Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

Обновлено: 02.05.2024

Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

(Ю.С. Шлионский)

Для обжига извести в кипящем слое обычно применяют печи с несколькими подовыми решетками, что позволяет наиболее полно использовать тепло газового потока. В печах кипящего слоя получается известь высокого качества. Углекислый кальций при обжиге разлагается почти полностью.

Для обжига тонкодисперсных материалов используются циклонные (вихревые) печи. На рис. 19.3.6.2, а

Рис. 19.3.6.1. Схема печи для обжига
извести в кипящем слое

Рис. 19.3.6.2. Схема циклонной (вихревой) установки (а)
и вихревая обжиговая печь (б)

показана вихревая установка для обжига каустического магнезита, разработанная ВНИИМТ. Установка состоит из шихтового бункера 1, тарельчатого питателя шихты 2, эжекторного смесителя 3, вихревой обжиговой камеры 4, горелки 5, циклонов НИИОгаз 6, батареи мультициклонов 7, дымососа 8 и дымовой трубы 9.

Вихревая обжиговая печь (рис. 19.3.6.2, б) выполнена по типу «камера в камере». Внутренняя (рабочая) камера предназначена для обжига каустического магнезита.

Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

1) Запишите уравнение реакции обжига пирита на воздухe.

2) Почему печь специальной конструкции называется печью для обжига в «кипящем слое»?

Прочитайте следующий текст и выполните задания 6—8.

Серная кислота (H₂SO₄) является одним из основных продуктов крупнотоннажной химии. Без неё невозможно производство удобрений, полимеров, лекарств, красителей. Ежегодно во всём мире производят примерно 220 млн тонн серной кислоты.

Разбавленная серная кислота обладает всеми общими свойствами кислот, реагирует с основаниями, основными и амфотерными оксидами, гидроксидами металлов, металлами и солями. Концентрированная серная кислота — сильное дегидратирующее средство, проявляет довольно сильные окислительные свойства и способна растворять некоторые малоактивные металлы, стоящие в ряду стандартных окислительно-восстановительных потенциалов («ряд напряжений металлов») после водорода.

В одном из способов получения серной кислоты первой стадией является обжиг пирита FeS₂ в присутствии кислорода воздуха. Обжиг «в кипящем слое» ведут в печах специальной конструкции. Образовавшийся сернистый газ тщательно очищают и окисляют до оксида серы(VI), который поглощают концентрированной серной кислотой. Продукт поглощения после разбавления водой превращается в серную кислоту нужной концентрации.

Задания Д6 C1 № 194

1) В качестве примера дегидратирующего действия серной кислоты, отмеченного в тексте, приведите уравнение реакции, происходящей при действии концентрированной на муравьиную кислоту при нагревании.

2) Известно, что алюминий не взаимодействует с холодной концентрированной серной кислотой. Как называется это явление?

Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

1) Запишите уравнение реакции обжига пирита на воздухе.

2) Почему печь специальной конструкции называется печью для обжига в кипящем слое»?

Серная кислота (H₂SO₄) является одним из основных продуктов крупно- тоннажной химии. Без неё невозможно производство удобрений, полимеров, лекарств, красителей. Ежегодно во всём мире производят примерно 220 млн тонн серной кислоты.

Показать ответ Комментарий:

2) Кипящий слой — это состояние слоя зернистого материала, при котором под влиянием проходящего через него потока воздуха частицы твёрдого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость. В кипящем слое достигается тесный контакт между зёрнами пирита и кислородом, что делает более эффективным их взаимодействие

Кипящего слоя печь

КИПЯЩЕГО СЛОЯ ПЕЧЬ — печь, в к рой порошкообразный, зернистый (гранулированный) материал взаимодействует с газовым потоком во взвешенном состоянии ( кипит ). Отличается высокой интенсивностью массо и теплообмена. К. с. п. используют для адсорбции и конденсации паров … Большой энциклопедический политехнический словарь

КИПЯЩЕГО СЛОЯ ПЕЧЬ — одно или многоподовая печь для тепловой обработки (сушки, обжига, возгонки и т. д.) зернистых материалов в т. н. кипящем слое … Большой Энциклопедический словарь

печь-теплообменник — [heat exchange furnace] печь, в которой теплота получается из других видов энергии в зоне генерации теплоты и передается теплообменом в зону технологического процесса. Смотри также: Печь электронно лучевая печь электродоменная печь … Энциклопедический словарь по металлургии

печь-теплогенератор — [heat generation furnace] печь, в которой теплота генерируется непосредственно в зоне технологического процесса за счет введения в нее топлива или электрической энергии либо за счет химической энергии обрабатываемых материалов. Смотри также: Печь … Энциклопедический словарь по металлургии

печь с шагающим подом — [walking hearth furnace] проходная печь теплообменник непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки транспортируются вдоль рабочего пространства, периодически перекладывая их подвижными продольными элементами пода шагающими балками (ШБ) … Энциклопедический словарь по металлургии

кипящего слоя печь

Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

(Ю.С. Шлионский)

Для обжига тонкодисперсных материалов используются циклонные (вихревые) печи. На рис. 19.3.6.2, а

Рис. 19.3.6.1. Схема печи для обжига
извести в кипящем слое

Рис. 19.3.6.2. Схема циклонной (вихревой) установки (а)
и вихревая обжиговая печь (б)

ПЕЧЬ КИПЯ́ЩЕГО СЛО́Я

ПЕЧЬ КИПЯ́ЩЕГО СЛО́Я, промышленная печь, в которой сыпучий (порошкообразный, зернистый, гранулированный) материал взаимодействует с проходящим через него нагретым газовым потоком (воздуха, кислорода, дымовых газов), интенсивно перемещающим твёрдые частицы в т. н. кипящем слое. Нагрев П. к. с. осуществляют путём сжигания топлива (твёрдого, жидкого или газообразного) непосредственно в слое материала (напр., высокотемпературный обжиг) или в выносных топках под газораспределительным устройством (при низкотемпературном обжиге до 800–900 °C). П. к. с. характеризуется высокой интенсивностью массо- и теплообмена. Печи получили распространение в разл. отраслях пром-сти во 2-й пол. 20 в.; применяются для обжига, нагревания и сушки материалов, проведения разл. химич. процессов, а также в качестве топок ТЭЦ и ГРЭС.

Печь кипящего слоя в химии для чего нужна

Репетитор по Химии и Биологии

Репетитор по Химии
Конспекты

На этой странице Вы можете найти конспект на тему "Производство серной кислоты" и оценить уровень подготовленного материала. Я надеюсь, что Вы, обращаясь ко мне за помощью, уже не будете покупать кота в мешке. Вы будете знать, что Вашего ребенка или Вас учит знающий свое дело специалист - репетитор по химии. Более подробную информацию обо мне Вы сможете прочитать здесь.

С уважением,
доктор биологических наук,
ведущий научный сотрудник НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О.Отта
репетитор по химии и биологии
Соколов Дмитрий Игоревич

Производство серной кислоты .

Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным.

Контактный способ производства серной кислоты.

Серную кислоту контактным способом производят в больших количествах на сернокислотных заводах.

I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты:

Самородная сера S

Пирит (серный колчедан) FeS₂

Сульфиды цветных металлов ZnS , Cu₂S

II. Подготовка сырья.

Разберём производство серной кислоты из пирита FeS₂.

1) Измельчение пирита. Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

2) Очистка пирита. После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют .

III. Химизм производства.

Производство серной кислоты из пирита состоит из трёх стадий.

ПЕРВАЯ СТАДИЯ - обжиг пирита в печи для обжига в "кипящем слое".

Уравнение реакции первой стадии

Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в "кипящем слое". Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета.

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.

Образовавшийся оксид железа Fe₂O₃ (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом - сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).

Таким образом выполняется принцип химического производства - безотходность производства.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO₂, O₂, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.

Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа - в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.

Осушку печного газа проводят в сушильной башне - снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO₂ и кислорода О ₂ .

ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO₂ в SO₃ кислородом.

Протекает в контактном аппарате.

Уравнение реакции этой стадии: 2SO₂ + O₂ 2SO₃ + Q

Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO₃).

Вторая стадия производства - окисление оксида серы(IV) в оксид серы (VI)

Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO₃ является температура 400-500°С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того , чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V₂O₅.

Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO₂ и 1V O₂), а справа - 2V SO₃. Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении.

Прежде чем смесь SO₂ и O₂ попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO₃ из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO₂ и О ₂ продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате.

Температура 400-500 °С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO₂ в SO₃. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO₂ в SO₃.

Образовавшийся оксид серы SO₃ выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO₃ серной кислотой.

Протекает в поглотительной башне.

А почему оксид серы SO₃ не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO₃ + H₂O H₂SO₄. Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того , чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды - это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H₂SO₄·nSO₃.

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Нитрозный способ производства серной кислоты.

Технологическая схема производства серной кислоты контактным путём хорошо известна из школьных учебников. В нашей стране используется и другой, так называемый нитрозный, способ её получения.

На первой стадии, одинаковой для обоих методов, получают сернистый ангидрид SO ₂ . Исходным сырьём может быть, в принципе, любое вещество, содержащее серу: природные сульфиды железа (прежде всего, пирит FeS ₂ ), а также сульфиды меди и никеля, сульфидные полиметаллические руды, гипс CaSO ₄ . 2 H ₂ O и элементарные сера. Всё больше и больше используют газы, которые выделяются при переработке и сжигании горючих ископаемых (угля, нефти), содержащих соединения серы.

Полученный SO ₂ окисляют до H ₂ SO ₄ , используется для этого в нитрозном методе используется окислы азота. С этой стадии оба метода отличаются друг от друга.

В специальной окислительной башне 3 смешивают окись азота NO и NO ₂ с воздухом в таком соотношении, чтобы половина имеющихся NO и NO ₂ .

В результате газовая смесь содержит равные NO и NO ₂ . Она подаётся в башни 4 и 5, орошаемые 75% - ной серной кислотой; здесь смесь окислов азота поглощается с образованием нитрозиллерной кислоты:

Раствор нитрозиллерной кислоты в серной кислоте, называемый нитрозой, орошает башни 1 и 2, куда противотоком поступает SO ₂ и добавляется вода. В результате гидролиза нитрозиллерной кислоты образуется азотная кислота:

Она - то и окисляет SO ₂ по уравнению:

В нижней части башен 1 и 2 накапливается 75%-ная серная кислота, естественно, в большем количестве, чем её было затрачено на приготовление нитрозы (ведь добавляется «новорождённая» серная кислота). Окись азота NO возвращается снова на окисление. Поскольку некоторое количество её меряется с выхлопными газами, приходится добавлять в систему HNO ₃ , служащую источником окислов азота.

Недостаток башенного метода состоит в том, что полученная серная кислота имеет концентрацию лишь 75% (при большей концентрации плохо идёт гидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислоты упариванием представляет дополнительную трудность. Преимущество этого метода в том, что примеси содержащиеся в SO ₂ , не влияют на ход процесса, так что исходный SO ₂ достаточно очистить от пыли, т.е. механических загрязнений. Естественно, башенная серная кислота бывает недостаточно чистой, что ограничивает её применение.

Охрана окружающей среды,

связанная с производством серной кислоты.

Основным сырьем для производства серной кислоты, является сера. Она относится к числу наиболее распространенных числу химических элементов на нашей планете.

Производство серной кислоты происходит в три стадии на первой стадии получают SO ₂ , путем обжига FeS ₂ , затем SO ₃ , после чего на третьей стадии получают серную кислоту.

Научно-техническая революция и связанный с ней интенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения в окружающей среде. Например отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в тисках экологического кризиса. Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине “кислых” дождей повреждены памятники архитектуры ( Тадж-Макал ).

В зоне до 300 км от источника загрязнения ( SO ₂ ) опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км . - с ульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост с/ х культур. Закисление водоемов (весной при таянии снега, вызывает гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб - громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.

Рассмотрим химические метода отчистки от наиболее распространенных газообразных загрязняющих воздух веществ. Известно более 60 методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серы известняком, раствором сульфита - гидросульфита аммония и щелочным раствором алюмината натрия. Интерес также представляют каталитические методы окисления оксида серы в присутствии оксида ванадия.

Особое значение имеет очистка газов от фторсодержащих примесей, которые даже в незначительной концентрации вредно влияют на растительность. Если в газах содержится фтороводород и фтор, то их пропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5-10% раствору гидроксида натрия. В течени и одной минуты протекают следующие реакции:

Образующийся фторид натрия обрабатывают для регенерации гидроксида натрия:

Читайте также: