- •Товароведение химической продукции технического назначения
- •Предисловие
- •Глава 1. Основные понятия химической технологии
- •1 Обще сведения о химико-технологическом процессе
- •1.2 Классификация химико-технологических процессов
- •1.3 Равновесие в химико-технологических процессах
- •1.4 Понятие о скорости химико-технологических процессов
- •1.5 Материальный и энергетический балансы
- •Глава 2. Технология производства и потребительские свойства минеральных кислот
- •2.1 Общие сведения о неорганических кислотах
- •2.2 Технология производства и потребительские свойства серной кислоты
- •2.3 Технология производства и потребительские свойства азотной кислоты
- •2.4 Технология производства и потребительские свойства фосфорной кислоты
- •2.5 Технология производства и потребительские свойства соляной кислоты
- •Глава 3. Технология производства и потребительских свойства минеральных удобрений
- •3.1 Значение минеральных удобрений для нтенсификации сельскохозяйственного производства
- •3.2 Классификация удобрений
- •3.3 Качество минеральных удобрений
- •3.4 Технология производства и потребительские свойства азотных удобрений
- •3.5 Технология производства и потребительские свойства фосфорных удобрений
- •1)Обработка природного фосфата фосфорной кислотой 2) сушка полученной пульны 3) получение пастообразной массы двойного суперфосфатат
- •4)Измельчение двойного муперфосфата 5)классификация двойного суперфосфата
- •3.6 Технология производства и потребительские свойства калийных удобрений
- •1)Измельчение сильвинита 2) обработка сельвинита маточным раствором
- •3) Отделение щелока от осадка NaCl
- •4) Охлаждение щелока 5) выделение кристаллов хлорида калия
- •6) Сушка хлорида калия
- •3.7. Технологии производства и потребительские свойства комплексных удобрений
- •3.7.1. Сложные удобрения.
- •3.8 Упаковка, хранение и транспортировка минеральных удобрений (гост 23954-80)
- •Глава 4. Технология переработки и потребительские свойства продукции топливной промышленности
- •4.1 Общие сведения о топливе, основные характеристики топлива, определяющие его качество
- •4.2 Технология переработки и потребительские свойства продукции переработки твердого топлива
- •4.2.1 Состав, свойства и классификация ископаемых углей
- •4.2.2 Способы переработки твердого топлива
- •4.2.3 Некоторые продукты коксования. Требования к качеству согласно госТам
- •4.2.4 Условия поставки, хранения и транспортировки твердого топлива
- •4.2.5 Перспективы использования твердого топлива
- •4.3 Технология переработки и потребительские свойства продукции переработки жидкого топлива
- •4.3.1 Значение нефти и нефтепродуктов в народном хозяйстве
- •4.3.2 Состав, свойства и классификация нефтей
- •4.3.3 Добыча нефти, подготовка ее к переработке, способы переработки нефти и нефтепродуктов
- •4.3.4 Классификация нефтепродуктов
- •4.3.5 Характеристика моторных топлив. Требования к качеству согласно госТам
- •4.3.6 Котельное топливо. Основные показатели качества согласно госТам
- •4.3.7 Получение товарных бензинов для двигателей внутреннего сгорания
- •4.3.8 Условия поставки, хранения и транспортировки жидкого топлива. Правила безопасности
- •4.3.9 Перспективные виды топлива, альтернативные жидкому
- •4.4 Технология переработки и потребительские свойства газового топлива
- •4.4.1 Состав и свойства газового топлива
- •4.4.2 Правила приема, маркировки, упаковки, транспортировки и хранения газового топлива
- •Глава 5. Основы технологии и потребительские свойства полимерных материалов
- •5.1. Общие сведения о полимерных материалах
- •5.2 Методы синтеза высокомолекулярных соединений.
- •5.3 Технология производства и потребительские свойства пластических масс.
- •5.3.1 Классификация и свойства пластмасс.
- •5.3.2 Полимеризационные пластмассы.
- •5.3.3 Поликонденсационные пластмассы
- •5.4 Технология производства и потребительские свойства каучука и резины.
- •5.4.1 Характеристика важнейших видов каучуков.
- •5.4.2 Резина и изделия на ее основе.
- •5.5 Технология производства и потребительские свойства химических волокон.
- •5.5.1 Полимеризационные волокна.
- •5.5.2 Поликонденсационные волокна.
- •5.6 Области применения полимерных материалов.
Глава 2. Технология производства и потребительские свойства минеральных кислот
2.1 Общие сведения о неорганических кислотах
Кислотами называются химические соединения, содержащие в своём составе атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов. В воде большинство кислот (НА) распадается (диссоциирует) на ионы водорода (Н+) и кислотного остатка (А-).
НА Н+ + А-
По степени диссоциации в воде различают сильные, практически полностью распадающиеся на ионы (азотная, соляна, серная), средние (фосфорная, плавиковая) и слабые, практически не диссоциирующие в воде кислоты (уксусная, борная). Кислоты можно обнаружить по изменению цвета некоторых веществ – индикаторов. Например, лакмус в кислотах – красный, фенолфталиен – бесцветный, метилоранж – оранжевый.
Кислоты оказывают сильное действие на организм человека и животных, т.к. обладают водоотнимающим действием и, изменяя щелочную реакцию протоплазмы живой клетки на кислую, осаждают белки. Действие кислоты на живой организм зависит от вида и концентрации кислоты. Под действием кислот может происходить раздражение и полное разрушение тканей.
В контакте с кислотами многие металлы подвергаются коррозии. Для защиты от разрушения применяют стойкие к действию кислот металлы, сплавы, силикатные и полимерные материалы. Для эти х же целей в кислоты иногда вводят специальные вещества – ингибиторы, которые уменьшают или устраняют коррозионное действие кислоты. Различают органические и неорганические кислоты.
По масштабам производства неорганические кислоты значительно превосходят органические. Они широко применяются во многих отраслях промышленности. Среди неорганических кислот наибольшее распространение в народном хозяйстве получили серная и азотная кислоты.
2.2 Технология производства и потребительские свойства серной кислоты
Серная кислота является одним из основных продуктов химической промышленности и широко применяется во многих производствах. Она принадлежит к числу сильных неорганических кислот и является самой дешёвой из них (более чем в 2 раза дешевле азотной и соляной кислот).
Основное количество серной кислоты расходуется на производство минеральных удобрений (суперфосфата, сульфата аммония, нитрофоса, нитрофоски и др.). Вторым по величине потребителем является нефтепереработка, где серная кислота расходуется для очистки нефтепродуктов. Большие количества кислоты используются в металлургии цветных металлов, в гальванотехнике, в производстве других кислот (соляной, фосфорной, плавиковой, борной, хромовой, уксусной, лимонной и др.), для получения сульфатов металлов, простых и сложных эфиров, крахмала, сахара, для дубления кож, для снаряжения аккумуляторов и многих других целей. В смеси с азотной кислотой серная кислота используется для нитрования органических соединений при получении взрывчатых веществ и красителей.
В технике под серной кислотой понимают любые смеси оксида серы (VI) с водой. Состав такой «серной кислоты» можно отразить формулой
x H2O + y SO3 (где x,y > 0).Если соотношение> 0 – имеют дело с водным раствором серной кислоты, если0 – с олеумом, раствором оксида серы (VI) в серной кислоте.
Безводная серная кислота или моногидрат при 200С представляет собой маслянистую жидкость с плотностью 1820 кг/м3. Температура кристализации моногидрата +10, 450С, кипения +296,20С при атмосферном давлении.
С водой и оксидом серы (VI) серная кислота смешивается в любых соотношениях, образуя промежуточные соединения состава H2SO4*nH2O ( где n=4.2,1) и H2SO4*mSO3 (где m= 1,2). Рассматривая химические свойства серной кислоты, следует различать поведение разбавляемой и концентрированной кислот. Так, разбавленная кислота реагирует со всеми (за исключением свинца) металлами, стоящими в ряду активности правее водорода.
На поверхности свинца в контакте с разбавленной серной кислотой образуется плотная нерастворимая в кислоте плёнка сульфата, препятствующая дальнейшему растворению металла.
Концентрированная же серная кислота, обладая сильным окислительным действием, реагирует с металлами не непосредственно, а через промежуточную стадию образования оксида. В результате взаимодействия образуются сульфаты соответствующих металлов, оксид серы (IV) и вода.
По действием концентрированной кислоты легко (особенно при нагревании) растворяются такие металлы, стоящие в ряду активности после водорода, как медь, ртуть, серебро и другие. В то же время железо, хром, алюминий и даже кальций не разрушаются концентрированной кислотой, т.к. образующиеся на поверхности этих металлов оксидные плёнки имеют более плотную структуру и препятствуют непосредственному контакту металлов с кислотой. Это явление получило название пассивирования.
Концентрированная кислота и олеум отличаются высоким сродством к воде. При смешивании их с водой выделяется большое количество тепла. Сильное водоотнимающее действие серной кислоты проявляется в её способности поглощать пары воды из воздуха. На этом основано применение концентрированной серной кислоты для сушки газов.
Многие органические соединения в контакте с концентрированной серной кислотой, теряя воду, обугливаются.
Устойчивыми к действию серной кислоты являются эмали (до температуры кипения растворов любых концентраций, винипласт (до 600С при действии 80%-ной H2SO4), полиизобутилен (до 20-600С в зависимости от концентрации кислоты), полиэтилен (до 800С при действии 70%-ной кислоты), фторопласт – 4 (до 2500С). При нагревании до 4000С серная кислота практически полностью диссоциирует на воду о оксид серы (VI).
Серную кислоту в настоящее время производят двумя способами: контактным и нитрозным, или башенным.
В основе контактного способа лежит реакция окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI), протекающая на поверхности твёрдого катализатора
2SO2 + O2 2SO3 + Q1
Образовавшийся оксид серы (VI), поглощаясь водой, превращается в серную кислоту
SO3 + H2O H2SO4 +Q2
Сущность нитрозного способа состоит в окислении оксида серы (IV) смесью оксидов азота NO2 и N2O3 в присутствии воды. Не разбирая подробно механизма этого сложного процесса, представим его следующей схемой:
SO2 + NO2 (N2O3) + H2O H2SO4 + NO (2NO)
Нитрозный способ по сравнению с контактным обладает рядом недостатков: во первых, он не позволяет получить серную кислоту с концентрацией больше 75%, во-вторых, получаемая кислота содержит много примесей и пригодна только для производства минеральных удобрений, наконец, производство кислоты нитрозным способом связано с выбросом в атмосферу большого количества оксидов азота, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду. В связи с этим в нашей стране прекращено строительство сернокислых заводов, работающих по нитрозному способу, и более 90% производимой серной кислоты получают на контактных установках.
В качестве сырья для получения серной кислоты, в принципе, могут быть использованы любые вещества, содержащие серу. Чаще других используется серный колчедан FeS2 (около 45% производимой серной кислоты), элементарная сера, отходящие газы заводов цветной металлургии и газы нефтедобычи и нефтепереработки. В последние годы наметилась тенденция увеличения доли отходящих газов цветной металлургии и попутных газов нефтедобычи в общем балансе сырья для производства серной кислоты.
Технологический процесс производства серной кислоты контактным способом включает четыре основные стадии: обжиг серусодержащего сырья, очистка обжигового газа, контактное окисление оксида серы (IV) и абсорция оксида серы (VI).
Учитывая, что основным источником сырья для производства серной кислоты в нашей стране является серный колчедан, блок-схему контактного способа производства серной кислоты упрощённо можно представить следующим образом (рис.2.1).
SO2*
примеси
SO2
O2
H2O
SO3
H2SO4
SO2*- обжиговый газ с примесями
Рис. 2.1. Блок-схема технологического процесса производства серной кислоты: 1) обжиг серусодержащую сырья; 2) очистка обжигового газа от примесей; 3) контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI); 4) поглощение оксида серы VI водой и получение серной кислоты.
Обжиг серного колчедана, протекающий по уравнению реакции 4 FeS2 + 1102 = 2 Fe2O3 + 8SO2 + Q, является типичным гетерогенным процессом. Для его осуществления используются печи трех типов: механические полочные, печи пылевидного обжига и печи кипящего слоя (КС). Последние являются наиболее эффективными и постепенно становятся основным видом оборудования для обжига серного колчедана. Оптимальные условия обжига колчедана выбираются с учётом установленных экспериментально зависимостей скорости реакции, от размеров частиц обжигаемого колчедана, температуры и потока воздуха, подаваемого в печь.
На второй стадии обжиговый газ очищается от механических примесей и оксидов селена и мышьяка в скрубберах и электрофильтрах (стадия 2). Контактное окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) (стадия 3) является обратимым, гетерогенно-каталитическим, экзотермическим процессом, протекающим с уменьшением газового объёма. В реальных условиях процесс контактного окисления ведут в политермическом режиме, начиная при относительно высоких температурах и заканчивая при относительно низких температурах. В промышленности нашли распространение полочные контактные аппараты и аппараты с кипящим слоем катализатора. Наиболее эффективными катализаторами оказались ванадиевые контактные массы, состоящие из оксида ванадаия (V), нанесённого на пористые носители.
Заключительная стадия (стадия 4) процесса осуществляется в скрубберах с насадкой, орошаемых в начале олеумом, а затем 98,3%-ной серной кислотой, имеющей наивысший коэффициент поглощения SO3. Процесс абсорции проводят при температурах 30…600С при атмосферном давлении. Качество выпускаемой в настоящее время серной кислоты регламентируется четырьмя государственными стандартами. В таблице 2.1. приведены некоторые технические требования, предъявляемые к серной кислоте государственными стандартами 2184-77 (Кислота серная техническая), 667-73 (Кислота серная аккумуляторная), 4204-77 (Кислота серная) и 14262-78 (Кислота серная особой чистоты). В каждом из ГОСТов подробно описываются методы, с помощью которых определяются физико-химические свойства серной кислоты.
Поскольку серную кислоту производят на заводах, действующих по непрерывным схемам, а отгрузка кислоты производится периодически, то на каждом заводе имеются склады готовой продукции
Серная кислота хранится в вертикальных цилиндрических резервуарах ёмкостью до 3000 м3, изготовленных из листов стали. Суммарная ёмкость резервуаров должна быть не менее десяти суточного объёма производства кислоты. Обычно устанавливают несколько баков, чтобы их можно было периодически осматривать и ремонтировать, не останавливая завод. Вдоль резервуаров прокладывается железнодорожный путь.
Концентрированную серную кислоту и олеум хранят в нефутерованных резервуарах, а разбавленную и особо чистую – в резервуарах, футерованных изнутри кислотоупорной керамикой.
Резервуары размещаются в помещениях или под навесами, защищающими верхнюю часть баков, где расположены люки, вентили, сифоны, от атмосферных осадков. В северных районах, где температура может опускаться ниже температуры кристаллизации кислоты, баки готовой продукции размещают в утеплённых помещениях.
Большое количество серной кислоты транспортируется в железнодорожных цистернах грузоподъёмностью до 60 т, а небольшие партии местным потребителям доставляют в стеклянных бутылях ёмкостью 30-45 л. Аккумуляторную и реактивную кислоту можно разливать также в стеклянные бутыли ёмкостью до 1 л.
Концентрированную серную кислоту и олеум перевозят в нефутерованных стальных ёмкостях. Для аккумуляторной и улучшенной кислоты используют кислостойкие стали. Разбавленную кислоту перевозят в стальных ёмкостях футерованных изнутри свинцом, полиизобутиленом, винипластом или другим кислотостойким материалом.Стеклянные бутылки с кислотой помещают в корзины или обрешётки, заполненные стружкой.
Таблица 2.1. – Физико-химические свойства серной кислоты
ГОСТ |
Показатели
Физико-химические свойства серной кислоты |
Внешний вид |
Массовая доля моногидрата,% |
Массовая доля свободного окисла серы (VI), % |
Массовая доля железа, %, не более |
Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
2184-77 |
1. Контактная улучшенная (высший сорт) |
- |
92,5-94,0 |
- |
0,007 |
0,02 |
2. Контактная улучшенная (1-й сорт) |
- |
92,5-94,0 |
- |
0,015 |
0,03 | |
3. Контактная техническая (1-й сорт) |
- |
92,5 |
- |
0,02 |
0,05 | |
4. Контактная техническая (2-й сорт) |
- |
92,5 |
- |
0,1 |
- | |
5. Олеум улучшенный (высший сорт) |
Механических примесей нет |
- |
24 |
0,007 |
0,02 | |
6. Олеум улучшенный (1-й сорт) |
Маслянистая жидкость с опалесценцией |
- |
24 |
0,01 |
0,03 | |
7. Олеум технический |
- |
- |
19 |
- |
- | |
8. Башенная |
- |
75 |
- |
0,05 |
0,3 | |
9. Регенерированная |
- |
91 |
- |
0,2 |
0,4 | |
667-73 |
10. Аккумуляторная (высший сорт) |
- |
92-94 |
- |
0,005 |
0,02 |
11. Аккумуляторная (1-й сорт) |
- |
92-94 |
- |
0,006 |
0,03 | |
12. Аккумуляторная (2-й сорт) |
- |
92-94 |
- |
0,012 |
0,04 | |
4204-77 |
13. Реактивная (ч) |
- |
- |
- |
- |
- |
14. Реактивная (х.ч.) |
- |
- |
- |
- |
- | |
15. Реактивная (ч.д.а.) |
- |
- |
- |
- |
- | |
14262-78 |
16.Особой чистоты (осч 20-4) |
Неотличима от дистиллированной воды в пробирке диаметром 20 мм |
93,5-95,5 |
- |
2*10-6 |
5*10-4 |
17. Особой чистоты (осч 11-5) |
93,5-95,5 |
- |
3*10-6 |
5*10-4 | ||
18. Особой чистоты (осч 5-5) |
93,5-95,5 |
- |
1*10-5 |
5*10-4 |