Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение H2SO4, а также в виде соединений с водой H2SO4*2H2O, H2SO4*H2O, H2SO4*4H2O и с триоксидом серы H2SO4*SO3, H2SO4*2SO3. В технике серной кислотой называют и безводную H2SO4 и ее водные растворы (по сути дела, это смесь H2O, SO2 и соединений H2SO4 *nH2O) и растворы триоксида серы в безводной H2SO4 – олеум (смесь H2SO4 и соединений H2SO4*nSO3).
Безводная серная кислота – тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой и триоксидом серы в любом соотношении. Физические свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура кристаллизации, температура кипения, зависят от ее состава. Безводная 100%-ная кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации 10,7 *С. Чтобы уменьшить возможность замерзания товарного продукта при перевозке и хранении, концентрацию технической серной кислоты выбирают такой, чтобы она имела достаточно низкую температур кристаллизации. Промышленность выпускает три вида товарной серной кислоты.
Концентрированная серная кислота. Получаем. Измеряем. Храним.
Существуют 2 промышленных способа получения серной кислоты: контактный и нитрозный.
При контактном способе получения серной кислоты сульфидную руду (чаще всего железный колчедан FеS2) обжигают в специальных колчеданных печах. При этом получается обжиговый газ, содержащий приблизительно 9 % сернистого ангидрида.
Перед тем, как произвести окисление сернистого газа в серный ангидрид, обжиговый газ очищают от целого ряда примесей, которые могут затруднить и даже сделать невозможным последующее окисление. Одной из таких примесей является пыль, которая может отравить катализатор. Очистка от пыли производится в специальных устройствах — циклон-аппаратах и электрофильтрах.
В контактном аппарате производится окисление сернистого ангидрида в серный. Эта реакция является экзотермической. Однако образующийся серный ангидрид термически малоустойчив и при высокой температуре может снова разлагаться на кислород и сернистый газ. Таким образом реакция 2 SO2 + O2 →2 SO3 обратима.
При низкой температуре окисление идет очень медленно и значительная часть сернистого газа, проходя через контактный аппарат, не успевает окислиться. Поэтому, чтобы достигнуть максимальной степени окисления сернистого газа и в то же время избежать разложения серного ангидрида, скорость газа регулируют таким образом, чтобы температура в контактном аппарате поддерживалась в пределах 470-490 град. С.
При нитрозном способе получения серной кислоты окисление сернистого газа осуществляется оксидами азота. Обжиговый газ подается в продукционную башню 1, орошаемую нитрозилсерной кислотой (NОНSО3). Для запуска процесса сернистую кислоту окисляют азотной кислотой согласно уравнениям:
Оксиды азота вместе с выхлопными газами (азот и кислород) подаются в башню 2 для окисления монооксида азота в диоксид. Поток газа регулируют таким образом, чтобы 50 % газа проходило через окислительную башню, а 50 % — миновало ее. Таким образом в поглотительную башню попадает газовая смесь, содержащая монооксид и диоксид азота в эквимолярном соотношении, вследствие чего образуется азотистый ангидрид:
Учебный фильм о производстве серной кислоты
При низкой температуре равновесие сдвигается в сторону образования азотистого ангидрида (N2О3), а при повышении температуры — в сторону образования монооксида и диоксида азота. В поглотительной башне азотистый ангидрид реагирует с концентрированной серной кислотой, образуя нитрозилсерную кислоту:
Эта реакция может протекать только с концентрированной серной кислотой. При разбавлении водой нитрозилсерная кислота вновь разлагается на серную кислоту и оксиды азота.
Нитрозилсерная кислота подается на орошение в продукционную башню, где и разлагается водой, а выделившийся азотистый ангидрид окисляет образующуюся в башне сернистую кислоту:
Монооксид азота вновь направляется в окислительную башню и процесс повторяется.
Оксиды азота, которые не поглотились серной кислотой, улавливаются в санитарной башне (на схеме не показана), в которую подают либо раствор соды (Nа2СО3), либо раствор извести (Са(ОН)2):
Потеря оксидов азота компенсируется введением новых порций азотной кислоты.
Концентрация серной кислоты, получаемой нитрозным способом, достигает 70-80 %.
Серная кислота находит самое широкое применение. Она используется для получения соляной, азотной, фосфорной, плавиковой и многих органических кислот методом обмена, в производстве фосфорных и азотных удобрений, органических сульфосоединений, для очистки различных газов, входит в состав нитрующих смесей, используется в производстве красителей, для зарядки аккумуляторов и др.
Широко применяются соли серной кислоты. Сульфат натрия (глауберова соль Nа2SO4 * 10Н2О) применяется для производства соды и в стекольной промышленности. Сульфат кальция распространен в природе в виде двуводного кристаллогидрата гипса (СаSO4 * 2Н2О) и безводной соли ангидрита (СаSO4).
Ангидритовые вяжущие материалы получают путем обжига гипсового камня при повышенных температурах (600-700 град. С) с различными добавками. При этом получают отделочный гипсовый цемент и кальцинированный гипс (экстрих-гипс).
Эти материалы затвердевают значительно медленнее, чем полуводный гипс, и применяются для изготовления строительных растворов и бетонов малой прочности, а также искусственного мрамора, бесшовных настилов полов и др.
Сульфат магния, или горькая соль (МgSO4 * 7Н2О) применяется в медицине как слабительное.
Сульфат железа (II), или железный купорос (FеSO4 * 7Н2О) применяется для приготовления желтой кровяной соли (К4[Fе(СN)6]), чернил, для очистки воды и консервирования дерева.
Сульфат меди, или медный купорос (СuSО4 * 5Н2О) применяется для борьбы с различными грибками — вредителями сельского хозяйства, для производства медных покрытий и получения различных соединений меди.
Из растворов, содержащих сульфат трехвалентного металла (Fе 3+ , Аl 3+ , Сг 3+ ) и сульфат одновалентного металла (К + , NН4 + , Rb + ), выкристаллизовываются двойные соли типа К2SO4 * Al2(SO4)3 * 24H2O или КАl(SO4)3 * 12Н2О. Вместо калия и алюминия могут стоять в любом сочетании перечисленные элементы.
Эти соединения называются квасцами. Квасцы существуют только в твердом виде. В растворе они ведут себя как 2 самостоятельные соли, т. е. как смесь сульфатов одно- и трехвалентных металлов.
30. Принципиальная технологическая схема получения серной кислоты из серы.
Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы контактным способом отличается от процесса производства из колчедана рядом особенностей. К ним относятся:
– особая конструкция печей для получения печного газа;
– отсутствие стадии предварительной очистки печного газа.
Последующие операции контактирования оксида серы (IV) по физико-химическим основам и аппаратурному оформлению не отличаются от таковых для процесса на основе колчедана и оформляются обычно по схеме ДКДА. Термостатирование газа в контактном аппарате в этом методе осуществляется обычно путем ввода холодного воздуха между слоями катализатора.
Принципиальная схема производства серной кислоты из серы представлена на рис. 1:
Рис. 1. Структурная схема производства серной кислоты из серы.
1 – осушка воздуха; 2 – сжигание серы; 3 – охлаждение газа, 4 –контактирование; 5 –абсорбция оксида серы (IV) и образование серной кислоты.
Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 3572 ;
Источник: poznayka.org
Серная кислота — история открытия
Пирит в природе под действием кислорода и воды постепенно окисляется и образует сульфаты двух- и трехвалентного железа и серную кислоту. Эти процессы в природе идут медленно. Но за ее многомиллионную историю нашей планеты накопилось довольно много различных солей серной кислоты.
Наши предки научились применять эти соли в быту. Так, из сернокислого железа готовили чернила, использовали его при крашении тканей. Применяли эти соли в иконописи, при золочении, обработке кожи и в медицине. Упоминаются они в различных лечебниках XVI и XVII вв. и в делах «Аптекарского приказа». Эти соли обладали вяжущим кислым вкусом и потому их называли квасцами, что, по-видимому, происходит от старинных русских слов «квас», «квасить», «квашение».
В XVII в. квасцы в значительном количестве ввозились из-за границы. Первые заводы по производству квасцов были построены на Руси в XVIII веке. Первое современное промышленное производство серной кислоты «контактным методом» было создано в России на Тентелевском химическом заводе в Санкт-Петербурге в 1903 году (теперь завод называется «Красный химик»). «В 1671 г. через Архангельский порт к нам было ввезено 100 бочек немецких квасцов».
Для приготовления квасцов из колчедана часто применяли следующий метод: руду измельчали и раскладывали на ровном месте в виде усеченного конуса; сверху руду закрывали крышей так, чтобы не падали косые лучи солнца. Куче руды «. так долго дают лежать под кровлей, пока (она) не разгорячится насквозь. При этом она от себя такой испускает пар и запах, что почти можно задохнуться».
Следовательно, в это время идет процесс окисления железного колчедана, образование сернистого газа, затем и серной кислоты, дающей с окислами железа и алюминия сернокислые соли. Вокруг кучи делали канаву, выложенную камнем и непроницаемую для раствора квасцов. Время от времени руду поливали водой, которая стекала в канаву, потом в сборник раствора квасцов.
Затем этот раствор выпаривали на свинцовых или чугунных сковородках и получали сухие соли. В описанном способе, повторяющем природный процесс, создавались благоприятные условия для окисления колчедана. Поэтому окисление шло довольно «быстро», примерно в течение одного года.
Серный ангидрид и серная кислота были известны средневековым алхимикам. На Руси серная кислота появилась в XVII в. Называли ее купоросным маслом, так как она образуется при прокаливании «купороса». Мировые потребности серной кислоты в средние века ограничивались десятками килограммов в год. Она производилась для нужд аптек и алхимических лабораторий.
Некоторое количество концентрированной кислоты шло для производства особых спичек, содержащих бертолетову соль. В небольших количествах серная кислота с 1767 г. стала применяться на «Московском суконном дворе» при крашении тканей. Использовали её и для получения азотной и соляной кислот.
Впервые разрешение на производство серной кислоты и «духа купоросного», т.е. серного ангидрида, было дано Петром I в 1718 г. гражданам Савелову и братьям Томилиным. В разрешении сказано: «. позволение делать купорос, краску мумию, масло и дух купоросный и крепкую водку и иные вещи, которые из купоросной руды произведены быть могут. » В конце XVIII в. отдельные заводы изготовляли в год по 1-2т. Развитие производства долгое время тормозилось вследствие указа, изданного Анной Иоанновной в 1733 г., в котором запрещалось производить, продавать и покупать различные ядовитые вещества, в том числе и «купоросное масло», т.е. серную кислоту. Но потребности в серной кислоте заставили ограничить действие этого указа, особенно в XIX в. В то время в России было уже 17 «купоросно-масляных» заводов.
Источник: www.himtrade.ru
3. КОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Для рассматриваемого периода характерен быстрый рост производства серной кислоты, вызванный возникновением новых отраслей промышленности, в том числе производства взрывчатых веществ и удобрений, синтетических красителей, нефтехимических продуктов, и возросшим спросом на нее исконно традиционных потребителей. Мировое производство серной кислоты, составлявшее в 1878 г. около 1 млн. т, возросло в 1910 г. до 5 млн. т, а к концу первой мировой войны уже достигло более 13 млн. т [14, с. XII; 26, с. 17].
На рубеже XIX—XX вв. серную кислоту производили двумя основными способами — камерным (традиционным) и контактным (новым).
К 70-м годам XIX в. камерный способ получил вполне современное технологическое оформление и был господствующим в сернокислотной промышленности. Принцип изготовления серной кислоты в камерном процессе следующий. Образующийся при обжиге сернистых руд нагретый сернистый газ поступает в горячую башню Гловера.
Сверху навстречу газовому потоку разбрызгивается разбавленная серная кислота («нитроза»), содержащая нитрозилсерную кислоту. Часть сернистого газа окисляется в башне Гловера до серного ангидрида, который поглощается серной кислотой. Выделяющиеся из нитрозилсерной кислоты окислы азота в смеси с неокисленным сернистым газом поступают последовательно в ряд камер, в которые одновременно впускают пар. В камерах сернистый газ окисляется до серного ангидрида и, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Усовершенствованные камерные установки обеспечивали непрерывность производства и круговорот окислов азота, вновь используемых в процессе.
Контактный способ получения серной кислоты хотя и был известен •еще с первой половины XIX в. (П. Филипс, 1831 г.), однако все попытки реализовать его в промышленности существенных результатов не давали. Не удавалось долго установить причины, тормозящие каталитический эффект окисления сернистого газа.
Принцип контактного способа производства серной кислоты состоит в пропускании обжигового сернистого газа в смеси с воздухом через катализатор. В результате окисления сернистого газа образуется серный ангидрид, который затем поглощается водой, содержащейся в разбавленной серной кислоте. Контактный процесс позволяет получать серную кислоту любой концентрации, а также олеум — раствор серного ангидрида в безводной серной кислоте (дымящая серная кислота). Возможность получения с помощью контактного процесса крепкой серной кислоты — .важное преимущество этого способа по сравнению с камерным способом.
Разработка и внедрение в промышленность контактного способа получения серной кислоты является крупнейшим научно-техническим достижением рассматриваемого периода. Над его осуществлением упорно работали десятки лет ученые и инженеры многих стран, пытаясь поставить лроцесс на широкую практическую основу.
1875 год был в этом отношении примечательным благодаря классическим работам немецкого ученого К. А. Винклера, положившего начало развитию промышленного контактного процесса. Винклер получал концентрированную серную кислоту взаимодействием смеси сернистого газа и кислорода в присутствии катализатора — платинированного асбеста. Кроме платинированного асбеста, он предложил в качестве катализаторов также и окиси металлов, отмечая, что контактный процесс может удасть- ся только тогда, когда контактное вещество будет иметь возможно большую поверхность. В качестве «носителей» платины Винклер предлагал применять стеклянную вату и кизельгур — тонкопористую, легкую горную породу — и некоторые другие материалы [14, с. 14—16]. Однако следует иметь в виду, что сам факт применения платины в качестве катализатора не является приоритетом Винклера.
Платина для этих целей была предложена еще в 1831 г. П. Филипсом. Интересно, что в своих опытах по получению олеума К. А. Винклер воспользовался известным свойством обыкновенной концентрированной серной кислоты разлагаться при сильном нагревании на сернистый газ, кислород и пар.
Пар удаляли поглощением крепкой серной кислотой, а оставшуюся сухую смесь сернистого газа и кислорода пропускали над платинированным асбестом, нагретым «до умеренного красного каления». Таким образом в серный ангидрид переводилось 73,7 % от всей употребленной кислоты. Эти опыты Винклер и предлагал воспроизвести в большом масштабе. В то время когда стоимость олеума была очень высокой, способ Винклера, дававший более 70% выхода серного ангидрида, считался весьма хорошим, что и служило поводом к его использованию в промышленности.
В Германии возник ряд заводов для получения олеума по способу Винклера. При этом делались неустанные попытки усовершенствовать этот способ, а именно преодолеть технические трудности, обусловленные необходимостью вести процесс разлоячения серной кислоты на сернистый газ, кислород и воду при очень высоких температурных условиях, приводивших к быстрому разрушению технологической аппаратуры.
Последующие исследования и практические наблюдения химиков и специалистов показали, что этот способ весьма труден, экономически не всегда выгоден. Было найдено, что предусмотренное способом Винклера получение смеси, состоящей из двух объемов сернистого ангидрида и одного объема кислорода, необоснованно и даже вредно. Точка зрения Винклера о необходимости иметь стехиометрическую смесь в указанных соотношениях объемов реагирующих газов не оправдалась. Здесь не был учтен •один из основополагающих законов химии, определяющий основные положения теории химического равновесия,— закон действующих масс, открытый К. М. Гульдбергом и П. Вааге в 1864—1867 гг. Позже Винклер сам пришел к тому же выводу.
Несмотря на это, способ Винклера продолжали применять в Германии ив некотрых других странах в конце XIX в. Представляют интерес сведения профессора Г. Лунге о фабриках, работавших в то время по способу Винклера. Серную кислоту разлагали на сернистый газ, кислород и воду в вертикальных глиняных глазурованных ретортах (изготовленных из смеси 3 частей шамотных обломков размером с горошину с одной частью бельгийской огнеупорной глины). «Реторты находились все в огне и имели вверху и внизу гидравлические запоры для наполнения реторты кислотою и проч.
Плотность этих запоров достигалась заливкой их расплавленным стеклом. В первой реторте стоял цилиндр, в который вливалась серная кислота из платиновой трубочки, так, что серная кислота таким образом совершенно не касалась стенок реторты; в этом цилиндре происходило испарение и частью разложение этих образовавшихся паров кислоты в кольцеобразном пространстве между цилиндром и ретортой, вполне же — во второй реторте, в которую поступали уже газы. Трубопроводом служила двойная коленчатая труба, которая своими вертикальными коленами проходила через нижние неподвижные днища обеих реторт, а горизонтальная часть трубы, находясь среди огня, вела от одной реторты к другой. Из второй реторты газы шли вверх в конденсатор для осаждения большей части воды, затем в сушильную башню и в контактный аппарат, состоящий и» чугунных реторт, наполненных проволочными сетками, на которых лежал платинированный асбест» [14, с. 23—24].
Большую роль в развитии контактного способа получения серной кислоты сыграла Баденская анилиновая и содовая фабрика (БАСФ) в Люд- вигсгафене, впервые запатентовавшая свой способ в 1898 г. в Германии, Англии, Франции, Бельгии, Америке, а в 1901 г. в России. Разработка контактного способа на этой фабрике осуществлялась под руководством талантливого немецкого инженера Р. Книтча, который в результате многолетней упорной работы сумел преодолеть многие технологические затруднения и вывести новый процесс на широкую промышленную дорогу. Р. Книтч своими оригинальными опытами доказал, что для успешного осуществления контактного процесса необходима очистка газов. Им установлен эффект «отравления» катализатора некоторыми примесями, из которых наиболее вреден мышьяк.
Баденская фабрика получила много патентов в различных странах мира, в том числе — на приспособления и аппараты для охлаждения газа, очищения газов, на контактные аппараты, контактную массу и способы ее регенерации, на способы поглощения ангидрида серной кислотой и др.
О динамике роста выпуска серной кислоты контактным способом на Баденской фабрике свидетельствуют следующие данные: за период с 1888- по 1900 г. производство серного ангидрида возросло с 18,5 до 116 тыс. т, т. е. более чем в 6 раз [14, с. 100].
В России начало контактному производству олеума было положено на Тентелевском химическом заводе в Петербурге. В конце XIX в. здесь был установлен первый пробный контактный аппарат для переработки в олеум серного колчедана, а в 1903 г. — промышленная установка. В 1913 г. Тентелевский завод уже имел шесть действующих контактных систем, каждая производительностью около 5 тыс. т серной кислоты в год.
Разработанная на Тентелевском химическом заводе контактная система отличалась высокими технико-экономическими данными. Она не только могла конкурировать с разработанной впервые на Баденской анилиновой и содовой фабрике в Германии действующей системой, но и в некоторых отношениях превосходила ее. Контактная система Тентелевского завода получила широкое распространение не только в России, но и за рубежом— в Германии, США, Англии, Японии, Швеции, Франции, Румынии, Италии, Норвегии. В 1916 г. за рубежом работало 30 тентелевских систем.
Контактные тентелевские системы были установлены в 1905 г. на заводе Нобеля в Баку для обеспечения серной кислотой нужд нефтеперерабатывающих предприятий. Пять тентелевских систем начали работать в 1910 г. на заводах П. К. Ушкова (три около Самары и две — в Казани).
По одной тентелевской контактной системе было в 1911 г. на заводе Эрлиха в Риге, одна в Москве и четыре на двух заводах взрывчатых веществ [36, с. 207].
Кроме того, в России на ряде заводов применяли контакную систему Грилло—Шредера. В период первой мировой войны в России действовало 57 сернокислотных заводов, из которых 13 производили кислоту контактным способом, 6 имели контакные и камерные установки, на остальных 38 заводах — камерным способом. В условиях войны резко возрос спрос на олеум заводов взрывчатых веществ, оказавший влияние на строительство контактных установок. Так, в 1917 г. в России уже насчитывалось 48 кон- тактых систем, из которых 20 тентелевских [36, с. 208, 211].
Производство контактной серной кислоты (олеума) в России неуклонно росло. За период с 1910 по 1916 г. ее выпуск возрос с 9,2 до 84,4 тыс. т. Предполагают, что в 1917 г. производство контактой серной кислоты превысило 100 тыс. т. Из всей производимой в 1917 г. в России серной кислоты на долю контактной приходилось около 25% [36, с. 207].
В мировой сернокислотной промышленности к концу второго десятилетия XX в. опережающее развитие получил контактный способ, однако камерным способом производили еще более половины серной кислоты.
В настоящее время производство Н. серной кислоты из купоросного сланца, служащего главным материалом для ее добывания, сосредоточено в Богемии.
• Кислоты имеют кислый вкус. • Кислоты могут привести к разрушениям строительных конструкций. Нордгаузенская серная кислота — дымящая серная .
Производство серной кислоты (в 1995 г. составило 6,9 млн т) основано на использовании самородной серы (Водинское месторождение в Самарской области), серного колчедана.
Это объясняется тем, что серная кислота является малотранспортабельным грузом. В ряде районов получение серной кислоты совмещается с основными производствами на базе.
или фтористая) и хлористо-водородная или соляная кислоты, получаемые из. галоидов; азотная кислота, — соединение азота и кислорода; серная кислота
Пропорция смешения, применяемая в настоящее время — на 1 ч. азотной кислоты ок. 1,666 ч. (большей частью) или 2 ч. (реже) серной кислоты.
от того, сколько ионов водорода отделилось. СИЛЬНЫЕ КИСЛОТЫ: соляная кислота (НО), азотная кислота (HN03), серная кислота (H2S04).
кислотой . Другое употребление, которое мы можем сделать из Серной кислоты … Опять же Серная кислота, более всякой другой кислоты, полезна при.
слабые кислоты: азотная, серная, соляная, уксусная, щавелевая, плавиковая и. ряд их смесей («царская водка»). Общие симптомы.
— Строение уксусной кислоты. заинтересовало химиков со времени открытия Дюма трихлоруксусной кислоты … выше сочетанным сернистым кислотам и непосредственно в.
Что же могло быть в руках алхимиков 4-10 века? Серная кислота? Скорее всего была известна, потому что существуют естественные источники серной кислоты.
Чтобы добыть окись церия из церита, нагревают его с. серной кислотой, избыток кислоты выпаривают и остаток извлекают холодной.
Серная кислота и электролит разрушают ткань одежды и вызывают ожог кожи. Если серная кислота или электролит попали на кожу.
При кипячении с крепкой серной кислотой выделяется сернистый газ. Взаимодействие с горячей азотной кислотой идет довольно медленно, с царской водкой — быстрее.
Практически принимают: 1 мае. ч. извести на 1,5 мае. ч. серной кислоты и 1 мае. ч. на 1 мае. ч. соляной и азотной кислоты.
После полимеризации растворитель отгоняют. Полимеризация может быть проведена с применением в качестве катализатора разбавленной серной кислоты.
Теперь из электролита будет удаляться серная кислота и выделяться вода, а на пластинах аккумулятора будет вновь образовываться сернокислый свинец.
В основном это строительство заводов по производству серной кислоты по схеме: диоксид серы – триоксид серы – серная кислота.
Точно так же и с крепкой серной кислотой Т. реагируют иначе: вместо серно-эфирных кислот при этой реакции образуются двусернистые эфиры, причем серная кислота действует.
Этиловый эфир СН3—СО—СО(OC2H5) получен при действии крепкой серной кислоты на смесь П. кислоты со спиртом, кипит
Последние добавления:
Источник: bibliotekar.ru