Referat kimyo mavzu: "Oltin gugurtni olinishi, kimyoviy xossalari va birikmalari"

Sulfat kislota ishlab chiqarish sxemasi. DK - DA usuli bo'yicha aloqa usuli bilan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishning texnologik sxemasi. Ishlab chiqarish usulini asoslash

1. Oltingugurt kislotasining tijorat va texnologiyani aniqlash xususiyatlari.

Sulfat kislota kimyo sanoatining yirik tonajli asosiy mahsulotlaridan biridir. U xalq xo'jaligining turli sohalarida qo'llaniladi, chunki u texnologik foydalanishni osonlashtiradigan maxsus xususiyatlar to'plamiga ega. Sulfat kislota chekmaydi, rang va hidga ega emas, normal haroratda u suyuq holatda bo'ladi, konsentrlangan holda u qora metallarni zanglamaydi. Shu bilan birga, sulfat kislota kuchli mineral kislotalardan biri bo'lib, ko'plab barqaror tuzlarni hosil qiladi va arzon.

Texnologiyada oltingugurt kislotasi deganda oltingugurt oksidi (VI) va har xil tarkibdagi suvdan iborat tizim tushuniladi: p SO 3 t H 2 O.

N \u003d m \u003d 1 bo'lsa, bu sulfat kislota monohidrat (100% sulfat kislota), m\u003e n - da suvli eritmalar monohidrat, t da< п – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).

Sulfat kislota monohidrat - bu kristallanish harorati 10,37 ° C, qaynash temperaturasi 296,2 ° C va zichligi 1,85 t / m 3 bo'lgan rangsiz yog'li suyuqlik. U har jihatdan suv va oltingugurt oksidi (VI) bilan aralashib, H 2 SO 4 H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O, H 2 SO 4 4H 2 O gidratlarini va oltingugurt oksidi H 2 bilan birikmalar hosil qiladi. SO 4 · SO 3 va H 2 SO 4 · 2SO 3.

Ushbu gidratlar va oltingugurt oksidi bilan birikmalar har xil kristallanish haroratiga ega va bir qator evtektikani hosil qiladi. Ushbu evtektikalarning ba'zilari kristallanish harorati noldan past yoki nolga yaqin. Sulfat kislota eritmalarining bu xususiyatlari uning tovar navlarini tanlashda hisobga olinadi, ular ishlab chiqarish va saqlash sharoitlariga ko'ra past kristallanish haroratiga ega bo'lishi kerak.

Sulfat kislota qaynash harorati uning konsentratsiyasiga, ya'ni "oltingugurt (VI) oksidi - suv" tizimining tarkibiga ham bog'liq. Suvli sulfat kislota konsentratsiyasining oshishi bilan uning qaynash temperaturasi oshadi va 98,3% konsentratsiyasida maksimal 336,5 ° S ga etadi, bu esa azeotropik tarkibga to'g'ri keladi va keyin kamayadi. Bo'sh oltingugurt (VI) oksidi tarkibidagi o'sish bilan olyumning qaynash harorati 100% oltingugurt (VI) oksidining qaynash nuqtasiga to'g'ri keladigan 296,2 ° C dan (monohidratning qaynash nuqtasi) 44,7 ° S gacha kamayadi.

Sulfat kislota bug'larini 400 ° C dan yuqori qizdirganda, u quyidagi sxema bo'yicha termal dissotsiatsiyaga uchraydi:

400 o C 700 o C

2 H 2 SO 4<=> 2H 2 O + 2SO 3<=> 2H 2 O + 2SO 2 + O 2.

Sulfat kislota ishlab chiqarish va iste'mol qilish bo'yicha mineral kislotalar orasida birinchi o'rinda turadi. So'nggi 25 yil ichida uning dunyo miqyosida ishlab chiqarilishi uch barobardan ziyod oshdi va hozirda yiliga 160 million tonnadan ziyodni tashkil qilmoqda.

Sulfat kislota va olyumni qo'llash sohalari juda xilma-xildir. Uning muhim qismi mineral o'g'itlar (30 dan 60% gacha) ishlab chiqarishda, shuningdek bo'yoqlar (2 dan 16% gacha), kimyoviy tolalar (5 dan 15% gacha) va metallurgiya (2 dan 3% gacha) ishlab chiqarishda qo'llaniladi. To'qimachilik, oziq-ovqat va boshqa sohalarda turli xil texnologik maqsadlarda foydalaniladi. Shakl. 1-da oltingugurt kislotasi va olyumdan xalq xo'jaligida foydalanish ko'rsatilgan.

Shakl: 1. Sulfat kislotadan foydalanish.
2. Sulfat kislota ishlab chiqarishning xomashyo manbalari.

Oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishda xom ashyo elementar oltingugurt va tarkibida oltingugurt bor har xil birikmalar bo'lishi mumkin, ulardan oltingugurt yoki to'g'ridan-to'g'ri oltingugurt (IV) oksidi olinishi mumkin.

Tabiiy konlar mahalliy oltingugurt kichik, garchi uning klarki 0,1% bo'lsa. Oltingugurt tabiatda ko'pincha metall sulfidlari va metall sulfatlari ko'rinishida uchraydi, shuningdek, neft, ko'mir, tabiiy va u bilan bog'liq gazlarning bir qismidir. Oltingugurtning katta miqdori tutun gazlari va rangli metallurgiyaning gazlarida oltingugurt oksidi va yonuvchan gazlarni tozalash jarayonida ajralib chiqadigan vodorod sulfidi shaklida bo'ladi.

Shunday qilib, oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish uchun xom ashyo manbalari juda xilma-xildir, ammo elementar oltingugurt va temir pirit hali ham xom ashyo sifatida ishlatilmoqda. Issiqlik elektr stantsiyalaridan chiqadigan gazlar va mis eritish ishlab chiqarishidagi gazlar kabi xom ashyolardan cheklangan miqdorda foydalanish ulardagi oltingugurt oksidi (IV) ning past konsentratsiyasi bilan izohlanadi.

Shu bilan birga, xom ashyo balansida piritning ulushi kamayadi, oltingugurtning ulushi esa oshadi.

Sülfürik kislota ishlab chiqarishning umumiy sxemasida dastlabki ikki bosqich muhim ahamiyatga ega - xom ashyoni tayyorlash va ularning yonishi yoki qovurilishi. Ularning tarkibi va apparati dizayni sezilarli darajada oltingugurt kislotasini texnologik ishlab chiqarishning murakkabligini aniqlaydigan xom ashyoning xususiyatiga bog'liq.

3. Sulfat kislota ishlab chiqarishning zamonaviy sanoat usullarining qisqacha tavsifi. Yaxshilash yo'llari va ishlab chiqarishni rivojlantirish istiqbollari.

Oltingugurt o'z ichiga olgan xom ashyodan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish bir necha kimyoviy jarayonlarni o'z ichiga oladi, unda xom ashyo va oraliq mahsulotlarning oksidlanish darajasi o'zgaradi. Buni quyidagi diagramma sifatida ko'rsatish mumkin:

bu erda men o'choq gazini (oltingugurt (IV) oksidi) olish bosqichi,

II - oltingugurt oksidining (IV) oltingugurt oksidiga (VI) katalitik oksidlanish bosqichi va uning yutilishi (oltingugurt kislotasiga qayta ishlash).

Haqiqiy ishlab chiqarishda ushbu kimyoviy jarayonlar xom ashyoni tayyorlash, pech gazini tozalash va boshqa mexanik va fizik-kimyoviy operatsiyalar bilan to'ldiriladi. Umuman olganda oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishni quyidagicha ifodalash mumkin:

Xom ashyo xom ashyosini tayyorlash yonish (qovurish)

assimilyatsiya bilan aloqa qiladigan pech gazini tozalash

kontaktli gaz oltingugurt kislotasi

Ishlab chiqarishning o'ziga xos texnologik sxemasi xom ashyoning turiga, oltingugurt oksidi (IV) ning katalitik oksidlanish xususiyatlariga, oltingugurt oksidini (VI) singdirish bosqichining bor yoki yo'qligiga bog'liq.

SO 2 dan SO 3 gacha oksidlanish jarayoni qanday amalga oshirilishiga qarab oltingugurt kislotasini olishning ikkita asosiy usuli mavjud.

Sülfürik kislota ishlab chiqarish uchun kontakt usulida qattiq katalizatorlarda SO 2 dan SO 3 gacha oksidlanish jarayoni amalga oshiriladi.

Oltingugurt trioksidi jarayonning so'nggi bosqichida oltingugurt kislotasiga aylanadi - oltingugurt trioksidining yutilishi, bu reaktsiya tenglamasi bilan soddalashtirilishi mumkin:

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Jarayonni azotli (minora) usuli bo'yicha olib borishda azot oksidlari kislorod tashuvchisi sifatida ishlatiladi.

Oltingugurt dioksidining oksidlanishi suyuq fazada amalga oshiriladi va yakuniy mahsulot sulfat kislota hisoblanadi:

SO 3 + N 2 O 3 + H 2 O H 2 SO 4 + 2NO

Hozirgi vaqtda sanoat asosan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish uchun aloqa usulidan foydalanadi, bu esa intensivligi yuqori bo'lgan qurilmalardan foydalanishga imkon beradi.

Ikki turdagi xom ashyodan: oltingugurt (temir) pirit va oltingugurtdan kontakt usuli bilan oltingugurt kislotasini olish jarayonini ko'rib chiqamiz.

1) Piritdan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishning kimyoviy sxemasi ketma-ket uchta bosqichni o'z ichiga oladi:

Temir disulfid pirit kontsentratining atmosferadagi kislorod bilan oksidlanishi:

Oltingugurt (IV) oksidining katalitik oksidlanishi o'choq gazida ortiqcha kislorod bilan:

2SO 2 + O 2 2SO 3

Oltingugurt kislotasining hosil bo'lishi bilan oltingugurt oksidini (VI) yutish:

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Texnologik dizayni jihatidan temir piritidan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish eng murakkab hisoblanadi va bir necha ketma-ket bosqichlardan iborat.

Ushbu ishlab chiqarishning sxematik (tizimli) diagrammasi shakl. 2:

Shakl: 2 Flotatsion piritdan oltingugurt kislotasini bir martalik aloqa usuli bilan olishning blok diagrammasi.

I - qovurilgan gazni olish: 1 - piritni qovurish; 2 - chiqindi issiqlik qozonida gazni sovutish; 3 - umumiy gazni tozalash, 4 - maxsus gazni tozalash; II - aloqa qilish: 5 - issiqlik almashtirgichda gazni isitish; 6 - aloqa qilish; III - yutilish: 7 - oltingugurt oksidini yutish (IV) va sulfat kislota hosil bo'lishi.

Piritni havo oqimida otish - bu temir disulfidning termal dissotsilanish bosqichlari orqali issiqlik chiqishi bilan yuzaga keladigan qaytarilmas katalitik heterojen jarayon:

FeS 2 \u003d 2FeS + S 2

va dissotsilanish mahsulotlarining oksidlanishi:

S 2 + 2O 2 \u003d 2SO 2

4FeS + 7O 2 \u003d 2Fe 2 S 3 + 4SO 2

bu umumiy tenglama bilan tavsiflanadi

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 S 3 + 8SO 2,

bu erda DN \u003d 3400 kJ.

Qovurish jarayonining harakatlantiruvchi kuchining oshishiga piritni flotatsiya qilish orqali erishiladi, bu xom ashyo tarkibida temir disulfid miqdorini ko'paytiradi, havoni kislorod bilan boyitadi va stexiometrik miqdordan 30% gacha qovurish paytida ortiqcha havodan foydalanadi. Amaliyotda otish 1000 ° C dan yuqori bo'lmagan haroratda amalga oshiriladi, chunki bu chegaradan oshib ketadigan xom ashyoning zarralari sinterlana boshlaydi, bu ularning yuzasi pasayishiga olib keladi va zarralarni havo oqimi bilan yuvishda qiyinchilik tug'diradi.

Piritli qovurish uchun reaktor sifatida har xil konstruktsiyalardagi pechlardan foydalanish mumkin: mexanik, maydalangan qovurish, suyuq qatlam (CC). Suyultirilgan yotoq pechlari yuqori intensivligi (10 000 kg / m2 · sutkagacha) bilan ajralib turadi, temir disulfidning to'liq yonishini ta'minlaydi (oltingugurt tarkibidagi oltingugurt miqdori 0,005 wt. Fraktsiyalardan oshmaydi) va haroratni nazorat qilish, kuydirish reaktsiyasining issiqligidan foydalanish jarayonini osonlashtiradi. KS pechlarining kamchiliklari orasida otish gazidagi changning ko'payishi kiradi, bu esa uni tozalashni qiyinlashtiradi. Hozirgi vaqtda KS pechlari piritdan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishda boshqa turdagi pechlarni to'liq almashtirdilar.

2) Elementar oltingugurtdan kontakt usuli bilan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarishning texnologik jarayoni piritdan ishlab chiqarish jarayonidan bir qator xususiyatlari bilan farq qiladi. Bunga quyidagilar kiradi:

- o'choq gazini ishlab chiqarish uchun pechlarning maxsus dizayni;

- o'choq gazidagi oltingugurt oksidi (IV) ning ko'payishi;

- o'choq gazini oldindan tozalash bosqichi yo'q.

Oltingugurt (IV) oksidi bilan aloqa qilishning keyingi operatsiyalari fizik-kimyoviy printsiplari va asbobsozlik jihatidan pirit asosidagi jarayondan farq qilmaydi va odatda DKDA sxemasi bo'yicha rasmiylashtiriladi. Ushbu usulda aloqa apparatida gazni termostatlash odatda katalizator yotoqlari orasiga sovuq havo kiritish orqali amalga oshiriladi.

Oltingugurtdan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish sxematik diagrammasi shakl. 3:

Shakl: 3. Oltingugurtdan oltingugurt kislotasini olishning blok diagrammasi.

1 - havoni quritish; 2 - oltingugurtni yoqish; 3 - gazni sovutish, 4 - aloqa qilish; 5 - oltingugurt (IV) oksidining yutilishi va oltingugurt kislotasining hosil bo'lishi.

Vodorod sulfididan oltingugurt kislotasini "nam" kataliz deb ataladigan usul ham bor, bu havo oqimida vodorod sulfidini yoqish natijasida olingan oltingugurt (IV) oksidi va suv bug'lari aralashmasi aloqa qilishgacha ajratilmaydi, bu erda oltingugurt oksidi (IV) oltingugurt oksidi (VI) ga qadar qattiq vanadiy katalizatorida oksidlanadi. Keyin gaz aralashmasi kondensatorda sovutiladi, bu erda hosil bo'lgan oltingugurt kislotasining bug'lari suyuq mahsulotga aylanadi.

Shunday qilib, pirit va oltingugurtdan oltingugurt kislotasini ishlab chiqarish usullaridan farqli o'laroq, nam kataliz jarayonida oltingugurt oksidini (VI) singdirish uchun maxsus bosqich yo'q va butun jarayon ketma-ket uchta bosqichni o'z ichiga oladi:

1. Vodorod sulfidning yonishi:

N 2 S + 1,5O 2 \u003d SO 2 + N 2 O - DN 1, bu erda DN 1 \u003d 519 kJ

oltingugurt oksidi (IV) va ekvimolekulyar tarkibdagi suv bug'lari (1: 1) aralashmasi hosil bo'lishi bilan.

2. Oltingugurt oksidining (IV) oltingugurt oksidiga (VI) oksidlanishi:

SO 2 + 0.5O 2<=> SO 3 - DN 2, bu erda DN 2 \u003d 96 kJ,

oltingugurt (IV) oksidi va suv bug'lari aralashmasining ekvimolekulyar tarkibini saqlab turganda (1: 1).

3. Bug'larning kondensatsiyasi va sulfat kislota hosil bo'lishi:

SO 3 + H 2 O<=> N 2 SO 4 - DN 3, bu erda DN 3 \u003d 92 kJ

shunday qilib, nam kataliz jarayoni umumiy tenglama bilan tavsiflanadi:

N 2 S + 2O 2 \u003d N 2 SO 4 - DN, bu erda DN \u003d 707 kJ.

Sulfat kislota ishlab chiqarishning keng ko'lami uni takomillashtirish masalasini ayniqsa dolzarb qiladi. Bu erda quyidagi asosiy yo'nalishlarni ajratish mumkin:

1. Issiqlik elektr stantsiyalari va turli sohalardagi qozonxonalar chiqindi gazlaridan foydalanish hisobiga resurs bazasini kengaytirish.

2. O'rnatish moslamalarining birlik hajmini oshirish. Quvvatning ikki-uch barobar ko'payishi mahsulot tannarxini 25-30 foizga pasaytiradi.

3. Kislorod yoki kislorod bilan boyitilgan havoni ishlatib, xom ashyoni yoqish jarayonini kuchaytirish. Bu uskunadan o'tadigan gaz hajmini pasaytiradi va uning ish faoliyatini oshiradi.

4. Jarayondagi bosimning oshishi, bu asosiy uskunaning intensivligini oshirishga yordam beradi.

5. Faoliyati oshgan va past haroratli yangi katalizatorlarni qo'llash.

6. Kontaktga etkazib beriladigan pech gazidagi oltingugurt oksidi (IV) kontsentratsiyasini oshirish.

7. Xom ashyoni qovurish va aloqa qilish bosqichlarida oqimli qatlamli reaktorlarni joriy etish.

8. Issiqlik effektlaridan foydalanish kimyoviy reaktsiyalar ishlab chiqarishning barcha bosqichlarida, shu jumladan energiya bug'ini ishlab chiqarish uchun.

Sulfat kislota ishlab chiqarishda eng muhim vazifa SO 2 ning SO 3 ga aylanish darajasini oshirishdir. Bu vazifani bajarish oltingugurt kislotasi unumdorligini oshirishdan tashqari ekologik muammolarni hal qilishga imkon beradi - atrof muhitga zararli komponent SO 2 chiqindilarini kamaytirish.

SO 2 konversiyasi darajasining oshishiga har xil yo'llar bilan erishish mumkin. Ulardan eng keng tarqalgani er-xotin kontakt va er-xotin yutilish (DKDA) sxemalarini yaratishdir.

4. Fizik-kimyoviy xossalari oltingugurt dioksid oksidlanishining kimyoviy-texnologik jarayoni uchun asos bo'lgan tizim.

Kuydiruvchi gaz bilan aloqa qilish jarayoni asosida oltingugurt (IV) oksidining oltingugurt (IV) oksidiga oksidlanish reaktsiyasi geterogen katalitik, qaytaruvchan, ekzotermik reaktsiya bo'lib, tenglama bilan tavsiflanadi:

SO 2 + 0.5O 2<=> SO 3 - PH.

Reaktsiya issiqligi haroratga bog'liq va 25 ° C da 96,05 kJ ga va aloqa qilish haroratida taxminan 93 kJ ga teng. "SO 2 - O 2 - SO 3" tizimi undagi muvozanat holati va jarayonning umumiy natijasi bog'liq bo'lgan oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish darajasi bilan tavsiflanadi.

Oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish reaktsiyasining muvozanat konstantasi:

 (1)

oltingugurt (VI) oksidi, oltingugurt (IV) oksidi va kislorodning muvozanatli qisman bosimlari qaerda.

Oltingugurt (IV) oksidining oltingugurt (VI) oksidiga aylanish darajasi yoki katalizatorda erishilgan aloqa darajasi katalizatorning faolligiga, haroratga, bosimga, aloqa qilinadigan gazning tarkibiga va aloqa vaqtiga bog'liq va tenglama bilan tavsiflanadi:

 (2)

(1) formuladagi kabi miqdorlar qayerda

(1) va (2) tenglamalardan oltingugurt (IV) oksidi konversiyasining muvozanat darajasi oksidlanish reaktsiyasining muvozanat konstantasi bilan bog'liqligi kelib chiqadi:

 (3)

X p ning harorat, bosim va qovurilgan gaz tarkibidagi oltingugurt (IV) oksidi tarkibiga bog'liqligi jadvalda keltirilgan. 1 va shakl. 4.

Jadval 1. X p ning haroratga, bosimga va qovurilgan gaz tarkibidagi oltingugurt oksidi (IV) ga bog'liqligi.

Shakl: 4. Oltingugurt (IV) oksidining oltingugurt (VI) oksidiga aylanishining muvozanat darajasining haroratga (a), bosimga (b) va gazdagi (c) oltingugurt (IV) oksid tarkibiga bog'liqligi.

Tenglama (3) va jadvaldan. 4 shundan kelib chiqadiki, haroratning pasayishi va aloqada bo'lgan gazning bosimining oshishi bilan X p konversiyasining muvozanat darajasi oshadi, bu Le Chatelier printsipiga mos keladi. Shu bilan birga, doimiy harorat va bosimda konversiyaning muvozanat darajasi qanchalik katta bo'lsa, gazdagi oltingugurt (IV) oksidining miqdori shunchalik past bo'ladi, ya'ni SO 2: O 2 nisbati past bo'ladi. Ushbu nisbat otish kerak bo'lgan xom ashyo turiga va ortiqcha havoga bog'liq. Pechdagi gaz tarkibini tuzatish jarayoni shu bog'liqlikka, ya'ni oltingugurt oksidi (IV) miqdorini kamaytirish uchun uni havo bilan suyultirishga asoslangan.

Oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish darajasi, aloqa vaqtining oshishi bilan susaygan egri chiziq bo'ylab muvozanatga yaqinlashib boradi (5-rasm).

Shakl: 5. X p ning aloqa vaqtiga bog'liqligi.

Binobarin, aloqa vaqti tizimdagi muvozanatni ta'minlashni ta'minlashi kerak. Anjir. 5 shundan kelib chiqadiki, harorat qancha yuqori bo'lsa, muvozanat tezroq bo'ladi (t 1)< t 2), но тем меньше степень превращения (Х 1 < Х 2 при Т 1 > T 2). Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidining chiqishi har ikkala haroratga va aloqa vaqtiga bog'liq. Bunday holda, har bir aloqa vaqti uchun chiqadigan haroratning bog'liqligi maksimalga ega bo'lgan mos keladigan egri chiziq bilan ifodalanadi. Ko'rinib turibdiki, ushbu maksimal darajalarni o'rab turgan AA chizig'i (6-rasm) muvozanat egri chizig'iga yaqin har xil aloqa vaqtlari uchun optimal harorat egri chizig'ini aks ettiradi.

Shakl: 6. Oltingugurt (IV) oksidi rentabelligining har xil aloqa vaqtidagi haroratga bog'liqligi.

Oksidlanish darajasi vaqt birligida oksidlangan oltingugurt (IV) oksidi miqdoriga va shunga qarab, aloqa massasining hajmiga, reaktorning kattaligiga va jarayonning boshqa xususiyatlariga bog'liq. Ishlab chiqarishning ushbu bosqichini tashkil etish eng yuqori oksidlanish darajasini ta'minlashi kerak maksimal daraja berilgan sharoitda erishish mumkin bo'lgan aloqa.

Oltingugurt (IV) oksidining kislorod bilan oltingugurt (VI) oksidiga oksidlanish reaktsiyasining faollanish energiyasi juda katta. Shuning uchun, katalizator yo'q bo'lganda, oksidlanish reaktsiyasi deyarli yuqori haroratda ham davom etmaydi. Katalizatordan foydalanish aktivizatsiya energiyasini kamaytirishi va oksidlanish tezligini oshirishi mumkin.

Sülfürik kislota ishlab chiqarishda, ularning tarkibiga kiradigan elementlarning boshlang'ich harflari bilan nomlangan vanadiy (V) oksidi markalari BAS va SVD asosidagi aloqa massalari katalizator sifatida ishlatiladi.

BAS (bariy, alyuminiy, vanadiy) tarkibi:

V 2 O 5 (7%) + K 2 SO 4 + VaSO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + SiO 2 (kremniy)

SVD (sulfo-vanadat-diatom) tarkibi

V 2 O 5 (7%) + K 2 S 2 O 7 + diatomit + gips

katalizator aktivator tashuvchisi

Vanadiy katalizatorida qat'iy katalizator qatlami bilan oltingugurt (IV) oksidining oltingugurt (VI) oksidiga oksidlanish tezligini tavsiflash uchun turli kinetik tenglamalar taklif qilingan. Masalan, reaktsiya tezligini oltingugurt (IV) oksidining konversiya darajasi, reaktsiya tezligi konstantasi, muvozanat konstantasi va gaz bosimi bilan bog'laydigan (4) tenglama:

 (4)

bu erda X - oltingugurt (IV) oksidi konversiyasining muvozanat darajasi,

k - oksidlanish tezligining doimiysi,

a - oltingugurt oksidining (IV) gazdagi dastlabki konsentratsiyasi,

b - gazdagi kislorodning dastlabki konsentratsiyasi,

P - gazdagi umumiy bosim,

K p - reaksiya muvozanati doimiysi.

(4) va (5) tenglamalardan kelib chiqadiki, oksidlanish darajasi reaksiya tezligi konstantasiga bog'liq bo'lib, u harorat oshishi bilan kuchli ko'payadi. Ammo, bu holda, muvozanat konstantasi K r kamayadi va atama qiymati  (4) tenglamada. Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish jarayonining tezligi qarama-qarshi yo'nalishda harorat oshishi bilan o'zgarib turadigan ikki miqdorga bog'liq. Natijada, oksidlanish tezligining haroratga bog'liqligi egri chizig'i maksimal darajadan o'tishi kerak. Shuningdek (4) tenglamadan kelib chiqadiki, oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish darajasi qancha yuqori bo'lsa, oltingugurt (IV) oksidining oltingugurt (VI) oksidiga aylanish darajasi shunchalik past bo'ladi. Natijada, konversiyaning har bir darajasi uchun reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi maksimal egri chiziq bilan ifodalanadi. Shakl. 7 doimiy tarkibidagi gaz uchun har xil konversiyalarga mos keladigan bir qator o'xshash egri chiziqlarni ko'rsatadi. Bundan kelib chiqadiki, oksidlanish reaktsiyasining tezligi ma'lum haroratlarda maksimal darajaga etadi, bu konvertatsiya darajasi qanchalik yuqori bo'lsa, shuncha past bo'ladi va, albatta, tegmaslik harorat bo'ladi.

Shakl: 7. Oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish tezligining har xil konversiyalash darajalaridagi haroratga bog'liqligi X 1< Х 2 < Х 3 < Х 4

Tegmaslik harorat nuqtalarini birlashtirgan AA liniyasi Optimum Temperature Sequence (LOT) liniyasi deb ataladi va eng yaxshi natijaga erishish uchun aloqa jarayonini yuqori harorat tezligini (amalda, taxminan 600 ° C) ta'minlaydigan yuqori haroratda boshlash kerakligini, so'ngra erishish uchun yuqori daraja haroratni pasaytirish uchun o'zgartirish, LOT bo'yicha harorat rejimini saqlab turish. Shakldagi BB va CC satrlari. 7 kontaktning haqiqiy texnologik jarayonida ruxsat etilgan harorat oralig'ini belgilab qo'ying.

2-jadvalda yuqoridagi printsipga muvofiq o'rnatilgan oraliq issiqlik almashinuvi bilan 4 qatlamli aloqa apparati ish harorati ko'rsatilgan:

Jadval 2. Kontaktni yig'ishning harorat shartlari

Shunday qilib, oltingugurt (IV) oksidining oksidlanish jarayonining kinetikasi va termodinamikasi o'rtasidagi ziddiyat aloqa apparati dizayni va harorat sharoitida ancha muvaffaqiyatli bartaraf etiladi. Bunga jarayonni bosqichlarga ajratish orqali erishiladi, ularning har biri aloqa qilish jarayoni uchun maqbul shartlarga javob beradi. Shunday qilib, aloqa rejimining dastlabki parametrlari aniqlanadi: harorat 400 - 440 ° C, bosim 0,1 MPa, gaz tarkibidagi oltingugurt (IV) oksidi 0,07 vol. gazda kislorod miqdori 0,11 vol. ulushlar.

5. Filtrlovchi katalizator qatlamlari bilan to'rt qavatli aloqa apparatida oltingugurt dioksidini mayda tozalash va oltingugurt dioksidini oksidlashning apparati-texnologik sxemasi.

Oltingugurt (IV) oksidini katalitik oksidlanishiga mo'ljallangan reaktorlar yoki aloqa moslamalari o'zlarining konstruktsiyalari bo'yicha qattiq katalizator qatlamiga (raf yoki filtr) ega bo'lgan qurilmalarga bo'linadi, ular ichida aloqa massasi 4-5 qatlamda joylashgan bo'lib, yotqizilgan qatlamli qurilmalar. Gazning har bir katalizator qatlamiga o'tgandan keyin issiqlikni yo'qotish apparatga sovuq havo yoki gazni kiritish yoki apparatga o'rnatilgan yoki alohida olib tashlangan issiqlik almashinuvchilari yordamida amalga oshiriladi.

Hozirgi vaqtda kontakt usuli bilan oltingugurt kislotasi va olyum ishlab chiqarishda "DKDA" er-xotin aloqa tamoyilidan foydalangan holda texnologik sxema eng keng tarqalgan (er-xotin kontakt - er-xotin yutilish). Bunday sxemaning bir qismi, barcha sxemalar uchun texnologik jihatdan bir xil bo'lgan o'choq bo'limi va umumiy gazni tozalash bo'limi bundan mustasno. to'qqiz.

Birlikning quvvati kuniga 1500 tonnagacha bo'lgan monohidratdir. Iste'mol koeffitsientlari (1 tonna monohidrat uchun): pirit 0,82 tonna, suv 50 m 3, elektr quvvati 82 kVt soat.

Shakl: 9. DKDA bilan ikki marta aloqa qilish orqali piritdan oltingugurt kislotasini olishning texnologik sxemasi.

1 - ichi bo'sh kir yuvish minorasi, 2 - o'rashli kir yuvish minorasi, 3 - namlagich minorasi, 4 - elektrostatik cho'ktirgichlar, 5 - quritish minorasi, 6 - turbo gazli puflagich, 7 - 75% kislota kollektori, 8 - kislota yig'uvchi, 9 - issiqlik almashinuvchisi, 10 - aloqa moslamasi, 11 - olyum yutgich, 12 va 13 - monohidrat yutuvchi vositalar. Mahsulot oqimlari: I - o'choq gazi 300 ° S da, II - 75% sulfat kislota, III - sovutilgan 98% kislota, IV - sovutish uchun ishlab chiqarish kislotasi, V - sovutilgan olyum yoki monohidrat, VI - sovutish uchun olyum , VII - chiqindi gazlar.
6. Oltingugurt dioksidini oksidlash uchun aloqa apparati 1-bosqichining moddiy balansi.

Hisoblash ma'lumotlari:

1. Sulfat kislotaning monohidrat bo'yicha umumiy unumdorligi - 127 t / soat;

2. oltingugurt angidridini yutish to'liqligi - 99,8%;

3. manba gazining tarkibi:

SO 2 - 6,82% (jild), O 2 - 10,4% (jild), CO 2 - 0,4% (jild), N 2 - 82,38% (jild);

harorat 520 ° C;

muvozanatga erishish darajasi - a \u003d 0.650

1. SO 2 ning SO 3 ga aylanishining muvozanat darajasini hisoblaymiz. Oltingugurt dioksidining oksidlanish reaktsiyasi uchun K p ning ma'lum qiymatlaridan muvozanatni hisoblashni ko'rib chiqamiz:

SO 2 + 0.5O 2 + CO 2 + N 2<=> SO 3 + CO 2 + N 2

bu erda a, b, t, n - SO 2, O 2, CO 2 va N 2 boshlang'ich aralashmasi tarkibiy qismlarining miqdori (mol) (a + b + t + n \u003d 1).

Har bir komponentning (mol) miqdori x A, e konversiya muvozanat darajasiga etganida bo'ladi

SO 2 O 2 CO 2 N 2 SO 3

a - a x A, e b - 0,5a x A, e tp a x A, e

Muvozanat aralashmasining umumiy soni:

a - a x A, e + b - 0.5a x A, e + t + n + a x A, e \u003d 1 - 0.5a x A, e

Muvozanat doimiysi

tenglamadan foydalanib hisoblash mumkin (433-bet,):

520 ° C (793 K) haroratda muvozanat doimiysi:

Reaksiya muvozanat holatini konversiyaning muvozanat darajasining qiymatlari bilan tavsiflash mumkin

Umumiy bosimni p orqali belgilab, biz tarkibiy qismlarning muvozanat bosimini ifodalaymiz:

 (6)

Dastlabki ma'lumotlarni (6) tenglamaga almashtirib (p \u003d 0,1 MPa) olamiz:

Qayerdan takrorlash usuli bilan topamiz va shuning uchun muvozanat aralashmasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

SO 3 - 6,38% (jild), SO 2 - 0,688% (jild), O 2 - 7,54% (jild), CO 2 - 0,412% (jild), N 2 - 84,98 % (jild);

2. Amaliy konversiya darajasi quyidagilarga teng:

3. Oltingugurt (IV) oksidini oltingugurt (VI) oksidiga oksidlash va oltingugurt (VI) oksidini oltingugurt kislotasi hosil bo'lishi bilan singdirish bo'yicha umumiy tenglama:

SO 2 + 0.5O 2 + H 2 O H 2 SO 4

64 g / mol 98 g / mol

127 kg / soat oltingugurt kislotasini olish uchun reaktsiya tenglamasi asosida oltingugurt oksidi (IV) kerak bo'ladi:

 kg

Oltingugurt oksidi (IV) hisoblangan konversiya darajasini va so'rilishning belgilangan to'liqligini hisobga olgan holda amalda zarur:

 kg

 mol

4. Gazning hajmli tarkibini massaga qayta hisoblab chiqamiz.

 mol

Dastlabki aralashmaning tarkibiy qismlari quyidagilarga teng:

mol

 mol

 mol

Olingan gazning tarkibiy qismlari soni:

 mol

 kg

 mol

 kg

Gaz aralashmasining mollarining umumiy soni

 mol

 mol

 mol

mol

Hisoblash natijalari 3-jadvalda umumlashtirilgan

Jadval 3. Oltingugurt dioksidini oksidlash uchun aloqa apparati jarayonining moddiy muvozanati.