В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления в проводят на твердых катализаторах.
Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса – абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции (6).
При проведении процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.
Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:
(8)
В наше время чаще используется метод контактного окисления, т.к. он имеет большую интенсивность производства.
Физико-химические основы процесса нитрозного способа
Описание основных реакций с точки зрения физической химии
Из записи реакции (7) видно, что она протекает с уменьшением объёма и с выделением тепла. Значит повышением Р и понижением Т мы добьёмся смещения равновесия в правую сторону.
Зависимость lg Kp представлена в таблице. На практике, в производстве, температура в данных реакторах поддерживается на уровне ниже 200 градусов Цельсия. Данный температурный режим даёт нам практически полный переход в правую часть нашей реакции.
|
|
Отсюда видно следующее: с повышением температуры скорость реакции понижается. Либо уменьшается вероятность столкновения 3 молекул, либо реакция идёт через образование активированного комплекса, при чём распад комплекса связан с температурой и при её повышении распад комплекса снова идёт в сторону образования исходных соединений.
(9)
Реакция обратима.
Трёхокись азота стабильна лишь при температуре -21° C как в жидком, так и в твёрдом состоянии. Скорость этой реакции очень велика и её равновесие наступает очень быстро.
Таблица 3 – Зависимость lg Kp от температуры в реакции (7)
Температура | lg Kp | Температура | lg Kp |
0 20 50 60 90 100 150 200 225.9 246.5 | -14.11607 -12.72433 -10.85585 -10.31135 -8.82901 -8.38859 -6.49872 -5.01424 -3.735 | 250 300 350 400 450 500 550 600 700 750 | -3.79406 -2.79162 -1.94897 -1.23207 -0.61348 -0.05470 0.49839 0.81692 1.52369 1.8147 |
Из расчётов Кр получается, что процент недиссоциированной невелик: при 25К он равен 10,5, при 50К - 6,8, при 100К - 1,2.
(10)
Согласно теоретическим расчетам, lg Kp не сильно зависит от температуры. Отсюда видно, что от повышения температуры, скорость образования N2O4 не слишком сильно (относительно) зависит. Однако на деле в камерных и башенных системах происходит следующее:
1) В реакционной зоне NO2 всё время восстанавливается до NO. Поэтому NO гораздо больше, чем NO2.
2) При низких температурах парциальное давление окислов азота обычно мало (не выше 0,015 – 0,01 атм.).
|
|
3) В условиях башен, если NO2 связывается с NO, то образовавшийся N2O3 тут же абсорбируется раствором кислоты.
Исходя из этого, можно судить об очень малой концентрации посторонних окислов азота в реакционном пространстве.
(11)
Однако, исходя из экспериментальных данных, В.Н. Шульц установил обратную зависимость константы скорости реакции от Т:
194T - К = 3,95 … 99,6T - К = 3,3 … 81,4T - К = 2,7
Т.е. при повышении температуры равновесие смещается вправо [2].