Схема производства серной кислоты контактным способом

 

Обжиговый газ, пройдя предварительную очистку в циклонах, подвергается специальной очистке, т.к. содержит огарковую пыль, трехокись мышьяка, двуокись селена, пары воды и другие примеси.

Огарковая пыль засоряет газопроводы и аппараты, отлагаясь на катализаторе постепенно снижает его активность. Пары воды при охлаждении с серным ангидридом образует H2SO4 в виде мельчайших капелек тумана, а трехокись мышьяка As₂O₃ и двух окись селена отравляют катализатор, налажена система тщательной очистки SO2, которая осуществляется в 1,2,3,4 башни.

 

Окисление сернистого газа в серный ангидрид

2 SO2 + O2= 2SO3 + 94,4 кДж

Протекает с заметной скоростью при t=400˚С в присутствии катализатора в контактном аппарате 6.

По принципу Ле-Шателье, что бы сместить равновесие вправо необходимо:

- увеличить P и снизить t.

На основании закона действующих масс выход зависит от концентрации кислорода, при увеличение концентрации О2 равновесие смещается вправо. Поэтому обжиговый газ после очистки разбавляют воздухом 1:3, и выход SO3, считая на сернистый газ % от теоретического количества, составляет 99% при атмосферном Р и 400˚С, следовательно, применять повышенное давление экономически не целесообразно.

В качестве катализатора в настоящее время используют более деловые и менее чувствительные к действию ядов, по сравнению с платиной, ванадьевые катализаторы:V₂O₅, K₂S₂O₇, диатомит (природная инфузорная земля), SiO₂, для связки - гипс. Катализатор формирую в виде гранул, цилиндриков, таблеток.

В контактном аппарате катализатор расположен в четыре слоя с промежуточными теплообменниками.

Т.к. реакция окисления – экзотермический процесс, теплоту реакции используют для предварительного нагрева исходного SO₂, потому что катализатор активен лишь при t= 400˚С.

В промышленности используют падающий режим температур:

Реакцию начинают при высокой температуре, что требует принцип Ле-Шателье увеличивает выход продукта.

Исходный обжиговый газ предварительно нагревается в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника 5 до t=250˚С, по трубам которого проходит горячий SO3. Затем SO2 поступает на первый слой кадализатора, скорость резко возрастает, t увеличивается до 600˚С за счет экзотермической реакции, во избежание перегрева и спекания катализатора, между его слоя располагается трубы холодильника.

В последующих слоях t˚С газа снижается в следствии отдачи теплоты обжиговому газу, процесс заканчивается в четвертом слое с выходом 98%, при оптимальной t=420˚С. Вся реакция продолжается 3-4 секунд, производительность аппарата 200 т/сут.