of 34 /34
TEHNOLOGIJA TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINE SUMPORNE KISELINE H H 2 2 SO SO 4 4 Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA [email protected]

TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

  • Author
    shanta

  • View
    351

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4. Pripremio : Varga I štvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA v arga.i @ neobee.net. Osobine sumporne kiseline. Uljasta tečnost bez boje i mirisa, otrovna je; Sa vodom se meša u svim odnosima uz oslobađanje velike kolićine toplote; - PowerPoint PPT Presentation

Text of TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

  • 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