Лекция № 7 Химическая технология серной кислоты
Вопросы.
1.Общие сведения.
1.1. Значение и применение серной кислоты.
1.2. Свойства серной кислоты.
1.3. Сырьевые источники.
1.4. Промышленные сорта серной кислоты.
1.5. Способы получения серной кислоты.
2. Производство серной кислоты.
2.1. Основные стадии производства серной кислоты.
2.2. Получение диоксида серы SO2.
3. Получение SO2 из флотационного колчедана.
3.1. Основные стадии получения диоксида серы..
3.2. Физико-химические основы обжига пирита.
3.3. Очистка обжигового газа от пыли.
3.4. Специальная (тонкая) очистка обжигового газа.
3.5. Осушка газа.
3.6. Принципиальная схема производства.
1. Общие сведения.
1.1 Значение и применение серной кислоты.
Серная кислота – это один из самых крупнотоннажных продуктов промышленного производства. Серной кислоты получают больше, чем азотной, соляной, уксусной и других кислот вместе взятых.
Во всём мире более полутора тысяч установок серной кислоты и производят они около 160 млн. т серной кислоты.
Серная кислота применяется практически во всех отраслях промышленности. Наибольшее её количество расходуется на следующие производства:
минеральные удобрения (40 – 50%)
взрывчатые вещества
минеральные кислоты и соли.
Она применяется:
для очистки нефтепродуктов
в металлообработке
в производстве органических соединений
красителей
химических волокон и т.д.
Крупными производителями серной кислоты являются Япония и Германия.
1.2 Свойства серной кислоты.
Большое разнообразие областей применения связано с комплексом её свойств. Серная кислота самая дешевая из кислот, она не дымит, не имеет запаха. При обычных условиях это жидкость. В концентрированном состоянии она не способна разрушать черные металлы, что удобно для её использования и транспортировки.
В технике под «серной кислотой» подразумеваются любые смеси триоксида серы с водой:
mSO3 + nH2O = H2SO4.
При m = n = 1 получается моногидрат, или 100%-я H2SO4 (плотность 1850 т/м3 или 1,85 г/см3 или 1850 кг/дм3).
Если m < n, то образуется разбавленная серная кислота,
если m > n, то – олеум.
Изучите диаграммы состояния «состав – свойства» (Рис. 15 и 16).
На рисунке (Рис.15) представлена диаграмма кристаллизации системы H2O – SO3.
Часть диаграммы (слева) представляет зависимость температуры кристаллизации серной кислоты от её концентрации, другая часть (справа) представляет зависимость температуры кристаллизации олеума от содержания в нём триоксида серы.
Рис.15. Диаграмма кристаллизации системы H2O – SO3
Из рисунка видно, что на кривой имеется несколько экстремумов. Наличие максимумов свидетельствует о том, что с водой триоксид серы образует ряд соединений. Каждая максимальная точка соответствуют определённому соединению. Точки минимумов показывают, при каком соотношении H2O и SO3 имеет место минимальная температура замерзания смеси.
С учётом этих данных товарные сорта серной кислоты и олеума производят в виде эвтектических смесей, имеющих меньшую температуру кристаллизации. Благодаря этому уменьшается вероятность замерзания готового продукта при снижении температуры в условиях производства, хранения и транспортировки.
Чтобы уменьшить возможность кристаллизации серной кислоты при перевозке и хранении, товарные сорта должны иметь такую концентрацию, которая соответствует достаточно низкой температуре её кристаллизации (левая часть диаграммы). Так, башенная кислота (75% H2SO4) имеет температуру замерзания (–41ºС), а контактная кислота (92,5% H2SO4) имеет температуру замерзания (–35 ºС).
Аналогично выбирают товарные сорта олеума (правая часть диаграммы). Так 20%-й олеум имеет температуру кристаллизации (–11ºС), а 65%-й олеум имеет (–0,35ºС).
Эти данные имеют большое практическое значение, так как во многих процессах и в производстве самой серной кислоты используется серная кислота различной концентрации. Кроме того, необходимо учитывать, что поскольку оборудование цехов в большинстве случаев размещено на открытой площадке, имеется опасность кристаллизации серной кислоты.
Температура кипения серной кислоты также зависит от её концентрации. На рисунке (Рис. 16) представлена диаграмма кипения раствора серной кислоты (левая часть диаграммы) и олеума (правая часть диаграммы).
Рис.16 Диаграмма кипения раствора серной кислоты и олеума
Из рисунка видно, что смесь, содержащая 98,3% H2SO4, является азеотропной (состав её жидкой и паровой фаз одинаковый). При небольших отклонениях концентрации серной кислоты от азеотропной точки, состав её жидкой и газовой фаз значительно отличается.
Серная кислота является сильным окислителем.
Концентрированная и разбавленная кислоты с металлами взаимодействует по-разному.
Концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы.
При повышенных температурах пары серной кислоты диссоциируют
H2SO4 ↔ SO3 + Н2О,
а выше 400 ºС диссоциация почти полная.
При дальнейшем нагревании триоксид серы разлагается по реакции
2SO3 → 2SO2 + O2,
а при температуре выше 1000 ºС – почти полностью, что используется для получения серной кислоты из отработанной.