Изучение физических и химических свойств серной кислоты. Основные промышленные способы получения, физико-химические основы синтеза (оптимальные условия, катализаторы и т.д.) и технологические схемы производства. Общий ход процесса в башенной системе.
Аннотация к работе
Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Она широко используется в производстве минеральных удобрений, различных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т.д. Серная кислота находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления и т.д. Цель: изучить свойства и основные промышленные способы получения серной кислотыСерная кислота - бесцветная едкая тяжелая маслообразная жидкость без запаха, плотность 1,84г/см3, смешивается с водой в любых соотношениях. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая ее в воду, а не наоборот. Эта кислота гигроскопична, то есть способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому ее используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через серную кислоту. Температура кипения и температура замерзания серной кислоты зависит от ее состава, т.е. от количества воды.1) Взаимодействие с металлами: a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода: Zn0 H2 1SO4(разб) > Zn 2SO4 H2O b) концентрированная H2S 6O4 - сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S 4O2, S0 или H2S-2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются): 2Ag0 2H2S 6O4 > Ag2 1SO4 S 4O2 2H2O 2) концентрированная H2S 6O4 реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S 4O2): С0 2H2S 6O4(конц) > C 4O2 2S 4O2 2H2O Образование белого осадка BASO4 (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов. Моногидрат (чистая, 100%-ая серная кислота) является ионизирующим растворителем, имеющим кислотный характер. В нем хорошо растворяются сульфаты многих металлов (переходя при этом в бисульфаты), тогда как соли других кислот растворяются, как правило, лишь при возможности их сольволиза (с переводом в бисульфаты).В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХІХ и начале ХХ века. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Одновременно с увеличением объема производства серной кислоты расширяется ассортимент продукции сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO2, высококачественного олеума и кислоты, а также увеличивается производство новых продуктов на основе SO2. Широко применяется обжиг колчедана в кипящем слое и сжигание серы в циклонной печи, значительно увеличивается использование тепла, выделяющегося при обжиге сырья, и на других стадиях производства серной кислоты. В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах.В настоящее время основным методом производства серной кислоты является контактный, т.к. этот метод имеет преимущества перед другими: - получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, приемлемой для всех потребителей; Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Очистка печного газа от твердых частичек огарка проводят в два этапа - в циклоне (используется центробежная сила, твердые 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. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2. 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).Процесс производства серной кислоты при помощи окислов азота включает ряд параллельно и последовательно протекающих реакций. В первой, второй, четвертой, пятой башнях газ проходит снизу вверх противотоком с жидкостями, орошающими эти башни. В четвертых и пятых башнях (поглотительных) окислы азота поглощаются серной кислотой.