автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Разработка высокоэффективного процесса получения концентрированного диоксида серы сыроолеумным способом

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. СПОСОШ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ДИОКСЦЦА СЕРЫ

1.1. Адсорбционные способы.

1.2. Абсорбционные способы.

1.3. Химические способы

ГЛАВА П. КИНЕТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ СЕРЫ

И ОЛЕУМА

2.1. Обоснование выбора условий проведения эксперимента.

2.2. Методика эксперимента.

2.3. Результаты экспериментов и их обсуждение

ГЛАВА Ш. СВОЙСТВА СИСТЕМЫ СЕРА-ОЛЕУМ

3.1. Физико-химические свойства системы сера-олеум

3.1.1. Изучение спектров поглощения растворов

3.1.2. Исследование удельной электропроводности растворов.

3.1.3. Исследование вязкости растворов.

3.1.4. Термохимические исследования растворов

3.2. Кинетика разложения дитриокеида серы.

3.2.1. Методика количественного определения дитриоксида серы в олеуме.

3.2.2. Методика эксперимента.

3.2.3. Результаты экспериментов и вывод кинетического уравнения

3.2.4. Анализ кинетических закономерностей.

ГЛАВА 1У. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОЦЕССА

4.1. Расчет объема промышленного реактора.

4.2. Разработка конструкции реактора и описание технологической схемы процесса.

4.3. Исходные данные для расчета технологической схемы.

4.4. Технико-экономическая оценка разработанного процесса получения концентрированного диоксида серы

ВЫВОДЫ.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС большое внимание уделено развитию химической промышленности. В проекте ЦК КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" отражены задачи р!азвития народного хозяйства страны на одиннадцатую пятилетку. В этой программе установлены основные направления развития химической промышленности. Так, в 1985 году предусматривается довести выпуск минеральных удобрений до 150-155 млн.тонн - в 1,4 раза больше, чем в 1980 году, выпуск наиболее прогрессивных видов полимерных материалов увеличить почти в 1,6 раза [X] .

Развитие химической промышленности предполагает создание и внедрение в производство новой техники и материалов, а также ".шире применять малооперационные, малоотходные и безотходные технологические процессы.", наращивать выпуск и удовлетворять потребности народного хозяйства в консервантах, синтетических волокнах, моющих средствах и т.д. [I] .

В производстве моющих средств, капролактама, целлюлозы, в холодильной технике, пищевой промышленности, а также в других отраслях народного хозяйства широко используется концентрированный диоксид серы (в жидком или газообразном виде). Для удовлетворения потребностей данных производств в диоксиде серы в настоящее время в основном его получают из обжигового газа, образующегося при сжигании серы или серного колчедана. Получение концентрированного диоксида серы из обжигового газа осуществляется различными методами. Наиболее широкое использование в промышленности получил циклический метод с использованием жидкого абсорбента [2] . Однако существующие на современном этапе методы и в частности циклический (с использованием жидкого абсорбента), имеют ряд существенных недостатков: сложность аппаратуры, неустойчивость поглотительных растворов, необходимость предварительного охлаждения обжигового газа и, следовательно, увеличение капитальных и эксплуатационных затрат и т.п.

В связи с этим в настоящее время изыскиваются новые технически более совершенные и экономически целесообразные способы получения концентрированного диоксида серы.

В данной работе исследуется сероолеумный метод получения диоксида серы. Способ основан на реакции окисления элементной серы триоксидом серы в олеуме. Часть растворенного в олеуме три-оксида серы расходуется на образование диоксида серы. Отработанный олеум возвращается на закрепление в абсорбер сернокислотного производства. Этот процесс экономичен и целесообразен в комбинации с сернокислотным производством, т.к. для получения диоксида серы в цикле используется олеум.

В литературе практически отсутствуют надежные физико-химические данные об этом процессе.

Целью данной работы является разработка более совершенной технологии получения концентрированного диоксида серы на основе изучения кинетики, механизма взаимодействия серы и олеума и физико-химических свойств реакционной системы. Разработанная технология обеспечивает непрерывность и интенсивность процесса, упрощение технологической схемы. Это приведет к снижению приведенных затрат за счет сокращения производственных площадей, уменьшения материалоемкости и трудоемкости изготовления оборудования, а также к экономии трудовых ресурсов.

В работе рассмотрены следующие вопросы:

1) Исследована кинетика взаимодействия серы и олеума с образованием диоксида серы. Дана математическая обработка результатов экспериментов.

2) Изучены физико-химические свойства растворов, образующихся при взаимодействии серы с олеумом.

3) Разработан реактор для взаимодействия серы с олеумом и предложена технологическая схема получения высококонцентрированного диоксида серы. с

ВЫВОДЫ

1. В работе исследована кинетика взаимодействия элементной серы и олеума. Выведено уравнение, описывающее скорость реакции в кинетической области. Установлено, что процесс наиболее интенсивен в интервале температур 363 - 373 К.

2. Изучен механизм процесса. Установлено, что в процессе взаимодействия серы и олеума наблюдается промежуточная форма окисленной серы типа дитриоксид серы (2%0з) •

3. Разработаны химический и фотоколориметрический методы количественного определения дитриоксида серы в олеуме.

4. Изучены закономерности процесса разложения дитриоксида серы с образованием диоксида серы; получено уравнение для расчета скорости этой реакции. Показано, что скорость разложения практически не зависит от концентрации олеума.

5. Изучены физико-химические свойства растворов системы сера - олеум - спектры поглощения, удельная электропроводность, вязкость, термохимические свойства процесса полного гидролиза.

6. Предложена на основании проведенных исследований конструкция промышленного реактора взаимодействия серы и олеума.

В реакторе данной конструкции обеспечивается тонкий распыл серы, преимущественный размер частиц сферической формы - 0,5 мм. Перемешивание реагентов в реакторе осуществляется без механических устройств.

7. Разработана технологическая схема усовершенствованной технологии получения концентрированного диоксида серы сероолеумным методом. Выданы исходные данные на проектирование опытно-промышленных установок на Ефремовском химзаводе, на Сумском и Сумгаитском ПО "Химпром". Экономический эффект, ожидаемый от внедрения процесса, составит 427.000 рублей в год.

1. Получение диоксида серы. Заявлено 3.04,79 опубл. 1980г., 16 октября, Ш Ш COIB 17/60 Основы адсорбционной техники. М., Химия, 1976г. C.27I-I

2. Процесс сухого обессеривания отходящих газов. Заявл. 15.04.80, опубл.16.11.81. Ш Ш В01Д 53/34, COIB 17/04

3. Заявка (ФРГ) 29I333I4 4 И.В.Кемцев 5 Заявка (Япония) 56-147615 6 G.M Въогип /1. J. fhifuA» 7 О.К.Давтян, о хемосорбции и окислении сернистого ангидрида на твердых катализаторах при нормальной температуре. ДАН СССР, 1955г., Т.104, 6, с.857-860. Е.НОвчинникова

4. Адсорбция окислов серы на кремний содержашщ адсорбентах. Дисс.канд.тех.наук. М. 1968г. МХТИ им.Д.И.Менделеева. 27. А.И.Винников. Адсорб1Щя двуокиси серы с целью очистки газов. Статика, кинетика и динамика процесса. Дисс.канд.тех.наук. 1969г. Ленсовет.

5. Тезисы докладов конференции по методам очистки газовых выбросов и промстоков от вредных веществ. Дзержинск, 1967г., с.173183. 29. 30. Пат.(ЧССР) №107940 31. Пат.(Франция) I356II6 faitn fi/wzaS. А (ci %(!vuA2iLri(x}LUry Очистка и использование сточных вод и промышленных выбросов. Киев, 1964г. с.29-31. 32. В.А.Пинаев, А.С.Муровицеви. Сорбция сернистого ангидрида синтетическими смолами. Ж Х 1968г. T.4I, 9, с.2092П, 2094.

6. Спектроскопическое изучение взаимодействия серосодержащих соединений с цеолитами. Катализаторы процессов получения и превращения сернистых соединений. Новосибирск, 1979г. с.22-

7. Адсорбция сернистого ангидрида активированным углем и цеолитом. Коге кагавг дзаси. I97I. Т.74, II, C.22I3-22I8. 38. Касаока, Э.Сасаока. 39. Пат.(США) 3829560 40. А.С.Михайлов, А.И.Кренари. Перспективы поисков промышленных месторождений экзогенных цеолитов в СССР Советская геология, 1970г,, 4 с.120-130.

8. Очистка отходящих газов сернокислотного контактного процесса. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. ШУШ, Реф.инф. M.I97I вып.8 с.3-13. 55. Н.А.Василенко, З.П.Розенкноп. Обогащение С одновременным получением азотных удобрений. ЖПХ I960, вып.9-10.

9. Коэффициенты массопередачи при поглощении в многоступенчатом абсорбере. ЖХП,1960г. вып.7, с.559-562.

10. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. М.Химия, 1979г. с.157

11. Способ очистки дымовых газов от заявл. 30.08.78, 937973, опуб.10.06.80 кл.423/ 242 (COIB 17/00). jJ-jfyun (IUMXAAJU V>ymyo-v-C(I fAAKJLM заявл.Ю.10.78, 949545, опубл.5.08.80, кл.423/242 (COIB 17/00). 72. Пат.(США) 42I6I89 73. J. 1лиМ\ЛУтО. 74 I С, ft С(лп4. (Jhym. bn-, \Щ JiA, n f.n-lO.

12. Метод получения стопроцентного сернистого ангидрида восстановлением серного ангидрида серой. Канд.дисс, М., НИУИФ, 1946г. Способ непрерывного получения жидкого сернистого ангидрида. Пат.(СССР) №67941, опубл.22,11.45. W ±iil] ЪпАаЫЛл crn(Cc. 103"?, MCOiB trUAnUyde cnyc. 1г.(?8.65,}ЫЛЗ/П7- 99. 1 UaJtaJu 100. Пат.(Германия) 553817 eli.azfn, т г M.COitb 17-/5-0 lOI, И.Г.Резницкий. Получение концентрированной двуокиси серы серо-олеумным методом. Цв.металлы, 1979г., 3, с.28-30.

13. Справочник сернокислетчика, М., Химия, 1971г., 744с. 108. М.Х.Карапетьянц. Химическая термодинамика. М.,Химия,1975г., 584с. 109. М.Х.Карапетьянц, Основные термодинамические константы неоргаМ.Л.Карапетьянц. нических и органических веществ., М.,Химия, 1968г., 470с. Н О О.Левеншпиль. III. Л.М.Батунер, М.Б.Позин. 112. iOi?; Инженерное оформление химических процессов, М., Химия, 1969г., с.329-

14. Математические методы в химической технике, М., Госхимиздат, 1971г., 823с. yiu£.An /UA-OyCUyOXAytlt (ЛЛУУШУССЛ Способ подцгчения диоксида серы, опубл. 13.06.67, кл. 001 В. pfUKMM. fe ГПУСНААУП MAtl;<rx АлМКлАл J, fi. PcuvUtim. MKAJub, 19гб, VJ2?, /uJy fJSl4-l26

15. Термохимия. М., 1964г., T.I, 302с. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. М., Госхимиздат, 1963г., 351с. Методические указания по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рацио