Контактный процесс - Contact process

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Контактный процесс»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Октябрь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

В контактный процесс это текущий метод производства серная кислота в высоких концентрациях, необходимых для промышленных процессов. Платина изначально использовался как катализатор для этой реакции; однако, поскольку он подвержен реакции с мышьяк примеси в серном сырье, оксид ванадия (V) (V₂О₅) теперь предпочтительнее.^[1]

История

Этот процесс был запатентован в 1831 году британским торговцем уксусом Перегрин Филлипс.^[2][3][4] Помимо того, что это гораздо более экономичный процесс производства концентрированной серной кислоты, чем предыдущий свинцовый камерный процесс, контактный процесс также производит триоксид серы и олеум.

В 1901 г. Эжен де Хаен запатентовал процесс, включающий оксиды ванадия.^[5] Этот процесс был заменен процессом, изобретенным двумя химиками из BASF в 1914 г.^[6][7][8]

Процесс

Процесс можно разделить на шесть этапов:

1. Сочетание сера и кислород (O₂) сформировать диоксид серы
2. Очистка диоксида серы на установке очистки
3. Добавление избытка кислорода к диоксид серы в присутствии катализатора пятиокись ванадия при 450 ° С и 1-2 атм
4. В триоксид серы сформированный добавлен к серная кислота что приводит к олеум (дисерная кислота)
5. Затем олеум добавляют в воду, чтобы получить очень концентрированную серную кислоту.
6. Поскольку этот процесс является экзотермической реакцией, температура должна быть как можно более низкой. Было установлено, что выход максимален при 410-450 ° C.

Очистка воздуха и диоксида серы (SO₂) необходимо избежать катализатора отравление (т.е. удаление каталитической активности). Затем газ промывается воды и сушат серной кислотой.

Для экономии энергии смесь нагревается выхлопными газами из каталитический нейтрализатор теплообменниками.

Затем диоксид серы и дикислород реагируют следующим образом:

2 ТАК_{2(грамм)} + O_{2(грамм)} ⇌ 2 SO_{3(грамм)} : ΔЧАС = -197 кДж · моль⁻¹

Согласно Принцип Ле Шателье, следует использовать более низкую температуру, чтобы сдвинуть химическое равновесие вправо, тем самым увеличивая процентный выход. Однако слишком низкая температура снизит скорость образования до неэкономичного уровня. Следовательно, для увеличения скорости реакции, высокие температуры (450 ° C), среднее давление (1-2банкомат ), и оксид ванадия (V) (V₂О₅) используются для обеспечения адекватного (> 95%) преобразования. Катализатор служит только для увеличения скорости реакции, так как он не меняет положение термодинамическое равновесие. Механизм действия катализатора состоит из двух этапов:

1. Окисление SO₂ в SO₃ автор: V⁵⁺:

   2SO₂ + 4В⁵⁺ + 2O²⁻ → 2SO₃ + 4В⁴⁺

2. Окисление V⁴⁺ обратно в V⁵⁺ кислородом (регенерация катализатора):

   4В⁴⁺ + O₂ → 4В⁵⁺ + 2O²⁻

Горячий триоксид серы проходит через теплообменник и растворяется в концентрированном H₂ТАК₄ в абсорбционной башне для образования олеум:

ЧАС₂ТАК₄ (l) + SO₃ (г) → H₂S₂О₇ (l)

Обратите внимание, что растворение SO₃ в воде нецелесообразно из-за высокой экзотермический характер реакции. Вместо жидкости образуются кислые пары или туман.

Олеум реагирует с водой с образованием концентрированного H₂ТАК₄.

ЧАС₂S₂О₇ (л) + Н₂О (л) → 2 Н₂ТАК₄ (l)

Блок очистки

Сюда входят пылеуловитель, охлаждающие трубы, скрубберы, сушильная башня, очиститель мышьяка и испытательная камера. Диоксид серы содержит много примесей, таких как пары, частицы пыли и оксид мышьяка. Поэтому его необходимо очищать, чтобы избежать отравления катализатора (т. Е. Разрушения каталитической активности и потери эффективности). В этом процессе газ промывается водой и осушается серной кислотой. В пылеулавливающей башне диоксид серы подвергается воздействию пара, который удаляет частицы пыли. После охлаждения газа диоксид серы поступает в промывочную башню, где его распыляют водой для удаления всех растворимых примесей. В сушильной башне газ распыляется серной кислотой для удаления из него влаги. Наконец, оксид мышьяка удаляется, когда газ подвергается воздействию гидроксида железа.

Двойной контакт с двойным поглощением

Следующим шагом к процессу контакта является двойной контакт двойное поглощение (DCDA). В этом процессе продуктовые газы (SO₂) и так₃) дважды пропускают через абсорбционные башни для достижения дальнейшей абсорбции и конверсии SO₂ в SO₃ и производство серной кислоты высшего сорта.

ТАК₂-обогатые газы поступают в каталитический нейтрализатор, обычно в башню с несколькими слоями катализатора, и превращаются в SO₃, достигнув первого этапа конверсии. Газы, выходящие из этой стадии, содержат как SO₂ и так₃ которые проходят через промежуточные абсорбционные башни, где серная кислота подается в насадочные колонны, а SO₃ вступает в реакцию с водой, увеличивая концентрацию серной кислоты. Хотя ТАК₂ тоже проходит через башню, он не реагирует и выходит из абсорбционной башни.

Этот поток газа, содержащий SO₂, после необходимого охлаждения снова проходит через колонну со слоем каталитического нейтрализатора, достигая конверсии SO до 99,8%.₂ в SO₃ и газы снова проходят через колонну окончательной абсорбции, что приводит не только к высокой эффективности преобразования SO₂ но также позволяет производить более высокую концентрацию серной кислоты.

Промышленное производство серной кислоты включает надлежащий контроль температуры и расхода газов, поскольку от них зависят как эффективность преобразования, так и абсорбция.

Смотрите также

• Ведущий процесс камеры

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

• Джим Кларк (2002). «Контактный процесс». Chemguide.
• «Контактный процесс». Городской коллегиальный. 2009.
• «Поглощающая башня». Горная энциклопедия.