Виробництво сульфатної кислоти

Реферат з хімії.

ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ Найсучасніший спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості - це контактний. Як сировина використо­вується пірит FeS2 (залізний, або сірчаний, колчедан).

Перша стадія процесу — випалювання колчедану і добу­вання діоксиду сульфуру:

4FeS2 + 1102 = 2Fe2O3 + 8SO2 $$^$$ — $$\mathit{}$$ = -13 476 кДж.

Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру SO2, ще кисень, азот, водяну пару та інші доміш­ки. Його очищають, висушують і подають на другу стадію виробництва у контактний апарат.

Друга стадія — окиснення діоксиду сульфуру і добуван­ня триоксиду сульфуру: V2O5.

O5 $$2{\text{SO}}_2+O_{2}2{\text{SO}}_3,$$ $$\mathit{}=-\text{197}\mathrm{,\; 9}$$ кДж.

Окиснення відбувається в контактному апараті за наяв­ності каталізатора і високої температури.

Але ви можете запитати, навіщо тут висока температура, якщо реакція екзотермічна. Адже ми знаємо, що згідно з принципом Ле Шательє зміщенню рівноваги у бік утворен­ня SO3 сприятимуть низька температура і високий тиск.

Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосу­вати майже неможливо, бо SO2 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V2O5, щоб пришвидшити процес, а каталізатор сам стає активним лише при 450 °C. Ось чому, незважаючи на екзотермічність реакції, використовують ще додаткове нагрівання. Теплоту, яка виділяється під час реакції, відво­дять і використовують для нагрівання випалювального газу, який встигає охолонути, проходячи складну систему очис­них споруд перед надходженням у контактний апарат (див. схему виробництва сульфатної кислоти на вклейці).

Отже, процес окиснення SO2 в SO3 здійснюється склад­но, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здій­снення визначаються в основному згідно з принципом Ле Шательє^.

• Сформулюйте принцип Ле Шательє так, як ви його розумієте. Яких умов окиснення SO2 в SO3 слід додержувати, щоб збіль­шити вихід триоксиду сульфуру? Об ' рунтуйте ці умови.

{Третя стадія виробництва-поглинання триоксиду сульфуру й утворення сульфатної кислоти H2SO4.

Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру SO3 надходить у поглинальну башту — абсорбер1, де поглинаєть­ся концентрованою сульфатною кислотою (масова частка H2SO4 96−98%). В абсорбері SO3 взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну, 100%-ву сульфатну кислоту, яка на­зивається моногідратом:

SO3 + Н2О = H2SO4- АН = -130,6.

^Чистою водою поглинати триоксид сульфуру SO3 не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» із дріб­них крапель сульфатної кислоти, який погано конденсу­ється.

Кінцевий продукт виробництва — олеум (розчин SO3 y моногідраті). Його розбавляють водою до сульфатної кисло­ти потрібної концентрації^.

• Поясніть, як можна, виходячи з концентрованої сульфатної кислоти, дістати її розбавлений розчин. Обґрунтуйте дії, необ­хідні при цьому.

Охорона праці та навколишнього середовища у виробниц­тві сульфатної кислоти. Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництвнайважливіша проблема сучасності. У виробництві сульфатної кислоти можуть бути втрати якоїсь кількості діоксиду SO2 і триоксиду сульфуру SO3 та викидання їх в атмосферу, що спричинює кислотні дощі. Вони сприяють підвищенню кислотності ґрунтів і зниженню врожаїв, збільшенню кислотності водойм і заги­белі його мешканців. Кислотні дощі спричинюють корозію металів, руйнують лакофарбові покриття. Під їх згубною дією руйнуються будівельні матеріали, пам’ятники архітек­тури тощо.

Щоб запобігти утворенню кислотних дощів і забезпечити охорону здоров’я працівників, намагаються не допускати викидання оксиду сульфуру (ГУ) SO2 в атмосферу і в цехи заводу. З цією метою своєчасно ремонтують апаратуру, встановлюють фільтри, поглиначі, вентиляцію, суворо до­держують технологічного режиму, використовують засоби індивідуального захисту працівників, удосконалюють й ав­томатизують виробничі процеси, герметизують устаткування та апаратуру, впроваджують принцип безвідхідності та ефек­тивні методи очищення відхідних газів. З них тепер влов­люють SO2 і знову повертають його у виробництво. Застосо­вують також методи добування цінних побічних продуктів із промислових відходів.

Над проблемою повної утилізації1 та переробки відходів виробництва сульфатної кислоти нині працюють інженери і.

техніки. Адже реалізація принципу безвідхідності дає змогу не тільки істотно збільшувати вихід кислоти, підвищувати ефективність виробництва, а й охороняти здоров’я людей і зберігати чистоту навколишнього середовища. /І.

Завдання для самоконтролю.

43. Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються у процесі добування сульфатної кислоти в техніці. Обґрунтуйте оптимальні умови їх здійснення.

44. Поясніть терміни «моногідрат» і «олеум».

45. Як ви гадаєте, чому перед надходженням суміші газів у контактний апарат її ретельно очищують?

46*. Яку масу моногідрату можна добути з 5 т сірчаного колче­дану, масова частка Сульфуру в якому 45%?

47*. Обчисліть масу розчину сульфатної кислоти з масовою часткою H2SO4 20%, який можна добути з 50 кг олеуму з масо­вою часткою SO3 10%.

§ 8. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА ВИХІД ПРОДУКТУ В основі виробництва сульфатної кислоти (так само і будь-якого іншого хіміко-технологічного процесу) лежить хімічне перетворення речовин — хімічні реакції, їхню суть виражають хімічними рівняннями, що складаються на осно­ві закону збереження маси речовин.

'" Сформулюйте закон збереження маси речовин і поясніть його суть з погляду атомно-молекулярного вчення.

Знання закону збереження маси дає змогу не тільки складати рівняння реакцій, а й проводити за ними різні розрахунки, у тому числі обчислювати вихід продукту ви­робництва.

Вихід продукту — важливий показник ефективності ви­робничого процесу. На його підставі роблять висновок про повноту використання сировини тощо. Річ у тім, що в реальних виробничих умовах через оборотність багатьох.