Сярна киселина. Окислителни свойства на сярната киселина

H2SO4, лат. Acidum sulfuricum е силна двуосновна киселина с моларна маса около 98 g/mol.

Чистата сярна киселина е безцветна, без мирис, разяждаща маслена течност с плътност 1,84 g/cm3, която се превръща в твърда кристална маса при 10,4°C. Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се повишава с увеличаване на концентрацията й и достига максимум при съдържание от около 98% H2SO4.

Концентрираната сярна киселина реагира много бурно с водата, тъй като се отделя голямо количество топлина (19 kcal на мол киселина) поради образуването на хидрати. Поради тази причина сярната киселина винаги трябва да се разрежда чрез изливане във вода, а не обратното.

Сярна киселинаима висока хигроскопичност, тоест абсорбира добре водните пари от въздуха, поради което може да се използва за изсушаване на газове, които не реагират с него. Хигроскопичността обяснява овъгляването органична материя, например захар или дърво, когато са изложени на концентрирана сярна киселина. В този случай се образуват хидрати на сярна киселина. Освен това, поради ниската си летливост, той се използва за изместване на други, по-летливи киселини от техните соли.

Концентрираната сярна киселина е силен окислител. Той окислява метали в серията напрежения до сребро включително, а продуктите на реакцията зависят от условията на неговото изпълнение и активността на самия метал. Образува две серии соли: средни - сулфати и кисели - хидросулфати, както и етери.

Разредената сярна киселина взаимодейства с всички метали, които са в електрохимичната серия от напрежения вляво от водорода (H), с освобождаването на H2, окислителните свойства не са типични за нея.

В промишлеността сярната киселина се произвежда по два метода: контактен метод с използване на твърди катализатори (контакти) и азотен метод с азотни оксиди. Суровините са сяра, метални сулфиди и др. Произвеждат се няколко степени на киселина в зависимост от чистотата и концентрацията: батерия (най-чистата), техническа, кула, витриол, олеум (разтвор на серен анхидрид в сярна киселина).

Приложение на сярна киселина:

• Производството на минерални торове е най-голямата област на приложение
• електролит в оловни батерии
• Производство на синтетични детергенти, багрила, пластмаси, флуороводород и други реактиви
• Обогатяване на руди в минната промишленост
• Рафиниране на нефтопродукти
• Металообработваща, текстилна, кожарска и други индустрии
• Производство на лекарства
• AT Хранително-вкусовата промишленострегистриран като хранителна добавка E513
• Промишлен органичен синтез

Използването на сярна киселина в промишлеността

Хранително-вкусовата промишленост е запозната със сярната киселина под формата на хранителна добавка E513. Киселината действа като емулгатор. Тази хранителна добавка се използва при производството на напитки. Помага за регулиране на киселинността. В допълнение към храната, E513 е част от минералните торове. Използването на сярна киселина в промишлеността е широко разпространено. Промишленият органичен синтез използва сярна киселина за извършване на следните реакции: алкилиране, дехидратация, хидратация. Тази киселина възстановява необходимо количествосмоли върху филтри, които се използват при производството на дестилирана вода.

Използването на сярна киселина в ежедневието

Сярната киселина у дома е търсена сред шофьорите. Процесът на приготвяне на електролитен разтвор за автомобилна батерия е придружен от добавяне на сярна киселина. Когато работите с тази киселина, трябва да запомните правилата за безопасност. Ако киселината попадне върху дрехи или открита кожа, изплакнете незабавно с течаща вода. Сярната киселина, която се е разляла върху метал, може да се неутрализира с вар или креда. При зареждане на автомобилна батерия е необходимо да следвате определена последователност: постепенно добавяйте киселина към водата, а не обратното. Когато водата реагира със сярна киселина, течността става много гореща, което може да доведе до пръскане. Затова трябва да бъдете особено внимателни течността да не попадне върху лицето или очите ви. Киселината трябва да се съхранява в плътно затворен съд. Важно е химикалът да се съхранява на място, недостъпно за деца.

Използването на сярна киселина в медицината

Солите на сярната киселина се използват широко в медицината. Например, магнезиев сулфат се предписва на хора, за да се постигне слабителен ефект. Друго производно на сярната киселина е натриевият тиосулфат. Лекарствоизползва се като антидот в случай на приложение на следните вещества: живак, олово, халогени, цианид. Натриев тиосулфат заедно с солна киселинаизползвани за лечение на дерматологични заболявания. Професор Демянович предложи обединяването на тези две лекарства за лечение на краста. Под формата на воден разтвор натриевият тиосулфат се прилага при хора, страдащи от алергични заболявания.

Магнезиевият сулфат има широк спектър от възможности. Поради това се използва от лекари от различни специалности. Като спазмолитик, магнезиевият сулфат се прилага при пациенти с хипертония. Ако човек има заболявания на жлъчния мехур, веществото се прилага перорално, за да се подобри жлъчната секреция. Употребата на сярна киселина в медицината под формата на магнезиев сулфат в гинекологичната практика е често срещана. Гинеколозите помагат на родилките, като прилагат интрамускулно магнезиев сулфат, по този начин обезболяват раждането. В допълнение към всички горни свойства, магнезиевият сулфат има антиконвулсивен ефект.

Използването на сярна киселина в производството

Сярната киселина, чиито области на приложение са разнообразни, се използва и в производството на минерални торове. За по-удобно сътрудничество фабриките, които произвеждат сярна киселина и минерални торове, са разположени предимно близо една до друга. Този момент създава непрекъснато производство.

Използването на сярна киселина в производството на багрила и синтетични влакна е второто по разпространение след производството на минерални торове. Много индустрии използват сярна киселина в някои производствени процеси. Използването на сярна киселина намери търсене в ежедневието. Хората използват химикала за обслужване на колите си. Възможно е да закупите сярна киселина в магазини, които са специализирани в продажбата химически вещества, включително нашата връзка. Сярната киселина се транспортира в съответствие с правилата за превоз на такива товари. Железопътният или автомобилният транспорт транспортира киселина в подходящи контейнери. В първия случай резервоар действа като контейнер, във втория - варел или контейнер.

Характеристики на приложение и биологична опасност

Сярната киселина и близките до нея продукти са изключително токсични вещества, които са класифицирани като II клас на опасност. Изпаренията им засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, често - ларингит, трахеит, бронхит. Максимално допустимата концентрация на пари на сярна киселина във въздуха на работната зона на промишлените помещения е 1 mg/m3. Работещите с токсични киселини се осигуряват с гащеризони и лични предпазни средства. Концентрираната сярна киселина, ако се борави небрежно, може да причини химически изгаряния.

При поглъщане на сярна киселина веднага след поглъщането се появяват остри болки в устата и целия храносмилателен тракт, силно повръщане, примесено първо с алена кръв, а след това с кафяви маси. Едновременно с повръщането започва силна кашлица. Развива се рязко подуване на ларинкса и гласните струни, което води до тежки затруднения в дишането. Зениците се разширяват, а кожата на лицето придобива тъмно син цвят. Има спад и отслабване на сърдечната дейност. Смъртта настъпва при доза от 5 милиграма. При отравяне със сярна киселина е необходима спешна стомашна промивка и прием на магнезий.

Промишленото производство на сярна киселина започва през 15 век - тогава това вещество се нарича "витриол". Днес това е търсено вещество, което се използва широко в индустрията. Ако в зората на откриването на сярната киселина цялата нужда на човечеството от това вещество беше няколко десетки литра, днес сметката достига милиони тонове годишно.

Чистата сярна киселина (формула H2SO4) при 100% концентрация е гъста, безцветна течност. Основното му свойство е висока хигроскопичност, придружена от високо топлоотдаване. Концентрираните разтвори включват разтвори от 40% - те могат да разтварят паладий или сребро. При по-ниска концентрация веществото е по-малко активно и реагира, например, с мед или месинг.

H2SO4 се среща в природата в чист вид. Например в Мъртвото езеро в Сицилия сярна киселина изтича от дъното: в този случай пиритът от земната кора. Освен това малки капки сярна киселина често попадат в земна атмосфераслед големи вулканични изригвания, в който случай H2SO4 може да е причината значителни промениклимат.

Получаване на сярна киселина.

Въпреки наличието на сярна киселина в природата, по-голямата част от нея се произвежда промишлено.

Най-често срещаният днес е контактният метод на производство: той ви позволява да намалите вредата околен святи да получите продукт, който е най-подходящ за всички потребители. По-малко популярен е азотният метод на производство, който включва окисление с азотен оксид.

Следните вещества действат като суровини в контактното производство:

• сяра;
• пирит (серни пирити);
• ванадиев оксид (използван като катализатор);
• сулфиди на различни метали;
• водороден сулфид.

Преди началото на производствения процес суровината се подлага на подготовка, по време на която първо пиритът се раздробява в специални трошачни машини. Това ви позволява да ускорите реакцията поради увеличаване на зоната на контакт на активните вещества. След това пиритът се почиства: за това той се потапя в големи контейнери с вода, докато примесите и отпадъчната скала изплуват на повърхността, след което се отстраняват.

Самото производство може да бъде разделено на няколко етапа:

1. Пречистеният пирит след смилане се зарежда в пещта, където се изпича при температура до 800 градуса. Отдолу въздухът се подава към камерата по принципа на противотока, поради което перилата е в суспендирано състояние. Преди това изстрелването ставаше в рамките на няколко часа, но сега процесът отнема няколко секунди. Отпадъците под формата на железен оксид, образувани по време на процеса на печене, се отстраняват и изпращат в металургичните предприятия. По време на горенето се отделят газове SO2 и O2, както и водни пари. След почистване от най-малките частици и водни пари се получава кислород и чист серен оксид.
2. Във втория етап протича екзотермична реакция под налягане, в която участва ванадиев катализатор. Реакцията започва при температура от 420 градуса, но за по-голяма ефективност може да се повиши до 550 градуса. По време на реакцията настъпва каталитично окисление и SO2 се превръща в SO
3. Третата производствена стъпка е абсорбцията на SO3 в абсорбционна кула, което води до образуването на H2SO4 олеум, който се пълни в резервоари и се изпраща на потребителите. Излишната топлина по време на производството се използва за отопление.

Годишно в Русия се произвеждат около 10 милиона тона H2SO4. В същото време основните производители са компании, които са и основните му потребители. По принцип това са предприятия, произвеждащи минерални торове, например Ammophos, Balakovo Mineral Fertilizers. Тъй като пиритът, който е основната суровина, е отпадъчен продукт на предприятията за обогатяване, неговите доставчици са обогатителните заводи в Талнах и Норилск.

В света лидерите в производството на H2SO4 са Китай и САЩ, произвеждащи годишно съответно 60 и 30 милиона тона от веществото.

Използването на сярна киселина.

Световната индустрия консумира около 200 милиона тона сярна киселина годишно за производството на много видове продукти. По отношение на промишлената употреба, тя е на първо място сред всички киселини.

1. Производство на торове. Основният потребител на сярна киселина (около 40%) е производството на торове. Ето защо заводи за производство на H2SO4 се изграждат в близост до заводи за производство на торове. Понякога те са части от едно предприятие с общ производствен цикъл. В това производство се използва чиста киселина със 100% концентрация. За производството на тон суперфосфат или амофос, най-често използван в селско стопанство, отнема около 600 литра сярна киселина.
2. Пречистване на въглеводороди. Производството на бензин, керосин, минерални масла също не може без сярна киселина. Тази индустрия също така консумира около 30% от целия H2SO4, произведен в света, който в този случай се използва за пречистване в процеса на рафиниране на нефт. Той също така третира кладенци по време на добива на нефт и повишава октановото число на горивото.
3. Металургия. Сярната киселина в металургията се използва за почистване на ламарина, тел и всякакви заготовки от ръжда, котлен камък, както и за възстановяване на алуминий при производството на цветни метали. Използва се за ецване на метални повърхности преди покриването им с никел, хром или мед.
4. Химическа индустрия. С помощта на H2SO4 се произвеждат много органични и неорганични съединения: фосфорна, флуороводородна и други киселини, алуминиев сулфат, който се използва в целулозно-хартиената промишленост. Без него производството е невъзможно. етилов алкохол, лекарства, детергенти, инсектициди и други вещества.

Обхватът на H2SO4 е наистина огромен и е невъзможно да се изброят всички начини за неговото промишлено използване. Използва се и за пречистване на вода, производство на багрила, като емулгатор в хранително-вкусовата промишленост, при синтеза на експлозиви и за много други цели.

Днес сярната киселина се произвежда главно по два промишлени метода: контактен и азотен. Контактният метод е по-прогресивен и в Русия се използва по-широко от азотния метод, т.е. методът на кулата.

Производството на сярна киселина започва с изгарянето на серни суровини, например в специални пиритни пещи се получава така нареченият газ за печене, който съдържа около 9% серен диоксид. Този етап е еднакъв както за контактните, така и за азотните методи.

След това е необходимо полученият серен анхидрид да се окисли до серен анхидрид. Първо обаче трябва да се почисти от редица примеси, които пречат на по-нататъшния процес. Газът за печене се почиства от прах в електростатични филтри или в циклонни апарати и след това се подава в устройство, съдържащо твърди контактни маси, където серен диоксид SO 2 се окислява до серен анхидрид SO 3 .

Тази екзотермична реакция е обратима - повишаването на температурата води до разлагане на образувания серен анхидрид. От друга страна, когато температурата се понижава, скоростта на директната реакция е много ниска. Следователно температурата в контактния апарат се поддържа в рамките на 480°C чрез регулиране на скоростта на преминаване на газовата смес.

В бъдеще, с контактния метод, той се образува чрез комбиниране на серен анхидрид с вода.

Азотният метод се характеризира с това, че се окислява.Производството на сярна киселина по този метод се задейства от образуването на сярна киселина по време на взаимодействието на газа за печене с водата. Впоследствие получената сярна киселина се окислява азотна киселина, което води до образуване на азотен оксид и сярна киселина.

Тази реакционна смес се подава в специална кула. В същото време чрез регулиране на газовия поток се гарантира, че газовата смес, влизаща в абсорбционната кула, съдържа азотен диоксид и монооксид в съотношение 1:1, което е необходимо за получаване на азотен анхидрид.

И накрая, взаимодействието на сярна киселина и азотен анхидрид произвежда NOHSO 4 - нитрозилсярна киселина.

Получената нитрозилсулфурна киселина се подава в производствената кула, където, разлагайки се с вода, освобождава азотен анхидрид:

2NOHSO 4 + H 2 O \u003d N 2 O 3 + 2H 2 SO 4,

който окислява сярна киселинаобразувани в кулата.

Азотният оксид, освободен в резултат на реакцията, се връща в окислителната кула и влиза в нов цикъл.

В момента в Русия сярната киселина се произвежда главно чрез контактен метод. Азотният метод се използва рядко.

Използването на сярна киселина е много широко и разнообразно.

Повечето от тях отиват за производството на химически влакна и минерални торове, необходими са за производството на лекарства и багрила. С помощта на сярна киселина се получават етилов и други алкохоли, детергенти и пестициди.

Разтворите му намират приложение в текстилната и хранително-вкусовата промишленост, в процесите на нитриране и за производството на сярна акумулаторна киселина, която се използва като електролит за заливане на оловно-киселинни батерии, които се използват широко в транспорта.

В град Ревда дерайлираха 15 вагона със сярна киселина. Товарът е принадлежал на Среднеуралския меден завод.

Инцидентът е станал на ведомствени железопътни линии през 2013 г. Киселината се е разляла върху площ от 1000 квадратни километра.

Това показва мащаба на нуждата на индустриалците от реагента. През Средновековието, например, са били необходими само десетки литри сярна киселина на година.

През 21 век световното производство на едно вещество годишно е десетки милиони тонове. По разработката се преценява обемът на производство и използване химически индустриидържави. Така че реагентът заслужава внимание. Да започнем със свойствата на материята.

свойства на сярната киселина

Външно 100 процента сярна киселина- маслена течност. Той е безцветен и тежък, характеризиращ се с изключителна хигроскопичност.

Това означава, че веществото абсорбира водни пари от атмосферата. В този случай киселината отделя топлина.

Следователно водата се добавя към концентрираната форма на веществото в малки дози. Налейте много и бързо, ще хвърчат киселинни пръски.

Като се има предвид способността му да разяжда материя, включително жива тъкан, ситуацията е опасна.

концентрирана сярна киселинанаречен разтвор, в който реагентът е повече от 40%. Това е в състояние да се разтвори,.

Разтвор на сярна киселинадо 40% - не е концентриран, химически се проявява различно. Водата може да се добави към него достатъчно бързо.

Паладий c няма да се разтвори, но те ще се разпаднат , и . Но и трите метала не са обект на киселинния концентрат.

Ако погледнете сярна киселина в разтворреагира с активни метали до водород.

Наситеното вещество също взаимодейства с неактивните. Изключение правят благородните метали. Защо концентратът не "докосва" желязото, медта?

Причината е пасивирането им. Това е името, дадено на процеса на покриване на металите със защитен филм от оксиди.

Тя е тази, която предотвратява разтварянето на повърхностите, но само при нормални условия. При нагряване реакцията е възможна.

Разредена сярна киселинаповече като вода, отколкото масло. Концентратът се отличава не само с пластичност и плътност, но и с дима, излъчван от веществото във въздуха.

За съжаление в Мъртвото езеро в Сицилия съдържанието на киселина е под 40%. от външен видне можете да кажете, че резервоарът е опасен.

От дъното обаче изтича опасен реагент, който се образува в скалите на земната кора. Суровината може да служи напр.

Този минерал се нарича още сяра. При контакт с въздух и вода се разлага на 2- и 3-валентно желязо.

Вторият продукт на реакцията е сярна киселина. Формулагероини, съответно: - H 2 SO 3. Няма специфичен цвят или мирис.

Спускайки, поради незнание, ръка във водите на сицилианското езеро на смъртта за няколко минути, хората губят.

Предвид корозивната способност на резервоара, местните престъпници се ангажираха да изхвърлят трупове в него. Няколко дни и няма следа от органична материя.

Продуктът от реакцията на сярна киселина с органични вещества често е. Реагентът разделя водата от органичните вещества. Това оставя въглерода.

В резултат на това гориво може да се получи от "сурова" дървесина. Човешката тъкан не е изключение. Но това е сюжетът за филм на ужасите.

Качеството на горивото, получено от преработени органични вещества, е ниско. Киселината в реакцията е окислител, въпреки че може да бъде и редуциращ агент.

В последната роля веществото действа, например, като взаимодейства с халогени. Това са елементите от 17-та група на периодичната система.

Всички тези вещества сами по себе си не са силни редуциращи агенти. Ако киселината се намери с тях, тя действа само като окислител.

Пример: - реакция със сероводород. И какви реакции дават самата сярна киселина, как се добива и произвежда?

Добив на сярна киселина

През миналите векове реагентът се добива не само от желязна руда, наречена пирит, но и от железен сулфат, както и стипца.

Под последната концепция кристалните хидрати на сулфатите са скрити, двойни.

По принцип всички изброени минерали са суровини, съдържащи сяра, следователно могат да се използват за производство на сярна киселинаи в съвремието.

Минералната основа е различна, но резултатът от нейната обработка е един и същ - серен анхидрит с формула SO 2. Образува се при реакция с кислород. Оказва се, че трябва да изгорите основата.

Полученият анхидрит се абсорбира от водата. Формулата на реакцията е следната: SO 2 + 1 / 2O 2 + H 2) -àH 2 SO 4. Както можете да видите, в процеса участва кислород.

При нормални условия серният диоксид взаимодейства бавно с него. Следователно индустриалците окисляват суровините на катализатори.

Методът се нарича контакт. Има и азотен подход. Това е окисление от оксиди.

Първото споменаване на реагента и неговото производство съдържа работа, датираща от 940-та година.

Това са записките на един от персийските алхимици на име Абубекер ал-Рази. Въпреки това Джафар ал-Суфи също говори за киселинни газове, получени чрез калциниране на стипца.

Този арабски алхимик е живял още през 8 век. Въпреки това, съдейки по записите, той не е получил чиста сярна киселина.

Използването на сярна киселина

Повече от 40% от киселината отива за производството на минерални торове. В хода на суперфосфат, амониев сулфат, амофос.

Всичко това са сложни подхранвания, на които залагат фермерите и големите производители.

Към торовете се добавя монохидрат. Той е чист, 100% киселина. Кристализира вече при 10 градуса по Целзий.

Ако използвате разтвор, вземете 65 процента. Това например се добавя към суперфосфата, получен от минерала.

За производството само на един тон тор са необходими 600 кг киселинен концентрат.

Около 30% от сярната киселина се изразходва за пречистване на въглеводороди. Реагентът подобрява качеството на смазочни масла, керосин, парафин.

Към тях се присъединяват минерални масла и мазнини. Почистват се и със серен концентрат.

Способността на реагента да разтваря метали се използва при обработката на руди. Тяхното разграждане е толкова рентабилно, колкото и самата киселина.

Без да разтваря желязото, не разтваря съдържащото се в него. Това означава, че можете да използвате оборудване от него, а не скъпо.

Подходящ, също така, евтин, също на базата на ферум. Що се отнася до разтворените метали, добивани със сярна киселина, можете да получите,

Способността на киселината да абсорбира вода от атмосферата я прави отличен десикант.

Ако въздухът е изложен на 95% разтвор, остатъчната влага ще бъде само 0,003 милиграма водна пара на литър изсушен газ. Методът се използва в лаборатории и промишлено производство.

Заслужава да се отбележи ролята не само чисто вещество, но и неговите съединения. Те са полезни, главно в медицината.

Бариевата каша, например, забавя рентгеновите лъчи. Лекарите запълват кухите органи с веществото, което улеснява прегледа на рентгенолозите. Формула на бариева каша: - BaSO 4.

Естественият, между другото, също съдържа сярна киселина и също е необходим на лекарите, но вече при фиксиране на фрактури.

Минералът е необходим и за строителите, които го използват като свързващо вещество, закрепващ материал, както и за декоративни покрития.

Цена на сярна киселина

Ценавърху реагента е една от причините за неговата популярност. Един килограм техническа сярна киселина може да бъде закупен само за 7 рубли.

Толкова много за техните продукти питат, например, мениджърите на едно от предприятията на Ростов на Дон. Сипват се в бидони по 37 кила.

Това е стандартният размер на контейнера. Има и туби от 35 и 36 килограма.

Купете сярна киселинаспециализиран план, например батериен, е малко по-скъп.

За 36-килограмова кутия те искат, като правило, от 2000 рубли. Тук, между другото, е друга област на използване на реагента.

Не е тайна, че киселината, разредена с дестилирана вода, е електролит. Необходим е не само за обикновени батерии, но и за машинни батерии.

Те се изпускат при изразходване на сярна киселина и се отделя по-лека вода. Плътността на електролита намалява, а оттам и неговата ефективност.

Там, където няма фабрики за извличането му, е немислимо печелившото производство на много други вещества с голямо техническо значение.”

DI. Менделеев

Сярната киселина се използва в различни химически индустрии:

• минерални торове, пластмаси, багрила, изкуствени влакна, минерални киселини, детергенти;
• в нефтената и нефтохимическата промишленост:

• в цветната металургия:

• в черната металургия:

• в целулозно-хартиената, хранително-вкусовата и леката промишленост (за производство на нишесте, меласа, избелване на тъкани) и др.

Производство на сярна киселина

В промишлеността сярната киселина се произвежда по два начина: контактен и азотен.

Контактен метод за производство на сярна киселина

Сярната киселина се произвежда чрез контактен метод в големи количествав заводи за сярна киселина.

В момента основният метод за производство на сярна киселина е контактът, т.к. този метод има предимства пред другите:

Получаване на продукт под формата на чиста концентрирана киселина, приемлива за всички потребители;

I. Суровини, използвани за производството на сярна киселина.

Основна суровина

сяра - С

серен пирит (пирит) - FeS 2

сулфиди на цветни метали - Cu2S, ZnS, PbS

сероводород - H 2 S

Помощен материал

Катализатор - ванадиев оксид - V 2 O 5

II. Подготовка на суровините.

Нека анализираме производството на сярна киселина от пирит FeS 2.

1) Смилане на пирит. Преди употреба големи парчета пирит се натрошават в трошачки. Знаете, че когато дадено вещество се раздробява, скоростта на реакцията се увеличава, т.к. площта на контакт на реагентите се увеличава.

2) Пречистване на пирит. След раздробяване на пирит, той се пречиства от примеси (отпадъчни скали и пръст) чрез флотация. За да направите това, натрошен пирит се спуска в огромни вани с вода, смесва се, отпадъчната скала изплува нагоре, след което отпадъчната скала се отстранява.

III. Основни химични процеси:

4 FeS 2 + 11 O 2 T = 800°° С→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q или горяща сяра S+O2 T ° ° С→ SO2

2SO2 + O2 400-500° ОТ,V2O5 , стр↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Технологични принципи:

Принципът на непрекъснатост;

Принципът на интегрирано използване на суровини,използване на отпадъци от друго производство;

Принципът на безотпадното производство;

Принципът на пренос на топлина;

Принцип на противотока („кипящ слой“);

Принципът на автоматизация и механизация на производствените процеси.

V . Технологични процеси:

Принцип на непрекъснатост: печене на пирит в пещ → доставка на серен оксид ( IV ) и кислород в системата за пречистване → в контактния апарат → подаване на серен оксид ( VI ) в абсорбционната кула.

VI . Опазване на околната среда:

1) херметичност на тръбопроводи и оборудване

2) филтри за почистване на газ

VII. Химия на производството :

ПЪРВИ ЕТАП - изпичане на пирит в пещ за изпичане във "кипящ слой".

Основно се използва сярна киселина флотационни пирити- производствени отпадъци по време на обогатяването на медни руди, съдържащи смеси от серни съединения на мед и желязо. Процесът на обогатяване на тези руди се извършва в обогатителните заводи в Норилск и Талнах, които са основните доставчици на суровини. Тази суровина е по-изгодна, т.к. серен пирит се добива главно в Урал и, естествено, доставката му може да бъде много скъпа. Възможна употреба сяра, който също се образува при обогатяване на руди на цветни метали, добивани в мини.Сярата също се доставя от Тихоокеанския флот и NOF. (обогатителни фабрики).

Уравнение на реакцията на първи етап

4FeS2 + 11O2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Натрошен, почистен, мокър (след флотация) пирит се излива отгоре в пещ за изпичане в "кипящ слой". Отдолу (принцип на противотока) се пропуска обогатен с кислород въздух за по-пълно изпичане на пирита. Температурата в пещта достига 800°C. Пиритът се нагрява до червено и е в "окачено състояние" поради въздуха, издухван отдолу. Всичко изглежда като кипяща до червено гореща течност. Дори най-малките частици пирит не се утаяват във „кипящия слой“. Поради това процесът на изпичане е много бърз. Ако по-рано изгарянето на пирит отнемаше 5-6 часа, сега отнема само няколко секунди. Освен това в "кипящия слой" е възможно да се поддържа температура от 800°C.

Благодарение на отделената в резултат на реакцията топлина се поддържа температурата в пещта. Излишната топлина се отстранява: тръбите с вода преминават по периметъра на пещта, която се нагрява. топла водадопълнително се използва за централно отопление на съседни помещения.

Полученият железен оксид Fe 2 O 3 (пепел) не се използва при производството на сярна киселина. Но се събира и изпраща в металургичен завод, където желязото и неговите сплави с въглерод се получават от железен оксид - стомана (2% въглерод С в сплавта) и чугун (4% въглерод С в сплавта).

По този начин, принцип на химическо производство- безотпадно производство.

Излиза от фурната пещен газ , чийто състав: SO 2, O 2, водна пара (пиритът беше мокър!) И най-малките частици сгурия (железен оксид).Такъв пещен газ трябва да бъде почистен от примеси от твърди частици от сгурия и водна пара.

Пречистването на пещния газ от твърди частици сгурия се извършва на два етапа - в циклон (използва се центробежна сила, твърдите частици сгурия се удрят в стените на циклона и падат надолу). За отстраняване на малки частици сместа се изпраща в електростатични филтри, където пречистването се извършва под въздействието на ток високо напрежение~ 60000 V (използва се електростатично привличане, частици от сгурия се придържат към електрифицираните плочи на електростатичния филтър, при достатъчно натрупване под собственото си тегло те падат надолу), за отстраняване на водни пари в пещния газ (изсушаване на пещния газ), концентрирана сярна използва се киселина, която е много добър десикант, защото абсорбира вода.

Сушенето на пещния газ се извършва в сушилна кула - пещният газ се издига отдолу нагоре, а концентрираната сярна киселина тече отгоре надолу. За да се увеличи контактната повърхност на газ и течност, кулата е пълна с керамични пръстени.

На изхода на сушилната кула пещният газ вече не съдържа частици сгурия или водна пара. Пещният газ сега е смес от серен оксид SO 2 и кислород O 2 .

ВТОРИ ЕТАП - каталитично окисление на SO 2 до SO 3 с кислород в контактно устройство.

Уравнението на реакцията за този етап е:

2SO2 + O2 400-500°С, V 2 О 5 ,стр ↔ 2 SO 3 + Q

Сложността на втория етап се състои в това, че процесът на окисляване на един оксид в друг е обратим. Следователно е необходимо да се изберат оптималните условия за протичане на директната реакция (получаване на SO 3).

От уравнението следва, че реакцията е обратима, което означава, че на този етап е необходимо да се поддържат такива условия, че равновесието да се измества към изхода SO 3 в противен случай целият процес ще бъде нарушен. защото реакцията протича с намаляване на обема (3 V↔2V ), е необходимо повишено налягане. Увеличете налягането до 7-12 атмосфери. Реакцията е екзотермична, следователно, като се вземе предвид принципът на Le Chatelier, този процес не може да се извърши при висока температура, т.к. балансът ще се измести наляво. Реакцията започва при температура = 420 градуса, но поради многослойния катализатор (5 слоя), можем да я увеличим до 550 градуса, което значително ускорява процеса. Използваният катализатор е ванадий (V 2 O 5). Той е евтин и издържа дълго (5-6 години). най-устойчиви на действието на токсични примеси. Освен това допринася за изместването на баланса надясно.

Сместа (SO 2 и O 2) се нагрява в топлообменник и се движи през тръби, между които преминава студена смес в обратна посока, която трябва да се нагрее. В резултат на това има топлообмен: изходните материали се нагряват и реакционните продукти се охлаждат до желаните температури.

ТРЕТИ ЕТАП - абсорбция на SO 3 от сярна киселина в абсорбционната кула.

Защо серен оксид SO 3 не абсорбира вода? В крайна сметка би било възможно да се разтвори серен оксид във вода: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . Но факт е, че ако водата се използва за абсорбиране на серен оксид, сярната киселина се образува под формата на мъгла, състояща се от малки капчици сярна киселина (серният оксид се разтваря във вода с отделяне на голямо количество топлина, сярната киселина е толкова нагрят, че завира и се превръща в пара). За да избегнете образуването на мъгла от сярна киселина, използвайте 98% концентрирана сярна киселина. Два процента вода са толкова малко, че нагряването на течността ще бъде слабо и безвредно. Серният оксид се разтваря много добре в такава киселина, образувайки олеум: H 2 SO 4 nSO 3 .

Уравнението на реакцията за този процес е:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

Полученият олеум се излива в метални резервоари и се изпраща в склада. След това резервоарите се пълнят с олеум, формират се влакове и се изпращат до потребителя.