Kontaktní proces - Contact process
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Říjen 2010) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
The kontaktní proces je současný způsob výroby kyselina sírová ve vysokých koncentracích potřebných pro průmyslové procesy. Platina byl původně používán jako katalyzátor pro tuto reakci; protože je citlivý na reakci arsen nečistoty ve výchozí síře, oxid vanaditý (V) (PROTI2Ó5) je nyní upřednostňován.[1]
Dějiny
Tento proces byl patentován v roce 1831 britským obchodníkem s octem Peregrine Phillips.[2][3][4] Kromě toho, že je mnohem ekonomičtější proces výroby koncentrované kyseliny sírové než předchozí proces olověné komory, produkuje také kontaktní proces oxid sírový a oleum.
V roce 1901 Eugen de Haën patentoval proces zahrnující oxidy vanadu.[5] Tento proces byl nahrazen procesem, který vynalezli dva chemici z BASF v roce 1914.[6][7][8]
Proces
Proces lze rozdělit do šesti fází:
- Kombinace síra a kyslík (Ó2) tvořit oxid siřičitý
- Čištění oxidu siřičitého v čisticí jednotce
- Přidání přebytku kyslíku do oxid siřičitý v přítomnosti katalyzátoru oxid vanadičitý při 450 ° C a 1-2 atm
- The oxid sírový vytvořený je přidán do kyselina sírová což vede k oleum (kyselina disulfurová)
- Oleum se poté přidá do vody za vzniku velmi koncentrované kyseliny sírové.
- Jelikož tento proces je exotermní reakcí, měla by být teplota co nejnižší. Bylo zjištěno, že výtěžek je maximální při asi 410 - 450 ° C.
Čištění vzduchu a oxidu siřičitého (SO2) je nutné vyhnout se katalyzátoru otrava (tj. odstranění katalytických aktivit). Plyn se poté promyje voda a suší se kyselinou sírovou.
Pro úsporu energie se směs zahřívá výfukovými plyny z katalyzátor tepelnými výměníky.
Oxid siřičitý a dioxygen poté reagují následovně:
- 2 SO2(G) + O.2(G) ⇌ 2 SO3(G) : ΔH = -197 kJ · mol−1
Podle Le Chatelierův princip by se měla použít nižší teplota k posunu chemické rovnováhy doprava, a tím ke zvýšení procentního výtěžku. Příliš nízká teplota však sníží rychlost tvorby na nehospodárnou úroveň. Proto ke zvýšení reakční rychlosti, vysokých teplot (450 ° C), středních tlaků (1-2bankomat ), a oxid vanaditý (V) (PROTI2Ó5) slouží k zajištění adekvátní (> 95%) konverze. Katalyzátor slouží pouze ke zvýšení rychlosti reakce, protože nemění polohu katalyzátoru termodynamická rovnováha. Mechanismus působení katalyzátoru zahrnuje dva kroky:
- Oxidace SO2 do SO3 podle V5+:
- 2SO2 + 4V5+ + 2O2− → 2SO3 + 4V4+
- Oxidace V4+ zpět do V.5+ dioxygenem (regenerace katalyzátoru):
- 4V4+ + O.2 → 4V5+ + 2O2−
Horký oxid sírový prochází tepelným výměníkem a je rozpuštěn v koncentrovaném vodíku2TAK4 v absorpční věži oleum:
- H2TAK4 (l) + SO3 (g) → H2S2Ó7 (l)
Všimněte si, že přímé rozpouštění SO3 ve vodě je nepraktické kvůli vysoce exotermické povaha reakce. Místo kapaliny se tvoří kyselá pára nebo mlha.
Oleum reaguje s vodou za vzniku koncentrovaného H2TAK4.
- H2S2Ó7 (l) + H2O (l) → 2 H2TAK4 (l)
Čisticí jednotka
To zahrnuje poprašovací věž, chladicí potrubí, pračky, sušicí věž, čistič arsenu a testovací box. Oxid siřičitý má mnoho nečistot, jako jsou páry, prachové částice a oxid arsenitý. Proto je nutné jej vyčistit, aby nedošlo k otravě katalyzátorem (tj. Ke zničení katalytické aktivity a ztrátě účinnosti). V tomto procesu se plyn promyje vodou a vysuší kyselinou sírovou. V prachové věži je oxid siřičitý vystaven páře, která odstraňuje prachové částice. Po ochlazení plynu vstupuje oxid siřičitý do promývací věže, kde je postřikován vodou, aby se odstranily všechny rozpustné nečistoty. V sušicí věži se na plyn nastříká kyselina sírová, aby se z ní odstranila vlhkost. Nakonec se oxid arzenitý odstraní, když je plyn vystaven hydroxidu železitému.
Dvojitý kontakt, dvojitá absorpce
Dalším krokem procesu kontaktu je dvojitý kontakt dvojitá absorpce (DCDA). V tomto procesu jsou produktové plyny (SO2) a (SO3) procházejí absorpčními věžemi dvakrát, aby se dosáhlo další absorpce a přeměny SO2 na SO3 a výroba vyšší kvality kyseliny sírové.
TAK2-bohaté plyny vstupují do katalyzátoru, obvykle do věže s více lože katalyzátoru, a jsou konvertovány na SO3, dosažení první fáze přeměny. Výstupní plyny z tohoto stupně obsahují oba SO2 a SO3 které procházejí mezilehlými absorpčními věžemi, kde kyselina sírová stéká po naplněných kolonách a SO3 reaguje s vodou a zvyšuje koncentraci kyseliny sírové. Ačkoli SO2 příliš prochází věží, je nereaktivní a vychází z absorpční věže.
Tento proud plynu obsahující SO2, po nezbytném ochlazení prochází kolonou lože katalyzátorového konvertoru opět dosažení až 99,8% konverze SO2 na SO3 a plyny jsou opět vedeny přes konečnou absorpční kolonu, což vede nejen k dosažení vysoké účinnosti konverze pro SO2 ale také umožňující produkci vyšší koncentrace kyseliny sírové.
Průmyslová výroba kyseliny sírové zahrnuje řádné řízení teplot a průtoků plynů, protože účinnost přeměny i absorpce jsou na nich závislé.
Viz také
Poznámky
- ^ "Dějiny". Ravensdown. Archivovány od originál 23. května 2010. Citováno 1. březen, 2010.
- ^ McDonald, Donald; Hunt, Leslie B. (leden 1982). Historie platiny a jejích spojeneckých kovů. ISBN 9780905118833.
- ^ UK 6093, Peregrine Phillips Junior, „Výroba kyseliny sírové“, vydaný 1831
- ^ Anderson, John R .; Boudart, Michel (06.12.2012). Catalysis: Science and Technology. ISBN 9783642932786.
- ^ USA 687834 Carl Johann Eugen de Haën, „Metoda výroby anhydridu kyseliny sírové“, vydáno 8. května 1921
- ^ USA 1371004, Franz Slama & Hans Wolf, „Oxidace oxidu siřičitého a jeho katalyzátoru“, vydáno 1921-05-8, přiděleno General Chemical Company
- ^ Anderson, John R .; Boudart, Michel (06.12.2012). Catalysis: Science and Technology. ISBN 9783642932786.
- ^ Průmyslová chemie. 1991. ISBN 9788187224990.
Reference
- Repertoár patentových vynálezů, Ne. 72 (duben 1831), strana 248.
- (Anon.) (1832) „Anglické patenty: Specifikace patentu uděleného společnosti Peregrine Phillips, Jr. z Bristolu v hrabství Somersetshire, Vinegar Maker, za zdokonalení výroby kyseliny sírové. Ze dne 21. března 1831.“ Journal of the Franklin Institute, nová řada, roč. 9, stránky 180-182.
- Ernest Cook (20. března 1926) „Peregrine Phillips, vynálezce kontaktního procesu pro kyselinu sírovou,“ Příroda, 117 (2942) : 419-421.
- Výpad, Teoretické a praktické pojednání o výrobě kyseliny sírové a alkalických, s vedlejšími větvemi, 3. vyd., Sv. 1, část 2 (Londýn, Anglie: Gurney and Jackson, 1903), strana 975
externí odkazy
- Jim Clark (2002). „Proces kontaktu“. Chemguide.
- „Proces kontaktu“. City Collegiate. 2009.
- "Absorpční věž". Těžařská encyklopedie.