Производство серной кислоты Производство серной кислоты. Серную кислотупроизводят в больших количествах на сернокислотных заводах.I. Сырь , используемое для производства сернойкислоты 1. Самородная сера S 2. Пирит серный колчедан FeS3. Сероводород H2S 4. Сульфиды цветных металлов ZnS, Cu2S II. Разбер м производство сернойкислоты из пирита FeS1 Перед использованием большиекуски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчениивещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхностисоприкосновения реагирующих веществ.2 После измельчения пирита,его очищают от примесей пустой породы и земли методом флотации. Для этогоизмельч нный пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустаяпорода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.III. Производство серной кислотыиз пирита состоит из тр х стадий. ПЕРВАЯ СТАДИЯ - обжиг пиритав печи для обжига в кипящем слое . Уравнение реакции первойстадии t 800 C4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2 Q Измельч нный очищенный влажный после флотации пирит сверху засыпают в печь для обжига в кипящем слое . Снизу принцип противотока пропускают воздух, обогащ нный кислородом, для болееполного обжига пирита.
Температура в печи для обжига достигает 800 С. Пиритраскаляется до красна и находится в подвешенном состоянии из-запродуваемого снизу воздуха.
Похоже это вс на кипящую жидкостьраскал нно-красного цвета.
За сч т выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживаетсятемпература в печи. Избыточное количество теплоты отводят по периметру печипроходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше дляцентрального отопления рядом стоящих помещений. Образовавшийся оксид железа Fe2O3 огарок в производстве серной кислоты не используют.Но его собирают иотправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получаютметалл железо и его сплавы с углеродом - сталь 2 углерода С в сплаве и чугун 4 углерода С в сплаве . Таким образом выполняется принцип химическогопроизводства - безотходность производства.
Из печи выходит печной газ, состав которого SO2,O2, пары воды пирит был влажный! и мельчайшие частицы огарка оксида железа . Такой печной газ необходимо очистить от примесей тв рдыхчастиц огарка и паров воды. Очистка печного газа от тв рдых частичек огаркапроводят в два этапа - в циклоне используется центробежная сила, тв рдыечастички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз и в электрофильтрах используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают кнаэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении подсобственной тяжестью они ссыпаются вниз , для удаления паров воды в печном газе осушка печного газа используют серную концентрированную кислоту, котораяявляется очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду. Осушку печного газа проводят в сушильной башне -снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз ль тся концентрированнаясерная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ничастичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесьоксида серы SO2 и кислорода О2. ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO2в SO3 кислородом.
Протекает в контактном аппарате.
Уравнение реакции этойстадии 2SO2 O2 2SO3 Q Сложность второй стадии заключается в том, чтопроцесс окисления одного оксида в другой является обратимым.
Поэтому необходимовыбрать оптимальные условия протекания прямой реакции получения SO3 . а температура Прямая реакция является экзотермической Q, согласноправилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместитьравновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системенеобходимо понижать.Но, с другой стороны, при низких температурах, скоростьреакции существенно падает. Экспериментальным пут м химики-технологиустановили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции смаксимальным образованием SO3 является температура 400-500 С. Этодостаточно низкая температура в химических производствах.
Для того, чтобыувеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводяткатализатор.Экспериментальным пут м установили, что наилучшим катализаторомдля этого процесса является оксид ванадия V2O5. б давление Прямая реакция протекает с уменьшением объ мовгазов слева 3V газов 2V SO2 и 1V O2 , а справа - 2V SO3.Раз прямая реакция протекает с уменьшением объ мов газов, то, согласно правиламсмещения химического равновесия давление в системе нужно повышать.
Поэтому этотпроцесс проводят при повышенном давлении. Прежде чем смесь SO2 и O2попад т в контактный аппарат, е необходимо нагреть до температуры 400-500 С.Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактнымаппаратом.Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этихтрубок.
Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата.Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжаетнагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактномаппарате.Температура 400-500 С в контактном аппаратеподдерживается за сч т выделения теплоты в реакции превращения SO2 вSO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет сло вкатализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3.Образовавшийся оксид серы SO3 выходит изконтактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощениеSO3 серной кислотой. Протекает в поглотительной башне.А почему оксид серы SO3 не поглощаютводой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде SO3 H2OH2SO4.Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду,образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелексерной кислоты оксид серы растворяется в воде с выделением большого количестватеплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается впар . Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют98 -ную концентрированную серную кислоту.
Два процента воды - это так мало, чтонагревание жидкости будет слабым и неопасным.Оксид серы очень хорошорастворяется в такой кислоте, образуя олеум H2SO4 nSO3. Уравнение реакции этого процесса nSO3 H2SO4H2SO4 nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлическиерезервуары и отправляют на склад.
Затем олеумом заполняют цистерны, формируютжелезнодорожные составы и отправляют потребителю. Охрана окружающей среды,связанная с производством серной кислоты.Основным сырьем для производства серной кислоты,является сера. Она относится к числу наиболее распространенных числу химическихэлементов на нашей планете.Производство серной кислоты происходит в три стадиина первой стадии получают SO2, путем обжига FeS2, затем SO3, после чего на третьейстадии получают серную кислоту.Научно-техническая революция и связанный с нейинтенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативныеизменения в окружающей среде.
Например отравление пресных вод, загрязнениеземной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался втисках экологического кризиса.Вредные выбросы сернокислых заводов следуетоценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы нарасположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы -увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных,гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций изизвестняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов.
По вине кислых дождей повреждены памятники архитектуры Тадж-Макал .В зоне до 300 км от источника загрязнения SO2 опасность представляетсерная кислота, в зоне до 600 км сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют ростс х культур.Закисление водоемов весной при таянии снега, вызывает гибель икри молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб -громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.Рассмотрим химические метода отчистки от наиболеераспространенных газообразных загрязняющих воздух веществ.
Известно более 60методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серыизвестняком, раствором сульфита - гидросульфита аммония и щелочным растворомалюмината натрия.Интерес также представляют каталитические методы окисленияоксида серы в присутствии оксида ванадия.Особое значение имеет очистка газов отфторсодержащих примесей, которые даже в незначительной концентрации вредновлияют на растительность.
Если в газах содержится фтороводород и фтор, то ихпропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5-10 растворугидроксида натрия. В течении одной минуты протекают следующие реакции F2 2NaOH- gt O2 H2O 2NaF HF NaOH- gt NaF H2O Образующийся фторид натрия обрабатывают длярегенерации гидроксида натрия 2NaF CaO H2O- gt CaF2 2NaOH.