Transcript
Page 1: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

TEHNOLOGIJA TEHNOLOGIJA SUMPORNE KISELINESUMPORNE KISELINE

HH22SOSO44

Pripremio: Varga Ištvan

HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA

ČOKA

[email protected]

Page 2: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Osobine sumporne kiseline Uljasta tečnost bez boje i mirisa, otrovna je; Sa vodom se meša u svim odnosima uz oslobađanje velike kolićine toplote; Azeotropska smeša kiseline i vode sadrži 98,3 % H2SO4 i 1,7 % H2O ključa na 338 oC

gustina takve kiseline je 1,843 g/cm3 ;Na temperaturi od oko 450 oC potpuno se razlaže na SO3 i H2O; Vrlo je higroskopna, u dodiru sa organskim materijama dehidratiše ih; U dodiru sa kožom izaziva opekotine; Spada u najjača oksidaciona sredstva;

Page 3: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Sumporna kiselina je jedna od najjačih neorganskih kiselina;

Disosuje u dva stepena, te gradi dve vrste soli:

- Hidrogensulfate i

- Sulfate. Metale sa negativnim redoks potencijalom

razara uz oslobađanje vodonika; Bakar, živu ili srebro razara uz oslobađanje SO2

Liveno gvoLiveno gvožđžđee pasivizuje, zato se pasivizuje, zato se

koncentrovana kiselina čuva u gvozdenim koncentrovana kiselina čuva u gvozdenim rezervoarima.rezervoarima.

Page 4: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Struktura molekule H2SO4

SO

O

OO

HH

123o

107o

101o

Page 5: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Značaj i upotreba

Sumporna kiselina spada u strateške materije.

Spada u najvažnije proizvode hemijske industrije.

Njena proizvodnja i danas služi kao indikator in-

dustrijske aktivnosti zemlje.

Ona je najvažnija neorganska kiselina.

Svetska proizvodnja iznosi oko 50 miliona tona godišnje.

Page 6: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

UPOTREBLJAVA SE :

• U industriji veštačkih đubriva;• Za dobijanje raznih sulfata, na pr. CuSO4 x 5H2O• Za proizvodnju: - Hlorovodonika, - Mineralnih boja, - Veštačkih 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.

Page 7: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

PROIZVODNJASUMPORNE KISELINE

Proizvodi se na dva načina:

1. Postupkom tornjeva (nitrozni postupak) i2. Kontaktnim postupkom.

Ovi postupci se međusobno razlikuju u načinu oksidacije SO2 i apsorpcije nastalog SO3.

Kontaktni postupak se više primenjuje jer je ekonomičniji i omogućuje dobijanje 100 % -ne

kiseline.

Page 8: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Faze proizvodnje

Kod oba postupka razlikujemo tri faze

proizvodnje:

1. Proizvodnja SO2 i njegovo prečišćavanje

2. Oksidacija SO2 u SO3 i

3. Apsorpcija SO3.

Page 9: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

SIROVINE ZA DOBIJANJE SO2

Postoje razne sirovine kao što su:

Elementarni sumpor (najbolja sirovina)Pirit - FeS2 (sa sadržajem sumpora od 50 % )

Sulfidne rude, kao što su ZnS, CuS, PbS i td.Sulfati kao na primer CaSO4 i MgSO4 koji se

retko koriste.

Kod na se SO2 proizvodi iz PIRITA prženjem.

Page 10: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Kristalna struktura pirita

Page 11: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Prženje piritaPrženje se može prikazati sledećim zbirnim reak-cijama:

4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

3 FeS2 + 8 O2 Fe3O4 + 6 SO2

Reakcije su jako egzotermne!

Ove reakcije služe za proračun materijalnog i toplotnog bilansa.

Prženje se izvodi vazduhom sa viškom od 5 % od teorijskipotrebne količine na temperaturi od 850 - 900 oC.

Page 12: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Peći za prženje piritaPirit se prži u raznim tipovima peći :

• Rotacionim;• Etažnim;• Sa lebdećim (uskovitlanim) i• Fluidizovanim slojem.

Tokom prženja sumpor iz pirita sa kiseonikom iz vazduha daje SO2.

Pored sumpordioksida nastaju još oksidi primesa kao što su: As2O3, SeO2 (gasovi) i čvrsti oksidi FeO, Fe2O3, Cu2O, CuO, ZnO, CaO i td.

Page 13: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema rotacione peći

Pirit granulisan

Pržionični gas:

( 9 – 10 % SO2 )

+

Gasovite primese

IZGORETINA

Vreo vazduhOko 750 oC

Peć se okreće oko uzdužne ose

Kapacitet rotacione peći iznosi 100 tona/dan.

Page 14: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema mehaničke - etažne peći

Pržionični gas 600 -700 oC 9 – 10 % SO2

Izgoretina (oksidi metala )

Vreo vazduh

P I R I T

Peć :

- Visina 7 – 10 m

- Prečnik 5 – 7 m

800 oC

Mešaljka sa zupcima

Page 15: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Упрошћена шема пећи

са флуидизованим слојем

Кипући слој

800 оC

Ваздух

Пирит

Изгоретина

Пржионични гас

10 – 15 % SО2

Капацитет око 200 t / дан

Пећ:

-Висина 7 - 13 м

-Пречник 2 - 5 м

Page 16: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Prečišćavanje pržioničnog gasa Pržionični gas sadrži svega 10 – 15 % SO2 .Ostatak gasa čine:• Vazduh;• Prašina od izgoretine ( razni oksidi metala );• SeO2 ;• As2O3 ;• HF ;• Druge gasovite primese u tragovima.Pržionični gas po izlasku iz peći ima temperaturu

od oko 700 oC.

Page 17: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Prečišćavanje se vrši SUVIM i MOKRIM postupkom.

SUVO prečišćavanje se izvodi u prašnim komorama i elektrostatičkim filtrima.

Tu se odstranjuju mehaničke nečistoće.

MOKRO prečišćavanje se izvodi u mokrim

elektrostatičkim filtrima i tornjevima za pranje i hlađenje gasne smeše.

Ovde se odstranjuju gasovite primese arsena,selena i fluora (katalitički otrovi).

Page 18: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Šema suvog prečišćavanja

+ _

Sitna prašina

Gruba prašina

Pržionični

gas t= 400 o C

U = 30 – 40 kV

Page 19: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Šema mokrog prečišćavanja

H2SO4 65 % 30 % U = 70-80 kV H2SO4 95 %

Tornjevi za:

PRANJE HLAĐENJE Kat.otrovi

Toranj za

SUŠENJE

GAS

Čist SO2

Page 20: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Dobijanje sumporne kiseline kontaktnim postupkom

Prečišćen gas odvodi se u proces dobijanja sumpor-trioksida. Kod KONTAKTNOG postupka, katalizator i reagensi

su u različitim agregatnim stanjima (čvrsto i gasovito) pa se kataliza vrši na površini katalizatora

- heterogena kataliza.

Ovaj postupak je uveden početkom XX. veka, a naziv je dobio po tome što se SO2 oksidiše vaz-

dušnim kiseonikom u kontaktu sa površinom čvrstog katalizatora.

Ovim postupkom dobija se čista koncentrovana 99,5 %

H2SO4.

Page 21: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

KONTAKTNI POSTUPAK

Kontaktni postupak sastoji se iz dve faze:

1. Oksidacija SO2 u SO3 i

2. Apsorpcija SO3 u sumpornoj kiselini.

Page 22: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Oksidacija SO2 u SO3

Oksidacija se vrši vazdušnim kiseonikom u prisustvu katalizatora, a teče prema seledećoj povratnoj reakciji:

2 SO2 + O2 2 SO3

Reakcija je egzotermna ( oslobađa se 94,5 kJ / mol. Reakcija je egzotermna ( oslobađa se 94,5 kJ / mol. toplote)!toplote)!

Na prinos SONa prinos SO3 3 utiče: utiče:

Temperatura;Temperatura;

Pritisak iPritisak i Koncentracija reagujućih gasova .Koncentracija reagujućih gasova .

Page 23: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

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 kreću u granicama od

450 – 500 oC, pri čemu je prinos

SO3 manji ali je brzina reakcije

veća.

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

% p

rela

za S

O2

u S

O3

( p

roce

na

t ko

nve

rzije

)

Temperatura [ oC ]

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

% p

rela

za S

O2

u S

O3

( p

roce

na

t ko

nve

rzije

)

Temperatura [ oC ]

Page 24: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Upotrebom katalizatora proces konverzije se ubrzava.

Kao katalizator najviše je u upotrebi V2O5.

Mehanizam delovanja je:

2 V2O5 + 2 SO2 2VOSO4 + V2O4

2 VOSO4 + V2O4 2 V2O4 + 2 SO3

2 V2O4 + O2 2 V2O5

Tokom vremena katalizator gubi katalitičku aktivnost, stoga mora s vremena na vreme da se menja delimično ili potpuno. Temperatura nesme da prelazi 620 oC.

Nosač katalizatora može da bude SiO2 , silikagel.

Page 25: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Transformacijom izraza za konstantu ravnoteže reakcije oksidacije SO2 , dobijamo:

Prinos SO3 na bilo kojoj temperaturi veći ako je veća koncentracija kiseonika.

To se u praksi realizuje viškom vazduha.

3

22

c SOK c O

c SO

Page 26: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Konverzija SO2 u SO3 sa međuapsorpcijom

Suština 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 vraća na konverziju u drugom stepenu.

Ovakvim načinom vođenja procesa ukupna konverzija dostiže 99,5 %.

Page 27: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Tehničko izvodjenje konverzije Izvodi se u kontaktnim pećima različite

konstrukcije. Najčešće se primenjuju:

1. Etažne i

2. Cevne peći.

Kod prvih se kontaktna masa nalazi na etažama a kod drugih u cevima.

Kontaktno odeljenje čine predgrejač, kontaktni reaktor i razmenjivači toplote.

Page 28: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema etažne pećiSO2 ( t = 400 – 450 oC)

Katalizator

Ugrađeni razmenjivač toplote

SO3

Vazduh za hlađenje

t = 580 oC

t = 480 oC

Na apsorpciju

Page 29: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Apsorpcija SO3

U proizvodnim uslovima SO3 se apsorbuje u

98,6 % -tnoj sumpornoj kiselini.

Apsorpcija se izvodi u dva apsorbera:

1. Oleumski apsorber (tu se dobija oleum) i

2. Monohidratni 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 viša od 60 oC.

Page 30: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema apsorpcije SO3

Ole

um

ski

apso

rber

Mo

no

hid

ratn

i

apso

rber

SO3

H2SO498,3 %98,7 – 99 %

O L E U M Rezervoar

oleuma

+ H2O

SO3

Rašigovi

prstenovi

Izlazni

Gsovi :

Page 31: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Prečišćavanje izlaznog gasa

Gasna smeša koja napušta apsorber sadrži oko:

- 0,15 % ili 4 g/m3 SO2 ;

- 0,007 % ili 0,3 g/m3 SO3 i

- Sitne kapljice sumporne kiseline. Propuštanjem gasa kroz toranj sa punjenjem najpre se

uklanjaju kapljice H2SO4.

Uklanjanje SO2 i SO3 se takođe vrši u tornjevima koji se orošavaju takvim reagensima koji sa navedenim supstancama daju rastvor soli koji se sliva na dno tornja.

Page 32: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema prečišćavanja izlaznog gasa

Na2CO3(aq)

SO2 i SO3 SO3Izlazni gas

H2SO4 (aq)NaHSO3 (aq)

NH4OH

(NH4)2SO4 (aq)

CO2,vodena

para

Punjenje od Rašigovih prstenova

Page 33: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Dobijanje stabilizovanog SO3

Kao sirovina koristi se OLEUM sa 25-30 % slobodnog SO3.

Suština proizvodnje je da se oleum dobijen u oleumskom apsorberu u pogodnom azmenjivaču toplote podvrgava isparavanju na temperaturi od

oko 140 oC, pri čemu se oslobađa SO3 –gas.

Gasoviti SO3 se po tom kondenzuje u kondenzatoru gde nastaje tečni SO3.

Tečni SO3 se prihvata u rezervoaru gde se održava temperatura od 30-40 oC radi sprečavanja očvršćavanja 100

%-nog SO3.

Kako bi se sav SO3 održao u tečnom stanju i na nižim temperaturama vrši se njegova stabilizacija dodavanjem B2O3

ili Na2SO4.

Page 34: TEHNOLOGIJA  SUMPORNE KISELINE H 2 SO 4

Uprošćena šema dobijanja stabilizovanog SO3

Tečni SO3

H2O

t = 40 oC

SO3 gas

OLEUM sa oko

30 % SO3

U rezervoar oleuma

t = 70 oC

GAS iz kontaktnog

odeljenja

t = 225 oC

U apsorber

t = 110 oC

t = 140 oC


Recommended