Сторінка
1

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; = -13476 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 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 °С. 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 виробництв —найважливіша 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