загрузка...
 
§ 7. ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ
Повернутись до змісту

§ 7. ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ

Найсучасніший спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості—цс контактний. Як сировина використовується пірит FcS2 (залізний, або сірчаний, колчедан).

Перша стадія процесу—випалювання колчедану і добування діоксиду сульфуру:

Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру S02, ще кисень, азот, водяну пару та інші домішки. Його очищають, висушують і подають на другу стадію виробництва у контактний апарат.

Друга стадія—окиснення діокевду сульфуру і добування триоксиду сульфуру:

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 S03 сприятимуть низька температура і високий тиск.

Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосувати майже неможливо, бо S02 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V205, щоб пришвіщшити 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 S02 в S03 здійснюється складно, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здійснення визначаються в основному згідно з принципом Лe Шательє.

• Сформулюйте принцип Ле Шательє так, як ви його розумієте.

Яких умов окиснення S02 в S03 слід додержувати, щоб збільшити вихід триоксиду сульфуру? Обґрунтуйте ці умови.

Третя стадія виробництва—поглинання триоксиду сульфуру й утворення сульфатної кислоти H2S04.

Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру S03 надходить у поглинальну башту — абсорберде поглинається концентрованою сульфатною кислотою (масова частка H2S04 96—98 %). В абсорбері S03 взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну, 100%-ву сульфатну кислоту, яка називається моногідратом:

1 Абсорбція (від лат. absorptio — поглинання) — обирання газів або рідин усім об'ємом (а не поверхнею) іншої речовини.

Чистою водою поглинати триоксид сульфуру S03 не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» із дрібних крапель сульфатної кислоти, який погано конденсується.

Кінцевий продукт виробництва—олеум (розчин S03 у 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 S02 і триоксиду сульфуру SО3 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(IV) S02 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 S02 і знову повертають його у виробництво. Застосовують також методи добування цінних побічних продуктів із промислових відходів.

Над проблемою повної утилізації та переробки відходів виробництва сульфатної кислоти нині працюють інженери і техніки. Адже реалізація принципу безвідхідності дає змог} не тільки істотно збільшувати вихід кислоти, підвищувати ефективність виробництва, а й охороняти здоров'я людей зберігати чистоту навколишнього середовища.

 Утилізація (від лат. utilis — корисний) — доцільне застосування відходів.

           

 

            3. Знаходимо масу діоксиду сульфуру, яка фактично утворилась.

Теоретичний вихід S02, що становить 900 кг, приймаємо за 100 %, або за одиницю, тоді практичний вихід, який ми шукаємо, становитиме 98 %, або 0,98, звідси:

m(S02) = 900 кг . 0,98 = 882 кг.

Відповідь: маса S02, якщо вихід 98%, становить 882 кг.

Завдання для самоконтролю

48. Обчисліть масу безводної сульфатної кислоти, яку можна було б добути з 800 т сірчаного колчедану з масовою часткою Сульфуру 45 %, якби вихід кислоти був стовідсотковим.

49. Із 100 т сірчаного колчедану з масовою часткою Сульфуру 48 % добувають 132,3 т сульфатної кислоти. Визначте вихід кислоти.

50. Обчисліть вихід сульфатної кислоти, якщо з 800 т сірчаного колчедаїсу з масовою часткою Сульфуру 46 % добуто її масою 1000 т.

51. Яку масу сірки спалено, якщо добуто діоксид сульфуру об'ємом 89,6 м (н. у.), що становить 80 % від теоретично можливого виходу?

52*. Обчисліть масу розчину сульфатної кислоти з масовою часткою H2S04 80 %, який можна добути, використовуючи 2 кг руди, що містить пірит і домішки. Масова частка домішок у руді становить 40 %. Вихід кислоти з руди дорівнює 90 %.



загрузка...