Күкірт қышқылын өндіру әдістері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Іс-тәжірибеден есеп беру
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ. ЖҰБАНОВ АТЫНДЫҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ТЕХНИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ

«ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ» КАФЕДРАСЫ

5В072000-«Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

Оқу іс тәжірибесі бойынша

ЕСЕП

Тақырыбы: Күкірт қышқылын өндіру әдістері

Орындаған: Н. М. Әбдрашитова

Жетекші: доцент, х. ғ. к. Л. К. Тастанова

Ақтөбе 2016 жыл

МАЗМҰНЫ:

I. Кіріспе . . . 3

II. Негізгі бөлім . . . 4

1. Күкірт қышқылының түрлері және олардың мемлекеттік стандарт талаптарын зерттеу . . . 4

2. Күкірт қышқылының өндіру әдістері . . . 6

2. 1. Күкірт қышқылын контакт әдісімен тотықтыру . . . 7

2. 1. Күкірт диоксидін контакт әдісімен өндіру . . . 8

2. 1. 2. Күкірт үшоксидін абсорбциялау . . . 10

3. Күкірт қышқылын нитроза әдісімен өндіру . . . 11

III. Қорытынды . . . 13

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 14

КІРІСПЕ

Күкірт қышқылы - химиялық өнеркәсіптер негізінде ең маңызды өнім. Минералды қышқылдардың ортасында ол өндірілуі және тұтыну көлемі бойынша бірінші орында, сондықтан күкіртті қышқылдар алудың қасиеттері мен әдістерін зерттеу қазіргі таңда өзекті мәселе. Күкірт қышқылын халық шаруашылықтарында әр түрлі салаларда қолданады, ол оның технологиялық қолдануын жеңілдету үшін ерекше қасиеттер кешеніне ие. Күкірт қышқылы түтіндемейді, қойылтылған түрде қара металлдар коррозияға ұшырамайды, көп орнықты тұздарды құрастыруға қабілетті және әр түрлі шикізат өндірістері үшін арзан.

Күкірт қышқылы көптеген елдердің өнеркәсіптерінің барлық салаларында қолданылады, елде экономикалық жағдайдың дамуында өзіндік көрсеткіші болып жатыр. Шығарылған күкіртті қышқылдар саны мемлекеттердің даму деңгейін көрсетіп отыр. Соңғы 25-30 жылдың ішінде күкіртті қышқылдардың дүниежүзілік өндірістің қажеттіліктері 3 есеге өсті, осы жылғы уақытта 160 млн. т құрап отыр. Индустриалды дамыған елдер басқа химикаттарға қарағанда, көбірек күкіртті қышқылдар өндіріп алып жатыр. Бұл күкірт қышқылының үштен бірі дерлік тыңайтқыштар өндірісіне кетеді. Минералды тыңайтқыштарды қолдану оларды ауылшаруашылық заттарына пайдалы өнімдерін жоғарылатуға мүмкіндік туғызып жатыр. Ол мұнай өнімдерін тазартуға, қышқыл аккумуляторларында электролит есебінде, машина жасауда, гальвани жамылғыларда ұруда металлдардың беттерін әзірлеуге пайдаланып келеді.

Бұған дейін химияның өмірдегі рөлі халық тұрмысында тек бөлек заттарды қолданумен қамтылған. Сондықтан мен бұл тақырыпты зерттеу кезінде мақсатты түрде келесідей мақсаттарды алға қойдым:күкірт қышқылының өндірісін зерттеу негізінде химиялық технологияның жалпы түсінігін құру қажет.

Ал, міндетім - өндірістің ғылыми принциптерімен танысу, зерттеу, тапсырмаларды орындау барысында ұжымды түрде жұмыс жасауды жетілдіру, химиядан политехникалық мазмұнды теориялық және практикалық тапсырмаларды шешу қабілеттілікті арттыру.

1. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫНЫҢ ТҮРЛЕРІ

Құрамында қоспаларға және қышқыл ертіндісінің концентрациясына байланысты күкірт қышқылы үш түрге (сорт) жіктелінеді: 1. Техникалық күкірт қышқылы (купорос майы) - 92, 5% H ₂ SO ₄ ; олеум - 18, 5% SO ₃ моногидрит құрамында бос қалпында болады, мұнара қышқылы - 75% H ₂ SO ₄ (нитроза әдісімен өндірілген) . 2. Аккумулятор күкірт қышқылы - 92-94% H ₂ SO ₄ , қышқыл 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, электродтар бұзылады және электр тоғы артық мөлшерде жұмсалынады. 3. Реактивтік күкірт қышқылы - маркалары: “ХТ”, “ТДА” және “Т” - 92-94% H ₂ SO ₄ контакт әдісімен платина немесе кварц аппараттарында өндіріледі.

Күкірт қышқылы оны өндіру әдісіне, аппаратуралары дайындалатын материалдарға, аппаратура жағдайына, сондай-ақ, технологиялық режим нормасын сақтаудың дәлдігіне, алынатын қышқыл концентрациясының және бөгде қоспалардың құрамдарының әртүрлілігіне байланысты болады. Мысалы, нитрозды әдіспен H ₂ SO ₄ -тің концентрациясы 75% болатын күкірт қышқылы алынады. Оны контактілі әдіспен алынатын күкірт қышқылымен салыстырғанда, кемшілігі қатты қалдықтың үлесінің жоғарылауы және азот оксидінің кейбір мөлшері болуы болып табылады. Бұл - мұнаралы жүйеде күкірт қышқылында құрғақ электрофильтрден кейін көп мөлшерде шаң(күйінді) түсетінін және нитрозды денитрациялау процесінің толық өтпейдігін көрсетеді.

Контактілі әдіспен өндірілетін күкірт қышқылы өндірісінде қышқыл концентрациясы әртүрлі. Мұнаралы әдіспен алынатын қышқылға қарағанда бұл қышқылдың құрамында азот оксиді болмайды және қатты қалдық мөлшері аз болады, бұдан бөлек, контактілі жүйеде мұқият тазалау жүреді. Бірақ бұл қышқылдардың құрамында аппаратуралардан шығатын материалдардың коррозиясының өнімдері болады.

Әдетте, тауарлы өнім МемСт-та көрсетілген барлық норма талаптарына сай келуге міндетті. Біздің елімізде күкірт қышқылы мен олеумның қабылданған стандарты МемСт 2184-67 болып табылады. Күкірт қышқылының стандартты сорттарының негізгі көрсеткіштері 1-кестеде көрсетілген.

Күкірт қышқылындағы қоспаның үлесі аппаратураның коррозиялану дәрежесімен анықталады, сондықтан контактілі әдісте тазалығы жоғары күкірт қышқылын алу үшін аппаратураларды арнайы коррозияға төзімді материалдардан дайындайды.

Кесте-1. Күкірт қышқылының стандарты сорты

Күкірт қышқылының сорты

Концентрация, %

кем емес

Қоспа үлесі, %, артық емес

H ₂ SO ₄

SO ₃

Азот оксиді

Темір

(Fe)

Күшәла

(As)

Хлоридтер

(Cl)

Кальциленген

қалдық

Күкірт қышқылының сорты:

Сапалы контактілі:

А сорты

Б сорты

Концентрация, %кем емес: 92, 5-94

Қоспа үлесі, %, артық емес:

1*10 ^-4

1*10 ^-3

0, 007

0, 015

1*10 ^-4

5*10 ^-4

1*10 ^-3

0, 02

0, 03

Күкірт қышқылының сорты: Техникалық контактілі

Концентрация, %кем емес: 92, 5

Қоспа үлесі, %, артық емес: -

0, 02

0, 05

Күкірт қышқылының сорты:

Олеум:

сапалы

техникалық

Концентрация, %кем емес:

Қоспа үлесі, %, артық емес:

18, 5

5*10 ^-4

0, 0075

1*10 ^-4

0, 02

Күкірт қышқылының сорты: Мұнаралы

Концентрация, %кем емес: 75

Қоспа үлесі, %, артық емес: -

0, 03

0, 02

0, 1

Күкірт қышқылының сорты: Регенерациялық

Концентрация, %кем емес: 91

Қоспа үлесі, %, артық емес: -

0, 01

0, 02

Күкірт қышқылының сорты:

Аккумуляторлық:

А сорты

Б сорты

Концентрация, %кем емес: 92-94

Қоспа үлесі, %, артық емес:

5*10 ^-5

1*10 ^-4

0, 006

0, 012

5*10 ^-5

1*10 ^-4

5*10 ^-4

0, 03

0, 05

2. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН ӨНДІРУ ӘДІСТЕРІ

ХХ-ғасырдың орта шенінде (алхимик Абу-Бекр-Альрарес) күкірт қышқылы табиғи купорос тақтатасымен темір купорос қоспасын қыздыру арқылы өндірілген, осы себептен өндірісте техникалық күкірт қышқылын купорос майы деп атайды. ХІ-ғасырда күкірт қышқылын түбіне су құйылған қорғасын камерасында күкіртпен селитра қоспасын өртеу арқылы өндіре бастады. Осы әдісті “камералық” немесе күкірт қышқылының түзілуіне азотоксидтері (нитроздар) қатысуына байланысты нитроза әдісі деп атайды. Күкірт қышқылын өндіретін зауыт Ресейде 1905 жылы салынды.

Қазіргі кезде күкірт қышқылы негізгі екі әдіспен: контакт және нитроз әдістерімен өндіріледі. Контакт әдісімен күкірт қышқылын ХІХ-ғасырдың соңғы жылдарында өндіре бастады. Катализатор ретінде платина қолданылған, ХХ-ғасырдың 20-шы жылдарынан бастап қымбат платина орнына арзан ванадий контакт массасын қолданатын болды. Күкірт қышқылын өндіру үшін өнеркәсіпте, алдымен күкірт ангидридін алады (SO ₃ ), сонан соң күкірт ангидридін күкірт қышқылына айналдырады. Осы айтылғандардың әрқайсысын техникалық орындаудың өнеркәсіптік бірнеше әдістері бар.

Өнеркәсіпте өндіретін газ (SO ₂ ) (күкіртті ангидрид) өте күрделі қоспа, құрамында күкіртті ангидридтен басқа: азот оттек және т. б. қоспалар болады. Қазақстанда күкірт қышқылын «Қазатомпром» АҚ Өскемен мен Балқаш химиялық зауыттарында өндіреді.

2. 1. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН КОНТАКТ ӘДІСІМЕН ТОТЫҚТЫРУ

Күкірт қышқылының контактілі өндірісі - ірі масштабты, үздіксіз механикаландырылған өндіріс.

Күкірт қышқылының негізгі даму тенденциялары:

* Аппараттардың күшін арттыру;

* Процестерді интенсификациясы;

* Энерго-техникалық сызбанұсқа әзірлеу;

* Айналу дәрежесін арттыру;

* Күкіртті қосылыстарды қолдану;

* Бөлінген газдарды залалсыздандыру.

Колчеданды күйдіргеннен кейін күкіртті газ қоспасын дөрекі тазартқаннан кейін, күкірт қышқылын өндіру процесі үш сатыға жіктелінеді:

1. Катализаторға зиян тигізетін заттардан газды тазарту.

2. SO ₂ -ні SO ₃ -ке катализатордың қатысумен тотықтыру.

3. SO ₃ -ті күкірт қышқылымен абсорбциялау.

Контакт жүйесіне келетін газ құрамында катализаторға зиян тигізетін (уландыратын) тозаң және As ₂ O ₃ , SeO ₂ және т. б. қоспалар болады. Зиянды қоспалардан тазарту мақсатпен құрғақ электр сүзгіштен соң ыстық қалпында (275-425 ⁰ С) газ қоспаларын 60-75%-ды күкірт қышқылымен жуып, ары қарай тағы да 25-40%-да қышқылмен жуады. Газ температурасы 30-40 ⁰ С дейін төмендейді, осының әсерінен газ құрамындағы тозаң қалдығынан күшән және селен, күкірт ангидриді және тағы басқа қоспалардан тазартылады. Газ салқындағанда күкірт ангидридінің көпшілігі бу қалпында күкірт қышқылын түзіп, газ құрамында тұман түрінде болады. Газды тұманнан тазарту үшін ылғалды электрсүзгішіне бағыттайды. Ылғалды электрсүзгішінде күшән, селен қосындыларымен тұман қалпында күкірт қышқыл газдан толық бөлінеді. Тазартылған газды құрғату үшін, газ құрғатқышқа 93-95% күкірт қышқылымен жанастырады. Бұл гетерогенді процесс, демек оның жылдамдығы газ бен сұйықтықтың жанасу бетінің өсуіне қарай артады. Құрғатқыш мұнараның (технологиялық сұлбаның басындағы жуғыш мұнараларында) ішіне шығыр (керамика немесе төзімді металл) толтырылған. Мұнараның үстіңгі жағынан үнемі сұйықтық құйылып тұрады, шығырдың бетіне жұқа қабықша түзе, жайылып төмен қарай ағады. Мұнараның астыңғы жағынан үздіксіз газ келіп тұрады. Мұндай мұнарада газбен сұйықтықтың жанасу беті бірнеше есе үлкен болады. Сұйықтықпен газ бір-біріне қарама-қарсы бағыттағы ағыспен қозғалады. Қарама-қарсы ағыс кезінде мұнарадан шығып бара жатқан газ мұнараға келе жатқан суды көп мөлшерде қосып алуға бейім, концентрлі қышқылға кездеседі. Сондықтан газдың кебу дәрежесі жоғары болады. Осылай тазартылып құрғатылған газ контакт бөліміне келеді.

2. 1. 1. КҮКІРТ ДИОКСИДІН КОНТАКТ ӘДІСІМЕН ӨНДІРУ

Күкірт диоксидін катализатордың қатысуымен тотықтыру күкірт қышқылын өндіру процесінің негізгі сатысы болып есептелінеді, қышқыл өндіру әдісінің аталуы осы сатыға байланысты. Күкірт диоксидінің үшоксидіне тотығуы - гетерогенді катализдік экзотермиялық процесс.

Процестің реакция теңдеуі:

2SO ₂ +O ₂ =2SO ₃ +189 кДж (500 ⁰ С)

Процесс қайтымды және процесс нәтижесінде газ көлемі азаяды. Осы себептен Лe-Шателье принципіне сәйкес тепе-теңдікті оңға қарай ығыстыру температураны төмендетіп, қысымды жоғарылату жағдайда орындалады. Бірақ газ қоспасының құрамындағы SO ₂ және О ₂ аз шамада N ₂ -тым көп шамада болғандықтан қысымды көтерудің тигізетін әсерінен қысым көтеруге жұмсалатын энергияның, аппаратының құны басым болғандықтан, қысымды көтеру қажетсіз. Процеске температураның тигізетін әсері ерекше, оңтайлы температура қолданатын катализаторға байланысты, ванадий контакт массасын қолданғанда бастапқы температура 580-600 ⁰ С-дан соңында 450-400 ⁰ С дейін төмендейді. Бұл әдіс арқылы алынған күкірт қышқылы тазалығы жағынан өте жоғары және жоғары концентрлі болады. Сондықтан қазіргі таңда алынатын күкірт қышқылының 80% осы әдіспен алынады.

SO ₂ -тотығу жылдамдығы қолданылатын катализатор активтілігіне байланысты. Катализатор ретінде: 1) платина, 2) темір оксиді, 3) ванадий (ІV) оксиді қолданылады. Ең активті катализатор - платина, бірақ құны тым жоғары және оңай уланып активтілігінен қайтымсыз айырылады. Темір оксидінің құны төмен, күшәнмен уланбайды, катализатордың активтілігі тек қана 625 ⁰ С-ан басталады, активтілігі аталған екеуіненде төмен.

Контактілі әдісте көбінесе катализатор ретінде платина қолданылады. Бірақ ол өте қымбат, әрі мышьяк сияқты заттармен өте улы қоспа түзеді. Сондықтан темір оксиді қолданылады. Ол бағасы жағынан арзан, және де мышьякпен уланбайды, бірақ газдық қарапайым құрамымен каталитикалық активтілік көрсепейді. Ванадий контакт массасының тұтыну температурасы 400-500 ⁰ С. Ванадийлі катализатордың активтілігі төмен, әрине платиналықпен салыстырғанда, бірақ бағасы төмен және мышьякпен қосылыстары платинаға қарағанда бірнеше мың есе төмен. Бұл катализатор өте тиімді болғандықтан, күкірт қышқылын өндіруде тек осы катализатор қолданылады.

Ванадий ангидридының каталитикалық әсері мынада:

Температура жоғары болғанда ол күшті тотықтырғыш болады, өйткені оттегін жеңіл бөледі. Күкіртті газ оның беттігінде адсорбцияланып күкіртті ангидридке дейін тотығады, ол десорбцияланады. Өттегін беру себебінен ванадий валенттілігі төмендейді, және төмен тотықтар түзіледі. Кейін осы қосылыстар бес тотықты ванадийға дейін (V ₂ O ₅ ) тотығады, ол оттегін тасымалдаушы рөлін атқарады.

Химиялық технологияның ең маңызды принциптерінің бірі болып реакция жылдамдығын, сонымен бірге аппараттың өнімділігін арттыру үшін катализатор қолдану. Гетерогенды реакциялар үшін басқа принцип - олардың жылдамдығы фазалар жанасу беттіктерінің жоғарлату арқылы, ол үшін өлшемдері үлкен емес саңылаулы кесек катализаторларды қолдану. Күкіртті газ толық тотығу үшін төмен температурада жүргізу керек, бірақ қаншалықты температура төмен, соншалықты реакция жылдамдығыда аз болады. Катализатор 4 жылда жаңарады.

Ванадийлі контактілі масса шамамен 400-600 ºС жоғарылатса катализатордың активтілігі керісінше төмендейді. Себебі активті компоненттер K2S2O7 ерімейтін активсіз қосылыстар түзеді. Керісінше температураны төмендеткенде катализатордың активтілігі бірден төмендейді. Себебі V+5 ионы аз активті VOSO4 ванадии сульфатына, яғни V+4 ауысады.

SО ₂ -нің тотығуы бірнеше сатыдан тұрады:

* Әрекеттесуші компоненттердің диффузиясы;

* Катализатордың оттегіні сорбциялау;

* SO2 молекуласының SO2*О катализатор комплексінің түзілуі;

* SO3 катализатор комплексінің түзілуі;

* SO3 десорбциясы;

* SO3 диффузиясы.

Егер катализатор түйіршіктері ірі, температура тым жоғары болса, жалпы процесс жылдамдығы диффузия жылдамдығымен лимиттелінеді, катализатор түйіршіктері ұсақ болса, температура төмен болып SO ₃ концентрациясы жоғары шамада болса, онда процесс жылдамдығын лимиттейтін саты - оттектің абсорбциялануы болады.

SO ₂ -нің тотығуы экзотермиялық процесс болғандықтан, температураны төмендету SO ₃ тепе-теңдік мөлшерін арттырады, бірақ процесс жылдамдығы төмендейді. Мұндай процестерге оңтайлы жағдай катализатордың ұзындық қабатында температура біртіндеп төмендейтін режим. Катализатор орналасқан аппаратың бірінші қабатында тотығу процесі 600 ⁰ С шамасында жүрсе соңғы қабатында температураны 400-450 ⁰ С дейін төмендету қажет. Күкіртті газды тотықтыруға соңғы кезде қолданылатын аппарат - цилиндр биіктігі 10-20 м, диаметрі 3-8 м, ішіне 4 тор орналасқан, тор бетіне ванадий контакт массасы орналасқан. Торлы аралығында жылу алмастырғыштар орналасқан. Контакт аппаратына газ 450 ⁰ С температурада келіп түседі. Контакт аппаратында күкірт диоксидінің тотығу дәрежесі 99, 5-99, 7% шамасында болады. Контакт аппаратынан шыққан газ салқындатылып (30-50 ⁰ С) абсорбция бөліміндегі цехқа келеді.

2. 1. 2. КҮКІРТ ҮШ ОКСИДІН АБСОРБЦИЯЛАУ

Реакция теңдеуі:

SO ₃ +H ₂ O=H ₂ SO ₄ +92000 кДж

Күкірт ангидридін (үшоксид) абсорбциялау шығыр орналасқан мұнара ішінде концентрлі күкірт қышқылымен орындалады. Сумен немесе күкірт қышқылының сұйытылған ертіндісімен абсорбцияланса SO ₃ -су буымен реакцияласып, тұман қалпындағы күкірт қышқылы түзіліп, оны газ құрамынан бөліп алу өте қиын.

Абсорбент ретінде 98, 3%-ды қышқыл немесе 20%-ды олеумді қолданады. Осы аталған абсорбенттің су буы серпімділігі өте төмен (бу қалпындағы су жоқ деп есептеуге болады) .

1. 6 сурет - Колчеданнан күкірт қышқылдарын өндіру схемасы

1- тарелкалы қоректендіргіш; 2 - пеш; 3 - қалпына келтіру қазаны; 4 - циклондар; 5 - электрофильтр; 6 - жуып тазартатын мұнаралар; 7 - ылғалды электрофильтр; 8 - желдеткіш мұнара; 9 - кептіргіш мұнара ; 10 - қағып алғыш; 11, 15 - моногидратты сорғыштар; 12 - жылу алмастырғыштар; 13 - түйіскен аппарат; 14 - олеумді сорғыш ; 16 - тоназытқыштар.

3. КҮКІРТ ҚЫШҚЫЛЫН НИТРОЗА ӘДІСІМЕН ӨНДІРУ

Нитроза әдісі ХVIII - ғасырдың ортасынан бастап қолданылып келеді. Контакт әдісінде реакцияны жылдамдату үшін катализатор қолданса, "нитроза" әдісінде өндірісте бұл процесті азот оксидтерінің қатысуымен жылдамдатады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.