2. Виробництво кислот

Хімічна промисловість випускає тисячі хімічних продуктів, один з яких - сірчана кислота - відіграє важливу роль. Завдя­чуючи її властивостям, а також у зв'язку з тим що вона значно де­шевша інших кислот, сірчану кислоту широко використовують як в хімічній промисловості, так і в металообробній, нафтопере­робній та в інших галузях промисловості (виробництво мінераль­них добрив, синтез барвників і лікарських речовин, металургія, виробництво солей та кислот та ін.). Сірчану кислоту справедли­во називають фундаментом хімічної промисловості.

Сірчана кислота реагує з багатьма органічними сполуками. Цю властивість використовують для очищення бензину і гасу від шкідливих домішок, які утворюють з сірчаною кислотою сполу­ки, які не розчинюються в нафтопродуктах. Сірчану кислоту ши­роко використовують в виробництві багатьох хімічних волокон, миючих засобів, вибухових речовин, барвників, її використову­ють для сушки газів, для очищення поверхні металів від окислів металів перед нікелюванням та іншими подібними процесами.

Протягом двохсот років, які промайнули від початку промис­лового виробництва сірчаної кислоти, область її застосування змінилась. Обсяги виробництва сірчаної кислоти безперервно зростають.

Виробництво сірчаної кислоти. Сировиною для виробництва сірчаної кислоти є сірка, сірко­вий колчедан та сірководень, спалюючи які одержують оксид сірки (IV) SО₂. Сировиною служать відходи (оксид сірки) ви­робництва багатьох відомих металів, коксу (коксовий газ) та інші. Таким чином поряд з природною сировиною для виробництва сірчаної кислоти можливе використання також різних відходів інших виробництв. Формула сірчаної кислоти Н₂SО₄

Технологія:

Перша стадія виробництва сірчаної кислоти — отримання оки­су сірки (IV)

Сірча­ний колчедан подають стрічковим конвейєром до бункера, а потім до печі, в яку безперервно вдувається повітря. Температу­ра в печі повинна бути на менш ніж 800 °С. так як при більш високій температурі частинки твердого матеріалу по­чинають спікатися і утворюють грудочки. Температуру регулю­ють, проводячи реакцію з деяким надлишком повітря. Окрім то­го поміщають в реакційний апарат трубки парового котла. Утво­рена водяна пара використовується для виробництва електрое­нергії, або для інших цілей.

4 FеS₂ + 11О₂ = 2 Ре₂О₃ + 8 SО₂ + Q

Сучасні потужні установки обладнані автоматично діючими і записуючими контрольно — вимірювальними апаратами, через які можна отримати всі необхідні дані. Оптимальний режим підтримується на основі даних цих приборів, автоматичними за­собами, які, наприклад, можуть знизити температуру в зоні ре­акції, збільшити подачу повітря.

Друга стадія — окислення оксиду сірки (IV)

Оксид сірки (IV) потрібно окислити в окис сірки (VI):

2SО₂ + О₂ = 2 SО₃ + Q

Окислення здійснюється при 400 °С. при цьому може окислюватись максимально 99,2% окису сірки (IV), при 600 °С — лише 73%. Для збільшення швидкості цієї реакції використовують в якості каталізатора (найбільш ефективного) окис ванадію (V).

При обпалюванні ванадію отримують газову суміш, яка наси­чена пилом та отруйними речовинами. Цю газову суміш очищу­ють циклотроном і електрофільтром. В циклотроні частинки пи­лу видаляються із газової суміші під дією відцентрової сили.

Осушують газову суміш шляхом взаємодії з концентрованою Н₂SО₄ в спеціальних сушильних вежах. В такій башті рідина і газ рухаються протитечійно Кислота зв'язується з водою і тому ступінь сушіння газу високий. Очищений газ нагрівають до температури початку реакції. Доцільно використовувати теплоту окислення окису сірки (ІУ). Таке підігрівання газу відбувається в трубчастому теплообміннику.

Окис сірки (VI), який утворився в контактному апараті потрібно витягнути із газової суміші в якій об'ємна доля складаї 7%, і отримати концентровану Н₂SО₄ або розчин окису сірки (VI) в сірчаній кислоті — олеум.

Н₂SО₄ утворюється з окису сірки (VI):

SО₃ + Н₂О = Н_2SО₄ + Q

Реакція відбувається при температурі 300 °С. В якості ре­акційного апарату використовують башту з насадкою із з противотечійним рухом газової суміші і поглинаючою окис сірки (VI) рідиною. При цьому миттєво утворюється пара сірчаної кислоти. Газова суміш виявляється перенасиченою пароподібною Н₂SО₄