Технологій звязаного азоту

1. Товарні і визначають технологію властивості сірчаної кислоти.

Сірчана кислота - один з основних багатотоннажних продуктів хімічної промисловості. Її застосовують у різних галузях народного господарства, оскільки вона володіє комплексом особливих властивостей, які полегшують її технологічне використання. Сірчана кислота не димить, не має кольору і запаху, при звичайній температурі знаходиться в рідкому стані, в концентрованому вигляді не кородує чорні метали. У той же час, сірчана кислота належить до сильних мінеральних кислот, утворює численні стійкі солі і дешева.

У техніці під сірчаної кислотою розуміють системи, що складаються з оксиду сірки (VI) та води різного складу: п SО ₃ · т Н ₂ О.

При п = т = 1 це моногідрат сірчаної кислоти (100%-ная сірчана кислота), при т> п - водні розчини моногідрату, при т <п - розчини оксиду сірки (VI) в моногідраті (олеум).

Моногідрат сірчаної кислоти - безбарвна масляниста рідина з температурою кристалізації 10,37 ^о С, температурою кипіння 296,2 ^о С і щільністю 1,85 т / м ^3. З водою і оксидом сірки (VI) він змішується у всіх відносинах, утворюючи гідрати складу Н ₂ SО ₄ · Н ₂ О, Н ₂ SО ₄ · 2Н ₂ О, Н ₂ SО ₄ · 4Н ₂ О і з'єднання з оксидом сірки Н ₂ SО ₄ · SО ₃ та Н ₂ SО ₄ · 2SО _3.

Ці гідрати і з'єднання з оксидом сірки мають різні температури кристалізації і утворюють ряд евтектики. Деякі з цих евтектики мають температуру кристалізації нижче нуля або близькі до нуля. Ці особливості розчинів сірчаної кислоти враховуються при виборі її товарних сортів, які за умовами виробництва і зберігання повинні мати низьку температуру кристалізації.

Температура кипіння сірчаної кислоти також залежить від її концентрації, тобто складу системи «оксид сірки (VI) - вода». З підвищенням концентрації водної сірчаної кислоти температура її кипіння зростає і досягає максимуму 336,5 ^о С при концентрації 98,3%, що відповідає азеотропної складу, а потім знижується. Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту вільного оксиду сірки (VI) знижується від 296,2 ^о С (температура кипіння моногідрату) до 44,7 ^о С, що відповідає температурі кипіння 100%-ного оксиду сірки (VI).

При нагріванні парів сірчаної кислоти вище 400 ^о С вона піддається термічній дисоціації за схемою:

400 ^о С 700 ^о С

2 Н ₂ SО ₄ <=> 2Н ₂ О + 2SО ₃ <=> 2Н ₂ О + 2SО ₂ + О _2.

Серед мінеральних кислот сірчана кислота за обсягом виробництва і споживання займає перше місце. Світове виробництво її за останні 25 років зросла більш ніж у три рази і складає в даний час більше 160 млн. т на рік.

Області застосування сірчаної кислоти та олеуму вельми різноманітні. Значна частина її використовується у виробництві мінеральних добрив (від 30 до 60%), а також у виробництві барвників (від 2 до 16%), хімічних волокон (від 5 до 15%) і металургії (від 2 до 3%). Вона застосовується для різних технологічних цілей в текстильній, харчовій та інших галузях промисловості. На рис. 1 представлено застосування сірчаної кислоти та олеуму в народному господарстві.

 

Виробництво Ñ Ñ€Ð¾Ð¼Ð°Ñ‚Ñ–Ð²

Виробництво сульфатів

Мінеральні добрива

Сульфат амонію

 

Ð’Ð¸Ð±ÑƒÑ Ð¾Ð²Ñ– речовини

Травлення металів

 

Виробництво кислот, спиртів, ефірів та Ñ–Ð½ÑˆÐ¸Ñ Ð¾Ñ€Ð³Ð°Ð½Ñ–Ñ‡Ð½Ð¸Ñ Ñ€ÐµÑ‡Ð¾Ð²Ð¸Ð½

Мінеральні кислоти Н 3 РО 4 НF

 

Сірчана кислота

 

Органічні барвники							Металургія ÐºÐ¾Ð»ÑŒÐ¾Ñ€Ð¾Ð²Ð¸Ñ Ð¼ÐµÑ‚Ð°Ð»Ñ–Ð²
Виробництво глюкози та патоки						Мінеральні пігменти та фарби
	Хімічні волокна, текстильна промисловість			Очищення нафтопродуктів і Ð¼Ñ–Ð½ÐµÑ€Ð°Ð»ÑŒÐ½Ð¸Ñ Ð¼Ð°ÑÐµÐ»

Рис. 1. Застосування сірчаної кислоти.

 

2. Сировинні джерела отримання сірчаної кислоти.

Сировиною у виробництві сірчаної кислоти можуть бути елементарна сірка і різні серусодержащих з'єднання, з яких може бути отримана сірка або безпосередньо оксид сірки (IV).

Природні поклади самородної сірки невеликі, хоча кларк її дорівнює 0,1%. Найчастіше сірка знаходиться в природі у формі сульфідів металів і сульфатів метало, а також входить до складу нафти, кам'яного вугілля, природного і попутного газів. Значні кількості сірки містяться у вигляді оксиду сірки в топкових газах і газах кольорової металургії і у вигляді сірководню, що виділяється при очищенні горючих газів.

Таким чином, сировинні джерела виробництва сірчаної кислоти досить різноманітні, хоча до цих пір в якості сировини використовують переважно елементарну сірку і залізний колчедан. Обмежене використання таких видів сировини, як топкові гази теплових електростанцій і гази мідеплавильного виробництва, пояснюється низькою концентрацією в них оксиду сірки (IV).

При цьому частка колчедану в балансі сировини зменшується, а частка сірки зростає.

У загальній схемі сірчанокислотного виробництва істотне значення мають дві перші стадії - підготовка сировини і його спалювання або випалення. Їх зміст і апаратурне оформлення істотно залежать від природи сировини, яка значною мірою, визначає складність технологічного виробництва сірчаної кислоти.

 

3. Короткий опис сучасних промислових способів отримання сірчаної кислоти. Шляхи вдосконалення та перспективи розвитку виробництва.

Виробництво сірчаної кислоти з серусодержащего сировини включає декілька хімічних процесів, в яких відбувається зміна ступеня окислення сировини і проміжних продуктів. Це може бути представлено у вигляді такої схеми:

де I - стадія отримання пічного газу (оксиду сірки (IV)),

II - стадія каталітичного окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI) та абсорбції його (переробка в сірчану кислоту).

У реальному виробництві до цих хімічних процесів додаються процеси підготовки сировини, очищення пічного газу та інші механічні та фізико-хімічні операції. У загальному випадку виробництво сірчаної кислоти може бути виражене в наступному вигляді:

Сировина підготовка сировини спалювання (випалення) сировини

очищення пічного газу контактування абсорбція

контактировавшего газу Сірчана кислота

Конкретна технологічна схема виробництва залежить від виду сировини, особливостей каталітичного окислення оксиду сірки (IV), наявності або відсутності стадії абсорбції оксиду сірки (VI).

У залежності від того, як здійснюється процес окислення SО ₂ у SО _3, розрізняють два основні методи отримання сірчаної кислоти.

У контактному методі отримання сірчаної кислоти процес окислення SО ₂ у SО ₃ проводять на твердих каталізаторах.

Триоксид сірки переводять в сірчану кислоту на останній стадії процесу - абсорбції триоксид сірки, яку спрощено можна представити рівнянням реакції:

SО ₃ + Н ₂ О _  Н ₂ SО ₄

При проведенні процесу по нітрозному (баштові) методу в якості переносника кисню використовують оксиди азоту.

Окислення діоксиду сірки здійснюється в рідкій фазі і кінцевим продуктом є сірчана кислота:

SО ₃ + N ₂ О ₃ + Н ₂ О _   Н ₂ SО ₄ + 2NО

В даний час в промисловості в основному застосовують контактний метод отримання сірчаної кислоти, що дозволяє використовувати апарати з більшою інтенсивністю.

Розглянемо процес отримання сірчаної кислоти контактним методом з двох видів сировини: сірчаного (залізного) колчедану і сірки.

1) Хімічна схема отримання сірчаної кислоти з колчедану включає три послідовні стадії:

- Окислення дисульфіду заліза піритової концентрату киснем повітря:

4FеS ₂ + 11О ₂ = 2Fе ₂ S ₃ + 8SО _2,

- Каталітичне окислення оксиду сірки (IV) надлишком кисню пічного газу:

2SО ₂ + О _{2 Â}  2SО ₃

- Абсорбція оксиду сірки (VI) з утворенням сірчаної кислоти:

SО ₃ + Н ₂ О _  Н ₂ SО ₄

За технологічним оформлення виробництво сірчаної кислоти з залізного колчедану є найбільш складним і складається з декількох послідовно проведених стадій.