اسید سولفوریک چه شکلی است؟ اسید سولفوریک

اسید سولفوریک H 2 SO 4 یکی از اسیدهای دی بازیک قوی است. در حالت رقیق، تقریباً تمام فلزات به جز طلا و پلاتین را اکسید می کند. واکنش شدید با غیر فلزات و مواد آلی، تبدیل برخی از آنها به زغال سنگ. هنگام تهیه محلول اسید سولفوریک، همیشه باید آن را به آب اضافه کرد و نه برعکس، تا از پاشیدن اسید و آب جوش جلوگیری شود. در دمای 10 درجه سانتی گراد سخت می شود و یک توده شیشه ای شفاف تشکیل می دهد. هنگامی که 100٪ اسید سولفوریک گرم می شود، به راحتی انیدرید سولفوریک (سولفور تری اکسید SO 3) را از دست می دهد تا زمانی که غلظت آن به 98٪ برسد. در این حالت است که معمولاً در آزمایشگاه ها استفاده می شود. در حالت غلیظ (بی آب)، اسید سولفوریک یک مایع روغنی بی رنگ، دوددار در هوا (به دلیل بخارات)، با بوی مشخص (نقطه جوش = 338 درجه سانتیگراد) است. این یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است. این ماده تمام خواص اسیدها را دارد:

خواص شیمیاییاسید سولفوریک

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O - در این حالت اسید غلیظ می شود.

H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O

راه حل حاصل از رنگ آبی- CuSO 4 - محلول سولفات مس. اسید سولفوریک نیز نامیده می شود روغن ویتریولاز آنجایی که ویتریول در طی واکنش با فلزات و اکسیدهای آنها تشکیل می شود. به عنوان مثال، در یک واکنش شیمیایی با آهن (Fe)، محلول سبز روشن از سولفات آهن تشکیل می شود.

واکنش شیمیاییبا بازها و قلیاها (یا واکنش خنثی سازی)

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O

اسید گوگرد(یا به عبارت صحیح تر، محلول دی اکسید گوگرد در آب) دو نوع نمک را تشکیل می دهد: سولفیت هاو هیدروسولفیت ها. این نمک ها عوامل کاهنده هستند.

H 2 SO 4 + NaOH → NaHSO 3 + H 2 O - این واکنش با بیش از حد ادامه می یابد اسید گوگرد

H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + 2H 2 O - و این واکنش با بیش از حد هیدروکسید سدیم ادامه می یابد.

اسید گوگرداثر سفید کنندگی دارد همه می دانند که آب کلر نیز تأثیر مشابهی دارد. اما تفاوت در این است که بر خلاف کلر، دی اکسید گوگرد رنگ ها را از بین نمی برد، بلکه رنگ های بی رنگ را با آنها تشکیل می دهد. ترکیبات شیمیایی!

علاوه بر اصلی خواص اسیدها اسید گوگردقادر به تغییر رنگ محلول پرمنگنات پتاسیم مطابق با معادله زیر است:

5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

در این واکنش محلول صورتی کم رنگ متشکل از سولفات های پتاسیم و منگنز تشکیل می شود. رنگ به دلیل سولفات منگنز است.

اسید گوگردقادر به رنگ زدایی برم است

H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr

در این واکنش محلولی تشکیل می شود که بلافاصله از 2 اسید قوی تشکیل می شود: سولفوریک و برم.

اگر ذخیره شود اسید گوگردهنگامی که این محلول در معرض هوا قرار می گیرد، اکسید شده و به اسید سولفوریک تبدیل می شود

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2

در جایی که کارخانه ای برای استخراج آن وجود ندارد، تولید سودآور بسیاری از مواد دیگر که اهمیت فنی بالایی دارند غیرقابل تصور است.

DI. مندلیف

اسید سولفوریک در صنایع مختلفی استفاده می شود صنایع شیمیایی:

• کودهای معدنی، پلاستیک، رنگ، الیاف مصنوعی، اسیدهای معدنی، مواد شوینده؛
• در صنعت نفت و پتروشیمی:

• در متالورژی غیر آهنی:

• در متالورژی آهنی:

• در صنایع خمیر و کاغذ، صنایع غذایی و سبک (برای تولید نشاسته، ملاس، سفیدکننده پارچه) و غیره.

تولید اسید سولفوریک

اسید سولفوریک در صنعت به دو صورت تماسی و نیتروژنی تولید می شود.

روش تماس برای تولید اسید سولفوریک

اسید سولفوریک به روش تماسی تولید می شود مقادیر زیاددر کارخانه های اسید سولفوریک

در حال حاضر روش اصلی برای تولید اسید سولفوریک تماسی است، زیرا. این روش نسبت به سایرین مزایایی دارد:

تهیه محصول به شکل اسید غلیظ خالص و قابل قبول برای همه مصرف کنندگان.

I. مواد اولیه مورد استفاده برای تولید اسید سولفوریک.

مواد اولیه اصلی

گوگرد - S

گوگرد پیریت (پیریت) - FeS 2

سولفیدهای فلزات غیر آهنی - Cu2S، ZnS، PbS

سولفید هیدروژن - H 2 S

مواد کمکی

کاتالیزور - اکسید وانادیوم - V 2 O 5

II. تهیه مواد اولیه.

بیایید تولید اسید سولفوریک از پیریت FeS 2 را تجزیه و تحلیل کنیم.

1) آسیاب پیریت. قبل از استفاده، قطعات بزرگ پیریت در سنگ شکن خرد می شود. می دانید که وقتی یک ماده خرد می شود، سرعت واکنش افزایش می یابد، زیرا. سطح تماس واکنش دهنده ها افزایش می یابد.

2) تصفیه پیریت. پس از خرد کردن پیریت، با شناورسازی از ناخالصی ها (سنگ زائد و زمین) پاکسازی می شود. برای انجام این کار، پیریت خرد شده را در مخزن‌های بزرگی از آب فرو می‌برند، مخلوط می‌کنند، سنگ زباله شناور می‌شود، سپس سنگ زائد خارج می‌شود.

III. فرآیندهای شیمیایی پایه:

4 FeS 2 + 11 O 2 تی = 800 درجهسی→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q یا سوزاندن گوگرد S+O2 تی ° سی→ SO2

2SO2 + O2 400-500 درجه با، V2O5 , پ↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . اصول تکنولوژیکی:

اصل تداوم؛

اصل استفاده یکپارچه از مواد خام،استفاده از زباله های تولیدی دیگر؛

اصل تولید غیر ضایعاتی؛

اصل انتقال حرارت؛

اصل جریان متقابل ("تخت سیال")؛

اصل اتوماسیون و مکانیزاسیون فرآیندهای تولید.

V . فرآیندهای تکنولوژیکی:

اصل تداوم: برشته کردن پیریت در کوره ← تامین اکسید گوگرد ( IV ) و اکسیژن به سیستم تصفیه → به دستگاه تماس → تامین اکسید گوگرد ( VI ) به برج جذب.

VI . حفاظت از محیط زیست:

1) تنگی خطوط لوله و تجهیزات

2) فیلترهای تمیز کننده گاز

VII. شیمی تولید :

مرحله اول - برشته کردن پیریت در کوره برای برشته کردن در "تخت سیال".

اسید سولفوریک عمدتا استفاده می شود پیریت های فلوتاسیون- ضایعات تولید در هنگام غنی سازی سنگ معدن مس حاوی مخلوطی از ترکیبات گوگردی مس و آهن. فرآیند غنی‌سازی این سنگ‌ها در کارخانه‌های غنی‌سازی نوریلسک و تالناخ که تامین‌کنندگان اصلی مواد خام هستند، انجام می‌شود. این ماده خام سود بیشتری دارد، زیرا. گوگرد پیریت عمدتاً در اورال استخراج می شود و طبیعتاً تحویل آن می تواند بسیار گران باشد. استفاده ممکن گوگردکه در جریان غنی سازی کانی های فلزی غیرآهنی استخراج شده در معادن نیز تشکیل می شود.گوگرد همچنین توسط ناوگان اقیانوس آرام و NOF تامین می شود. (کارخانه های متمرکز).

معادله واکنش مرحله اول

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

پیریت خرد شده، تمیز، مرطوب (پس از شناورسازی) از بالا به یک کوره برای پخت در یک "بستر سیال" ریخته می شود. از پایین (اصل ضد جریان) هوای غنی شده با اکسیژن برای شلیک کاملتر پیریت از آن عبور می کند. درجه حرارت در کوره به 800 درجه سانتیگراد می رسد. پیریت به رنگ قرمز گرم می شود و به دلیل هوای دمیده شده از پایین در حالت "معلق" قرار می گیرد. همه اینها شبیه یک مایع داغ قرمز در حال جوش است. حتی کوچکترین ذرات پیریت در "بستر سیال" کیک نمی شوند. بنابراین، فرآیند شلیک بسیار سریع است. اگر قبلاً 5-6 ساعت برای سوزاندن پیریت طول می کشید، اکنون فقط چند ثانیه طول می کشد. علاوه بر این، در "تخت سیال" امکان حفظ دمای 800 درجه سانتیگراد وجود دارد.

به دلیل گرمای آزاد شده در نتیجه واکنش، درجه حرارت در کوره حفظ می شود. گرمای اضافی حذف می شود: لوله هایی با آب در امتداد محیط کوره اجرا می شود که گرم می شود. آب گرمبیشتر برای گرمایش مرکزی محل های مجاور استفاده می شود.

اکسید آهن به دست آمده Fe 2 O 3 (سیدر) در تولید اسید سولفوریک استفاده نمی شود. اما جمع آوری و به کارخانه متالورژی فرستاده می شود، جایی که فلز آهن و آلیاژهای آن با کربن از اکسید آهن - فولاد (2٪ کربن C در آلیاژ) و چدن (4٪ کربن C در آلیاژ) به دست می آید.

بدین ترتیب، اصل تولید مواد شیمیایی- تولید غیر ضایعاتی

در حال بیرون آمدن از فر گاز کوره ، که ترکیب آن: SO 2، O 2، بخار آب (پیریت مرطوب بود!) و کوچکترین ذرات خاکستر (اکسید آهن).چنین گاز کوره باید از ناخالصی های ذرات جامد سیدر و بخار آب تمیز شود.

تصفیه گاز کوره از ذرات جامد سیندر در دو مرحله انجام می شود - در یک سیکلون (نیروی گریز از مرکز استفاده می شود، ذرات جامد خاکستر به دیواره های سیکلون برخورد می کنند و سقوط می کنند). برای حذف ذرات کوچک، مخلوط به رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک فرستاده می‌شود، جایی که تصفیه تحت تأثیر جریان انجام می‌شود. ولتاژ بالا~ 60000 ولت (جاذبه الکترواستاتیک استفاده می شود، ذرات خاکستر به صفحات برق دار رسوب دهنده الکترواستاتیک می چسبند، با تجمع کافی تحت وزن خود پایین می افتند)، اسید سولفوریک برای حذف بخار آب در گاز کوره (خشک کردن گاز کوره) استفاده می شود. ). اسید غلیظکه به دلیل جذب آب، خشک کننده بسیار خوبی است.

خشک کردن گاز کوره در یک برج خشک کن انجام می شود - گاز کوره از پایین به بالا بالا می رود و اسید سولفوریک غلیظ از بالا به پایین جریان می یابد. برای افزایش سطح تماس گاز و مایع، برج را با حلقه های سرامیکی پر می کنند.

در خروجی برج خشک کن، گاز کوره دیگر حاوی ذرات خاکستر یا بخار آب نیست. گاز کوره اکنون مخلوطی از اکسید گوگرد SO 2 و اکسیژن O 2 است.

مرحله دوم - اکسیداسیون کاتالیزوری SO 2 به SO 3 با اکسیژن در یک دستگاه تماس

معادله واکنش برای این مرحله به صورت زیر است:

2SO2 + O2 400-500 درجه سانتیگراد، V 2 O 5 ،پ ↔ 2 SO 3 + Q

پیچیدگی مرحله دوم در این واقعیت نهفته است که فرآیند اکسیداسیون یک اکسید به اکسید دیگر برگشت پذیر است. بنابراین لازم است شرایط بهینه برای جریان واکنش مستقیم (به دست آوردن SO 3) انتخاب شود.

از معادله نتیجه می شود که واکنش برگشت پذیر است، به این معنی که در این مرحله باید چنین شرایطی حفظ شود که تعادل به سمت خروجی تغییر کند. SO 3 در غیر این صورت کل فرآیند شکسته خواهد شد. زیرا واکنش با کاهش حجم ادامه می یابد (3 V↔2V ) افزایش فشار لازم است. فشار را به 7-12 اتمسفر افزایش دهید. واکنش گرمازا است، بنابراین، با در نظر گرفتن اصل Le Chatelier، این فرآیند نمی تواند در دمای بالا انجام شود، زیرا. تعادل به سمت چپ تغییر خواهد کرد. واکنش در دمای = 420 درجه شروع می شود، اما به دلیل وجود کاتالیزور چند لایه (5 لایه)، می توانیم آن را تا 550 درجه افزایش دهیم که سرعت عمل را بسیار افزایش می دهد. کاتالیزور مورد استفاده وانادیوم (V 2 O 5 ) است. ارزان است و برای مدت طولانی (5-6 سال) دوام می آورد. مقاوم ترین در برابر عمل ناخالصی های سمی است. علاوه بر این، به تغییر تعادل به سمت راست کمک می کند.

مخلوط (SO 2 و O 2) در یک مبدل حرارتی گرم می شود و از طریق لوله هایی حرکت می کند که مخلوط سردی از بین آنها در جهت مخالف عبور می کند که باید گرم شود. در نتیجه وجود دارد تبادل حرارت: مواد اولیه گرم می شوند و محصولات واکنش تا دمای مورد نظر خنک می شوند.

مرحله سوم - جذب SO 3 توسط اسید سولفوریک در برج جذب

چرا اکسید گوگرد SO 3 آب را جذب نمی کند؟ از این گذشته، می توان اکسید گوگرد را در آب حل کرد: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . اما واقعیت این است که اگر از آب برای جذب اکسید گوگرد استفاده شود، اسید سولفوریک به شکل یک غبار متشکل از قطرات ریز اسید سولفوریک تشکیل می شود (اکسید گوگرد با آزاد شدن مقدار زیادی گرما در آب حل می شود، اسید سولفوریک آنقدر داغ شود که بجوشد و تبدیل به بخار شود). برای جلوگیری از تشکیل غبار اسید سولفوریک، از اسید سولفوریک غلیظ 98٪ استفاده کنید. دو درصد آب آنقدر کم است که حرارت دادن مایع ضعیف و بی ضرر خواهد بود. اکسید گوگرد به خوبی در چنین اسیدی حل می شود و اولئوم را تشکیل می دهد: H 2 SO 4 nSO 3 .

معادله واکنش این فرآیند به صورت زیر است:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

اولئوم حاصل در مخازن فلزی ریخته شده و به انبار فرستاده می شود. سپس مخازن با اولئوم پر می شوند، قطارها شکل می گیرند و برای مصرف کننده ارسال می شوند.

یکی از معروف ترین و گسترده ترین ترکیبات شیمیایی است . این در وهله اول توسط او به وضوح توضیح داده شده است خواص تلفظ شده. فرمول آن H2SO4 است. این یک اسید دی بازیک با گوگرد بالاتر 6+ است.

در شرایط عادی، اسید سولفوریک مایعی بی بو و بی رنگ با خواص روغنی است. در فناوری و صنایع مختلف بسیار گسترده شده است.

در حال حاضر این ماده یکی از مهم ترین و رایج ترین محصولات صنایع شیمیایی است. در طبیعت، رسوبات گوگرد بومی چندان رایج نیست، به عنوان یک قاعده، تنها در ترکیبات با مواد دیگر یافت می شود. استخراج گوگرد از ترکیبات مختلف، از جمله ضایعات مختلف صنعتی، در حال حاضر در حال توسعه است. در برخی موارد حتی گازها را می توان برای تولید گوگرد و ترکیبات مختلف با آن سازگار کرد.

خواص

اسید سولفوریک روی هرکدام اثر مضر دارد و خیلی سریع آب را از آنها خارج می کند به طوری که بافت ها و ترکیبات مختلف شروع به زغال می کنند. 100٪ اسید یکی از قوی ترین است، در حالی که این ترکیب دود یا از بین نمی برد

با تمام فلزات به جز سرب واکنش می دهد. به شکل غلیظ، شروع به اکسید شدن بسیاری از عناصر می کند.

استفاده از اسید سولفوریک

اسید سولفوریک عمدتاً در صنایع شیمیایی استفاده می شود، جایی که نیتروژن بر اساس آن تولید می شود، از جمله سوپر فسفات که در حال حاضر یکی از رایج ترین کودها محسوب می شود. سالانه بالغ بر چند میلیون تن از این ماده تولید می شود.

در متالورژی از H2SO4 برای بررسی کیفیت محصولات به دست آمده استفاده می شود. هنگام نورد فولاد، ریزترک‌ها می‌توانند ایجاد شوند؛ به منظور شناسایی آنها، قطعه را در حمام سرب قرار داده و با محلول اسید 25 درصد اچ می‌کنیم. پس از آن، حتی کوچکترین ترک ها را می توان با چشم غیر مسلح دید.

قبل از اعمال آبکاری روی فلز، ابتدا باید آن را آماده کرد - تمیز و چربی زدایی کرد. از آنجایی که اسید سولفوریک با فلزات واکنش نشان می دهد، نازک ترین لایه را حل می کند و با آن هرگونه آلودگی از بین می رود. علاوه بر این، سطح فلز زبرتر می شود که برای آبکاری نیکل، کروم یا مس مناسب تر است.

اسید سولفوریک در فرآوری برخی از سنگ‌ها استفاده می‌شود و مقدار قابل توجهی از آن در صنعت نفت مورد نیاز است، جایی که عمدتاً برای تصفیه محصولات مختلف استفاده می‌شود. اغلب در صنایع شیمیایی که به طور مداوم در حال تکامل است استفاده می شود. در نتیجه، امکانات و کاربردهای بیشتری کشف می شود. از این ماده می توان برای تولید باتری های سرب اسیدی - مختلف استفاده کرد.

دریافت اسید سولفوریک

مواد اولیه اصلی برای تولید اسید، گوگرد و ترکیبات مختلف مبتنی بر آن است. علاوه بر این، همانطور که قبلا ذکر شد، استفاده از ضایعات صنعتی برای تولید گوگرد در حال حاضر در حال توسعه است. در طول بو دادن اکسیداتیو سنگ معدن سولفیدی، گازهای خارج شده حاوی SO2 هستند. برای تولید اسید سولفوریک سازگار است. اگرچه در روسیه موقعیت های پیشرو هنوز توسط تولید مبتنی بر فرآوری پیریت گوگرد که در کوره ها سوزانده می شود ، اشغال می شود. هنگامی که هوا از میان پیریت های در حال سوختن دمیده می شود، بخارهایی با محتوای SO2 بالا تشکیل می شود. رسوب دهنده های الکترواستاتیک برای حذف سایر ناخالصی ها و بخارات خطرناک استفاده می شود. در حال حاضر به طور فعال در تولید استفاده می شود راه های مختلفتولید اسید و بسیاری از آنها با فرآوری ضایعات مرتبط هستند، هرچند سهم صنایع سنتی بالاست.

امروزه اسید سولفوریک عمدتاً به دو روش صنعتی تماسی و نیتروژنی تولید می شود. روش تماسی پیشروتر است و در روسیه بیشتر از روش نیتروژن یعنی روش برج استفاده می شود.

تولید اسید سولفوریک با سوزاندن مواد خام گوگردی آغاز می شود، مثلاً در کوره های مخصوص پیریت، گاز به اصطلاح برشته به دست می آید که حاوی حدود 9 درصد دی اکسید گوگرد است. این مرحله برای هر دو روش تماسی و نیتروژنی یکسان است.

در مرحله بعد، لازم است انیدرید گوگردی حاصل را به انیدرید سولفوریک اکسید کنید. با این حال، ابتدا باید از تعدادی ناخالصی که در روند بعدی اختلال ایجاد می کند، تمیز شود. گاز برشته در رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک یا دستگاه‌های سیکلون از گرد و غبار پاک می‌شود و سپس به دستگاهی حاوی توده‌های تماس جامد وارد می‌شود، جایی که دی اکسید گوگرد SO 2 به انیدرید سولفوریک SO 3 اکسید می‌شود.

این واکنش گرمازا برگشت پذیر است - افزایش دما منجر به تجزیه انیدرید سولفوریک تشکیل شده می شود. از سوی دیگر، با کاهش دما، سرعت واکنش مستقیم بسیار پایین است. بنابراین، دما در دستگاه تماس با تنظیم سرعت عبور مخلوط گاز در 480 درجه سانتیگراد حفظ می شود.

در آینده با روش تماسی از ترکیب انیدرید سولفوریک با آب تشکیل می شود.

روش نیتروژن با این واقعیت مشخص می شود که اکسیده می شود.تولید اسید سولفوریک در این روش با تشکیل اسید سولفوریک در هنگام برهمکنش از گاز برشته با آب آغاز می شود. علاوه بر این، اسید سولفوره حاصل با اسید نیتریک اکسید می شود که منجر به تشکیل مونوکسید نیتروژن و اسید سولفوریک می شود.

این مخلوط واکنش به یک برج مخصوص وارد می شود. ضمناً با تنظیم جریان گاز، اطمینان حاصل می شود که مخلوط گاز ورودی به برج جذب دارای دی اکسید نیتروژن و مونوکسید به نسبت 1:1 است که برای به دست آوردن انیدرید نیتروژن لازم است.

در نهایت، برهمکنش اسید سولفوریک و انیدرید نیتروژن NOHSO 4 - اسید نیتروسیل سولفوریک تولید می کند.

اسید نیتروسیل سولفوریک حاصل به برج تولید وارد می شود، جایی که با تجزیه آب، انیدرید نیتروژن آزاد می کند:

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

که اسید گوگرد تشکیل شده در برج را اکسید می کند.

اکسید نیتریک آزاد شده در نتیجه واکنش به برج اکسید کننده باز می گردد و وارد چرخه جدیدی می شود.

در حال حاضر در روسیه اسید سولفوریک عمدتاً به روش تماسی تولید می شود. روش نیتروژن به ندرت استفاده می شود.

استفاده از اسید سولفوریک بسیار گسترده و متنوع است.

بیشتر آن به تولید الیاف شیمیایی و کودهای معدنی می رسد، در تولید دارو و رنگ ضروری است. با کمک اسید سولفوریک، اتیل و سایر الکل ها، مواد شوینده و آفت کش ها به دست می آید.

محلول های آن در نساجی استفاده می شود، صنایع غذاییدر فرآیندهای نیتراسیون و برای تولید باتری سولفوریک اسید به عنوان یک الکترولیت برای پر کردن باتری های سرب اسیدی استفاده می شود که به طور گسترده در حمل و نقل استفاده می شود.