Geum.ru

В. В. Курилкин основы химической технологии и лесопереработки конспект

Вид материалаКонспект

Содержание


Общие сведения
Технологические свойства серной кислоты
Применение серной кислоты и олеума
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Общие сведения



Серная кислота – один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

Технологические свойства серной кислоты



В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: nSO3.mH2O. При n = m = 1 это моногидрат серной кислоты (100%-ная кислота ), при m > n – водные растворы моногидрата, при m < n – растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум):

H2SO4·(n – 1) SO3  H2SO4  H2SO4 (m – 1) H2O

олеум моногидрат водная кислота

Моногидрат серной кислоты – бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37оС, температурой кипения 296,2оС и плотностью 1, 85 г/cм3. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты состава H2SO4 . Н2O; H2SO4 . 2 H2O; H2SO4 . 4 H2O и соединения с оксидом серы (VI) состава H2SO4. SO3 и H2SO4 . 2SO3.

Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю.

Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.

Серная кислота смешивается с водой в любых отношениях, при этом выделяется большое количества тепла. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая ее в воду, а не наоборот. Эта кислота гигроскопична, т. е. способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому ее используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через серную кислоту.

Применение серной кислоты и олеума



Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределили громадные масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения. Трудно найти такую отрасль народного хозяйства, в которой не потреблялась бы в тех или иных количествах серная кислота или произведенные из нее продукты. Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее за последние 25 лет выросло более чем в три раза, составляя в настоящее время более 160 млн. т в год. Производство серной кислоты и олеума (в пересчете на моногидрат) в РФ составило: в 1998 г. 5,7 млн. т.

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60% ), а также в производстве красителей (от 2 до 16%), химических волокон (от 5 до 15%) и металлургии (от 2 до 3%).

При помощи серной кислоты производятся этиловый и другие спирты, некоторые эфиры, синтетические моющие средства, ряд ядохимикатов для борьбы с вредителями сельского хозяйства и сорными травами. Разбавленные растворы серной кислоты и ее соли применяют в производстве искусственного шелка, в текстильной промышленности для обработки волокна или тканей перед их крашением, а также в других отраслях легкой промышленности. В пищевой промышленности серная кислота применяется при получении крахмала, патоки и ряда других продуктов. Транспорт использует свинцовые сернокислотные аккумуляторы. Наконец, серную кислоту применяют в процессах нитрования и при производстве большей части взрывчатых веществ. На рис. 5. представлено применение серной кислоты и олеума в народном хозяйстве.
Методы получения серной кислоты



В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяется с водой с получением серной кислоты. Окисление SO2 в SO3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. Поэтому в РФ строятся лишь контактные цехи. В настоящее время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота, растворенные в серной кислоте. Такой раствор называется нитрозой – отсюда и название метода – нитрозный. Окисление SO2 происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный метод по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного метода заключается в том, что газ, полученный при сжигании сернистого сырья и содержащий примерно 9% SO2 и 9 – 10% O2, очищается от частиц колчеданного огарка и поступает в башенную систему, которая состоит из нескольких (четырех – семи) башен с насадкой. Башни с насадкой работают по принципу вытеснения при политермическом режиме. Температура газа на входе в первую башню около 350оС. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные оксиды азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты NOHSO4. При высокой температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется по уравнению:

2NOHSO4 + H2O  2H2O + N2O3 - Q

Двуокись серы абсорбируется водой и образует сернистую кислоту:

SO2 + H2O  H2SO3 + Q

Последняя реагирует с окислами азота в жидкой фазе:

H2SO3 + N2O3  H2SO4 + 2NO + Q

Частично SO2 может окисляться в газовой фазе:

SO2 + N2O3  SO3 + 2NO + Q

SO3, абсорбируясь водой, также дает серную кислоту:

SO3 + H2O  H2SO4 + Q

Окись азота десорбируется в газовую фазу и окисляется до двуокиси азота кислородом воздуха:

2NO + O2  2NO2 + Q

Окислы азота NO + NO2  N2O3 поглощаются серной кислотой в последующих трех-четырех башнях по реакции, обратной уравнению (а). Для этого в башни подают охлажденную серную кислоту с малым содержанием нитрозы, вытекающую из первых башен. При абсорбции окислов получается нитрозилсерная кислота, участвующая в процессе. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться. На практике же из-за неполноты абсорбции имеются потери окислов азота. Расход окислов азота в пересчете на HNO3 составляет 10-20 кг на тонну моногидрата H2SO4. Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 75-77%-ную серную кислоту, которая используется в основном для производства минеральных удобрений.