Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Производство серной кислоты контактным методом



Классификация кислот

 

По числу атомов водорода в молекуле кислоты делятся на одноосновные (один атом водорода) и многоосновные (два и более атомов водорода), HCl, HNO3 - одноосновные кислоты, H2SO4 , H2CrO4 - двухосновные и т. д.

По составу различают кислородные и бескислородные (кислородсодержащие) кислоты. Как показывает само название, первые содержат кислород (например, H2SO4, H3PO4, H4SiO4), вторые его не содержат (например, HF, HCl, HBr, HI, H2S).

Названия кислот

Названия кислородных кислот производятся от названия неметалла с прибавлением окончаний -ная, -вая, если степень окисления его соответствует номеру группы. По мере понижения степени окисления суффиксы меняются в следующем порядке: -оватая, -истая, -оватистая:

HCl +7O4 – хлорная кислота H3As +5O4 – мышьяковая кислота
HCl +5O3 – хлорноватая кислота HN +5O3 – азотная кислота
HCl +3O2 – хлористая кислота HN +3O2 – азотистая кислота
HCl +1O– хлорноватистая кислота H2S +6O4 – серная кислота
  H2S +4O3 – сернистая кислота

Если элемент в одной и той же степени окисления образует несколько кислородсодержащих кислот, то к названию кислоты с меньшим содержанием кислородных атомов добавляется префикс «мета», при наибольшем числе – префикс «орто»:

НВО2 метаборная кислота H2n(SiO3)nполиметакремниевая кислота
Н3ВО3ортоборная кислота H4SiO4ортокремниевая кислота

Названия бескислородных кислот производятся от названия неметалла с окончанием о и прибавлением словаводородная

HF – фтороводородная, или плавиковая, кислота

HCl – хлороводородная или соляная, кислота

HBr – бромоводородная кислота

HI – иодоводородная кислота

H2S – сероводородная кислота

Способы получения кислот

1) Бескислородные кислоты получают прямым синтезом (а) или действием на соль сильной кислотой (б):

а) H2 + Cl2 = 2 HCl; б) NaCl + H2SO4 ­= HCl ­ + NaHSO4

крист. конц.

Полученные газообразные водородные соединения растворяют в воде.

2) Кислородсодержащие кислоты получают взаимодействием кислотных оксидов с водой (а) или если такие оксиды нерастворимы в воде, то соответствующие им кислоты получают косвенным путем, а именно, действием другой кислоты (чаще всего серной) на соответствующую соль (б):

а) N2O5 + H2O = 2HNO3;

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4;

SO3 + H2O = H2SO4

б) Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3;

Na3PO4 + 3H2SO4 = Na2SO4 + 2H3PO4

 

производство серной кислоты контактным методом

Сырье. Серную кислоту можно получать из серы и ее соединений (железного колчедана или пирита – FeS2; сульфидов цветных металлов: Cu2S, ZnS, PbS и др.; гипса CaSO4 .2H2O; сероводорода – H2S).

Получение оксида серы (IV).На многих сернокислотных заводах оксид серы 1V) получают путем обжига серного колчедана (пирита)

4 FeS2 + 11O2 ® 2 Fe2O3 + 8SO2.

В лаборатории эту реакцию проводят в приборе, изображенном на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Получение в лаборатории оксида серы (IV) путем об­жига пирита.

 

кусочки пирита помещают в стеклянную трубку. Пирит сильно прогревают и из газометра пропускают в трубку воздух или кислород. Образующийся в процессе обжига газ с резким запахом поглощается водой, к которой добавлен индикатор.

Зависимость скорости реакции от условий обжига пирита:

1. При пропускании вместо воздуха чистого кислорода увеличивается концентрация одного из реагирующих веществ, следовательно, увеличивается скорость реакции.

2. При дроблении пирита увеличивается поверхность соприкосновения реагирующих веществ, что вызывает увеличение скорости реакции. Но при образовании слишком мелких частиц происходит слеживание, образуется плотный слой, через который кислород почти не проходит. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ уменьшается. Это приводит к снижению скорости реакции.

3. При повышении температуры обжига до 800 °С возрастает доля молекул с достаточной кинетической энергией и скорость реакции увеличивается. При более высокой температуре происходит спекание частиц и скорость реакции падает.

 

Так как реакция обжига пирита является экзотермической, то температура поднимается выше оптимальной, т. е. выше 800 °С. Следовательно, избыточную теплоту нужно отводить и использовать для других целей, например для получения водяного пара.

Учеными был решен вопрос о степени измельчения пирита. Известно, что для повышения скорости обжига пирит следует дробить по возможности мельче. Однако спекание мелких частиц препятствует доступу кислорода. Ученые пришли к выводу, что, применяя принцип противотока, т. е. подавая в печь тонко измельченный пирит сверху и продувая воздух снизу, можно отрегулировать подачу воздуха, чтобы частицы пирита разрыхлялись и оставались в подвижном состоянии (рис. 2). Такой слой мелких частиц назвали кипящим, так как он напоминает кипящую жидкость, через которую прорываются пары. Частицы пирита могут быть очень мелкими: в кипящем слое они не слеживаются и хорошо смешиваются с воздухом. Поэтому процесс обжига происходит очень быстро. Если раньше для обжига пирита требовалось 5–6 ч, то при обжиге в кипящем слое требуется лишь несколько секунд. Работа таких печей полностью механизирована: в печь непрерывно ленточным транспортером подается измельченный пирит, а компрессорами вдувается воздух. Образующийся оксид серы (IV) автоматически отводится для дальнейшей переработки. Заданный технологический режим (температура, подача воздуха и измельченного пирита) регулируется автоматически.

Очистка оксида серы (IV). Необходима тщательная очистка оксида серы (IV), так как примеси отравляют катализатор, т. е. теряются его каталитические свойства. Чтобы удалить из газовой смеси пыль, ее пропускают через аппарат, называемый циклоном (рис.2). Он состоит из двух цилиндров, вставленных один в другой. Смесь газов поступает в наружный цилиндр и движется по спирали сверху вниз. Под действием движения газов в циклоне частицы пыли отбрасываются к стенке наружного цилиндра, падают вниз и удаляются.

 

 

Рисунок 2 – Производство серной кислоты:

1 – печь для обжига в кипящем слое; 2 – циклон; 3 – электрофильтр;

4 – сушильная башня; 5 – теплообменник; 6 – контактный аппарат;

7 – поглотительная башня.

 

Наиболее мелкие пылинки остаются в газе. Для их удаления смесь направляют в электрофильтры, (рис. 2). Эти аппараты состоят из металлических сеток, между которыми протянута тонкая проволока. К ней подводят постоянный электрический ток высокого напряжения (60000 В). Проволока заряжается отрицательно, а сетка - положительно. Смесь газов поступает в камеру снизу. В результате действия сильного электрического поля пылинки приобретают отрицательный заряд, притягиваются к сетке, где теряют свой заряд, и падают в специальный бункер.

От водяных паров газовую смесь очищают в сушильной башне (рис. 2). В эту башню газовая смесь поступает снизу, а сверху противотоком стекает концентрированная серная кислота. Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольца ми.

Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). После тщательной очистки оксид серы (IV) и воздух поступают в контактный аппарат (рис. 2), где под влиянием катализатора (V2O5) происходит окисление:

2SO2 + O2 Û 2SO3 + Q

Газовую смесь для начала реакции нужно предварительно нагреть, так как в процессе очистки она охлаждается. Поэтому перед контактным аппаратом устанавливают теплообменник. Горячую газовую смесь, выходящую из контактного аппарата, пропускают по трубам теплообменника, а между ними в противоположном направлении пропускают подогреваемую газовую смесь. В результате происходит теплообмен, т. е. продукты реакции отдают свою теплоту газовой смеси, поступающей в контактный аппарат. Одновременно достигаются две цели исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур.

В контактном аппарате находятся полки, на которых помещен слоями катализатор – оксид ванадия (V) V2O5 (рис. 2). Благодаря катализатору окисление оксида серы (IV) происходит при более низкой температуре и равновесие химической реакции смещается вправо.

Получение серной кислоты гидратацией оксида серы (VI).Охлажденный в теплообменнике оксид серы (VI) направляют в поглотительную башню (рис. 2). Казалось бы, что оксид серы (VI) следует поглощать водой. Однако вместо воды применяют серную кислоту с массовой долей 98 %.

Почему же для поглощения оксида серы (VI) нельзя использовать воду? Оказывается, оксид серы (VI) до соприкосновения с водой реагирует с ее парами, и образуются мелкие капельки серной кислоты –сернокислотный туман, который водой не поглощается. Над концентрированной серной кислотой водяной пар практически отсутствует. Оксид серы (VI) поглощается концентрированной серной кислотой, реагируя с содержащейся в иен водой:

SO3 +H2O = H2SO4 + Q

Получается безводная серная кислота, при растворении в которой оксида серы (VI) образуется олеум.

Процесс производства серной кислоты непрерывный: обжиг пирита в печи, поступление оксида серы (IV) и воздуха в очистительную систему, а затем в контактный аппарат, подача оксида серы (VI) в поглотительную башню.

Общие принципы сернокислотного производства. Производство серной кислоты относится к производствам основной химической промышленности, создающей необходимые предпосылки для развития всех других химических производств. Основные научные принципы (механизация и автоматизация производственных процессов, создание оптимальных условий для протекания химических реакций, использование теплоты химических реакций и др.) являются общими и применяются почти на всех других химических производствах.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.