-
TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINEH2SO4
Pripremio: Varga ItvanHEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA
[email protected]
-
Osobine sumporne kiseline Uljasta tenost bez boje i mirisa,
otrovna je; Sa vodom se mea u svim odnosima uz oslobaanje velike
koliine toplote; Azeotropska smea kiseline i vode sadri 98,3 %
H2SO4 i 1,7 % H2O kljua na 338 oC gustina takve kiseline je 1,843
g/cm3 ;Na temperaturi od oko 450 oC potpuno se razlae na SO3 i H2O;
Vrlo je higroskopna, u dodiru sa organskim materijama dehidratie
ih; U dodiru sa koom izaziva opekotine; Spada u najjaa oksidaciona
sredstva;
-
Sumporna kiselina je jedna od najjaih neorganskih kiselina;
Disosuje u dva stepena, te gradi dve vrste soli: - Hidrogensulfate
i - Sulfate. Metale sa negativnim redoks potencijalom razara uz
oslobaanje vodonika; Bakar, ivu ili srebro razara uz oslobaanje SO2
Liveno gvoe pasivizuje, zato se koncentrovana kiselina uva u
gvozdenim rezervoarima.
-
Struktura molekule H2SO4
-
Znaaj i upotreba Sumporna kiselina spada u strateke materije.
Spada u najvanije proizvode hemijske industrije. Njena proizvodnja
i danas slui kao indikator in- dustrijske aktivnosti zemlje. Ona je
najvanija neorganska kiselina.
Svetska proizvodnja iznosi oko 50 miliona tona godinje.
-
UPOTREBLJAVA SE :
U industriji vetakih ubriva;Za dobijanje raznih sulfata, na pr.
CuSO4 x 5H2OZa proizvodnju: - Hlorovodonika, - Mineralnih boja, -
Vetakih vlakana, - Eksploziva,Za punjenje akumulatora;Za rafinaciju
mineralnih ulja;Kao dehidrataciono sredstvo;Pri organskim
procesima: Nitrovanju, esterifikaciji, sulfo- niranju;U metalurgiji
i galvanotehnici i td.
-
PROIZVODNJASUMPORNE KISELINEProizvodi se na dva naina:
Postupkom tornjeva (nitrozni postupak) iKontaktnim
postupkom.
Ovi postupci se meusobno razlikuju u nainu oksidacije SO2 i
apsorpcije nastalog SO3. Kontaktni postupak se vie primenjuje jer
je ekonominiji i omoguuje dobijanje 100 % -ne kiseline.
-
Faze proizvodnjeKod oba postupka razlikujemo tri
fazeproizvodnje:
Proizvodnja SO2 i njegovo preiavanjeOksidacija SO2 u SO3
iApsorpcija SO3.
-
SIROVINE ZA DOBIJANJE SO2Postoje razne sirovine kao to su:
Elementarni sumpor (najbolja sirovina)Pirit - FeS2 (sa sadrajem
sumpora od 50 % )Sulfidne rude, kao to su ZnS, CuS, PbS i
td.Sulfati kao na primer CaSO4 i MgSO4 koji se retko koriste. Kod
na se SO2 proizvodi iz PIRITA prenjem.
-
Kristalna struktura pirita
-
Prenje piritaPrenje se moe prikazati sledeim zbirnim
reak-cijama: 4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2
3 FeS2 + 8 O2 Fe3O4 + 6 SO2Reakcije su jako egzotermne!
Ove reakcije slue za proraun materijalnog i toplotnog
bilansa.Prenje se izvodi vazduhom sa vikom od 5 % od
teorijskipotrebne koliine na temperaturi od 850 - 900 oC.
-
Pei za prenje piritaPirit se pri u raznim tipovima pei :
Rotacionim;Etanim;Sa lebdeim (uskovitlanim) iFluidizovanim
slojem.
Tokom prenja sumpor iz pirita sa kiseonikom iz vazduha daje SO2.
Pored sumpordioksida nastaju jo oksidi primesa kao to su: As2O3,
SeO2 (gasovi) i vrsti oksidi FeO, Fe2O3, Cu2O, CuO, ZnO, CaO i
td.
-
Uproena ema rotacione peiPirit granulisanPrionini gas: ( 9 10 %
SO2 ) +Gasovite primeseIZGORETINAVreo vazduhOko 750 oCPe se okree
oko uzdune oseKapacitet rotacione pei iznosi 100 tona/dan.
-
Uproena ema mehanike - etane pei Prionini gas 600 -700 oC 9 10 %
SO2Izgoretina (oksidi metala )Vreo vazduhP I R I TPe : - Visina 7
10 m - Prenik 5 7 m800 oCMealjka sa zupcima
-
800 C 10 15 % S2 200 t / :- 7 - 13 - 2 - 5
-
Preiavanje prioninog gasa Prionini gas sadri svega 10 15 % SO2
.Ostatak gasa ine:Vazduh;Praina od izgoretine ( razni oksidi metala
);SeO2 ;As2O3 ;HF ;Druge gasovite primese u tragovima.Prionini gas
po izlasku iz pei ima temperaturuod oko 700 oC.
-
Preiavanje se vri SUVIM i MOKRIM postupkom. SUVO preiavanje se
izvodi u pranim komorama i elektrostatikim filtrima. Tu se
odstranjuju mehanike neistoe. MOKRO preiavanje se izvodi u mokrim
elektrostatikim filtrima i tornjevima za pranje i hlaenje gasne
smee. Ovde se odstranjuju gasovite primese arsena,selena i fluora
(katalitiki otrovi).
-
ema suvog preiavanja+_Sitna prainaGruba prainaPrioninigas t= 400
o CU = 30 40 kV
-
ema mokrog preiavanjaH2SO4 65 % 30 %U = 70-80 kVH2SO4 95
%Tornjevi za:PRANJE HLAENJEKat.otroviToranj zaSUENJEGASist SO2
-
Dobijanje sumporne kiseline kontaktnim postupkom Preien gas
odvodi se u proces dobijanja sumpor-trioksida. Kod KONTAKTNOG
postupka, katalizator i reagensi su u razliitim agregatnim stanjima
(vrsto i gasovito) pa se kataliza vri na povrini katalizatora -
heterogena kataliza.
Ovaj postupak je uveden poetkom XX. veka, a naziv je dobio po
tome to se SO2 oksidie vaz- dunim kiseonikom u kontaktu sa povrinom
vrstog katalizatora. Ovim postupkom dobija se ista koncentrovana
99,5 % H2SO4.
-
KONTAKTNI POSTUPAKKontaktni postupak sastoji se iz dve faze:
Oksidacija SO2 u SO3 i
Apsorpcija SO3 u sumpornoj kiselini.
-
Oksidacija SO2 u SO3Oksidacija se vri vazdunim kiseonikom u
prisustvu katalizatora, a tee prema seledeoj povratnoj
reakciji:
2 SO2 + O2 2 SO3
Reakcija je egzotermna ( oslobaa se 94,5 kJ / mol. toplote)!Na
prinos SO3 utie:
Temperatura; Pritisak i Koncentracija reagujuih gasova .
-
Analiza uslova oksidacije SO2 Iz dijagrama se vidi da je na
temperaturi od 300 oC prinos skoro 100 %,ali je reakcija vrlo
spora. Optimalne temperature u praksi se kreu u granicama od 450
500 oC, pri emu je prinos SO3 manji ali je brzina reakcije vea.
-
Upotrebom katalizatora proces konverzije se ubrzava. Kao
katalizator najvie je u upotrebi V2O5. Mehanizam delovanja je:
2 V2O5 + 2 SO2 2VOSO4 + V2O42 VOSO4 + V2O4 2 V2O4 + 2 SO3 2 V2O4
+ O2 2 V2O5 Tokom vremena katalizator gubi katalitiku aktivnost,
stoga mora s vremena na vreme da se menja delimino ili potpuno.
Temperatura nesme da prelazi 620 oC. Nosa katalizatora moe da bude
SiO2 , silikagel.
-
Transformacijom izraza za konstantu ravnotee reakcije oksidacije
SO2 , dobijamo:
Prinos SO3 na bilo kojoj temperaturi vei ako je vea
koncentracija kiseonika.To se u praksi realizuje vikom vazduha.
-
Konverzija SO2 u SO3 sa meuapsorpcijom Sutina je u tome da se
oksidacija i apsorpcija odvijaju u dva stepena.
U prvom stepenu se po dostizanju konverzije od oko 90 % nastali
SO3 vodi na apsorpciju.Gas koji izlazi iz apsorbera vraa na
konverziju u drugom stepenu.
Ovakvim nainom voenja procesa ukupna konverzija dostie 99,5
%.
-
Tehniko izvodjenje konverzije Izvodi se u kontaktnim peima
razliite konstrukcije. Najee se primenjuju:
Etane iCevne pei.
Kod prvih se kontaktna masa nalazi na etaama a kod drugih u
cevima.Kontaktno odeljenje ine predgreja, kontaktni reaktor i
razmenjivai toplote.
-
Uproena ema etane peiSO2 ( t = 400 450 oC)KatalizatorUgraeni
razmenjiva toploteSO3 Vazduh za hlaenjet = 580 oCt = 480 oCNa
apsorpciju
-
Apsorpcija SO3U proizvodnim uslovima SO3 se apsorbuje u 98,6 %
-tnoj sumpornoj kiselini.Apsorpcija se izvodi u dva
apsorbera:Oleumski apsorber (tu se dobija oleum) iMonohidratni
apsorber (dobija se koncentrovana sumporna kiselina sa 99,5 %
H2SO4).Stepen apsorpcije SO3 ne sme da bude manji od 99,95
%.Temperatura kiseline na izlazu iz apsorbera ne treba da je via od
60 oC.
-
Uproena ema apsorpcije SO3Oleumski
apsorberMonohidratniapsorberSO3H2SO498,3 %98,7 99 % O L E U
MRezervoaroleuma+ H2OSO3RaigoviprstenoviIzlazni Gsovi :
-
Preiavanje izlaznog gasaGasna smea koja naputa apsorber sadri
oko: - 0,15 % ili 4 g/m3 SO2 ; - 0,007 % ili 0,3 g/m3 SO3 i - Sitne
kapljice sumporne kiseline. Proputanjem gasa kroz toranj sa
punjenjem najpre se uklanjaju kapljice H2SO4.
Uklanjanje SO2 i SO3 se takoe vri u tornjevima koji se oroavaju
takvim reagensima koji sa navedenim supstancama daju rastvor soli
koji se sliva na dno tornja.
-
Uproena ema preiavanja izlaznog gasaNa2CO3(aq)SO2 i
SO3SO3Izlazni gasH2SO4 (aq)NaHSO3 (aq)NH4OH(NH4)2SO4
(aq)CO2,vodenaparaPunjenje od Raigovih prstenova
-
Dobijanje stabilizovanog SO3 Kao sirovina koristi se OLEUM sa
25-30 % slobodnog SO3. Sutina proizvodnje je da se oleum dobijen u
oleumskom apsorberu u pogodnom azmenjivau toplote podvrgava
isparavanju na temperaturi od oko 140 oC, pri emu se oslobaa SO3
gas. Gasoviti SO3 se po tom kondenzuje u kondenzatoru gde nastaje
teni SO3. Teni SO3 se prihvata u rezervoaru gde se odrava
temperatura od 30-40 oC radi spreavanja ovravanja 100 %-nog
SO3.
Kako bi se sav SO3 odrao u tenom stanju i na niim temperaturama
vri se njegova stabilizacija dodavanjem B2O3 ili Na2SO4.
-
Uproena ema dobijanja stabilizovanog SO3 Teni SO3H2O t = 40
oCSO3 gasOLEUM sa oko30 % SO3U rezervoar oleuma t = 70 oCGAS iz
kontaktnogodeljenjat = 225 oCU apsorbert = 110 oCt = 140 oC
