Назначение и уравненяи реакций

Очищенный обжиговый газ перед поступлением в Теплообменник контактный аппарат нагревают за счет теплоты

газов, выходящих из контактного аппарата.

2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q

В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):

• температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500оС. Для

того чтобы увеличить скорость реакции при столь контактный аппарат низкой температуре в реакцию вводят

катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.

• давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.

Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся

оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата

и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

Получение H2SO4 протекает в поглотительной

башне.

Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того,

чтобы не образовывался сернокислотный туман, Поглотительная башня используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в

такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.

nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3

Образовавшийся олеум сливают в металлические

резервуары и отправляют на склад. Затем

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота.

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

H2SO4 H+ + HSO4–

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO4– H+ + SO42–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например, серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

H2SO4 + MgO → MgSO4 + H2O

Еще пример: при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

H2SO4 + КОН → KHSО4 + H2O

H2SO4 + 2КОН → К2SО4 + 2H2O

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 6H2O

Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например, серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Н2SO4 + 2NaHCO3 → Na2SO4 + CO2 + H2O

Или с силикатом натрия:

H2SO4 + Na2SiO3 → Na2SO4 + H2SiO3

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

NaNO3 (тв.) + H2SO4 → NaHSO4 + HNO3

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например, хлорида натрия:

NaCl(тв.) + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

4. Также серная кислота вступает в обменные реакции с солями. Например, серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2HCl

5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например, серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

H2SO4(разб.) + Fe → FeSO4 + H2

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

H2SO4 + NH3 → NH4HSO4

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO2. С

активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н2S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr

пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

6H2SO4(конц.) + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

6H2SO4(конц.) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

3Mg + 4H2SO4 → 3MgSO4 + S + 4H2O

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком

концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

5H2SO4(конц.) + 4Zn → 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O

При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например, концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

5H2SO4(конц.) + 2P → 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O

2H2SO4(конц.) + С → СО2↑ + 2SO2↑ + 2H2O 2H2SO4(конц.) + S → 3SO2 ↑ + 2H2O

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

3H2SO4(конц.) + 2KBr → Br2↓ + SO2↑ + 2KHSO4 + 2H2O 5H2SO4(конц.) + 8KI → 4I2↓ + H2S↑ + K2SO4 + 4H2O H2SO4(конц.) + 3H2S → 4S↓ + 4H2O

Химические свойства

1. Сернистая кислота H2SO3 в водном растворе –

двухосновная кислота средней силы. Частично диссоциирует по двум ступеням:

H2SO3 ↔ HSO3– + H+

HSO3– ↔ SO32– + H+

2. Сернистая кислота самопроизвольно распадается на диоксид серы и воду:

H2SO3 ↔ SO2 + H2O

Сульфаты таких металлов, как медь Cu, алюминий Al, цинк Zn, хром Cr, железо (II) Fe подвергаются термическому разложению на оксид металла, диоксид серы SO2 и кислород O2;

2CuSO4 → 2CuO + SO2 + O2 (SO3)

2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2 2ZnSO4 → 2ZnO + SO2 + O2

2Cr2(SO4)3 → 2Cr2O3 + 6SO2 + 3O2

При разложении сульфата железа (II) в FeSO4 Fe (II) окисляется до Fe (III)

4FeSO4 → 2Fe2O3 + 4SO2 + O2

Сульфаты самых тяжелых металлов разлагаются до металла.

3. За счет серы со степенью окисления +6 сульфаты проявляют окислительные свойства и могут взаимодействовать с восстановителями.

Например, сульфат кальция при сплавлении реагирует с углеродом с образованием сульфида кальция и угарного газа:

CaSO4 + 4C → CaS + 4CO

Азот

Впромышленности азот получают, буквально, из воздуха. При промышленном производстве очень важно, чтобы сырье было дешевым и доступным. Воздуха много и он пока бесплатный.

Используются различные способы выделения азота из воздуха — адсорбционная технология, мембранная и криогенная технологии. Адсорбционные методы разделения воздуха на компоненты основаны на разделения газовых сред в азотных установках лежит явление связывания твёрдым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси.

Основным принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через вещество мембраны. Движущей силой разделения газов является разница парциальных давлений на различных сторонах мембраны.

Воснове работы криогенных установок разделения воздуха лежит метод разделения газовых смеси, основанный на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей.