Файл: Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 56

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Обычно товарный продукт должен отвечать определенным тре­ бованиям, сведенным в нормы, именуемые Государственными обще­ союзными стандартами (ГОСТ). Принятые в нашей стране стан­ дарты на серную кислоту и олеум подчиняются ГОСТ 2184—67. Основные показатели стандартных сортов серной кислоты приведе­ ны в табл. 2.

Содержание примесей в серной кислоте определяется степенью коррозии аппаратуры, поэтому, применяя в контактном производст­ ве аппаратуру из специальных коррозионно-устойчивых матери­ алов, можно получить серную кислоту высокой чистоты.

§ 6. Конструкционные материалы для аппаратуры

Правильный выбор материалов для изготовления аппаратуры сернокислотного цеха в значительной степени определяет стоимость производства серной кислоты.

В производстве серной кислоты на различных стадиях процесса применяется кислота с концентрацией H2S 0 4 от 0 до 104,5%, а кор­ розионные свойства серной кислоты зависят от ее концентрации, примесей, скорости движения кислоты, ее температуры и т. д.

Для изготовления аппаратуры сернокислотных цехов применяют металлы и их сплавы, неорганические и органические материалы.

Металлы и их сплавы. Коррозионная стойкость металлов опре­ деляется по десятибалльной шкале (ГОСТ 5272—50) в зависимости от скорости коррозии:

 

Класс стойкости

и его характеристика

 

Скорость кор­

Балд

 

 

 

 

розии, мм/год

 

I.

Совершенно стойкие .

. .

0,001

 

1

II. Весьма стойкие . . . .

. .

0,001—0,005

2

III.

С т о й к и е ...................................

. .

0,005—0,01

3

0,01

—0,05

4

IV. Пониженно стойкие

. .

0,05

—0,1

5

0,1

—0,5

6

V.

М алостойкие...........................

. .

0,5

—1,0

7

1,0

—5,0

8

VI.

Нестойкие .

. . . ' .

. .

5,0

—10,0

9

10,0

 

10

Для изготовления аппаратуры сернокислотных цехов применяют сталь, чугун, свинец, а также сплавы: ферросилид, нержавеющие стали с добавками.хрома, никеля, молибдена, титана.

На рис. 7 приведена диаграмма, показывающая области кон­ центраций и температур чистой серной кислоты, в которых скорость коррозии различных материалов не превышает 0,5 мм/год, т. е. по десятибалльной шкале их стойкость оценивается в 5 баллов и ме­ нее.

Из стали изготовляют олеумные абсорберы, сборники и холо­ дильники. К башенной кислоте сталь достаточно устойчива из-за об­ разующейся на ее поверхности защитной пленки, создаваемой при воздействии на сталь серной кислоты, содержащей окислы азота. Поэтому в производстве серной кислоты башенным способом сталь.

18


широко применяют для изготовления продукционных и абсорбцион­ ных башен, холодильников, газоходов и пр. В других кислотах сталь значительно менее устойчива.

Рис. 7. Коррозионная стойкость некоторых материалов в чистой серной кис­ лоте (скорость коррозии менее 0,5 мм/год):

4 — свинец {/* — до 80° С); 2 — чугун (2* — при комнатной температуре); 3 — сталь; 4 — ферросилид; 5 — сплавы «Хастеллой»; 6 — стекло; 7 — резина; 8 — хромоникелевая

сталь (180/0 Сг и 8% N0

Чугун более устойчив в среде серной кислоты, чем сталь, его при­ менение требует меньших капитальных вложений. Благодаря этому его широко применяют для изготовления холодильников, кранов, задвижек, вентилей, отдельных деталей аппаратов. При длительном пребывании в среде олеума чугун растрескивается, поэтому как ма* териал для аппаратуры при получении олеума его не используют.

Свинец применяют при производстве кислот низкой концентра­ ции.

В настоящее время в производстве серной кислоты широко при­ меняются нержавеющие стали, содержащие хром, никель, молиб­ ден и титан. Хромоникелевые стали обладают высокой стойкостью, поэтому их используют для изготовления кислотопроводов, холо­ дильников и пр. В среде концентрированной серной кислоты, содер­ жащей растворенный сернистый ангидрид, а также при повышен­ ной температуре, наиболее стойким является сплав «Хастеллой», содержащий хром, молибден, марганец, никель, иногда — вольфрам и кремний.

Химически стойкие неорганические материалы. Из неорганиче­ ских материалов для изготовления аппаратуры сернокислотного производства применяют природные минералы и горные породы: гра­ нит, андезит, бештаунит, кварцит, асбест, пирофиллит и др. По хи­ мическому составу это производные кремневых и поликремневых

2

19


кислот и алюмосиликаты. Их кислотостойкость определяется содер­ жанием в них кремнезема Si02.

Отдельные детали,. изготовленные из этих материалов (плитки, кирпичи, фасонные изделия), называются футеровочными материа­ лами; футеровочные материалы служат для защиты металла от дей­ ствия на него серной кислоты. Процесс покрытия металла футеро­ вочными материалами называется футеровкой. Футеровочные мате­ риалы получают также из расплавов диабаза и базальта (каменное литье).

Для связывания футеровочных деталей применяют кислотоупор­ ный цемент или замазку. Кислотоупорный цемент готовят смешива­ нием жидкого стекла (водный раствор силиката натрия Na20 -« S i0 2) с измельченным андезитом, диабазом, кварцитом или другим силикатным наполнителем. Для ускорения схватывания це­ мента к нему добавляют кремнефторид натрия Na2SiF6.

Для улучшения контакта газа с орошающей жидкостью в серно­ кислотном производстве применяют насадки из керамики и фарфо­ ра. Из этих материалов изготовляют также кислотопроводы, фасон­ ные детали, краны, насосы и другие аппараты.

Химическую стойкость силикатных материалов (бетон, керами­ ка, диабаз) определяют визуально (путем осмотра). Она может ха­ рактеризоваться как уменьшением, так и увеличением массы. Мате­ риалы считаются стойкими, если изменение их массы при длитель­ ном испытании составляет 4—6%, а прочность понижается не более, чем на 25%.

Эмалевые покрытия устойчивы по отношению к растворам сер­ ной кислоты любой концентрации вплоть до температуры кипения, а также к агрессивным газовым средам.

Химически стойкие органические материалы. Это в большинстве случаев синтетические полимерные вещества. Они обладают рядом достоинств по сравнению с неорганическими материалами: легко обрабатываются, штампуются, склеиваются, имеют меньшую плот­ ность. Однако многие из них можно применять только при сравни­ тельно невысокой температуре (не более 100°С). Из химически стойких органических материалов широко известны фаолиг, вини­ пласт, полиизобутилен, полиэтилен, антегмит. Хорошая теплопро­ водность и высокая химическая стойкость антегмита позволяют применять его для изготовления холодильников.

Фаолит представляет собой кислотоупорную пластмассу на основе феноло-формальдегидной смолы, содержащую наполнитель (асбест, графит, песок). Стойкость фаолита по отношению к серной

кислоте зависит от температуры. Для

кислоты

с

концентрацией

H2S 0 4 95% максимально допустимая температура 60° С.

Винипласт получают из поливинилхлорида.

Его можно приме­

нять в сернокислой среде, содержащей до 80% H2S 0 4, при темпера­

туре не более 60° С.

 

 

 

Полиизобутилен — каучукоподобный полимер.

Он устойчив к

действию 96%-ной серной кислоты при

температуре до 20° С, при.

80%-ной кислоте допустима температура 60°С.

20


Из фаолита изготовляют сборники кислоты, центробежные насо­ сы, запорные приспособления, трубы. Из винипласта — плиты, тру­ бы, фасонные изделия, вентили и т. д. Из полиизобутилена —- листы для защиты аппаратов, шланги для антикоррозионного покрытия труб, прокладочные материалы для фланцев.

В последнее время значительно расширилось применение поли­ этилена, из него изготовляют трубы для транспортирования кислоты с концентрацией H2S 0 4до 70% при температуре не более 80° С.

К другим органическим материалам, применяемым для изготов­ ления или покрытия сернокислотной аппаратуры, относятся резина,,

графит и в некоторых случаях особые сорта дерева.

Среди органических материалов особо следует отметить полимер фторопласт-4 (политетрафторэтилен). Он очень стоек по отноше­ нию к кислотам всевозможных концентраций при высоких темпера­ турах, легко обрабатывается (как, впрочем, и многие органические материалы в отличие от неорганических). Фторопласт-4 применяют для изготовления прокладок, сальников, клапанов, труб и т. п. Недо­ статками его являются хладотекучесть (ползучесть при комнатной температуре) и сравнительно невысокая механическая прочность.

Данные о химической стойкости некоторых неметаллических материалов в производстве серной кислоты приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3. Химическая стойкость антикоррозионных неметаллических материалов, применяемых в производстве серной кислоты

 

Насыпная

Границы

стойкости

 

 

 

Материал

масса,

концентрация

температу-

 

т/мЗ

H2S04, %

ра, °С

Андезит и бештаунит

2,5

96

 

До 230

Кислотоупорные

керамические плит-

2,2

96

 

Темп.

ки и кирпичи

 

 

 

 

 

96

 

К И П .

Диабазовая плитка

3,0

 

То же

Кислотоупорный бетон

2,3

 

 

Стойкий

Кислотоупорная

силикатная замазка

 

 

Стойкая

Фаолит

 

1,6

95

 

60

 

 

 

80

 

160

Винипласт

 

1,4

40

 

60

Полиизобутилен

 

1,4

96

 

20

 

 

 

80

 

60

Антегмит (АТМ-1)

1,8

До 96

80

 

 

 

76

 

120

ФторопласТ-4

 

2,3

 

Стойкий

Контрольные вопросы

1.Какие существуют способы производства серной кислоты? Каковы их особенно­ сти?

2.Назовите основные этапы получения серной кислоты по контактному способу.

3.Как изменяется плотность серной кислоты в зависимости от ее концентрации и температуры?

21


4.Какие сорта серной кислоты вы знаете?

5.Чем обусловлен выпуск товарной серной кислоты и олеума с определенными концентрациями H2S0 4 и S03?

6. Для чего и в каких производствах применяют серную кислоту?

7. Как определяют плотность серной кислоты?

8. Какие материалы применяют в производстве серной кислоты?

9.Что такое теплота разбавления серной кислоты?

10.Что такое теплота бесконечного разбавления серной кислоты?

Задачи

1.Определить, каково общее содержание S0 3 в серной кислоте с 75%-ной кон­ центрацией H2S04.

2 Пользуясь рис. 5, определить теплоту разбавления 100%-ной серной кислоты до 50%-ной.

Г Л А В А 2.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ к и с л о т ы

§ 7. Общие сведения

Для получения серной кислоты используют серу или содержащие серу соединения, из которых может быть получен сернистый ан­ гидрид.

Одним из самых распространенных видов сырья для получения серной кислоты является пирит, или серный колчедан FeS2. Встре­ чается соединение серы с двумя металлами, например с медью и же­ лезом (халькопирит). Серу содержат также сульфаты: гипс (суль­ фат кальция), мирабилит (сульфат натрия), глауберит (сульфат на­ трия и кальция) и др. Сера есть также в угле, нефти, горючих и то­ почных газах.

Много серы в виде сернистого ангидрида имеется в составе от- . ходящих газов металлургических печей. Сера содержится и в серо­ водороде, получающемся при коксовании угля или содержащемся

вгенераторном газе, газах нефтепереработки, попутных нефтяных газах и природном газе. Иногда для производства серной кислоты используют отходы некоторых производств, применяющих серную кислоту. Это кислые гудроны, травильные растворы, фосфогипс и др.

Вразных странах соотношение различных видов сырья, приме­ няемого для производства серной кислоты, неодинаково. Большин­ ство стран в качестве основного сырья использует серный колчедан,,

вСША серную кислоту получают преимущественно из серы. Сле­

дует,

однако,

отметить, что доля

 

колчедана в общем балансе серо­

 

содержащего сырья уменьшается

 

из-за все более широкого исполь­

 

зования серы

отходящих газов,

 

образующихся

при

обжиге руд,

 

сжигании

топлива и переработке

 

некоторых

других

видов сырья.

 

По данным 1967 г. в отходящих

 

газах нашей промышленности со­

 

держится

16 млн. т серы. Однако

 

используется

всего

лишь 10%

 

этой серы. Если степень извлече­

 

ния серы

из

газов

повысить до

Годы

25%,

это

позволит

обеспечить

 

основную потребность отечествен­

Рис. 8. Соотношение различных

ной промышленности в сере.

видов сырья для производства

На рис. 8 показано

соотноше­

серной кислоты:

серо­

ние различных

видов

сырья для

1 — колчедан; 2 — отходящие

содержащие

газы; 3 — сера;

4 — се­

производства

серной

кислоты в

роводород

и другие виды

сырья

нашей промышленности.

(пунктир — предположительные дан-

 

 

 

га