Реферат: Производство серной кислоты

5. Для получения улучшенной серной кислоты (содержание окислов азота N2O3 менее 0,5 ppm) предусмотрена схема подачи гидразингидрата в поток серной кислоты, поступающей на участок концентрирования серной кислоты.

Гидразинсульфат, полученный при добавлении гидразина к серной кислоте, взаимодействует с нитрозилсернистой кислотой, обуславливающей содержание N2О3 в продуктовой кислоте:

4NOSO3H + N2H4·              H2SO4 3N2 + 5H2SO4

Избыток гидразина окисляется с образованием элементарного азота:

N2H4·H2SO4 + O2           N2 +2H2O + H2SO4

Химический состав серной кислоты выражается формулой H2SO4. Структурная формула серной кислоты выглядит следующим образом:

Относительная молекулярная масса серной кислоты - 98,08 кг/кмоль.

Безводная серная кислота содержит 100 % H2SO4 или 81,63 % SO3 и 18,37 % мас. H2O. Это бесцветная маслянистая жидкость не имеющая запаха с температурой кристаллизации 10,37 ºС. Температура кипения безводной серной кислоты при давлении 1,01·105 Па (760 мм рт.ст.) составляет 298,2 ºС. Плотность при 20 ºС составляет 1830,5 кг/м3.

С водой и сернистым ангидридом серная кислота смешивается в любых пропорциях.

В процессе производства серной кислоты для окисления сернистого ангидрида в серный применяются ванадиевый катализатор. Он представляет собой пористое вещество, на которое нанесено активное комплексное соединение, содержащее пятиокись ванадия V2O5.

В данном случае применяется катализатор марки VK-WSA фирмы "Хальдор Топсе".

Температура зажигания катализатора 400-430 ºС. При температуре выше 620 ºС активность катализатора быстро снижается, т.к. при этом распадается активный комплекс, содержащий пятиокись ванадия (V2O5), а также разрушается структура носителя, что приводит к разрушению катализатора и образованию пыли.

Срок службы катализатора не менее 4 лет.

8. Термодинамический анализ

Расчет теплового эффекта реакции окисления SO2 в SO3:

2SO2 + O2 = 2 SO3

кДж

Q=-ΔН=196,6 кДж

Реакция экзотермическая – протекает с выделением тепла.

ΔS=

ΔG=ΔH-TΔS=-196,6-298*17,66=-5459,28

Энергия Гиббса значительно меньше нуля. Это значит, что реакция термодинамически возможна.

Расчет теплового эффекта реакции конденсации SO3:

SO3 + H2O = H2SO4

кДж

Q=-ΔН=174,26 кДж

Реакция экзотермическая- протекает с выделением тепла.

ΔS=Дж

ΔG=ΔH-TΔS=-174,26-298*-288,07=-86019,12

Энергия Гиббса значительно меньше нуля. Это значит, что реакция термодинамически возможна.

Таблица 1

Значения термодинамических величин

Таблица 2

Значения Кр для реакции окисления SO2 при различных температурах

Вывод: реакция окисления SO2 наиболее полно протекает при невысоких температурах. Из этого следует, реакцию окисления SO2 целесообразно проводить при невысоких температурах. Повышение давления, по принципу Ле-Шателье, влияет положительно.

9. Кинетика процесса окисления диоксида серы

Константа скорости реакции: определяется из уравнения Аррениуса.

К=К0*е(-Еа/RT)=9,3*105*е(-79000/430*8,31)=0,13

Еа- энергия активации (79000Дж/моль)

R- газовая постоянная (8,31)

Е- температура

К0 – предэкспоненциальный множитель (9,3*105сек)

Расчет равновесной степени превращения

Таблица 3

Значения равновесной степени превращения при разных температурах

Таблица 4

Значения равновесной степени при различном содержании О2 и SO2 в газовой смеси

Исходя из полученных данных таблиц 3 и 4, можно сделать следующий вывод: с точки зрения равновесной степени превращения, процесс окисления диоксида серы нужно вести при низком содержании SO2 в газовой смеси и при низких температурах.

Расчет времени контактирования газовой смеси в контактном аппарате

Для того, чтобы рассчитать время контактирования, разделим слой катализатора на 5 частей.

Таблица 5

Время контактирования газа на первом слое катализатора

τ = ∑Δτ =3,188 сек

Общее время контактирования на первом слое котализатораτ =3,188 сек.

Таблица 5

Время контактирования газа на втором слое катализатора

τ = ∑Δτ =6,38 сек

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6