 |
Производство серной кислоты.
|
|
|
|
Способы получения серной кислоты.
Серная кислота называется: моногитрат. Это тяжёлая маслянистая жидкость. Смешивается с водой в любых соотношения с выделением тепла. Растворы SO3 в моногидрате, называются олеумом. Раствор моногидрата содержит пиросерную кислоту H2S2O7. Температура плавления безводной серной кислоты tпл = - 10,37 грю цельс. Температура кимения безводной серной кислоты tкип = 296 гр. Цельс.
H2SO4 при высоких температурах обратимо превращается в H2O + SO3.
t>400 гр. Цельс. 2SO3 обратимо превращается в 2SO2 + O2.
Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании. Она растворяет оксиды металлов и большинство чистых металлов. Она вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из их солей. Ростительные материалы содержащие целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются в концентрирвоанной серной кислоте. При попадании на кожу человека, концентрированная кислота вызывает ожоги. Крупнейшим потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений — порядка 40% получаемой серной кислоты расходуется на производство удобрений (особенно производство суперфосфата и (NH4)2SO4. Такие кислоты, как фосфорная, уксусная, соляная, получают при действии серной кслоты. Серную кислоту применяют в производстве цветных и редких металлов; в металлообработке при травлении изделий; используют в производстве лаков, лекарственных препаратов; при помощи серной кислоты производятся различные спирты, пластмассы, моющие средства, ядохимикаты. Она применяетс я в текстильной, кожевенной промышленности, при произвдостве взрывчатых веществ; используется в свинцовых аккумуляторах; а так же для осушки газов.
|
|
|
В настоящее время серная кислота производится в основном контактным способом, и в небольших масштабах нитрозным или башенным способом.
Первой стадией сернокислотного производства по любому способу является получение диоксида серы, при окислении сернистого сырья. После очистки диоксида серы, его окисляют до триоксида, который соединяется с водой образуя серную кислоту.
Физико — химические основы производства серной кислоты.
Сырьём для производства может служить любое вещество содержащее серу. Во первых это природные материалы:
1. Элементная самородная сера.
2. Сульфиды металлов, на пример FeS2 – пирит; FeCuS2 — медный колчедан; Cu2S — медный блеск; ZnS — цинковая обманка; PbS, CoS, NiS.
3. Сульфаты, на пример CaSO4*2H2O — гипс; CaSO4 — ангидрит; Na2SO4, MgSO4.
4. Производственные отходы. Более 40% серной кислоты получают из серного колчадана, свыше 25% из отходящих газов цветной металлургии; порядка 20% из самородной серы.
Рассмотрим производство SO2 из серного колчадана путём обжига. Главной составной частьтю колчадана является FeS2, а остальное примеси — соли других металлов и мышьяка. Содержание серы в колчадане колеблется в диапозоне от 30 до 52 процентов. 52% имеет пирит. Обжиг колчедана в воздушном потоке проводится в печах различной конструкции при атмосферном давлении. Суммарное уравнение реакции обжига
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 + 3400кДж.
Фактически процесс состоит из нескольких стадий.
2FeS2 (t>500 гр. Цельс) S(пар) + О2(газ) = SO2
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2.
Для обжига колчедана применяют печи трёх типов.
| Тип печи | tобжига, гр. Цельс | % SO3 в газе | Содержание S в огарке, % |
| 1 Механические полочные | 850 — 900 | До 2 | |
| 2 Печи пылевидного обжига | 1 — 1,5 | ||
| 3 Печи со взвешенным слоем | До 0,5 |
Недостатки печей.
1. Механические полочные печи сложны в устройстве; мало интенсивны, дороги в эксплуатации; не обеспечивают достаточного выжигания серы из колчедана; не дают высокой концентрации SO2 в газе.
|
|
|
2. Печи пылевидного обжига, в них необходимо применять сухой флотационный колчедан; запылённость газа до 100 гр/ м^3.
3. В печах кипящего слоя (печи со взвешенным слоем), нельзя сжигать материал сильно различающийся по размеру частиц; запылённость ещё больше, чем в печах пылевидного обжига.
Вторая стадия — это очистка обжигового газа. Газ очищается от пыли, соединений мышьяка, фтора, паров воды. Грубая очистка от пыли производится в циклонах и инерционных уловителях пыли. Более полная очистка до содержания в нём пыли 0,1 г/м^3 производится в электрофильтрах. Тонкая очистка газа производится при промывке его разбавленной серной кислотой в промывных башнях или в башнях с насадкой.
Третья стадия — контактное окисления SO2 до SO3.
Реакция контактного окисления является обратимой, экзотермической.
2SO2 + O2 = 2SO3 + 2*93,7 кДж. Равновесие смещается вправо при понижении температуры и повышении давления.
| |||||
 | |||||
| |||||
В качестве катализатора можно использовать Fe2O3, платину, пятиоксид ванадия и активатором из К2О и алюмосиликатом.
SO3 + H2O H2SO4 + 9200 кДж, проводят в башнях с насадкой, можно применять барботажные или пенные абсорберы. Абсорбцию производят концентрированными кислотами. SO3 с водой образует мельчайшие капельки сернокислотного тумана, которые очень тяжело улавливаются. Наибольшей по абсорбционной способности является килсота содержащая 98,3 H2SO4. Кислоту поступающую на абсорбцию предварительно охлаждают.
Нитрозный способ получения серной кислоты.
Газ полученный при сжигании сернистого сырья, содержащий 9 % SO2 и 9% - 10% О2, очищается от частиц колчеданного огарка, и поступает в башенную систему, которая состоит из 4-х — 7-ми башен с насадкой. Температура газа на входе = 350 гр. Цельса. В первых двух — трёх башнях, насадка оршается нитрозой, тоесть нитрозилсерной кислотой. Кислота нейтрализуется по уравнению
2NOHSO4 + H2O = 2H2SO4 + N2O3.
SO2 + H2O = H2SO3.
Сернистая кислота реагирует с оксидами азота в жидкой фазе.
H2SO3 + N2O3 = H2SO4 + 2NO.
SO2 + N2O3 = SO3 + 2NO
SO3 + H2O = H2SO4.
Монооксид азота в газовой фазе поглащается
2NO +)2 = 2NO2
NO2 + NO = N2O3.
N2O3 + H2SO4 = 2NOHSO4 + Н2О.
Вопрос
|
|
|
|
|
|
