«Виробництво сульфатної кислоти»

Реферат

На тему:

«Виробництво сульфатної кислоти»

Підготував

Студент 4 курсу кафедри О/Х

Хуторянський Андрій

Вступ

Виробництво сульфатної кислоти – надзвичайно важлива галузь хімічної промисловості. Серед мінеральних кислот за обсягом виробництва сульфатна кислота посідає перше місце (223 млн тон в світі станом на 2011 рік). Високий попит на сірчану кислоту викликаний такими якостями, як сильні кислотні, гарні дегідратуючі (водопоглинаючі) та електролітичні (провідність струму) властивості. Саме через це сульфатна кислота знайшла широке використання у промисловості. На сьогодні активно використовується два методи отримання сульфатної кислоти – нітрозний та контактний, кожен із яких має ряд переваг та недоліків. Розглянемо їх детальніше.

Нітрозний спосіб

Для обох методів отримання сульфатної кислоти необхідно в якості проміжної сполуки отримувати сірчистий газ (SO₂). Використовують сировину, що містить похідні сірки, такі як пірит FeS₂, халькопірит CuFeS₂, NiS, CuS, ZnS а також елементарна сірка та навіть гіпс CaSO₄*2H₂O. У випадку використання сірки або сульфідних руд на першій стадії виробництва відбувається подрібнення та обпалювання руди:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Після обпалювання руди гази подаються у наступну установку, яка називається «циклон». В неї газ подається із високою швидкістю, і дрібні частинки руди, що залишилися у газовій фазі під час обпалювання, під дією відцентрової сили осідають, а очищений газ подається у наступну установку:

Вся суть нітрозного методу полягає в тому, щоб реакцію окиснення SO₂ до SO₃ повітрям, яка відбувається складно та за високих температур замінити на більш просту із використанням оксидів азоту:

SO₂ + O₂ = SO₃

SO₂ + NO₂ = SO₃ + NO

2NO + O₂ = 2NO₂

Гази після обпалювання подаються у башту 1, де відбувається орошення азотною кислотою, яка слугує джерелом оксидів азоту:

2HNO₃ = NO₂ + NO +O₂ +H₂O

Далі відбувається реакція взаємодії оксидів азоту із сірчистим ангідридом у рідкій фазі за схемою:

SO₂+ H₂O → H₂SO₃

N₂O₃+ H₂O → 2HNO₂

H₂SO₃+ 2HNO₂→ H₂SO₄+ 2NO+ H₂O

Також частина SO₂ окислюється у газовій фазі:

SO₂+ NO₂→ SO₃+ NO

Такі реакції відбуваються у баштах 1 та 2, звідки знизу збирається готовий продукт – сірчана кислота 70-75% концентрації. У башті 3 відбувається окиснення NO повітрям:

2NO + O₂→ 2NO₂

NO + NO₂→ N₂O₃

У баштах 4 та 5 відбувається поглинання N₂O₃ із утворенням нітрози (нітрозилсульфатної кислоти):

N₂O₃ + 2H₂SO₄ → 2NOHSO₄ + H₂O

Нітроза подається у башти 2 та 1 для окиснення SO₂.

Процеси відбуваються із екзотермічним ефектом, тому для підтримування оптимальної температури башти 1, 2 та 3 ззовні охолоджуються водою.

Переваги нітрозного методу:

- Дешевизна сировини та виробництва

- Не потрібна складна система очистки газів після обпалювання

- Не отруюється каталізатор (NO₂ регенерується)

- Багаторазове використання оксидів азоту в якості каталізатора

Недоліки нітрозного методу:

- Неможливість отримання сульфатної кислоти високої концентрації (75-78% макс.)

- Домішки у продукті (HNO₂, HNO₃, H₃PO₄, H₃AsO₄ тощо)

Контактний метод

Контактний метод отримання сульфатної кислоти принципово відрізняється від нітрозного тим, що окиснення сірчистого газу відбувається гетерофазно на поверхні каталізатора. Схема виробництва контактним методом:

Окрім вищеперерахованих сировин, для контактного методу також використовують сірководень.

Реакція окиснення рівноважна, тому оптимальна температура окиснення складає 400-450 градусів. При підвищенні до 600 вихід зменшується до 73% (порівняно із 99,3% при 400 С).

В якості каталізатора раніше за все почали використовувати металічну платину. Перевага – висока ефективність, головний недолік – недовговічність (швидко отруюється фосфором та арсеном, що містяться як домішки у рудах), а також висока ціна. Крім платини також використовують оксид ванадію. Його перевага над платиною – дешевизна та стійкість до отруєння. Наряду з ним використовують дешевий оксид заліза, який має низьку активність і вимагає високих температур, що призводить до зниження ефективності, тому майже не використовується.

Переваги:

- Відсутність забруднення навколишнього середовища оксидами азоту

- Висока чистота продукту (низький вміст домішок фосфору, арсену, селену тощо)

- Висока концентрація (98,3%; можливість отримання олеуму)

- Побічне утворення розбавленої кислоти

Недоліки:

- Високі енергозатрати порівняно з нітрозним методом

- Висока ціна платинових каталізаторів

- Необхідність багатостадійної очистки сірчистого газу перед подачею в контактний апарат

- Більш жорстка залежність ефективності процесу від температури

Висновки

Для кращого розуміння того, як, де і для чого використовується сульфатна кислота, дуже доречно привести діаграми, які відображують статистику.

Статистика виробництва сульфатної кислоти у Європі станом на 2000 рік:

Статистика використання сульфатної кислоти у світі по галузях (2013 рік):

Дані діаграми показують, що сульфатна кислота є продуктом хімічної промисловості, який виробляється майже повсемістно (у більшості країн) та має широке застосування у хімічній та агропромисловості, а також для виробництва мінеральних добрив. У машинобудівній промисловості використовується як електроліт у автомобільних акумуляторах.

Дата добавления: 2015-08-29