Получение сернистого ангидрида

                  МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 

Расчётно-пояснительная  записка к курсовому проекту  по Общей химической технологии.

Тема: «Получение сернистого ангидрида» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           Выполнил студент:                                                                            

                                                                           Факультет: Химико-технологический

                                                                          Курс:

                                                                           Специальность:

                                                                           Шифр:

                                                                          Руководитель:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва, 2011

Содержание 

Введение………………………………………………………………………………………….3

1. Теоретическая  часть…………………………………………………………………………..4

1.1. Свойства  сернистого ангидрида…………………………………………………………...4

1.1.1. Воздействие  на человека и окружающую среду………………………………………..5

1.2. Сырьё  для получения сернистого ангидрида……………………………………………..6

1.3. Физико-химические  свойства системы получения SO₂………………………………….7

1.4. Сравнительная  характеристика промышленных аппаратов

для обжига сернистого газа……………………………………………………………………10

1.4.1. Механические  полочные печи………………………………………………………….10

1.4.2. Печи  пылевидного обжига……………………………………………………………...11

1.4.3. Печи  кипящего слоя……………………………………………………………………..13

1.5. Технологическая  схема получения и очистки  сернистого газа………………………...14

2. Расчётная часть………………………………………………………………………………17

2.1. Исходные  данные для расчёта……………………………………………………………17

2.2. Материальный  баланс обжига серного колчедана……………………………………....17

Выводы………………………………………………………………………………………….22

Литература……………………………………………………………………………………....23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

   Химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую

систему (ХТС), сложность  которой определяется как наличием большого

количества связей, элементов и подсистем, так и  разнообразием решаемых задач.

Основной целью  химического производства является получение химического

(целевого) продукта  заданного качества при минимальных  затратах и возможно

меньшим количестве отходов. Для анализа ХТС и  возможности их оптимизации

необходима модель процесса, отражающая, в первую очередь, связи между

элементами и  их взаимное влияние друг на друга. Основой такой модели служит

баланс масс в системе.

    Расчет материального баланса является основным этапом в проектной работе

инженеров химиков-технологов. На основе материальных балансов определяется

целый ряд важнейших  технико-экономических показателей  и характеристик основных аппаратов.

   Среди  минеральных кислот, производимых  химической промышленностью, серная

кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это и тем, что она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Существенная ее часть используется как полупродукт в различных отраслях химической промышленности, прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот, взрывчатых веществ. Серная кислота применяется и при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т.д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Теоретическая часть 
 

1.1. Свойства  сернистого ангидрида 

Оксид серы (IV) SO₂ — бесцветный газ с характерным резким запахом. В природе встречается в вулканических газах. При — 10,5 °С сгущается в бесцветную жидкость, затвердевающую при — 75 °С в кристаллическую массу. Критическая температура     157,3 °С, критическое давление 77,8 атм.

Сернистый газ  является ангидридом сернистой кислоты:

SO₂ + Н₂О → Н₂SО₃.

Сернистый ангидрид взаимодействует с основными  оксидами и гидроксидами:

SO₂ + CаО = СаSO₃;

SO₂ + 2 NаОН → Na₂SO₃ + Н₂О.

Он может проявлять  свойства окислителя и восстановителя. В присутствии катализатора окисляется до серного ангидрида (триоксида  серы) кислородом воздуха:

2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃.

В присутствии  сильных восстановителей, таких, как  сероводород, сернистый газ играет роль окислителя. Если один цилиндр наполнить сернистым газом, а другой сероводородом и соединить их, то в цилиндрах появится белый осадок в виде пыли. Осадок этот - сера, которая образуется в результате окисления сероводорода и восстановления сернистого газа:

2 Н₂S + SО₂ = 2 Н₂О + 3 S.

В промышленности сернистый газ используют главным  образом для производства серной кислоты. Для получения сернистого газа сжигают либо серу, либо железный колчедан (FеS₂):

4 FеS₂ + 11 O₂ = 2 Fе₂О₃ + 8 SO₂.

Значительные  количества сернистого газа образуются как побочный продукт при обжиге сульфидных руд (цинковых, свинцовых  и полиметаллических):

2 ZnS + 3 О₂ = 2 ZnО + 2 SO₂.

В лабораторных условиях сернистый газ можно  получить действием концентрированной  серной кислоты на сухой сульфит или металлическую медь (при нагревании):

Nа₂SO₃ + Н₂SO₄ = Nа₂SО₄ + Н₂О + SO₂;

Сu + 2 Н₂SO₄ = СuSO₄ + 2 H₂O + SО₂.

Со многими  окрашенными органическими соединениями сернистый газ образует бесцветные продукты, поэтому его применяют для отбелки различных изделий. Со временем эти бесцветные соединения разрушаются и изделия приобретают первоначальную окраску. Кроме того сернистый газ применяется для уничтожения плесени и различных вредных грибков.

1.1.1. Воздействие  на человека и окружающую среду

Сернистый ангидрид токсичен. Он может поступать в  организм через дыхательные пути во время обжига серных руд (при получении  серной кислоты), на медеплавильных заводах, при сжигании содержащего серу топлива  в кузницах, котельных, на суперфосфатных заводах, тепловых электростанциях и т. п. В лёгких случаях отравления сернистый ангидрид появляются кашель, насморк, слезотечение, чувство сухости в горле, осиплость, боль в груди; при острых отравлениях средней тяжести, кроме того, головная боль, головокружение, общая слабость, боль в подложечной области; при осмотре — признаки химического ожога слизистых оболочек дыхательных путей. Длительное воздействие сернистого ангидрида может вызвать хроническое отравление. Оно проявляется атрофическим ринитом, поражением зубов, часто обостряющимся токсическим бронхитом с приступами удушья. Возможны поражение печени, системы крови, развитие пневмосклероза. Профилактика: герметизация производственного оборудования, эффективная вентиляция, улавливание сернистого ангидрида. из хвостовых и дымовых газов, индивидуальная защита органов дыхания (противогаз). Максимально допустимая концентрация SO₂ в воздухе производственных помещений 1,0 мг/м³. Среднесуточная концентрация в населённых пунктах не должна превышать 0,15 мг/м³.  

Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Конечным продуктом реакции взаимодействия сернистого ангидрида и кислорода является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн сернистого ангидрида. 
 

1.2. Сырьё для  получения сернистого ангидрида 

 Сырьём для получения диоксида серы (следовательно и серной кислоты) могут быть природные материалы и промышленные отходы, содержащие серу. В природе сера встречается в основном в трёх видах: 1) элементарная самородная сера, механически смешанная с другими минералами; 2) сернистые металлы (сульфиды), такие как пирит Fe₂S, медный колчедан FeCuS₂, медный блеск Cu₂S, цинковая обманка ZnS, а также PbS, NiS, CoS и др.; 3) сульфаты: гипс CaSO₄ · 2 H₂O, ангидрит CaSO₄, а так же Na₂SO₄,

MgSO₄ и др. 

Около 30 % серной кислоты производится из газа, полученного обжигом серного колчедана, состоящего из минерала пирита и примесей. Чистый пирит Fe₂S содержит   53,5 % серы и 46,5 % железа. В серном колчедане содержание серы обычно колеблется от 35 до 50 %, железа – от 30 до 40 %, остальное составляют сульфиды цветных металлов, карбонаты, песок, глина и др. Серный колчедан часто залегает в смеси с сульфидами цветных металлов, которые являются сырьём для производства меди, цинка, свинца, никеля, серебра и др. Для отделения сульфидов цветных металлов руду измельчают, разделяют флотацией на концентраты сульфидов цветных металлов и так называемые флотационные хвосты, которые состоят в основном из пирита. На сернокислотных заводах флотационный серный колчедан обжигают для получения из него диоксида серы.

  

При обжиге концентратов сульфидов меди, цинка и других цветных металлов на металлургических заводах тоже получается диоксид  серы, который используется для производства серной кислоты. Производство цветных  металлов из сернистых руд комбинируется  с производством диоксида серы. До 25 % серной кислоты получается из отходящих газов цветной металлургии. Значительная часть сернистых газов в цветной металлургии получается с содержанием SO₂ не менее 3 %. Для использования в производстве серной кислоты эти газы необходимо концентрировать.  

Лучшим сырьём для производства Диоксида серы служит сера, которая выплавляется из природных  пород, содержащих серу, а так же получается как побочный продукт  в производстве меди, при очистке  газов и т.п. Сера плавится из при  113 °С, легко воспламеняется и сгорает в простых по устройству печах. При сжигании серы в воздухе получается газ более высокой концентрации, чем при сжигании колчедана, с меньшим содержанием вредных примесей. 

При коксовании каменного угля, а так же при  переработке нефти содержащаяся в них сера частично переходит в газ в виде сероводорода. При очитке газа получают элементарную серу или газообразный сероводород, который сжигают, получая диоксид серы.     

При очистке  нефтепродуктов остаётся кислый гудрон, содержащий серную кислоту. В ряде органических производств получается в виде отхода разбавленная серная кислота, сильно загрязнённая органическими примесями. Все эти и им подобные отходы производств, содержащие серную кислоту или её соли, при нагревании в присутствии восстановителей дают диоксид серы, который можно переработать на серную кислоту.