Производство серной кислоты
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
9266,6364,3966,97Филиппины11,0720,2840,9994,2690,5194,13
Таблица 4 - Импортные цены на серную кислоту (долл. США/ тонна) без НДС [2]
Год200520062007200820092010СтранаСША43,8944,0348,42100,2260,5064,60Чили57,0157,4477,64193,64113,84120,05Китай32,5321,4331,1696,4655,8257,62Турция38,0729,9036,3567,7915,2016,00Индия43,3556,0757,91188,23110,72120, 30Австралия46,3438,6835,54124,5652,9856,85Бельгия47,0237,6456,92140,4784,4388,56
1. Аналитический обзор
1.1Физические и химические свойства серной кислоты
Таблица 5 - Физические и химические свойства серной кислоты [3]
Серная кислота О | OH-S-OH || OОбщиеСистематическое наименованиеСерная кислотаХимическая формулаH2SO4Относительная молекулярная масса98,082 а.е.м.Молярная масса98,082 г/мольФизические свойстваСостояниеЖидкостьПлотность1,8356 г/см3Термические свойстваТемпература плавления- 10,380СТемпература кипения279,60СТемпература воспламененияНе воспламеняетсяУдельная теплота плавления10,73 Дж/кгХимические свойстварКа-3Растворимость в водеСмешивается г/100 млОптические свойстваПоказатель преломления1, 397СтруктураДипольный момент2,72 DКлассификацияРег. номер CAS7664 - 93 - 9Рег. номер EC231 - 639 - 5Рег. номер RTECSWS 5600000ТоксикологияЛД50510 м2 /кгТоксичность
Серная кислота H2SO4 - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислоты называют ее смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3 : H2O ? 1, то это водный раствор серной кислоты. Если SO3 : H2O ? 1, то это раствор SO3 в серной кислоте (олеум).
Серная кислота, при 18оС рКа = -2,8; Кг = 1,2 102; рКа = 1, 92 - очень сильная кислота. Длина связей в молекуле S = O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм, угол HOSOH 104о, OSO119о. Серная кислота кипит, образуя азеотропную смесь (98,3% H2SO4 и 1,7% H2О с температурой кипения 338,8оС).
Серная кислота, отвечающая 100% содержанию H2SO4 имеет состав: H2SO4 - 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3SO4 - 0,14%, H3O+ - 0,09%, H2S2O7 - 0,04%, HS2O7 - 0,05%. Смешивается с водой и SO3 во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H+,HSO4 - и SO2 -,образуют гидраты H2SO4 n H2O, где n = 1,2,3,4 и 6,5.
Растворы серного ангидрида SO3 в серной кислоте называются олеумом, они образуют два соединения H2SO4 SO3 и H2SO4 2 SO3. Олеум содержит такие пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:
H2SO4 + SO3 > H2S2O7;2SO4 + 2 SO3 > H2S3O10..
Температура кипения водных растворов серной кислоты повышаются с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3% H2SO4.
Температура кипения олеума с увеличением содержания SO3 понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара на растворами понижается и при содержании 98,3% H2SO4 достигает минимума. С увеличением концентрации SO3 в олеуме, общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по формуле:
Плотность 100% серной кислоты можно определить по уравнению:
d = 1,8517 - 1,1 10-3 t + 2 10-3 t2.
Серная кислота - довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде. Серная кислота окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO2, S до SO2,окисляет многие металлы (Cu, Hg и др). При этом серная кислота восстанавливается до SO2,а наиболее сильными восстановителями - до S и H2S. Концентрированная H2SO4 частично восстанавливается до Н2,из-за чего не может изменится до сушки. Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние - сульфаты и кислые гидросульфаты, а также эфиры. 9
.2 Сырьевые источники для сернокислотного производства
Исходными веществами для промышленного производства серной кислоты являются сернистый газ, кислород и вода. Из этих исходных веществ сернистый газ является промышленным полупродуктом сернистых металлов и сжиганием самородной серы. Из природных сернистых металлов специально для сернокислотного производства используют пирит, или серный колчедан, состоящий главным образом из двусернистого железа FeS2. Пирит специально добывают для этой цели, или получают попутно при добыче природных сернистых соединений цветных металлов. Последние в процессе производства обжигают, при этом в качестве побочного продукта получается также сернистый газ, который может быть использован для производства серной кислоты.
Помимо самородной серы и сернистых металлов ( железа, меди, цинка, свинца и д.р.), сера в природе встречается также в виде сернокислых ( кальция, бария, магния, натрия, железа и д.р.).
Сера содержится в нефти и каменном угле. Общее содержание серы в земной коре составляет 0,1 %.
В качестве сырья для сернокислотного производства могут быть использованы некоторые промышленные отходы, например кислые гудроны, травильные растворы, фосфогипс.
1.2.1 Самородные серные руды
Залежи самородных серных руд встречаются в трех видах:
осадочные месторождения;
вулканические месторождения;
залежи в шляпах соляных куполов.
Многие самородные серные руды могут быть непосредственно подвержены обжигу с получением сернистого газа для производства серной кислоты. Для этой цели пригодны руды с содержанием серы порядка 20% и выше.
1.2.2 Серный колчедан
Основным сырьем для сернокислотного производства до сих пор служит серный колчедан, главной составной частью которого являетс