Тема 6. Технология серной кислоты

Неорганических веществ

Раздел 2. Технология органических и

Примеры тестовых заданий по теме 5

Контрольные вопросы к теме 6

1. Какие виды энергии и с какой целью используются в химической промышленности?

2. Что такое энергоемкость химического производства и на какие классы она делится? Приведите примеры.

3. Перечислите основные источники энергии и классифицируйте их.

4. Чем характеризуемся энергетическая ценность химического топ­лива?

5. На чем основано использование водорода в энергетике?

6. В чем особенности и преимущества использования новых видов энергии в химическом производстве?

7. Перечислите основные пути рационального использования энер­гии в химической промышленности.

8. Что такое вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)? Приведите пример.

9. Для каких целей используются в химической промышленности плазмохимические процессы?

№1

Целью первичной переработки нефти является получение:

- товарного автобензина;

- дорожного битума;

- ароматических углеводородов;

- фракций нефтепродуктов;

- гудрона.

№2

К возобновляемым энергоресурсам относят:

- биомассу;

- ядерное топливо;

- геотермальную энергию;

- ископаемые угли;

- попутный газ.

Народнохозяйственное значение производства серной кислоты. Баланс сырья, сравнительная оценка серосодержащего сырья. Получение сернистого газа, очистка от примесей.

Контактный способ производства серной кислоты. Физико-химические основы процесса. Катализаторы. Контактные аппараты. Современные технологические схемы производства. Использование тепла в производстве серной кислоты.

Серная кислота — один из важнейших продуктов химической промышленности. Безводная серная кислота, или моногидрат — это маслянистая жидкость, более тяжелая, чем вода. Плотность серной кислоты (вес 1 мл ее при 0° С) равна 1,84 г/см³; в этих же условиях плотность воды составляет 1 г/см³.

Серная кислота отличается высокой химической активностью — очень легко вступаете химические реакции. Она энергично реагирует с металлами, вытесняет другие кислоты из их солей, очень жадно соединяется с водой. Дерево, другие растения, а также живые ткани быстро разрушаются серной кислотой и при этом чернеют. Работающие с серной кислотой должны соблюдать особую осторожность.

Высокая химическая активность серной кислоты дает возможность получать из нее или с ее помощью другие вещества.

Серную кислоту используют буквально во всех отраслях хими­ческой промышленности. Она служит одним из главных химических продуктов, определяющих развитие химической промышленности — недаром называют ее «хлебом химии». В химической промышленности серную кислоту используют для производства удобрений — суперфос­фата, сульфата аммония, аммофоса и др. В СССР около половины вы­рабатываемой кислоты расходуется на производство удобрений.

Серная кислота необходима для получения красителей, пласти­ческих масс, химических волокон, фармацевтических препаратов. Значительные количества серной кислоты расходуются при получении нефтепродуктов — жидких топлив, смазочных масел.

Рис. 3 Области применения серной кислоты.

Таблица 1

Сорта серной кислоты

Кислота	Содержание, вес. %
Н2SO4	SO3
Контактная:
- техническая	92,5	-
- техническая улучшенная	92,5-94	-
Олеум	81,5	18,5
«Башенная»	75,0	-

Переработка серного колчедана

Этот процесс описывается реакцией:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 815,2 ккал.

При взаимодействии FeS₂ с кислородом воздуха, как видно из реакции выделяется значительное количество тепла, в резуль­тате чего температура в печи, в которой проводится процесс, повыша­ется до 700—800° С. Продуктами обжига колчедана являются обжиговый, или печной газ который содержит примерно 8—10% SO₂, около 10—11% кислорода, а остальное азот, поступив­ший в печь с воздухом, и колчеданный огарок — красно-коричневый продукт, в основном состоящий из окиси железа.

Обжиг колчедана протекает интенсивно при высоких температурах, так как при этом увеличивается скорость реакции. Обжиг колчедана — это гетерогенный процесс, и поэтому для его интенсификации необхо­димо иметь возможно большую поверхность соприкосновения между частицами колчедана и воздуха. Это достигается измельчением кол­чедана и его перемешиванием в воздушном потоке в процессе обжига.

Измельчение колчедана, если он поступает на завод в виде крупных кусков, сначала производится в щековых дробилках. Дробилка имеет две плиты, или «щеки», из которых одна неподвижная, а вторая — подвижная. Колчедан подается в прост­ранство между плитами. Подвижная щека, подвешенная на стальном валу, периодически приближается к неподвижной и раздавливает колчедан, находящийся между ними. После щековой дробилки куски колчедана еще относительно велики и он поступает для окончательного измельчения в валковую дробилку, в которой куски материала раздавливаются между двумя вращающимися навстречу друг другу стальными цилиндрами (валками).

Обжиг колчедана производится в печах различной конструкции при температуре около 800° С. Наибольшее распространение получили механические печи и печи «кипящего» слоя.

Переработка сернистого газа в серную кислоту

Производство серной кислоты из сернистого газа заключается во взаимодействии сернистого газа SO₂ и кислорода О₂, содержащихся в обжиговом газе. В результате этого процесса образу­ется серный ангидрид SO₃, который затем поглощается водой с полу­чением серной кислоты.

Первая реакция в обычных условиях протекает крайне медленно, и для ее ускорения необходим катализатор. В зависимости от способа окисления SO₂ в SO₃ серную кислоту получают двумя способами: нитрозным и контактным.

Контактный способ. Этот способ производства серной кислоты описывается двумя показанными ранее реакциями:

2SO₂+O₂=2SO₃

SO₃+H₂O=H₂SO₄

Окисление сернистого ангидрида в серный в обычных условиях не происходит, так как эта реакция протекает с очень малой скоростью. Для ее ускорения используют ванадиевый катализатор, содержащий пятиокись ванадия V₂O₅. Иногда катализаторы называют «контактами». Отсюда и метод называют контактным методом производства серной кислоты.

Катализатор работает длительное время без замены его свежим при условии очистки обжигового газа не только от пыли, но и от вредных примесей, таких, как As₂O₃, SeO₂, пары воды, которые попадают в него из колчедана при обжиге.

Окисление SO₂ в SO₃ представляет собой обратимую реакцию, протекающую с выделением тепла:

2SO₂ + О₂ = 2SO₃ + 45,2 ккал

Как известно, в этом случае для того чтобы сдвинуть равновесие реак­ции слева направо, целесообразно проводить процесс при низких температурах. Однако при низких температурах реакция будет про­текать с очень малой скоростью и поэтому степень превращения SO₂ в SO₃ окажется очень небольшой. Исходя из этого находят такую температуру, при которой скорость реакции будет высокой и достаточно высокой окажется степень превращения сернистого ангидрида в сер­ный. Такая температура называется оптимальной; для реакции она соответствует примерно 440°—500° С. Нагревают газ до этой температуры в трубчатом теплообменнике.