіреулері нольден төмен немесе нольге жуық. Бұл эвтектикалар 1 суретте көрсетілген.
1 сурет - SO3 - Н2O жүйесінің кристалдану диаграммасы
Күкірт қышқылының қайнау температурасы да оның концентрациясына, яғни күкірт оксиді (VI) - су жүйесінің құрамына тәуелді (2 сурет). Күкірт қышқылы ерітінділердің концентрациясы өскен сайын оның қайнау температурасы да өседі және максимумды 336,5 ºС-та жетеді, оған концентрациясы 98,3% сәйкес. Бұл концентрацияда өзгермей қайнайтын (азеотропты) ерітінді түзеді. Құрамында бос SO3-тің мөлшері көбейен кезде олеумнің қайнау температурасы 296,2 ºС-тан (моногидраттың Тқайнау) 44,7 ºС-қа, яғни 100 %-дық SO3-тің қайнау температурасына дейін төмен түседі.
2 сурет - Күкірт қышқылының қайнау температурасы
Күкірт қышқылының булар 400 ºС-тан жоғары қыздырғанда келесі схема бойынша термиялық диссоциацияланады және құрамында көп мөлшерде Н2SO4-ның молекулаларға қарағанда SO3 молекулары көбірек болады, ал 700 ºС-тан жоғары SO2-нің молекулары артық болады:
400º 700º
2Н2SO4--2Н2O +2SO3-- 2H2O + 2SO2 + О2.
Құрамында қоспалардың мөлшеріне және қышқыл ерітіндісінің концентрациясына байланысты химия өнеркәсібі күкірт қышқылының үш негізгі тауарлы түрін (сорт) шығарады (1 кесте) [3].
1 кесте - Күкірт қышқылының түрлері
Аталуы
Концентрация, %
Кристалдану температурасы, ºС
Мұнара қышқылы
75
- 29,5
Контактілік қышқыл
(техникалық Н2SO4 - купорос майы)
92,5
- 22
Олеум
бос SO3 20
+ 2
Олардан басқа аккумулятор күкірт қышқылы (92-94 % Н2SO4) бар, оның құрамында Mn, Fe, As, Cl иондары, азот оксидтері және т.б. қоспалар болмауы керек, егер олар аз мөлшерде болса да аккумуляторды зарядтағанда тотығу-тотықсыздану процесі жүреді, бұл жағдайда электродтар тез бұзылады және электр тогы артық мөлшерде жұмсалады.
Зертханада реактивтік күкірт қышқылының ХТ, ТAТ және Т маркалары қолданылады.
Қолданылуы. Күкірт қышқылының өндірісі - бейорганикалық заттардың химиялық өнеркәсіптің - қышқылдар, негіздер, тұздар, минералдық тыңайтқыштар және хлор өндіретін саласының - ең манызды бір тарауы. Минералды қышқылдардың арасында күкірт қышқылы бірінші орын алады. Соңғы 25 жыл әлемде күкірт қышқылының тұтынуы 3 есе өсті және қазіргі кезде жылына 160 млн. тонна құрайды.
Н2SO4-ның ең үлкен бөлігі минералды тыңайтқыштардың өндірісінде (30 %-дан 60%-ға дейін), сондай-ақ бояғыштар өндірісінде (2-ден 16%-ға дейін), химиялық талшықтар өндірісінде (5-тен 15 %-ға дейін) және металлургиясында (2-ден3 %-ға дейін) жұмсалынады.
Сонымен қатар, әртүрлі техникалық мақсаттар үшін ол тамақ, металл өңдеу, қопарылғыш заттар өндірісінде және Н3РО4, НСl, сірке және т.б. қышқылдар өндірісінде көп қолданылады. Коксохимия өндірісінде күкірт қышқылы мұнай өнімдерін, майларын тазарту үшін жиі пайдаланылады.
Қазақстанда күкірт қышқылын фосфор тыңайтқыштарын өндіретін және уран алатын зауыттар Қазатомпром мемлекеттік кәсіпорындары ең көп пайдаланады. Ал өнім ретінде шығарылатын зауыттар: Өскемен мен Балхаш химиялық зауыттары.
Н2SO4-ның қолдану аймақтары 3 суретте көрсетілген.
Н2SO4 суда өте жақсы ерумен қатар, суды (ылғалды, дымқылды) күшті тартып сіңіреді, сондықтан оны құрғатқыш ретінде қолданады.
Күкірт қышқылы өндірісінің даму тарихы
XVIII ғасырдың ортасына дейін күкірт қышқылды табиғи темір сульфатын (купорос дейтін) тақтатасымен құрғақ айдау арқылы алынған, осы себептен өндірісте техникалық күкірт қышқылын купорос майы деп атайды.
1746 ж. күкірт қышқылын түбіне су құйылған қорғасын камерасында күкіртпен калий селитра (КNO3) қоспасын өртеу арқылы өндіре бастады. Бұл жағдайда күкірт оксиді (VI) және азот оксидтері суда еріп нитроза түзілген. Сондықтан бұл әдісті камералық немесе нитроза әдісі деп аталған.
ХХ ғасырдың басында азот оксидтерін ұстау үшін қондырғыға арнай мұнара қосылған, бұл үрдістің қарқындылығын арттырды. Содан кейін қорғасын камералар қышқылға төзімді саптама бар мұнаралармен ауыстырған. Сөйтіп, камералы әдіс күкірт қышқылының мұнара әдісіне ауысты.1837 ж. шикізат ретінде алғаш рет күкірт орнынан темір колчедан пайдаланды.
1831 ж. ағылшын ғалымы П.Филипс платина катализатор қатысында күкірт қышқылының контактілік (жанасу) әдісін ұсынды.
ХХ ғасырдың 20-шы жылдарынан бастап қымбат платина орнына арзан ванадий оксидін (V) негізінде контакт массасын қолданатын болды. Бұл катализатордың жану температурасын біраз төмендетеді.
3 сурет - Күкірт қышқылының қолданылуы
1930 ж. өндіріс тәжірибеде тұнғыш рет темір колчедан күйдіру сатысында ҚҚ (қайнаушы қабатта күйдіретін) пештер ендірген, бұның арқасында өндірістің қарқындылығы өсті және күкірттің жоғалуы азайды.
1931 ж. И.А. Ададуровпен және басқа газдағы су буының мөлшері жоғары болғанда қатты катализатордің үстінде күкірт оксидінің тотығу әдісі ұсынылды. Кейінірек, бұл - күкіртті сутектен күкірт қышқылын алу әдісі - ылғалды катализ деп аталған.
Содан кейін өндіріске Г.К. Боресковпен және В.С. Бесковпен ұсынылған қос жанасу әдісі (ҚЖ-ҚА) ендірілген. Ол SO2-нің жанасу дәрежесін артады және у газдардың шығын азайтады.
Қазірге кезде Н2SO4 негізгі екі әдіспен: контакт (жанасу) және нитроз (мұнара) әдістерімен өндіріледі. Моногидрат бойынша аппараттардың өнімділігі күнделікке 2000 т жетеді.
1.2 Күкірт қышқылын өндіруге қажетті шикізат
Қазақстанда күкірт қышқылы Степногорскіде (жылына 180 мың тонна), Балқашта (жылына 1 мың тонна) өндіріледі. Күкірт қышқылын өндіру үшін шикізаттар күкірт немесе күкірт (IV) оксиді алынуы мүмкін күкіртті қосылыстар.
Көп мөлшерде өндірілетін күкірт қышқылына керекті күкірт диоксидін алудың бір қоры - түсті металлургияның пештерінен соңғы кезге дейін далаға жіберіліп келген газдар. Қазіргі кезде бұл газдар, әсіресе түсті металдардың қазынасы, Қазақстанда (Шығыс Қазақстан, Балқаш) күкірт қышқылын алуға жұмсалады. Мысалы 1 тонна мыс өндіргенде 7,5 тонна күкірт диоксиді шығады, одан 10 тонна артық күкірт қышқылын алуға болады. Өндірісте 80% жуық күкірт қышқылын табиғи күкірт пен темір колчеданынан алады.
Сонымен, күкірт қышқылының күкірті бар шикізатынан өндіруі бірнеше химиялық үрдістерден тұрады, оларда шикізаттың және жартылай өнімдердің тотығу дәрежесі өзгереді:
S0
FeS2-2 I II
H2S-2 [S+4] [S+6],
S+4O2
мұндағы I - күкіртті газдың (күкірт оксиді (IV)) алу сатысы;
II - күкіртті оксидін каталитикалық тотығу арқылы күкірт ангидридіне айналдыру және оның абсорбциялау.
Практика жүзінде орындалатын өндірісте осы химиялық үрдістерге шикізаттың дайындау, күкіртті газдың тазарту және басқада механикалық және физика-химиялық үрдістер қосылады. Онда күкірт қышқылының жалпы өндіріс сұлбасын мына түрінде көрсетуге болады:
Шикізат шикізатты дайындау шикізаттың жануы (күйдіру) күкіртті газдың (күйдіргіш газ) тазартуы жанасауы күкіртті ангидридін абсорбциялау H2SO4.
Өндірістің технологиялық сызба-нұсқасы қолданылатын шикізат түріне байланысты, күкірт оксидінің (IV) каталитикалық тотықтырудың ерекшеліктеріне, күкірт оксидінің (VI) абсорбция сатысының бар немесе жоқ болуына.
Күкірт қышқылын өндірісінде шикізат ретінде күкірт өзін және құрамында күкірті бар әртүрлі қосылыстарды да пайдалануға болады.
Өндіріс масштабында Н2SO4 жалпы көлемінен 45 % колчеданнан, 25 % - күкірттен, 25 % - әртүрлі өндірістен шығатын күкіртті газдан және 5 % - әртүрлі шикізаттан алынады.
Күкірт табиғатта негізінен үш түрде кездеседі:
1) бос түріндегі күкірт - элементарлы күкірт S;
2) сульфидтік кендерінде - металл сульфидтері;
3) металл сульфаттар: гипс СаSO4. 2Н2О, ангидрид СаSO4, мирабилит Na2SO4. 10Н2O және т.б.
Элементарлы күкірттің кендері өте аз мөлшерде кездеседі (күкірттің кларкы 0,1 %-ды құрайды). Бірақ элементарлы күкірт SO2-ні өндіруге өте құнды шикізат.
Күкіртті газдың (SO2) басқа да көздері бар. Күкірт мұнай, тас көмір, табиғи және өтпелі газдардың құрамында болады. Оларды өңдегенде ол күкіртті газ түрінде шығады. Көп мөлшерде SO2 оттық және түсті металлургияның газдарында болады. Одан басқа күкірт жанғыш газдарды тазалау кезінде бөлініп шығатын күкіртсутек түрінде болады.
Сол сәттен, күкірт қышқылын өндіру үшін қолданылатын шикізат өте алуан, бірақ осы уақытқа дейін шикізат ретінде темір колчедан мен элементарлы күкірт жиі қолданылады. Колчедан құрамындағы күкірт мөлшері 35-50% құрайды. Оның негізгі кенорындары Кавказ, Орал және Орта Азия републикаларында орналасқан.
Н2SO4 өндірудің жалпы сызба-нұсқасы негізгі мынадай сатылардан турады:
1) күкіртті ангидридін SO2 алу,
2) күкірт оксидін (IV) SO3-ке тотықтыру,
3) күкірт ангидридін Н2SO4-ке айналдыру.
Өнеркәсіпте өндіретін газ (SO2 күкіртті ангидрид) өте күрделі қоспа, оның құрамында SO2-нен басқа: азот, оттек және т.б. қоспалар болады.
Осы өнеркәсіптік жалпы схемада Н2SO4 өндіру үшін алғашқы екі саты өте маңызды болып келеді. Олар: шикізатты дайындау және оны құйдіру. Осы айтылғандардың әрқайсысын техникалық орындауы ерекше болады, өйткені шикізат табиғатына байланысты болады.
Шикізат дайындау сатысын кеселі мысалдарда карастырайық.
1) Темір колчедан. Табиғи темір колчедан қатарлы колчедан түрінде кездеседі. Бұл темір сульфидтен FeS2 және басқа металл (мыс, мырыш, қорғасын, никель, кобальт және т.б.) сульфидтерден туратын күрделі жыныс. Олардан басқа оның құрамына металл карбонаттары мен бос жыныс кіреді.
Колчеданның дайындау үрдісі 1 суретте көрсетілген. Оның мақсаты - түсті металдарды және FeS2 бөліп шығару.
4 сурет - Темір колчеданның дайындау сызбасы
2) Күкірт.Элементарлы күкірт құрамында не күкіртсутек, не күкірт оксиді (IV) бар газдардан немесе күкіртті кендерден алынады. Осыған сәйкес кенді (самород) және газды күкіртті ажыратады:
Күкіртті кендерден күкірт пештерде, автоклавтарда немесе Фраш әдіспен тікелей жерасты кеншоғырларда балқытып алады. 2 суретте кенді күкірттің дайындау сызба-нұсқасы көрсетілген.
5 сурет - Кенді күкірттің дайындауы
Газды күкіртті күкіртсутектен алады. Бұл үрдіс қатты катализатордың үстіндегі Н2S-тің толық емес жүретін тотығу реакциясына негізделген:
Н2S + 1,5О2 = SО2 + Н2О
2Н2S + SО2 = 2Н2О + 1,5S2
_________________________________
2Н2S + О2 = 2Н2О + S2.
Мыс өндірісте қосымша өнімдерінің бірі күкірті қосылыстары болу мүмкін. Олар балқу кезінде келесі реакциялар бойынша элементарлы күкіртті беру мүмкін:
FeS2 = 2FeS + S2,
SО2 + С = S + СО2,
СS2 + SО2 = 1,5S2 + СО2,
2СОS + SО2 = 1,5S2 + 2СО2.
3) Күкіртісутек Н2S-тің көздер: кокстық, генераторлық, өтпелі газдар және мұнай қайта өндеудің газдары. Оның құрамында 90 %-ға дейін күкірт болады, сондықтан ол арнай дайындауды қажет етпейді.
4) Түсті металлургияның газдары Осындай газдарда 4-тен 10 %-ға дейін күкірт оксиді (IV) болады, сондықтан олар тікелей күкірт қышқылын алу үшін қолданылуы мүмкін.
Н2SО4-ның өзіндік кұнында шикізат үлесі көп болғандықтан, өндірістің техника-экономикалық көрсеткіштер пайдалынатын шикізатқа тәуелді. 2 кестеде әртүрлі шикізаттан алынатын күкірт қышқылы өндірісінің ТЭК келтірілген[4].
2 кесте - Н2SО4 өндірісінің техника-экономикалық көрсеткіштер (%)
Көрсеткіш
Шикізат
Темір колчедан
Кенді күкірт
Газды күкірт
Күкіртсутек
Меншікті күрделі қаржы
100
57
57
63
Қышқылдың өзіндік құны
100
125
67
80
Келтірілген шығындар
100
118
75
72
1.3 Күкіртті газды өндіру
Күкіртті газды көп мөлшерде өндіруге шикізат ретінде құрамында күкірт бар табиғи минералды немесе өндіріс қалдықтары қолданылады. Қазіргі кезде күкірт газды өндіруге негізгі шикізат ретінде күкірт колчеданы қолданылады. Колчедан құрамындағы күкірт мөлшері 35-50 %-ға дейін болады. Кен орындары: Орал, Кавказ және Орта Азия Республикалары.
Күкіртті газдың басқа да көзі бар, олар: түсті металдар сульфидтерін күйдіргенде күкіртті газ бөлінеді. Мұнай өнімдерін өңдегенде, көмірді кокстегенде және генератор газдарын өндіргенде көп мөлшерде күкіртті сутек бөлінеді. Күкіртті сутек күкіртті газдардың ерекше көзі болып табылады.
Күкірт қышқылын колчеданнан өндіру
Колчеданнан күкірт қышқылы алудың химиялық сұлбасы бір ізділікпен жүретін үш сатыдан тұрады:
- пирит концентратын ауа оттегімен тотығу:
4FeS2 + 11О2 = 2Fe2О3 + 8SО2 + 3400 кДж,
- күкірт диоксидін арттық оттегімен үшоксидке тотығу:
2SО2 + О2 = 2SО3;
- күкірт қышылының пайда болуымен күкірт оксидін (VI) абсорциялау:
SО3 + Н2О = Н2SО4.
Технологиялық безендіру бойынша колчеданнан күкірт қышқылын өндіруі өте күрделі және бірнеше тізбекті сатыдан тұрады. Бұл өндірістің құрылымды сызба-нұсқасы 1 суретте көрсетілген.
I - күйдіргіш газды алу сатысы: 1 - колчеданды күйдіру; 2- қазандық-утилизатор; 3 - газдың жалпы тазартуы; 4 - газдың арнаулы тазарту;
II - жанасу сатысы: 5 - жылуалмастырғышта газды жылыту; 6 - жанасау;
III - абсорбциялау: 7 - күкірт ангидриідін (VI) абсорбциясы және күкірт қышқылының пайда болуы
6 сурет - Флотацияланған колчеданнан Н2SО4 өндірісінің құрылымды сызба-нұсқасы
Колчеданның күю процесі тізбекті және параллельді химиялық реакциялардан құралған күрделі үрдісі. Колчеданды 500 ºС-тан жоғары қыздырғанда пирит диссоцияланып, темір (II) сульфидін және күкірт түзеді:
2FeS2 2FeS + S2.
Күірт газ фазада жылдам күйіп күкіртті газға айналады:
S2 + 2О2 = 2SО2 + Q.
Ал темір сульфиді тотығады мына теңдеу бойынша:
4FeS + 7О2 = 2Fe2О3 + 4SО2 + Q.
Температура 600 ºС-тан төмен болса, онда темір сульфаттары түзіледі:
2FeS + 7О2 = Fe2(SО4)3 + SО2.
Колчеданның жалпы күю жылдамдығы пирит ядросына оттектің диффузиясымен шектеленеді, яғни пириттің күюі ішкі диффузия саласында жүретін гетерогенді үрдіс болып табылады. Сондықтан пириттің күю жылдамдығы мына теңдеумен сипатталады:
dGSO2dτ=km∙F ∙ ∆C,
мұндағы km - масса беру коэффициенті;
F - фазалар жанасу беті;
∆C - үрдістің қозғаушы күші.
Теңдеу бойынша күю процесін жылдамдату үшін km, F және ∆C көбейту керек. Сонымен үрдістің жылдамдығы температураға (km арқылы), колчеданның дисперстілігіне (F арқылы), ауадағы оттек және колчедандағы темір дисульфид концентрациясына (∆C арқылы) байланысты.2 суретте күю жылдамдығының бөлшек диаметріне және температураға туәелділілігі көрсетілген.
7 сурет - Колчедан күю жылдамдығына температураның (а) және бөлшек диаметрінің (б) әсері
F көбейту үшін қатты компонентті 0,03-0,3 мм шамаға дейін ұсақтау керек.
∆C көбейту үшін өртеу аймақта колчедан құрамындағы пирит және оттектің концентрациясын көбейту керек. Ол үшін колчеданды флотациялап байытады және ауа құрамындағы оттек мөлшерін жоғарылатады (әдетте, стехиометриядан 30 % артық мөлшерде алады немесе 1,2-1,8 есе артық).
km көбейтуі температураға байланысты. Тәжірибеде процесті 1000 ºС-тан аспай жүргізеді, өйткені одан жоғары шикізат бөлшектері балқып бірігіп агломератқа айналады, реакцияласушы беті тым төмендеп кетеді, осыған байланысты колчеданды күйдіру температурасы: 1) химиялық құрамы мен колчедан табиғатына; 2) пештің конструкциясына тәуелді[5].
1.4 Бір сатыда күкірт қышқылды контакт әдісімен өндіру
Күкірт диоксидін катализатордың қатысуымен тотықтыру күкірт қышқылын өндіру процесінің негізгі сатысы болып есептелінеді, қышқыл өндіру әдісінің аталуы осы сатыға байланысты. Күкірт оксидінінің (IV) күкірт оксидіне (VI) тотығуы - гетерогенді-каталитикалық, қайтымды, экзотермиялық үрдіс. Үрдістің реакция теңдеуі:
2SO2 + O2 -- 2SO3 + Q (500 ºС)
Реакция барысында газ көлемі азаяды. Реакция жылу эффектісі температураға тәуелді және 25 ºС-та 96,05 кДж-ге тең, ал реакция жүргенде 93 кДж-ге тең.
1) SO2-О2-SO3 жүйесінің тепе-теңдік жағдайы
SO2-нің тотығу реакцияның тепе-теңдік константасы мына теңдеумен анықталады:
,
мұнда pSO3, pSO2, pO2 - күкірт ангидридін, күкірт диоксидін және оттектің тепе-теңдіктегі парциалды қысымдар.
SO2-нің SO3-ке айналу дәрежесі немесе жанасу дәрежесі катализатордың активтілігіне, температураға, қысымға, газдың құрамына және жанасу уақытына байланысты және мына теңдеуімен бейнелінеді:
.
КТ-Т және ХТ-Т арасындағы байланысы:
.
ХТ-Т температурадан, қысымнан және күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшерінен байланысы 1-ші кестеде және 1-ші суретте көрсетілген.
3 кесте - ХТ-Т температураға, қысымға және күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшеріне тәуелділігі
Температура, ºС
Қысым, МПа
SO2-нің мөлшері, көл.үлесі
1000
700
400
0,1
1,0
10
0,02
0,07
0,10
0,050
0,436
0,992
0,992
0,997
0,999
0,971
0,958
0,923
Кестеде көрсетілгендей, температурасының төмендеуі және қысымның жоғарылауы тепе-теңдіктегі айналу дәрежесін арттырады. Бұл Ле-Шателье принципіне сәйкес. Осы себептен тепе-теңдікті оңға қарай ығыстыру температураны төмендетіп, қысымды жоғарылату жағдайда орындалады. Ал температура мен қысым тұрақты болған кезде, күйдіргіш газдағы SO2-нің мөлшері неғұрлым аз болса (1 сурет, в), соғұрлым SO2-нің айналу дәрежесі ХТ-Т жоғары болады, яғни SO2 : O2 қатынасы төмен болғанда. Бұл қатынасы Н2SO4 өндірісінде қолданылатын шикізатқа және ауаның артық мөлшеріне байланысты. Сондықтан SO2-нің мөлшерін төмендету мақсатында күйдіргіш газды ауамен сұйылтады.
8 сурет - SO2-нің SO3-ке тепе-теңдік айналу дәрежесінің (ХТ-Т) температураға (а), қысымға (б), газдағы SO2-нің мөлшеріне тәуелділігі
Күкірт диоксидінің тотығу дәрежесі жанасу уақыты өскен кезде тепе-теңдік жағдайындағы мәніне дейін жоғарылайды (2 сурет), сондықтан жанасу уақыты жүйенің тепе-теңдік жағдайын қамтамасыз ететін мәнінде болуы тиіс. Суреттен көрсетілгендей, температурасы неғұрлым жоғары болғанда, соғұрлым тепе-теңдік жағдайы тез жетеді (τ1 τ2), бірақ-та айналу дәрежесі соғұрлым төмен болады (Т1 Т2 кезде Х1 Х2).
Сонымен, айналу дәрежесі бір жағынан - температураға, екінші жағынан - жанасу уақытына тәуелді болады. .
9 сурет - ХТ-Т жанасу уақытынан тәуелділігі
10 сурет - Әртүрлі жанасу уақытындағы өнім шығымының (SO3) температурасына тәуелділігі
Әрбір уақыт үшін өнім шығымының температурасынан байланысы әр түрлі қисықтармен сипатталады және осы қисықтарда максимум нүктелері болады. Егерде осы максимумдар арқылы АА сызықты өткізсек, онда тепе-теңдіктегі қисығын таба аламыз.
Өндіріс жағдайда тотығу процесі жоғары температурадан басталып, соңында төмен температурада іске асады. Бұл кезде ең жоғары өнім шығымы алынады.
2) SO2-нің тотығу жылдамдығы
Үрдіс жылдамдығына өнім шығымы, реактордың сипаттамалары (мысалы, өлшемі) және үрдістің басқада көрсеткіштері байланысты.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакцияның активтендіру энергиясы өте үлкен. Сондықтан, бұл реакция катализатор қатысуысыз жоғары температураларды да пайдалансақ тіпті жүрмейді. Катализатордың пайдалануы осы активтендіру
энергиясын төмендетуге мүмкіндік береді:
Егер катализаторсыз тотығу реакциясының: 2SO2 + O2= 2SO3 активтендіру энергиясы 280 кДжмоль-ге тең болып, 3-ші реттік реакция сияқты жүрсе, онда ванадий катализатор қатысуында реакцияның реті 1,8-ге дейін төмендейді, ал активтендіру энергиясы 92 кДжмоль құрайды [6].
Н2SO4 өндірісінде катализатор ретінде ванадий оксиді (V) негізінде БАВ және СВД маркасы контакт массалары қолданылады. Маркалардың аттары олардың құрамына кіретін элементтердің бастапқы әріптер бойынша аталған.
БАВ (барий, алюминий, ванадий) құрамы:
V2O5 (7%) + K2SO4 + BaSO4 + Al2(SO4)3 + SiO2 (кремнезем),
катализатор активатор трегер
СВД (сульфо-ванадато-диатомды) құрамы:
V2O5 (7%) + K2S2O7 + диатомит + гипс,
катализатор активатор трегер
SO2-нің тотығуы бірнеше сатыдан тұрады:
1) реакцияласушы компоненттердің катализатор бетіне диффузиялануы,
2) SO2 және O2 катализатор бітіне абсорбциялануы,
3) катализатор бетінде O2 және SO2 молекулары реакцияласып абсорбцияланған SO3 молекуланың түзілуі,
4) SO3 десорбцияланып катализатор бетінен газ фазасына диффузиялануы.
Оны былай көрсетуге болады:
V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3,
V2O4 + 0,5О2 = V2O5.
Ванадий катализатордың әрекеті 4 суретте көрсетілген.
I - диффузия, II - сорбция, III - комплекс түзілуі, IV - десорбция
11 сурет - Катализатор әсерінің сұлбасы
Контактілік ванадий массаларының жану температурасы 380-420ºС аралығында жатады және газ құрамына байланысты, егер оттектің мөлшері аз болса, катализатордың жану температурасы жоғарылайды. Катализатор қозғалмайтын қабатында реакторлар үшін контакт массалар орта диаметрі 5 мм-ге жуық түйіршіктер, таблетка немесе сақина түрінде жасалынады, ал қайнаушы қабатты реакторлар үшін - диаметрі 1 мм-ге жуық дөңгелек пішінде. Катализатор 4 жылда жаңарады.
Күкірт газдың тотығу теңдеу кинетикасын Г.К. Боресков шығарған:
V=dCSO3dτ=К ∙ ∆C=K CSO2- CSO2xCSO30,8 ∙ CO2
мұнда: К - реакцияның жылдамдық константасы;
С - реакцияласушы заттардың концентрациясы;
Сх - тепе-теңдіктегі концентрациясы.
Әрбір айналу дәрежесі үшін реакцияның жылдамдығының температурасына тәуелділігі жеке максимумы бар сызықтармен анықталады. 5 суретте бірнеше түрлі айналу дәрежесіне сәйкес келетін қисықтары көрсетілген. Әр сызықта реакцияның жылдамдығы белгілі температурада ғана максимумды жететін көрініп тұр. Осы тиімді температураларды байланысатын АА сызығын тиімді температураларының сызығы (ТТС немесе ЛОТ) деп атайды.
12 сурет - Әртүрлі айналу дәрежесінде (Х1 Х2 Х3 Х4 ) реакция жылдамдығының температурасына тәуелділігі
Сондықтан катализатор орналасқан аппараттың бірінші қабатында тотығу үрдісі 600 ºС шамасында жүргізіледі, ал соңғы қабатында температураны 400-450 ºС дейін төмендетеді (4 кесте). 4 кестеде төрт-қабатты жанасу аппараты үшін температуралық режимі көрсетілген.
4 кесте - Жанасу аппараттағы температуралық режимі
Қабат
I
II
III
IV
Жанасу аппараттың ішіндегі режим
440-600
460-500
440-450
420-425
Жылуалмастырғыштың режимі
600-460
500-440
450-420
420
ХТ-Т
0,70
0,90
0,96
0,98
Жанасу үрдісінің бастапқы параметрлері: температура - 400-440 ºС, қысым - 0,1 МПа, газдағы SO2-нің мөлшері 0,07 көл.үлесі, газдағы оттектің мөлшері 0,11 көл.үлесі.
SO2-ні SO3-ке дейін тотығуына арналған реакторлар конструкциясы бойынша бөлінеді екі түрге: а) катализатор қозғалмайтын қабатта реакторы (көп сөрелі немесе сүзетін), оларда контакт массасы 4-5 қабатта орналасады; б) қайнаушы қаббаты реакторы (6 сурет).
а - контакт түйін: 1 - жанасу аппарат; 2 - жылуалмастырғыш; б - қайнаушы қабатты жанасу аппараты
13 сурет - Жанасу аппараттарының конструкциясы
Жанасу аппараттарының артықшылықтары:
- катализатордан жылуалмастырғыш бетіне жоғарғы жылу бері коэффициенті;
- күйдіргіш газбен бірге келетін тозаңға сезімсіз болатындығы.
Күкіртті газды тотықтыруға соңғы кезде қолданылатын аппараттардың өлшемдері; цилиндр биіктігі - 10-20 м, диаметрі 3-8 м, ішінде 4 тор орналасқан, тор бетіне ванадий контакт массасы орналасқан. Торлы аралығында жылу алмастырғыштар орналасқан. Контакт аппаратына газ 450ºС температурада келіп түседі.
Жанасу аппаратында күкірт диоксидінің тотығу дәрежесі 99,5-99,7 % шамасында болады. Жанасу аппаратынан шыққан газ салқындатылып (30-50ºС) абсорбция бөліміндегі цехқа келеді [7].
1.5 Қысқа сызба бойынша күкірт қышқылды алу. Күкірт қышқылын ылғал катализбен өндіру
1) Нитроза әдісі XVIII ғасырдың ортасынан бастап қолданылып келеді, оның химиялық мазмұны екі реакцияға негізделген:
SO2 + NO2 + H2O -- H2SO4 + NO
2NO + O2 -- 2NO2.
Бірінші теңдеуде күкіртті газды тотықтырушы азот (IV) оксиді H2SO4дейін тотықтырады да, өзі тотықсызданып азот (II) оксидіне NO айналады. Азот (II) оксиді өзінен-өзі оттекті қосып, екінші теңдеу бойынша тотығып қайтадан азот қос оксидіне айналады. Сонымен бұл реакцияда азот (II) оксиді оттекті тасушы, яғни күкіртті газды тотықтыру реакциясының катализаторы болып табылады.
Нитроза әдісімен күкірт қышқылын өндіру бұрын қорғасын камераларында орындалатын, осыған байланысты ол камера әдісі деп аталынды.
Бұл үрдіс соңғы жылдары арнаулы мұнараларда жүргізілетін болғандықтан, оны мұнара әдісі деп аталған.
1 суретте мұнара әдісі бойынша жұмыс істейтін аппараттардың сұлбасы көрсетілген.
Колчедан күйдіретін пештен шыққан, өрескел тазартылған, 275-425 °С температурадағы газ өнім (продукционная) мұнараларының астынан енгізіледі.
Мұнаралардың ішкі сақиналармен толтырылған, жоғарыдан оны ішіне нитроза шашыратылып құйылып тұрады, нитроза дейтініміз нитрозил күкірт қышқылы еріген күкірт қышқыл ерітіндісі, ал нитрозил күкірт қышқылы дейтініміз күкірт қышқылы мен азотты қышқылдың аралас ангидриді, оны мына сұлбадан көруге болады.
О О
Н - О - S - O - H + H - O - N = O -- Н - О - S - O - N =O+ H2O
O O
1 және 2 мұнараларға нитрозадан басқа тағы су жіберіледі. Мұнараларда температура 300-350 °С шамасында болғандықтан нитрозил күкірт қышқылы гидролизденіп күкірт қышқылын және азотты қышқыл түзіледі:
NOHSO4 + H2O = H2SO4 + HNO2.
Күкірт ангидрид пен судан түзілген күкіртті қышқылды азотты қышқыл тотықтырып күкірт қышқылына айналады.
Түзілген күкірт қышқылы 1-ші мұнарадан шығып, салқындатылып, жинайтын ыдысқа барады, оның бір бөлігі 2-ші абсорбциялау мұнарасына жіберіледі. 2-ші өнім мұнарадағы қышқыл салқындатылғаннан кейін бірінші абсорбциялау мұнарасына жіберіледі. Екінші өнім мұнарасынан шыққан газдар тотығу мұнарасына келеді, бұл мұнарада екінші өнім мұнарасынан келген газдардың ішіндегі NO2-нің бір бөлігі тотығып NO2-ге айналады, немесе түгелінен N2O3-ке айналады (NO+ NO2= N2O3).
Азот оксидтері бірінші және екінші абсорбциялау мұнараларға жіберіледі. Бұл мұнаралардың іші қыш сақиналарымен толтырылған, жоғарыдан күкірт қышқылы шашыратылып құйылады.
Абсорбциялау мұнараларында қайтадан нитрозил күкірт қышқылы түзіледі:
2NO2 + H2SO4 = NOHSO4 + HNO3,
N2O3 +2H2SO4 = 2NOHSO4 + H2О.
Бұл үрдісте аздап кеміген азот оксидінің орнын толтыру үшін бірінші және екінші өнім мұнараларына азот қышқылы жіберіледі. Азот қышқылының шығымы 1 т H2SO4 - 10-20 кг, су - 40-50 м3.
I және II - өнім мұнаралары; III - тотықтырғыш мұнара; IV және V - абсорбциялық мұнаралар
1 - тоңазытқыш; 2 - жинағыш; 3 - сорғыш; 4 - желдеткіш
14 сурет - Нитроза әдісімен күкірт қышқылын өндіру сұлбасы.
Өндірілген H2SO4-тің концентрациясы 75 %, құрамында көптеген қоспалар болады.
Нитроза әдісін қарқындату үшін күкіртті газ құрамындағы SO2 концентрациясын жоғарылату, нитроза газын күшейту, өнім мұнараларында температураны 350 °С шамада, ал абсорбциялау мұнараларында температураны төмендету қажет.
Күкіртті газдың оңтайлы құрамы: 9%SO2; 9-10% О2 және 80% азот.
Сыртқа шығатын газ құрамындағы азот оксидін азайту мақсатымен газды скруббер арқылы өткізеді, скрубберге жоғарыдан концентрлі H2SO4 шашыратып азот оксидін сіңіріп алады.
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz