Производство сірчаної кислоты

Производство сірчаної кислоты.

Сірчану кислоту роблять у багато на сернокислотных заводах.

I. Сировину, що використовується для сірчаної кислоты:

1. Самородна сірка S.

2. Пірит (сірчаний колчедан) FeS2.

3. Сірководень H2S.

4. Сульфіди кольорових металів ZnS, Cu2S.

II. Підготовка сырья.

Розберемо виробництво сірчаної кислоти з піриту FeS2.

1) Здрібнення пирита.

Перед використанням великі шматки піриту подрібнюють в дробильных машинах. Ви знаєте, що з подрібнюванні речовини швидкість реакції збільшується, т.к. збільшується площа поверхні дотику реагують веществ.

2) Очищення пирита.

Після подрібнення піриту, його очищають від домішок (порожній породи і землі) методом флотації. І тому измельчённый пірит опускають в величезні чани із жовтою водою, перемішують, порожня порода спливає нагору, потім порожню породу удаляют.

III. Хімізм производства.

Виробництво сірчаної кислоти з піриту складається з трьох стадий.

ПЕРША СТАДІЯ — випал піриту в печі для випалу в «киплячому шарі «.

Рівняння реакції першої стадии.

t = 800 °C.

4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 + Q.

Измельчённый очищений вологий (після флотації) пірит згори засинають в піч для випалу в «киплячому шарі «. Знизу (принцип противотока) пропускають повітря, збагачений киснем, ще повного випалу піриту. Температура в печі для випалу сягає 800 °C. Пірит розжарюється до червона й у «підвішеному стані «через продуваемого знизу повітря. Схоже це все на киплячу рідина раскалённо-красного цвета.

За рахунок выделяющейся теплоти внаслідок реакції підтримується температура в печі. Надлишкове кількість теплоти відводять: за периметром печі проходять труби із жовтою водою, яка нагрівається. Гарячу воду використовують далі для центрального опалення поруч що стоять помещений.

Виниклий оксид заліза Fe2O3 (огарок) у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і надсилають на металургійний комбінат, у якому з оксиду заліза отримують метал залізо та її сплави з вуглецем — сталь (2% вуглецю З в сплаві) і чавун (4% вуглецю З в сплаве).

Отже виконується принцип хімічного виробництва — безвідходність производства.

З печі виходить пічний газ, склад якого: SO2, O2, пари води (пірит був вологий!) і частинки недогарка (оксиду заліза). Такий пічний газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка і парів воды.

Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапу — в циклоні (використовується відцентрова сила, твёрдые частинки недогарка вдаряються про стінки циклону і ссыпаются вниз) й у электрофильтрах (використовується електростатичне тяжіння, частки недогарка прилипають до наелектризованим пластинам электрофильтра, при достатньому накопиченні під власної вагою вони ссыпаются вниз), видалення водяної пари в твердому газі (осушка пічного газу) використовують сірчану концентровану кислоту, що дуже хорошим осушувачем, оскільки поглинає воду.

Осушку пічного газу проводять у сушильною вежі - знизу вгору піднімається пічний газ, а згори донизу ллється концентрована сірчана кислота. На виході з сушильною вежі пічний газ не містить жодного частинок недогарка, ні водяної пари. Пічний газ тепер є сумішшю оксиду сірки SO2 і кисню О2.

ДРУГА СТАДІЯ — окислювання SO2 в SO3 кислородом.

Відбувається в контактному аппарате.

Рівняння реакції стадії: 2SO2 + O2 2SO3 + Q.

Складність другий стадії у тому, що окислення одного оксиду на другий є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови перебігу прямий реакції (отримання SO3).

а) температура:

Пряма реакцій є экзотермической +Q, згідно з правилами зі зміщення хімічного рівноваги, у тому, щоб змістити рівновагу реакції убік экзотермической реакції, температуру у системі необхідно знижувати. Але, з іншого боку, при низьких температурах, швидкість реакції істотно падає. Експериментальним шляхом химики-технологи встановили, що оптимальної температурою для перебігу прямий реакції з максимальним освітою SO3 є температура 400−500°С. Це досить низька температура в хімічних виробництвах. А, щоб швидкість реакції за настільки низької температури в реакцію вводять каталізатор. Експериментальним шляхом встановили, що найкращим каталізатором цей процес є оксид ванадію V2O5.

б) давление:

Пряма реакція протікає із зменшенням обсягів газів: зліва 3V газів (2V SO2 і 1V O2), а справа — 2V SO3. Якщо пряма реакція протікає із зменшенням обсягів газів, відповідно до правилам усунення хімічного рівноваги тиск у системі потрібно підвищувати. Тому той процес проводять при підвищеному давлении.

Перш ніж суміш SO2 і O2 потрапить в контактний апарат, її необхідно нагріти до температури 400−500°С. Нагрівання суміші починається у теплообменнике, поставленого перед контактним апаратом. Суміш проходить між трубками теплообмінника і нагрівається з посади цих трубок. Усередині трубок проходить гарячий SO3 з контактного апарату. Потрапляючи в контактний апарат суміш SO2 і О2 продовжує нагріватися до потрібної температури, проходячи між трубками в контактному аппарате.

Температура 400−500°С в контактному апараті підтримується рахунок виділення теплоти у реакції перетворення SO2 в SO3. Щойно суміш оксиду сірки і кисню досягне шарів каталізатора, починається процес окислення SO2 в SO3.

Виниклий оксид сірки SO3 виходить із контактного апарату і крізь теплообмінник потрапляє у поглинальну башню.

ТРЕТЯ СТАДІЯ — поглинання SO3 сірчаної кислотой.

Відбувається в поглотительной башне.

Чому ж оксид сірки SO3 не поглинають водою? Адже можна було б оксид сірки розчинити у питній воді: SO3 + H2O H2SO4. Але річ у цьому, що й для поглинання оксиду сірки використовувати воду, утворюється сірчана кислота як туману, що складається з дрібних крапельок сірчаної кислоти (оксид сірки розчиняється у питній воді з великої кількості теплоти, сірчана кислота настільки розігрівається, що закипає і перетворюється на пар). А, ніж виникала сернокислотного туману, використовують 98%-ную концентровану сірчану кислоту. Два відсотка води — це малий, що нагрівання рідини буде слабким і безпечним. Оксид сірки дуже добре розчиняється у такому кислоті, створюючи олеум: H2SO4· nSO3.

Рівняння реакції цього процесу nSO3 + H2SO4 H2SO4· nSO3.

Виниклий олеум зливають в металеві резервуари і надсилають складу. Потім олеумом заповнюють цистерни, формують поїзди і надсилають потребителю.

Охорона навколишнього среды,.

що з виробництвом сірчаної кислоты.

Основною сировиною для сірчаної кислоти, є сірка. Вона належить до найпоширеніших числу хімічних елементів на нашої планете.

Виробництво сірчаної кислоти відбувається у три стадії на першої стадії отримують SO2, шляхом випалу FeS2, потім SO3, після чого цього разу третьої стадії отримують сірчану кислоту.

Науково-технічна революція, і пов’язаний із нею інтенсивний ріст хімічного виробництва, викликає суттєві зміни у навколишньому середовищі. Наприклад отруєння прісних вод, забруднення земної атмосфери, винищування тварин і птахів. Через війну світ був у лещатах екологічної кризи. Шкідливі викиди сернокислых заводів слід оцінювати як дією що міститься у яких оксиду сірки на розташовані поблизу підприємства зони, а й враховувати інші чинники — збільшення кількості випадків респіраторних захворювань людини і тварин, загибель рослинності і придушення його зростання, руйнація конструкцій з вапняку і мармуру, підвищення коррозионного зносу металів. З вини «кислих» дощів пошкоджені пам’ятники архітектури (Тадж-Макал).

У зоні до 300 кілометрів від джерела забруднення (SO2) небезпеку становлять сірчана кислота, у зоні до 600 км. — сульфати. Сірчана кислота і сульфати уповільнюють зростання с/г культур. Закисление водойм (навесні при таненні снігу, викликає загибель литок і молоді риб. Крім екологічних збитків очевидна економічних збитків — величезні суми щороку губляться при розкислення почв.

Розглянемо хімічні методу отчистки від найпоширеніших газоподібних забруднюючих повітря речовин. Відомо більш 60 методів. Найперспективнішими є методи, засновані на поглинання оксиду сірки вапняком, розчином сульфата — гидросульфита амонію і лужним розчином алюмината натрію. Інтерес також представляють каталітичні методи окислення оксиду сірки у присутності оксиду ванадия.

Особливого значення має очищення газів від фторсодержащих домішок, котрі навіть у незначною концентрації шкідливо впливають на рослинність. Якщо газах міститься фтороводород і фтор, їх пропускають через колони з насадкою противотоком стосовно 5−10% розчину гидроксида натрію. У перебігу однієї хвилини протікають такі реакции:

F2+2NaOH-> O2+H2O+2NaF.

HF+NaOH->NaF+H2O;

Утворений фторид натрію обробляють для регенерації гидроксида натрия:

2NaF+CaO+H2O->CaF2+2NaOH.