Сірчана кислота. Окислювальні властивості сірчаної кислоти

H2SO4, лат. Acidum sulfuricum – сильна двоосновна кислота, молярна маса близько 98 г/моль.

Чиста сірчана кислота - безбарвна їдка масляниста рідина без запаху, щільністю 1,84 г/см3, що перетворюється при 10,4 ° С на тверду кристалічну масу. Температура кипіння водних розчинів сірчаної кислоти підвищується зі зростанням її концентрації та досягає максимуму при вмісті близько 98% H2SO4.

Концентрована сірчана кислота дуже бурхливо реагує з водою, оскільки виділяється велика кількість тепла (19 ккал на моль кислоти) внаслідок утворення гідратів. Тому слід завжди розбавляти сірчану кислоту, наливаючи її у воду, а не навпаки.

Сірчана кислотамає високу гігроскопічність, тобто добре поглинає водні пари з повітря, тому може застосовуватися для осушення газів, що не реагують з нею. Гігроскопічність пояснюється і обвуглювання органічних речовиннаприклад, цукру або дерева, при впливі на них концентрованою сірчаною кислотою. При цьому утворюються гідрати сірчаної кислоти. Також через малу летючість її використовують для витіснення інших, більш летких кислот із їх солей.

Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем. Вона окислює метали, які у ряду напруг до срібла включно, а продукти реакції залежить від умов її проведення та активності самого металу. Утворює два ряди солей: середні - сульфати та кислі - гідросульфати, а також ефіри.

Розведена сірчана кислота взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряду напруг лівіше водню (H), з виділенням Н2, окисні властивості для неї нехарактерні.

У промисловості сірчана кислота одержують двома методами: контактний метод з використанням твердих каталізаторів (контактів) і нітрозний — з оксидами азоту. Сировиною служать сірка, сульфіди металів тощо. Випускається кислота декількох сортів, залежно від чистоти та концентрації: акумуляторна (найчистіша), технічна, баштова, купоросна олія, олеум (розчин сірчаного ангідриду в сірчаній кислоті).

Застосування сірчаної кислоти:

• Виробництво мінеральних добрив - найбільша сфера застосування
• Електроліт у свинцевих акумуляторах
• Виробництво синтетичних миючих засобів, барвників, пластмас, фтороводню та інших реактивів
• Збагачення руд у гірничодобувній промисловості
• Очищення нафтопродуктів
• Металообробна, текстильна, шкіряна та інші галузі промисловості
• Виробництво лікарських засобів
• У харчової промисловостізареєстрована як харчова добавка E513
• Промисловий органічний синтез

Застосування сірчаної кислоти у промисловості

Харчова промисловість знайома із сірчаною кислотою у вигляді харчової добавки Е513. Кислота виступає як емульгатор. Ця харчова добавка використовується для виготовлення напоїв. З її допомогою регулюється кислотність. Крім їжі, Е513 входить до складу мінеральних добрив. Застосування сірчаної кислоти у промисловості має стала вельми поширеною. Промисловий органічний синтез використовує сірчану кислоту для наступних реакцій: алкілування, дегідратація, гідратація. За допомогою цієї кислоти відновлюється необхідна кількістьсмол на фільтрах, що використовуються на виробництві дистильованої води.

Застосування сірчаної кислоти у побуті

Сірчана кислота в домашніх умовах має попит серед автолюбителів. Процес приготування розчину електроліту для автомобільного акумулятора супроводжується додаванням сірчаної кислоти. Працюючи з цією кислотою слід пам'ятати про правила безпеки. У разі потрапляння кислоти на одяг чи відкриті ділянки шкіри, слід негайно промити їх проточною водою. Сірчана кислота, що розлилася на метал, може нейтралізуватися за допомогою вапна або крейди. Заправляючи автомобільний акумулятор необхідно дотримуватися певної послідовності: поступово додавати кислоту до води, а чи не навпаки. Коли вода вступає в реакцію із сірчаною кислотою відбувається сильне нагрівання рідини, що може призводити до її розбризкування. Тому варто бути особливо уважним, щоб рідина не потрапила на обличчя чи в очі. Кислота повинна зберігатися у щільно закритій ємності. Важливо, щоб хімічна речовина зберігалася у недоступному для дітей місці.

Застосування сірчаної кислоти у медицині

У медицині знайшлося широке застосування солей сірчаної кислоти. Наприклад, магній сульфат призначається людям з метою досягти проносного ефекту. Ще одним похідним сірчаної кислоти є натрій тіосульфат. Лікарський засібвикористовується як протиотрута у разі відправлення наступними речовинами: ртуть, свинець, галогени, ціанід. Тіосульфат натрій разом з соляною кислотоювикористовується для лікування дерматологічних захворювань. Професор Дем'янович запропонував союз цих двох препаратів для лікування корости. У вигляді водного розчину, натрій тіосульфат вводять людям, які страждають на алергічні недуги.

Магнію сульфат має широкий спектр можливостей. Тому застосовується лікарями різних спеціальностей. Як спазмолітик магній сульфат вводять хворим при гіпертонічній хворобі. Якщо у людини є захворювання жовчного міхура, речовина вводиться всередину для поліпшення жовчовиділення. Застосування сірчаної кислоти у медицині як магнію сульфату в гінекологічної практиці зустрічається часто. Гінекологи допомагають породіллям за допомогою введення сульфату магнію внутрішньом'язово, таким способом вони знеболюють пологи. Крім всіх вище зазначених властивостей, магній сульфат має антисудомний ефект.

Застосування сірчаної кислоти у виробництві

Сірчана кислота, області застосування якої різноманітні, використовується також при виробництві мінеральних добрив. Для зручнішого співробітництва, заводи, що займаються виробництвом сірчаної кислоти та мінеральних добрив, в основному розташовані поблизу один від одного. Цей момент створює безперервне виробництво.

Застосування сірчаної кислоти у виготовленні барвників та синтетичних волокон посідає друге місце за поширеністю після виробництва мінеральних добрив. Багато галузей промисловості використовують сірчану кислоту в деяких процесах з виробництва. Застосування сірчаної кислоти знайшло попит у побуті. Люди користуються хімічною речовиною обслуговування своїх автомобілів. Придбати сірчану кислоту можна у магазинах, що мають спеціалізацію з продажу хімічних речовин, у тому числі у нас на засланні. Сірчана кислота транспортується відповідно до правил перевезення подібного вантажу. Залізничний чи автомобільний транспорт перевозить кислоту у відповідних ємностях. У першому випадку як ємність виступає цистерна, у другому - бочка або контейнер.

Особливості застосування та біологічна небезпека

Сірчана кислота та близькі до неї продукти – надзвичайно токсичні речовини, яким присвоєно клас небезпеки II. Їх пари вражають дихальні шляхи, шкіру, слизові оболонки, викликають утруднення дихання, кашель, нерідко – ларингіт, трахеїт, бронхіт. Гранично допустима концентрація парів сірчаної кислоти повітря робочої зони виробничих приміщень - 1 мг/м3 . Люди, які працюють з токсичними кислотами, забезпечуються спецодягом та засобами особистого захисту. Концентрована сірчана кислота при неакуратному поводженні з нею може спричинити хімічний опік.

При попаданні сірчаної кислоти внутрішньо негайно після прийому з'являються різкі болі в ділянці рота і всього травного тракту, сильне блювання з домішкою спочатку червоної крові, а потім бурими масами. Одночасно із блюванням починається сильний кашель. Розвивається різкий набряк гортані та голосових зв'язок, що викликає різкі труднощі дихання. Зіниці розширюються, а шкіра обличчя набуває темно-синього кольору. Відзначається падіння та ослаблення серцевої діяльності. Смерть настає при дозі 5 міліграмів. При отруєнні сірчаною кислотою необхідно термінове промивання шлунка та прийом магнезії.

Промисловий випуск сірчаної кислоти почався в XV столітті – тоді ця речовина мала назву «купоросна олія». На сьогоднішній день є затребуваною речовиною, яка повсюдно використовується у промисловості. Якщо на зорі відкриття сірчаної кислоти вся потреба людства в цій речовині становила кілька десятків літрів, то сьогодні йде на мільйони тонн на рік.

Чиста сірчана кислота (формула H2SO4) у концентрації 100% є густою безбарвною рідиною. Головна її властивість - висока гігроскопічність, що супроводжується високим виділенням тепла. До концентрованих відносяться розчини від 40% - вони можуть розчинити паладій або срібло. У меншій концентрації речовина менш активна і вступає в реакцію, наприклад, з міддю або латунню.

У чистому вигляді H2SO4 зустрічається у природі. Наприклад, в Мертве озеро на Сицилії сірчана кислота сочиться з дна: у цьому випадку сировиною для неї вступає пірит з земної кори. Також невеликі краплі сірчаної кислоти часто виявляються в земній атмосферіпісля великих вивержень вулканів, у разі H2SO4 може бути причиною істотних змінклімату.

Одержання сірчаної кислоти.

Незважаючи на наявність сірчаної кислоти у природі, основна її частина виробляється промисловим способом.

Найбільш поширеним на сьогодні є контактний спосіб виробництва: він дозволяє знизити шкоду довкілляі отримати продукт, що максимально підходить всім споживачам. Менш популярний нітрозний метод виробництва, який передбачає окислення оксидом азоту.

Як сировина при контактному виробництві виступають такі речовини:

• Сірка;
• пірит (сірчаний колчедан);
• оксид ванадію (використовується як каталізатор);
• сульфіди різних металів;
• сірководень.

Перед початком виробничого процесу сировина проходить підготовку, під час якої насамперед у спеціальних дробильних машинах подрібнюється колчедан. Це дозволяє прискорити реакцію завдяки збільшенню зіткнення активних речовин. Потім пірит очищається: для цього його занурюють у великі ємності з водою, при цьому домішки та порожня порода виринають на поверхню, після чого їх прибирають.

Саме виробництво можна поділити на кілька стадій:

1. Очищений після подрібнення колчедан завантажується в піч, де відбувається його випал при температурі до 800 градусів. Знизу в камеру подається повітря за принципом протитечії, завдяки чому перит знаходиться у підвішеному стані. Раніше такий випал відбувався протягом кількох годин, а зараз процес триває кілька секунд. Відходи у вигляді оксиду заліза, що утворилися в процесі випалу, видаляються та вирушають на металургійні підприємства. У ході випалу виділяються гази SO2 та O2, а також пари води. Після очищення від найдрібніших частинок і водяної пари виходить кисень і чистий оксид сірки.
2. З другого краю етапі під тиском відбувається екзотермічна реакція, у якій бере участь ванадієвий каталізатор. Старт реакції відбувається при температурі 420 градусів, але для більшої ефективності її можна підняти до 550 градусів. У ході реакції відбувається каталітичне окислення і SO2 перетворюється на SO
3. Третій виробничий етап полягає в поглинанні SO3 у поглинальній вежі, внаслідок чого утворюється олеум H2SO4, який розливається в цистерни та оговтується споживачам. Надлишок тепла під час виробництва використовується для опалення.

У Росії її щорічно виробляється близько 10 мільйонів тонн H2SO4. У цьому основними виробниками виступають компанії, які є її основними споживачами. В основному це підприємства, що випускають мінеральні добрива, наприклад, «Амофос», «Балаківські міндобрива». Оскільки колчедан, який виступає основною сировиною, є відходом збагачувальних підприємств, його постачальники це Талнахская, і навіть Норильська збагачувальні фабрики.

У світі лідерами з виробництва H2SO4 є Китай та США, які щороку випускають відповідно 60 та 30 мільйонів тонн речовини.

Застосування сірчаної кислоти.

Світова промисловість щорічно споживає близько 200 мільйонів тонн сірчаної кислоти для безлічі видів продукції. За обсягами використання у промисловості серед усіх кислот вона посідає перше місце.

1. Виробництво добрив. Головним споживачем сірчаної кислоти (близько 40%) виробництво добрив. Саме тому заводи, що виробляють H2SO4, будують поблизу заводів, що випускають добрива. Іноді є частинами однієї й тієї ж підприємства із загальним циклом виробництва. У цьому виробництві використається чиста кислота 100% концентрації. На виробництво тонни суперфосфату, або амофосу, що найчастіше використовуються в сільському господарстві, йде близько 600 літрів сірчаної кислоти
2. Очищення вуглеводнів. Виробництво бензину, гасу, мінеральних масел також не обходиться без сірчаної кислоти. Ця промисловість споживає ще близько 30% всієї виробленої у світі H2SO4, яка у разі використовується очищення у процесі переробки нафти. Також їй обробляють свердловини при видобутку нафти та збільшують октанову кількість палива.
3. Металургія. Сірчана кислота в металургії застосовується для очищення листового металу, дроту та всіляких заготовок від іржі, окалини, а також відновлення алюмінію в процесі виробництва кольорових металів. Використовується для травлення металевих поверхонь перед покриттям нікелем, хромом або міддю.
4. Хімічна промисловість. За допомогою H2SO4 виробляється безліч органічних та неорганічних сполук: фосфорної, плавикової та інших кислот, сульфату алюмінію, що використовується у целюлозно-паперовій промисловості. Без неї неможливе виробництво етилового спирту, ліків, миючих засобів, інсектицидів та інших речовин

Область застосування H2SO4 воістину величезна і неможливо перерахувати всі методи її промислового використання. Вона також застосовується для очищення води, виробництва барвників, як емульгатор у харчовій промисловості, при синтезі вибухових речовин та для багатьох інших цілей.

Сьогодні отримання сірчаної кислоти виробляється переважно двома промисловими способами: контактним і нітрозним. Контактний метод більш прогресивний і у Росії він застосовується ширше, ніж нітрозний, тобто баштовий.

Одержання сірчаної кислоти починається з випалу сірчистої сировини, наприклад, У спеціальних колчеданних печах виходить так званий випалювальний газ, в якому міститься близько 9% сірчистого ангідриду. Ця стадія однакова як контактного, так нітрозного способу.

Далі необхідно окислити отриманий сірчистий ангідрид у сірчаний. Однак попередньо його потрібно очистити від низки домішок, які заважають подальшому процесу. Випалювальний газ очищають від пилу в електрофільтрах або циклон-апаратах, а потім подають його в пристрій, що містить тверді контактні маси, де діоксид сірки SO 2 окислюється в сірчаний ангідрид SO 3 .

Ця екзотермічна реакція оборотна - підвищення температури призводить до розкладання сірчаного ангідриду, що утворився. З іншого боку, при зниженні температури швидкість прямої реакції дуже мала. Тому температуру в контактному апараті підтримують у межах 480 про З, регулюючи її швидкістю проходження газової суміші.

Надалі при контактному способі утворюється при з'єднанні сірчаного ангідриду з водою.

Нитрозний спосіб характеризується тим, що окислюється Одержання сірчаної кислоти за цим методом запускається утворенням сірчистої кислоти при взаємодії з випалювання з водою. Надалі отримана сірчиста кислота окислюється азотною кислотоющо призводить до утворення монооксиду азоту та сірчаної кислоти.

Ця реакційна суміш подається до спеціальної вежі. При цьому, регулюючи потік газу, домагаються, щоб газової суміші, що потрапляє в поглинальну вежу, діоксид і монооксид азоту містився у співвідношенні 1:1, що необхідно для отримання азотистого ангідриду.

Нарешті, при взаємодії сірчаної кислоти та азотистого ангідриду утворюється NOHSO 4 – нітрозилсерна кислота.

Нитрозилсерна кислота, що утворилася, подається в продукційну вежу, де вона, розкладаючись водою, виділяє азотистий ангідрид:

2NOHSO 4 + Н 2 O = N 2 O 3 + 2Н 2 SO 4,

який і окислює сірчисту кислоту, що утворилася у вежі.

Окис азоту, що виділилася в результаті реакції, знову повертається в окислювальну вежу і входить у новий цикл.

Нині у Росії отримання сірчаної кислоти виробляється переважно контактним способом. Нітрозний метод використовується нечасто.

Застосування сірчаної кислоти дуже широке і різноманітне.

Велика її частина йде на виробництво хімічних волокон та мінеральних добрив, вона необхідна у виробництві лікарських речовин та барвників. За допомогою сірчаної кислоти отримують етиловий та інші спирти, миючі засоби та отрутохімікати.

Її розчини застосовуються в текстильній, харчовій промисловості, в процесах нітрування та для виробництва.

У місті Ревда з рейок зійшли 15 вагонів із сірчаною кислотою. Вантаж належав до Середньоуральського мідеплавильного заводу.

НП сталася на відомчих залізничних коліях у 2013-му році. Кислота розлилася на площі 1000 квадратних кілометрів.

Це свідчить про масштаби потреби промисловців у реагенті. У Середні віки, наприклад, на рік були потрібні лише десятки літрів сірчаної кислоти.

У 21-му столітті світове вироблення речовини на рік – десятки мільйонів тонн. За обсягом виробництва та застосування судять про розвиток хімічних галузейкраїн. Отже, реагент вартий уваги. Опис почнемо з властивостей речовини.

Властивості сірчаної кислоти

Зовні 100% сірчана кислота- Масляниста рідина. Вона безбарвна та важка, відрізняється крайньою гігроскопічністю.

Це означає, що речовина поглинає із атмосфери пари води. При цьому кислота виділяє тепло.

Тому до концентрованої форми речовини воду додають малими дозами. Влий багато і швидко, полетять бризки кислоти.

З огляду на її властивість роз'їдати матерії, в тому числі і живі тканини, ситуація небезпечна.

Концентрованою сірчаною кислотоюназивають розчин, у якому реагенту більше 40%. Такий здатний розчинити,.

Розчин сірчаної кислотидо 40% — неконцентрований, хімічно поводиться інакше. Воду в нього доливати можна досить швидко.

Паладій з не розчиняться, зате розпадуться і . А от концентрату кислоти всі три метали не підвладні.

Якщо дивитися на , сірчана кислота у розчиніреагує з активними металами, що стоять до водню.

Насичена ж речовина взаємодіє і з неактивними. Виняток – благородні метали. Чому ж концентрат не чіпає залізо, мідь?

Причина їх пасивації. Так називають процес покриття металів захисною плівкою оксидів.

Вона і перешкоджає розчиненню поверхонь, щоправда, лише у звичайних умовах. При нагріванні реакція можлива.

Розведена сірчана кислотабільше схожа на воду, ніж олія. Концентрат ж, відзначимо не тільки по тягучості та щільності, але й диму, що походить від речовини на повітрі.

На жаль, у Мертвому озері на Сицилії вміст кислоти менший за 40%. за зовнішньому виглядуводоймища не скажеш, що вона небезпечна.

Проте, з дна сочиться небезпечний реагент, що утворюється у породах земної кори. Сировиною може бути, наприклад, .

Цей мінерал ще називають сірчаним. При контакті з повітрям і водою розпадається на двох і трьох валентне залізо.

Другий продукт реакції – сірчана кислота. Формулагероїні, відповідно: - H 2 SO 3 . Нема ні специфічного кольору, ні запаху.

Опустивши, за незнанням, руку у води сицилійського озера Смерті на кілька хвилин, люди позбавляються.

Враховуючи здатність водоймища, що роз'їдає, місцеві злочинці взялися скидати в нього трупи. Кілька днів і від органіки не залишається і сліду.

Продуктом реакції сірчаної кислоти з органікою нерідко є. Реагент відщеплює від органіки воду. Ось і залишається вуглець.

У результаті паливо можна отримати з «сирої» деревини. Людські тканини – не виняток. Але це вже сюжет для фільму жахів.

Якість пального одержуваного з обробленої органіки низька. Кислота реакції є окислювачем, хоча, може бути і відновником.

В останній ролі речовина виступає, наприклад, взаємодіючи з галогенами. Це елементи 17-ої групи таблиці Менделєєва.

Всі ці речовини не є сильними відновниками. Якщо ж кислота зустрічається з такими, виступає лише ролі окислювача.

Приклад: реакція з сірководнем. А які реакції дають саму сірчану кислоту, як її видобувають та виробляють?

Видобуток сірчаної кислоти

У минулі століття реагент добували не тільки із залізної руди, яка називалася піритом, а й із залізного купоросу, а так само, галунів.

Під останнім поняттям ховаються кристалогідрати сульфатів, подвійні .

В принципі, всі перераховані мінерали є сірковмісною сировиною, тому можуть застосовуватися для виробництва сірчаної кислотита у сучасності.

Мінеральна основа буває різною, але результат її обробки один – сірчаний ангідрит із формулою SO 2 . Утворюється під час реакції з киснем. Виходить, слід спалити основу.

Отриманий ангідрит проходить абсорбцію водою. Формула реакції така: SO 2 +1/2O 2 +H 2) -àH 2 SO 4 . Як видно, у процесі бере участь кисень.

У звичайних умовах сірчистий ангідрид із ним взаємодіє повільно. Тому промисловці окислюють сировину на каталізаторах.

Спосіб називається контактним. Є ще нітрозний підхід. Це окислення оксидами.

Перші згадки про реагент та його видобуток містить працю, датовану 940-м роком.

Це записи одного з перських алхіміків на ім'я Абубекер аль-Разі. Проте, про кислі гази, одержувані шляхом прожарювання галунів, говорив і Джафар аль-Суфі.

Цей арабський алхімік жив ще у 8 столітті. Однак, судячи з записів, у чистому вигляді сірчану кислоту не отримав.

Застосування сірчаної кислоти

Понад 40% кислоти йдуть виробництва мінеральних добрив. У ході суперфосфат, сульфат амонію, амофос.

Все це комплексні підживлення, на які роблять ставки фермери та великі виробники.

До добрив додають моногідрат. Це чиста, 100% кислота. Кристалізується вже за 10 градусів Цельсія.

Якщо використовують розчин, беруть 65%. Такий, наприклад, додають суперфосфат, одержуваний з мінералу .

На виробництво лише однієї тонни добрива витрачається 600 кіло концентрату кислоти.

Близько 30% сірчаної кислоти витрачаються на очищення вуглеводнів. Реагент покращує якість мастил, гасу, парафіну.

До них примикають мінеральні олії та жири. Їх також очищають за допомогою сірчаного концентрату.

Здатність реагенту розчиняти метали застосовується під час переробки руд. Їхнє розкладання настільки ж бюджетне, як і сама кислота.

Не розчиняючи залізо, вона не розчиняє і містить його. Отже, можна використовувати апаратуру з неї, а чи не дорогих .

Підійде, так само, дешевий, теж зроблений на основі феруму. Що ж стосується металів, що добуваються за допомогою сірчаної кислоти, можна отримати ,

Здатність кислоти поглинати воду з атмосфери, робить реагент чудовим осушувачем.

Якщо впливати на повітря 95-відсотковим розчином, залишкова вологість складе всього 0,003 міліграма парів води на літр газу, що осушується. Метод застосовують у лабораторіях та на промислових виробництвах.

Варто відзначити роль не лише чистої речовини, але його з'єднань. Вони знадобляться, переважно, в медицині.

Барієва каша, наприклад, затримує рентгенівське випромінювання. Лікарі заповнюють речовиною порожнисті органи, полегшуючи дослідження рентгенологів. Формула барієвої каші: - BaSO 4 .

Природний, до речі, теж містить сірчану кислоту, і теж потрібний медикам, але вже при фіксації переломів.

Необхідний мінерал і будівельникам, які використовують його як сполучний, скріплюючий матеріал, а так само, для декоративного оздоблення.

Ціна сірчаної кислоти

Цінана реагент – одна із причин його популярності. Кілограм технічної сірчаної кислоти можна придбати лише за 7 рублів.

Стільки за свою продукцію просять, наприклад, менеджери одного з підприємств Ростова на Дону. Розливають каністрами 37 кіло.

Це стандартний обсяг тари. Зустрічаються, як і, каністри 35 і 36 кілограмів.

Купити сірчану кислотуспеціалізованого плану, наприклад, акумуляторну, трохи дорожче.

За 36-кілограмову каністру просять, зазвичай, від 2000 рублів. Ось, до речі, ще одна галузь застосування реагенту.

Не секрет, що розведена дистильованою водою кислота – це електроліт. Він потрібний не тільки для звичайних батарейок, а й машинних акумуляторів.

Розряджаються вони, оскільки сірчана кислота витрачається, при цьому виділяється легша вода. Падає щільність електроліту, отже, та її ефективність.

Де немає заводів для її добування - неймовірно вигідне виробництво багатьох інших речовин, які мають важливе технічні значення”

Д.І. Менделєєв

Сірчана кислота застосовується у різноманітних виробництвах хімічної промисловості:

• мінеральних добрив, пластмас, барвників, штучних волокон, мінеральних кислот, миючих засобів;
• у нафтовій та нафтохімічній промисловості:

• у кольоровій металургії:

• у чорній металургії:

• у целюлозно-паперовій, харчовій та легкій промисловості (для отримання крохмалю, патоки, відбілювання тканин) тощо.

Виробництво сірчаної кислоти

Сірчану кислоту в промисловості виробляють двома способами: контактним та нітрозним.

Контактний спосіб виробництва сірчаної кислоти

Сірчану кислоту контактним способом виробляють великих кількостяхна сірчанокислотних заводах.

Нині основним способом виробництва сірчаної кислоти є контактний, т.к. цей метод має переваги перед іншими:

Одержання продукту у вигляді чистої концентрованої кислоти, прийнятної всім споживачів;

I. Сировина, що використовується для виробництва сірчаної кислоти.

Основна сировина

сірка - S

сірчаний колчедан (пірит) - FeS 2

сульфіди кольорових металів - Cu 2 S , ZnS , PbS

сірководень – H 2 S

Допоміжний матеріал

Каталізатор - оксид ванадію – V 2 O 5

ІІ. Підготовка сировини

Розберемо виробництво сірчаної кислоти з піриту FeS2.

1) Подрібнення піриту. Перед використанням великі шматки піриту подрібнюють у подрібнювальних машинах. Ви знаєте, що з подрібненні речовини швидкість реакції збільшується, т.к. збільшується площа поверхні зіткнення реагуючих речовин.

2) Очищення піриту. Після подрібнення піриту його очищають від домішок (порожньої породи і землі) методом флотації. Для цього подрібнений пірит опускають у величезні чани з водою, перемішують, порожня порода спливає нагору, потім видаляють порожню породу.

III. Основні хімічні процеси:

4 FeS 2 + 11 O 2 t = 800 °C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q або спалювання сірки S + O 2 t ° C→ SO 2

2SO 2 + O 2 400-500 ° З,V2O5 , p↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Технологічні принципи:

принцип безперервності;

Принцип комплексного використання сировинивикористання відходів іншого виробництва;

принцип безвідходного виробництва;

принцип теплообміну;

Принцип протитечії (“киплячий шар”);

Принцип автоматизації та механізації виробничих процесів.

V . Технологічні процеси:

Принцип безперервності: випал піриту в печі → надходження оксиду сірки ( IV ) та кисню в очисну систему →в контактний апарат →подача оксиду сірки ( VI ) у поглинальну вежу.

VI . Охорона навколишнього середовища:

1) герметичність трубопроводів та апаратури

2) газоочисні фільтри

VII. Хімізм виробництва :

ПЕРША СТАДІЯ - випалення піриту в печі для випалу в "киплячому шарі".

Для отримання сірчаної кислоти використовують, переважно, флотаційний колчедан- відхід виробництва при збагаченні мідних руд, що містять суміші сірчистих сполук міді та заліза. Процес збагачення цих руд відбувається на Норильській та Талнахській збагачувальних фабриках, які є основними постачальниками сировини. Ця сировина є більш вигідною, т.к. сірчаний колчедан видобувають, в основному, на Уралі, і, природно, його доставка може бути дуже дорогою. Можливе використання сірки, яка також утворюється при збагаченні руд кольорових металів, що видобуваються на рудниках.Постачальниками сірки є також ТОФ та НОФ. (Збагачувальні фабрики).

Рівняння реакції першої стадії

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

Подрібнений очищений вологий (після флотації) пірит зверху засипають у піч для випалу в киплячому шарі. Знизу (принцип протитечії) пропускають повітря, збагачене киснем, для повнішого випалу піриту. Температура печі для випалу досягає 800°С. Пірит розжарюється до червона і знаходиться в "підвішеному стані" через повітря, що продувається знизу. Схоже це все на киплячу рідину розпечено-червоного кольору. У “киплячому шарі” не злежуються навіть найдрібніші частинки піриту. Тому процес випалу відбувається дуже швидко. Якщо раніше для випалу піриту потрібно 5-6 годин, то тепер – лише кілька секунд. Причому, в киплячому шарі можна підтримувати температуру 800°С.

За рахунок теплоти, що виділяється, в результаті реакції підтримується температура в печі. Надмірна кількість теплоти відводять: по периметру печі проходять труби з водою, що нагрівається. Гарячу водувикористовують далі для центрального опалення поруч приміщень, що стоять.

Оксид заліза Fe 2 O 3 (огарок), що утворився, у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і відправляють на металургійний комбінат, на якому з оксиду заліза отримують метал залізо та його сплави з вуглецем - сталь (2% вуглецю в сплаві) і чавун (4% вуглецю в сплаві).

Таким чином, виконується принцип хімічного виробництва- Безвідходність виробництва.

З печі виходить пічний газ склад якого: SO 2 , O 2 пари води (пірит був вологий!) і дрібні частинки недогарка (оксиду заліза).Такий пічний газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка та водяної пари.

Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапи - у циклоні (використовується відцентрова сила, тверді частинки недогарка ударяються об стінки циклону і зсипаються вниз). Для видалення дрібних частинок суміш направляємо в електрофільтри, де йде очищення під дією струму високої напруги~ 60000 В (використовується електростатичне тяжіння, частинки недогарка прилипають до наелектризованих пластин електрофільтра, при достатньому накопиченні під власним вагою вони зсипаються вниз), для видалення парів води в пічному газі (осучка пічного газу) використовують сірчану концентровану кислоту, яка є дуже хорошим осушувачем, оскільки поглинає воду.

Осушування пічного газу проводять у сушильній вежі - знизу вгору піднімається пічний газ, а зверху вниз ллється концентрована сірчана кислота. Для збільшення поверхні зіткнення газу та рідини башту заповнюють керамічними кільцями.

На виході із сушильної вежі пічний газ уже не містить ні частинок недогарка, ні пари води. Пічний газ тепер є сумішшю оксиду сірки SO 2 і кисню Про 2 .

ДРУГА СТАДІЯ – каталітичне окислення SO 2 в SO 3 киснем у контактному апараті.

Рівняння реакції цієї стадії:

2 SO 2 + O 2 400-500°С, V 2 O 5 , p ↔ 2 SO 3 + Q

Складність другої стадії полягає в тому, що окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови протікання прямої реакції (отримання SO 3).

З рівняння випливає, що реакція оборотна, а отже, на цій стадії необхідно підтримувати такі умови, щоб рівновага зміщувалась у бік виходу. SO 3 , інакше порушиться весь процес Т.к. реакція йде із зменшенням обсягу (3 V ↔2 V ), то необхідний підвищений тиск. Підвищують тиск до 7-12 атмосфер. Реакція екзотермічна, тому, враховуючи принцип Ле-Шательє, за високої температури цей процес вести не можна, т.к. рівновага зрушить вліво. Починається реакція при температурі = 420 градусів, але завдяки багатошаровості каталізатора (5 шарів) ми можемо її підвищувати до 550 градусів, що значно прискорює процес. Каталізатор використовують ванадієвий (V 2 O 5). Він дешевий, довго слугує (5-6 років), т.к. найбільш стійкий до дії отруйних домішок. Крім того, він сприяє зсуву рівноваги праворуч.

Суміш (SO 2 і O 2) нагрівається в теплообміннику і рухається трубами, між якими в протилежному напрямку проходить холодна суміш, яку треба нагріти. В результаті відбувається теплообмін: вихідні речовини нагріваються, а продукти реакції охолоджуються до потрібних температур.

ТРЕТЯ СТАДІЯ - поглинання SO 3 сірчаною кислотою у поглинальній вежі.

А чому оксид сірки SO 3 не поглинають водою? Адже можна було б оксид сірки розчинити у воді: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . Але справа в тому, що якщо для поглинання оксиду сірки використовувати воду, утворюється сірчана кислота у вигляді туману, що складається з дрібних крапель сірчаної кислоти (оксид сірки розчиняється у воді з виділенням великої кількості теплоти, сірчана кислота настільки розігрівається, що закипає і перетворюється на пару ). Для того, щоб не утворювалося сірчанокислотного туману, використовують 98% концентровану сірчану кислоту. Два відсотки води - це так мало, що нагрівання рідини буде слабким та безпечним. Оксид сірки дуже добре розчиняється у такій кислоті, утворюючи олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 .

Рівняння реакції цього процесу:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 ·nSO 3

Олеум, що утворився, зливають у металеві резервуари і відправляють на склад. Потім олеумом заповнюють цистерни, формують залізничні потяги і відправляють споживачеві.