Технология серной кислоты.

БУКИНИСТ

Индекс книги: 00557.
ББК 35.20. Технология неорганических веществ в целом. Технология основных химических продуктов в целом. Технология серной кислоты.

Б.Т. Васильев. М.И. Отвагина.

1985 г. 384 стр. Табл.94. Рис.113.

Рассмотрены теоретические основы и аппаратурно-технологическое оформление всех стадий технологического процесса производства серной кислоты. Особое внимание обращено на максимальное использование энергетических ресурсов, определение оптимальной единичной мощности технологических линий, применение новых высокоэффективных аппаратов, создание безотходной технологии. Показаны перспективные направления технического развития сернокислотного производства: применение кислорода, повышенного давления, циркуляционных систем и т.д.

Предназначена для инженерно-технических работников предприятий практически всех отраслей химической промышленности, а также цветной металлургии.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Серная кислота по объемам производства и применения занимает одно из первых мест среди химических веществ. Она применяется во многих отраслях промышленности для получения широкого ассортимента важнейших продуктов. Объем производства серной кислоты в любой стране может рассматриваться как показатель, который в определенной мере отражает уровень промышленного развития страны.

Непрерывное наращивание выпуска серной кислоты наблюдается во всех развитых и развивающихся странах. В 1981 г. общий уровень мирового производства серной кислоты достиг 139 млн. т. Особенно высоки темпы развития сернокислотной промышленности в СССР. За два последних десятилетия объем ее производства в нашей стране возрос почти в 4 раза. Примерно половина выпускаемой серной кислоты расходуется на получение минеральных удобрений, обеспечивающих повышение урожайности сельскохозяйственных культур, с другой стороны — с использованием серной кислоты выпускаются десятки миллионов тонн различных химических продуктов. Таким образом, с полным основанием можно утверждать, что сернокислотное производство играет важную роль в решении Продовольственной программы СССР.

Увеличение выпуска серной кислоты сопровождается усовершенствованием ее технологии, аппаратурного оформления всех стадий производственного процесса, внедрением принципиально новых схем и оригинальных инженерных решений. Единичные мощности сернокислотных систем за два последних десятилетия повысились со 120 до 360 тыс. т в год при работе на колчедане и со 100 до 500 тыс. т в год — на сере. При этом значительно улучшились технико-экономические показатели сернокислотного производства: повысилась степень использования серосодержащего сырья, снизились удельные капитальные вложения и эксплуатационные затраты, значительно повысилась производительность труда.

Одновременно с повышением эффективности производства на современных сернокислотных системах большое внимание уделяется решению экологических проблем. Так, внедрение процесса двойного контактирования с промежуточной абсорбцией и применение новых высокоактивных катализаторов позволило повысить степень окисления диоксида серы в контактном производстве серной кислоты с 97,5—98,0% до 99,7— 99,8%. При этом примерно в 8—10 раз снизилось содержание диоксида серы в выхлопных газах.

Современные отечественные сернокислотные системы по своему техническому уровню, экономической эффективности и экологическому совершенству не уступают лучшим зарубежным образцам.

В предлагаемой вниманию читателей книге мы стремились отразить коренные изменения, которые произошли в сернокислотной промышленности за последние годы, показать новейшие достижения и перспективы дальнейшего развития технологии и аппаратурного оформления процессов производства серной кислоты, обобщить богатый опыт эксплуатации сернокислотных систем, результаты многочисленных научных исследований и инженерных разработок.

В книге изложены сведения о свойствах серной кислоты и промежуточных продуктов, а также о различных видах серосодержащего сырья. На современном уровне рассмотрены технологические процессы получения серной кислоты из различных видов сырья: обжиг колчедана, сжигание серы и серосодержащих газов, специальная очистка обжиговых газов, каталитическое окисление диоксида серы и абсорбция триоксида серы с получением серной кислоты. Должное внимание уделено очистке отходящих газов сернокислотного производства с целью защиты окружающей среды и утилизации диоксида серы. Дан анализ направлений дальнейшего технического прогресса в сернокислотном производстве. Показаны пути использования отработанных кислот. Описаны основное и вспомогательное оборудование, конструкционные материалы, применяемые в производстве серной кислоты, отражены методы контроля и автоматизации производства, вопросы техники безопасности. Приведены необходимые справочные данные, методы важнейших расчетов. Ввиду ограниченного объема книги ряд вопросов в ней изложен в сокращенном виде, библиографические ссылки во многих случаях сокращены до минимума.

Мы надеемся, что эта книга станет полезным практическим пособием для инженерно-технических работников промышленных предприятий и проектных организаций, даст необходимую информацию научным работникам, поможет молодым специалистам лучше освоить технологию серной кислоты.

СОДЕРЖАНИЕ.

Глава 1. Общие сведения.

Развитие и современное состояние сернокислотной промышленности.

Свойства и применение серной кислоты.

Физические свойства водных растворов серной кислоты, олеума, диоксида и триоксида серы.

Химические свойства диоксида и триоксида серы, серной кислоты и основные направления ее использования.

Сырье для производства серной кислоты.

Сера.

Колчеданы.

Диоксид серы металлургических и топочных газов.

Сульфаты.

Отработанные кислоты.

Глава 2. Обжиг серосодержащего сырья.

Обжиг колчедана.

Физико-химические основы обжига колчедана в воздухе.

Поведение примесей колчедана в процессе его обжига.

Образование триоксида серы и спекание шихты при обжиге колчедана.

Обжиг колчедана при использовании циркулирующего огарка.

Основы гидродинамики кипящего слоя колчеданного огарка, интенсивность обжига.

Теплообмен в печах КС.

Условия охлаждения обжигового газа.

Технологическая схема и аппаратура отделения обжига.

Расчет печи КС-450 на воздушном дутье.

Зарубежные установки.

Обжиг колчедана в печах КСЦВ.

Обжиг колчедана с применением кислорода.

Сжигание серы.

Механизм горения серы.

Влияние повышенного давления на скорость горения серы.

Печи для сжигания жидкой серы.

Печи для сжигания твердой серы.

Обжиг серной руды.

Обжиг сульфатов железа.

Сжигание сероводорода.

Использование тепла горения серосодержащего сырья.

Очистка обжигового газа от огарковой пыли.

Глава 3. Производство серной кислоты контактным методом.

Технологические схемы производств в СССР и за рубежом.

Мокрая очистка обжигового газа.

Теоретические основы окисления диоксида серы на катализаторах.

Термодинамика окисления диоксида серы.

Ванадиевые катализаторы для окисления диоксида серы.

Механизм и кинетика окисления диоксида серы.

Окисление диоксида серы при повышенном давлении.

Контактные аппараты и контактные узлы. Технологический режим и особенности эксплуатации.

Принципиальные технологические схемы контактных узлов.

Технологические режимы работы катализаторов.

Типы и особенности контактных аппаратов.

Теплообменники контактных узлов.

Расчет контактных узлов.

Сушка газов и абсорбция триоксида серы.

Влажность газов и кислотообмен в цикле сушки-абсорбции.

Абсорбция триоксида серы.

Аппаратура для осушки газа и абсорбции серного ангидрида.

Очистка отходящих газов и нейтрализация сточных вод.

Аммиачные способы очистки и концентрации сернистых газов.

Кислотно-каталитический способ очистки газов.

Сульфитно-содовый способ очистки газов.

Причины образования тумана и очистка от него выхлопных газов.

Нейтрализация сточных вод.

Получение концентрированного и жидкого диоксида серы.

Получение жидкого триоксида серы и высококонцентрированного олеума.

Получение улучшенных и специальных сортов серной кислоты.

Вторичные энергоресурсы.

Глава 4. Основные направления технического прогресса в производстве контактной серной кислоты.

Тенденции развития.

Разработка систем с применением давления и кислорода.

Одновременное получение серной кислоты и водорода.

Глава 5. Производство серной кислоты нитрозным методом.

Теоретические основы нитрозного процесса.

Технологический режим башенных систем.

Применение кислорода в нитрозном процессе.

Получение продукционной нитрозилсерной кислоты.

Глава 6. Получение серной кислоты из отходящих газов металлургических производств.

Глава 7. Использование отработанной и разбавленной кислоты.

Регенерация и использование отработанных кислот.

Концентрирование серной кислоты.

Глава 8. Вспомогательное оборудование для производства серной кислоты.

Холодильники и насосы.

Орошающие устройства и брызгоуловители.

Оборудование для хранения и перевозки кислоты.

Глава 9. Конструкционные материалы, покрытия, вопросы коррозии.

Виды коррозионных разрушений.

Коррозия металлов, сталей и сплавов в серной кислоте и олеуме.

Материалы противокоррозионной защиты.

Материалы для оборудования.

Глава 10. Контроль и автоматическое регулирование процессов производства серной кислоты.

Глава 11. Техника безопасности.

ПРИЛОЖЕНИЯ.

I. ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНТАКТНОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

II. СОСТАВ ТВЕРДЫХ ФАЗ В ЭВТЕКТИЧЕСКИХ ТОЧКАХ СИСТЕМЫ Н₂О— H₂SO₄— S0₃

III. СОСТАВ РАСТВОРОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ, ТЕМПЕРАТУРА

И ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ, РАСПОЛАГАЮЩИХСЯ

НА ВЕТВЯХ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕЖДУ ЭВТЕКТИЧЕСКИМИ

ТОЧКАМИ ДИАГРАММЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ

Н₂О — H₂SO₄ — SO₃

IV. ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ H₂SO₄ И SO₃.

V. ОБЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ (В ММ РТ. СТ.) НАД СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ И ОЛЕУМОМ (1 ММ РТ. СТ. = 133,33 Па).

VI. ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА.

VII. ТЕПЛОЕМКОСТЬ РАСТВОРОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

VIII. ТЕПЛОТА ОБРАЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СЕРНОЙ

КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА ИЗ ГАЗООБРАЗНОГО SO₃ И ВОДЫ

В ККАЛ/КГ Н₂О (1 ККАЛ=4,19 кДж).

IX. ПЛОТНОСТЬ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА В Г/СМ³

X. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ РАСТВОРОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

Теплопроводность в Вт/(м град).

XI. ВЯЗКОСТЬ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА В мПа с.

Вязкость концентрированных растворов серной кислоты.

XII. РАСТВОРИМОСТЬ ДИОКСИДА СЕРЫ (В %) В ВОДЕ, СЕРНОЙ КИСЛОТЕ И ОЛЕУМЕ (ПРИ НОРМАЛЬНОМ ДАВЛЕНИИ SO₂).

XIII. ЗАВИСИМОСТЬ РАВНОВЕСНЫХ СТЕПЕНЕЙ КОНВЕРСИИ

ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ГАЗОВ ОТ ОБЖИГА КОЛЧЕДАНА

И СЖИГАНИЯ СЕРЫ В ВОЗДУХЕ.

XIV. ЗАВИСИМОСТЬ РАВНОВЕСНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОТ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ (РАСЧЕТ НА ЭВМ).

XV. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ НАСАДОК.

XVI. СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ СТАЛЕЙ В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ, ММ/ГОД.

Сталь 08Х22Н6Т (ЭП-53).

XVII. СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ СТАЛЕЙ В ОЛЕУМЕ.

XVIII. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ.

XIX. МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ НАСОСОВ.

XX. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ И РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ОБЖИГЕ КОЛЧЕДАНА В ПЕЧАХ КС.

XXI. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ И РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ В ПРОМЫВНОМ И АБСОРБЦИОННОМ ОТДЕЛЕНИЯХ.

XXII. КОНТРОЛИРУЕМЫЕ И РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ В КОНТАКТНОМ ОТДЕЛЕНИИ.