Кислотне господарство

Споживання й оборот кислот на заводах у кілька разів перевищує кількість продукції, що випускається. Тому на заводах повинні бути сховища й спеціальні пункти для прийому кислот від постачальників, а також майстерні для очищення й переробки відпрацьованих кислот. Ця система називається кислотним господарством заводу. Вона включає ще абсорбційні установки зі вловлювання випарів і газів, що виходять із нітраторів.

Нітрувальна активність кислотних сумішей

Нітрування більшості ароматичних сполук проводять сірчано-азотними кислотними сумішами, причому співвідношення між сірчаною і азотною кислотами повинне бути таким, щоб азотна кислота практично повністю витрачалася на нітрування. Нітрувальна активність сірчано-азотної кислотної суміші визначається співвідношенням її компонентів. У кислотній суміші це співвідношення в міру витрати азотної кислоти на нітрування змінюється, тому що на 1 моль використаної кислоти виділяється 1 моль води. Здатність кислотної суміші повністю віддавати азотну кислоту на нітрування характеризується співвідношенням сірчаної кислоти й води у відпрацьованій кислоті. Якщо склад кислотної суміші витримати в мольних відсотках, концентрація сірчаної кислоти в процесі нітрування буде постійною. Концентрація кислот у масових відсотках у процесі нітрування визначається формулою Холево:

, (1.1)

де S₁,N₁ – концентрації сірчаної та азотної кислот відповідно в будь-який момент нітрування, % мас.; S_сум.,N_сум – концентрації сірчаної та азотної кислот відповідно у вихідній кислотній суміші відносно загальної кількості суміші, % мас.

Якщо в цьому виразі N₁=0, то S₁ набуде певного значення, названого Холево граничним фактором нітрувальної активності кислотної суміші. Його позначають Ф і обчислюють за формулою

. (1.2)

Фактор нітрувальної активності виражає концентрацію сірчаної кислоти у відпрацьованій кислоті за умови повного використання азотної кислоти в процесі нітрування. За наведеною формулою можна розрахувати Ф кислотної суміші, якщо вона не містить оксидів азоту. Під час використання відпрацьованої кислоти для приготування суміші в ній, як правило, наявні розчинений нітропродукт і оксиди азоту, які вступають у реакцію із сірчаною кислотою, зв'язуючи її в нітрозил- сірчану кислоту з виділенням води:

_{2H2SO4+N2O3→2HNSO5+H2O.}

У процесі взаємодії 1 частини (мас.) N₂O₃ зв'язується 2,58 частини (мас.) H₂SO₄ і виділяється 0,24 частини (мас.) H₂O і 3,34 частини (мас.) HNSO₅. Розраховуючи Ф потрібно виходити з активного складу суміші (без оксидів азоту й нітропродуктів):

, (1.3)

де а – кількість N₂O₃ у кислотній суміші, % (мас.); b – кількість розчиненого нітропродукту, % (мас.).

Цю формулу можна застосовувати у виробництві для розрахунку Ф за результатами аналізу відпрацьованої кислоти Ф_{вих.суміші} = Ф_{відпр.кислоти} , отриманої після використання цієї суміші, тільки в тому випадку, якщо під час нітрування не відбувалися окисні процеси.

Приклад розрахунку складу кислотних сумішей: необхідно приготувати G кг кислотної суміші, що містить N% HNO₃, % H₂SO₄ і % H₂O із кислотних сумішей I, II і III, що містять S₁,S₂ і S₃% H₂SO₄; N₁,N₂ і N₃% HNO₃; W₁,W₂ і W₃% H₂O відповідно. Припустимо, що для виконання поставленого завдання необхідно змішати X кг суміші I, Y кг суміші II і Z кг суміші III. У цьому випадку можна скласти такі рівняння:

X+Y+Z=G (баланс за масою суміші)

XS₁+YS₂+ZS₃=GS (баланс за масою сірчаної кислоти)

XN₁+YN₂+ZN₃=GN (баланс за масою азотної кислоти)

XW₁+YW₂+ZW₃=GW (баланс за масою води).

Спільний розв'язок цієї системи рівнянь дозволяє знайти шукані величини. Аналогічно можуть бути розраховані оцтово-азотні й інші кислотні суміші.