Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию “химический реактор”. Приведите основные требования к ним.

2. Приведите классификацию химических реакторов. Какие принципы положены в основу классификации химических реакторов?

3. Сравните графики изменений во времени основных параметров химических процессов для реакторов периодического и непрерывного действия.

4. Назовите особенности адиабатических реакторов. Изобразите графики температурных режимов адиабатических реакторов для эндотермических и экзотермических процессов.

5. Приведите особенности изотермических и политермических реакторов.

6. Сравните графики изменений по фронту реактора основных характеристик для реакторов типа РИС и РИВ.

7. Как изменяется движущая сила процесса в реакторах типа РИС и РИВ?

Приведите примеры процессов в реакторах типа РИС и РИВ.

Тема 9 производство серной кислоты

Этот процесс – один из самых многотоннажных среди неорганических производств и занимает одно из ведущих мест в химической технологии.

В настоящее время в мире имеется более 1,5 тыс. установок по производству серной кислоты. Они производят свыше 160 млн. т серной кислоты в год. Общий объем ее выпуска превышает производство соляной, азотной, уксусной и других кислот вместе взятых. Серная кислота находит применение в производстве минеральных удобрений (около 50 %), взрывчатых веществ, минеральных солей и кислот, для очистки нефтепродуктов, и их синтезе (например, алкилирование изобутана), при обработке металлов, производстве продуктов органического синтеза, лекарственных препаратов и т.д. Многообразие областей применения серной кислоты представлено на нижеприведенной диаграмме (рис. 9.1).

Производство хроматов Производство сульфатов Минеральные Сульфат

удобрения аммония

Взрывчатые вещества Травление металлов

Производство спиртов, Цветная эфиров, кислот и др. СЕРНАЯ КИСЛОТА металлургия

органических веществ

Производство красителей Минеральные кислоты

Производство глюкозы Химические Очистка Катализатор В сернокис-

и патоки волокна, нефте- алкилирования лотных

текстиль продуктов и др. процессов аккумуляторах

Рис. 9.1. Области применения серной кислоты

Динамика производства серной кислоты во второй половине 20 в. в СССР, а затем в России приведена в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Динамика производства серной кислоты в СССР и России

Годы	1950	1960	1970	1980	1989	1993	1998
Объем производства серной кислоты, млн.т/ год	2,1	5,4	12,1	23,0	28,3	7,8	5,7

Наибольшее количество серной килоты производится в США – 30 млн. т. Другими круп-ными ее производителями являются Германия и Япония.

Феномен высокого объема производства серной кислоты обусловлен комплексом ее физико-химических свойств. Она – самая дешевая из всех сильных кислот, не дымит и не имеет запаха, удобна в транспортировке, т. к. в концентрированном виде не разрушает черные металлы.

В технике под серной кислотой подразумевают любые смеси SO₃ c H₂O (mSO₃ nH₂O). Формуле H₂SO₄ соответствует моногидрат (m = n = 1) с плотностью 1850 кг/м³.

Разделение серной кислоты по сортам во многом связано с ее концентрацией и в значительной мере определяется температурой замерзания растворов ее с водой. Диаграмма кристаллизации системы SO₃–H₂O представлена на рис. 9.2.

					Н₂SO₄	хSO₃
							H₂SO₄	х 2SO₃
				Н₂SO₄				SO₃
Н₂О

	H₂SO₄ x	4H₂O
			H₂SO₄ x2H	2H₂O

0 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100

% Н₂SО₄ % SO₃ (своб.)

Концентрация, % масс.

Рис. 9.2. Диаграмма кристаллизации системы Н₂О – SO₃

Из диаграммы следует, что в пределах концентраций от 0 до 64, 35 % SO₃ образуется 6 химических соединений-гидратов SO₃ , которые растворимы друг в друге в жидком состоянии, а при кристаллизации образуют эвтектические смеси. В области концентраций от 64,5 % до 100 % SO₃ при замерзании образуются твердые растворы. Для того, чтобы кислота не замерзала в зимнее время, все товарные сорта ее имеют концентрации, близкие к эвтектическим составам.

Ниже приведена еще одна диаграмма – кипения системы Н₂О–SО₃ при атмосферном давлении (рис. 9.3).

Кислота, содержащая 98,3 % Н₂SO₄ , является азеотропом и кипит при температуре 336,6 ^оС. Эту диаграмму применяют при концентрировании кислоты выпариванием воды. Из диаграммы следует, что при нагревании кислоты, содержащей менее 90 % Н₂SО₄ в пар переходит почти исключительно вода. При концентрации выше 93 % Н₂SО₄ состав паров быстро приближается к составу жидкой фазы. Поэтому практически серную кислоту концентрируют упариванием только до купоросного масла, т. е. до 92 % Н₂SО₄ . При повышении температуры пары Н₂SО₄ диссоциируют на SО₃ и Н₂О, а затем SО₃ распадается на SО₂ и О₂ . При 700 ^оС в парах преобладает SО₂, а выше 900 ^оС SО₃ диссоциирует полностью.