Kwas siarkowy i jego zastosowania. Otrzymywanie kwasu siarkowego i obszary jego zastosowania

Kwas siarkowy H2SO4, masa molowa 98,082; bezbarwny oleisty, bezwonny. Bardzo mocny dikwas, w temperaturze 18°C p Ka 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pK a 2 1,92; długości wiązań w S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kąt HOSOH 104°, OSO 119°; wrze z rozkładem, tworząc (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O o temperaturze wrzenia 338,8 ° C; patrz także tabela 1). Kwas siarkowy odpowiadający 100% zawartości H 2 SO 4 ma skład (%): H 2 SO 4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H 3 SO 4 + 0,14%, H 3 O + 0 09%, H 2 S 2O7 0,04%, HS2O7 0,05%. Mieszalny z SO 3 we wszystkich proporcjach. W roztworach wodnych Kwas siarkowy prawie całkowicie dysocjuje na H + , HSO 4 - i SO 4 2- . Formy H 2 SO 4 · n H 2 O, gdzie n=1, 2, 3, 4 i 6,5.

roztwory SO 3 w kwasie siarkowym nazywane są oleum, tworzą dwa związki H 2 SO 4 SO 3 i H 2 SO 4 2SO 3. Oleum zawiera również kwas pirosiarkowy, który otrzymuje się w reakcji: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Uzyskiwanie kwasu siarkowego

Surowiec do odbioru Kwas Siarkowy służą jako: S, siarczki metali, H 2 S, odpady z elektrociepłowni, siarczany Fe, Ca itp. Główne etapy otrzymywania Kwas Siarkowy: 1) surowce do otrzymywania SO 2 ; 2) SO2 do SO3 (konwersja); 3) SO3. W przemyśle stosuje się dwie metody uzyskania Kwas Siarkowy, różniących się sposobem utleniania SO 2 - kontakt z użyciem katalizatorów stałych (kontaktów) i azotu - z tlenkami azotu. Za zdobycie Kwas Siarkowy W metodzie kontaktowej nowoczesne zakłady stosują katalizatory wanadowe, które wyparły tlenki Pt i Fe. Czysty V 2 O 5 ma słabą aktywność katalityczną, która gwałtownie wzrasta w obecności metali alkalicznych, przy czym największy wpływ mają sole K. 7 V 2 O 5 i K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 rozkładają się w temp. 315-330 , odpowiednio 365-380 i 400-405 °C). Katalizowany składnik aktywny jest w stanie stopionym.

Schemat utleniania SO 2 do SO 3 można przedstawić w następujący sposób:

W pierwszym etapie osiągana jest równowaga, drugi etap jest powolny i determinuje szybkość procesu.

Produkcja Kwas Siarkowy z siarki metodą podwójnego kontaktu i podwójnej absorpcji (ryc. 1) składa się z następujących etapów. Powietrze po oczyszczeniu z kurzu dostarczane jest dmuchawą gazową do wieży suszarniczej, gdzie jest osuszane w 93-98% Kwas Siarkowy do zawartości wilgoci 0,01% obj. Osuszone powietrze wchodzi do pieca siarkowego po podgrzaniu w jednym z wymienników ciepła jednostki stykowej. Siarka jest spalana w piecu, zasilana przez dysze: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Gaz zawierający 10-14% obj. SO 2 jest schładzany w kotle i po rozcieńczeniu powietrzem do zawartości SO 2 9-10% obj. w temp. 420°C trafia do aparatu kontaktowego pierwszego stopnia konwersji, który przebiega na trzech warstwach katalizatora (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), po czym gaz jest schładzany w wymiennikach ciepła. Następnie gaz zawierający 8,5-9,5% SO 3 w temperaturze 200°C wchodzi w pierwszy stopień absorpcji do absorbera, nawadniany i 98% Kwas Siarkowy: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. Gaz jest następnie rozpryskiwany. Kwas Siarkowy, podgrzany do 420°C i wchodzący w drugi stopień konwersji, płynąc na dwóch warstwach katalizatora. Przed drugim etapem absorpcji gaz jest schładzany w ekonomizerze i podawany do absorbera drugiego etapu, nawadnianego 98% Kwas Siarkowy, a następnie po oczyszczeniu z rozprysków jest uwalniany do atmosfery.

1 - piec siarkowy; 2 - kocioł odzysknicowy; 3 - ekonomizer; 4 - piec rozruchowy; 5, 6 - wymienniki ciepła pieca rozruchowego; 7 - urządzenie kontaktowe; 8 - wymienniki ciepła; 9 - pochłaniacz oleum; 10 - wieża suszarnicza; 11 i 12, odpowiednio, pierwszy i drugi absorber monohydratu; 13 - kolektory kwasu.

1 - podajnik płyt; 2 - piec; 3 - kocioł odzysknicowy; 4 - cyklony; 5 - elektrofiltry; 6 - wieże myjące; 7 - mokre elektrofiltry; 8 - wieża nadmuchowa; 9 - wieża suszarnicza; 10 - pułapka zraszająca; 11 - pierwszy absorber monohydratu; 12 - wymienniki ciepła; 13 - urządzenie kontaktowe; 14 - pochłaniacz oleum; 15 - drugi absorber monohydratu; 16 - lodówki; 17 - kolekcje.

1 - wieża denitracyjna; 2, 3 - pierwsza i druga wieża produkcyjna; 4 - wieża oksydacyjna; 5, 6, 7 - wieże absorpcyjne; 8 - elektrofiltry.

Produkcja Kwas Siarkowy z siarczków metali (ryc. 2) jest znacznie bardziej skomplikowany i składa się z następujących operacji. Prażenie FeS 2 odbywa się w piecu fluidalnym z nadmuchem powietrznym: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Gaz prażony zawierający 13-14% SO 2 o temperaturze 900°C trafia do kotła, gdzie jest schładzany do 450°C. Odpylanie odbywa się w cyklonie i elektrofiltrze. Następnie gaz przechodzi przez dwie wieże myjące, nawadniane 40% i 10% Kwas Siarkowy. Jednocześnie gaz zostaje ostatecznie oczyszczony z pyłu, fluoru i arsenu. Do oczyszczania gazu z aerozolu Kwas Siarkowy utworzone w wieżach myjących, zapewnione są dwa stopnie elektrofiltrów mokrych. Po wysuszeniu w wieży suszarniczej, przed którym gaz jest rozcieńczany do zawartości 9% SO 2 , podawany jest za pomocą dmuchawy do pierwszego stopnia konwersji (3 złoża katalizatora). W wymiennikach ciepła gaz jest podgrzewany do 420°C dzięki ciepłu gazu pochodzącego z pierwszego stopnia konwersji. SO 2 , utleniony do 92-95% w SO 3 , trafia do pierwszego etapu absorpcji w absorberach oleum i monohydratu, gdzie jest uwalniany z SO 3 . Następnie gaz zawierający SO2 ~ 0,5% przechodzi do drugiego etapu konwersji, który odbywa się na jednej lub dwóch warstwach katalizatora. Gaz jest wstępnie podgrzewany w innej grupie wymienników ciepła do 420°C dzięki ciepłu gazów pochodzących z drugiego etapu katalizy. Po oddzieleniu SO 3 w drugim etapie absorpcji gaz jest uwalniany do atmosfery.

Stopień konwersji SO 2 do SO 3 w metodzie kontaktowej wynosi 99,7%, stopień absorpcji SO 3 99,97%. Produkcja Kwas Siarkowy prowadzone w jednym etapie katalizy, a stopień konwersji SO 2 do SO 3 nie przekracza 98,5%. Przed uwolnieniem do atmosfery gaz jest oczyszczany z pozostałego SO 2 (patrz). Występ nowoczesne instalacje 1500-3100 t/dzień

Istota metody azotowej (rys. 3) polega na tym, że gaz prażący po schłodzeniu i oczyszczeniu z kurzu jest traktowany tak zwaną nitrozą - Kwas Siarkowy w którym rozpuszczają się tlenki azotu. SO 2 jest absorbowany przez nitrozę, a następnie utleniany: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Powstały NO jest słabo rozpuszczalny w nitrozie i jest z niej uwalniany, a następnie częściowo utleniany tlenem w fazie gazowej do NO2. Mieszanina NO i NO 2 jest ponownie absorbowana Kwas Siarkowy itp. Tlenki azotu nie są zużywane w procesie azotowania i wracają do cyklu produkcyjnego z powodu ich niepełnej absorpcji. Kwas Siarkowy są częściowo odprowadzane przez spaliny. Zalety metody azotowej: prostota oprzyrządowania, niższy koszt (10-15% niższy niż kontaktowy), możliwość przetworzenia 100% SO 2 .

Oprzyrządowanie procesu azotowania w wieży jest proste: SO 2 jest przetwarzany w 7-8 wieżach wyłożonych wypełnieniem ceramicznym, jedna z wież (pusta) ma regulowaną objętość utleniania. Wieże mają kolektory kwasu, lodówki, pompy, które dostarczają kwas do zbiorników ciśnieniowych nad wieżami. Wentylator ogonowy jest zainstalowany przed dwiema ostatnimi wieżami. Do oczyszczania gazu z aerozolu Kwas Siarkowy służy jako odpylacz elektrostatyczny. Niezbędne do procesu tlenki azotu otrzymuje się z HNO 3 . W celu ograniczenia emisji tlenków azotu do atmosfery i przerobu 100% SO 2 pomiędzy strefą produkcji i absorpcji instalowany jest bezazotowy cykl przetwarzania SO 2 w połączeniu z metodą wodno-kwasową do głębokiego wychwytywania tlenków azotu. Wadą metody azotowej jest niska jakość produktu: stężenie Kwas Siarkowy 75%, obecność tlenków azotu, Fe i innych zanieczyszczeń.

Aby zmniejszyć możliwość krystalizacji Kwas Siarkowy podczas transportu i przechowywania ustalane są normy dla gatunków handlowych Kwas Siarkowy, której stężenie odpowiada najbardziej niskie temperatury krystalizacja. Zawartość Kwas Siarkowy w gatunkach technicznych (%): wieża (podazotowa) 75, kontakt 92,5-98,0, oleum 104,5, wysokoprocentowy oleum 114,6, bateria 92-94. Kwas Siarkowy składowane w stalowych zbiornikach o pojemności do 5000 m 3 , ich łączna pojemność w magazynie przeznaczona jest na dziesięciodniową produkcję. oleum i Kwas Siarkowy przewożone w stalowych cysternach kolejowych. Skoncentrowany i bateria Kwas Siarkowy przewożone w cysternach ze stali kwasoodpornej. Zbiorniki do transportu oleum są pokryte izolacją termiczną, a oleum jest podgrzewane przed napełnieniem.

Określić Kwas Siarkowy kolorymetrycznie i fotometrycznie w postaci zawiesiny BaSO 4 - fototurbidymetrycznie oraz metodą kulometryczną.

Zastosowanie kwasu siarkowego

Kwas siarkowy znajduje zastosowanie w produkcji nawozów mineralnych, jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych, do produkcji różnych kwasów i soli mineralnych, włókien chemicznych, barwników, substancji dymotwórczych i materiałów wybuchowych, w przemyśle olejowym, metalurgicznym, tekstylnym, skórzanym i inne branże. Znajduje zastosowanie w przemysłowej syntezie organicznej w reakcjach odwodnienia (otrzymywanie eteru dietylowego, estrów), hydratacji (etanol z etylenu), sulfonowaniu (i produkty pośrednie w produkcji barwników), alkilacja (otrzymywanie izooktanu, glikolu polietylenowego, kaprolaktamu) itp. Największy konsument Kwas Siarkowy- produkcja nawozów mineralnych. Na 1 tonę nawozów fosforowych P 2 O 5 zużywa się 2,2-3,4 tony Kwas Siarkowy, a dla 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t Kwas Siarkowy. Dlatego też instalacje kwasu siarkowego buduje się zwykle w połączeniu z instalacjami do produkcji nawozów mineralnych. Produkcja światowa Kwas Siarkowy w 1987 roku osiągnął 152 miliony ton.

Kwas siarkowy i oleum - substancje niezwykle agresywne, które wpływają na drogi oddechowe, skórę, błony śluzowe, powodują trudności w oddychaniu, kaszel, często - zapalenie krtani, tchawicy, oskrzeli itp. MPC aerozolu kwasu siarkowego w powietrzu Obszar roboczy 1,0 mg/m3, w atmosferze 0,3 mg/m3 (maksymalnie jednorazowo) i 0,1 mg/m3 (średnia dzienna). Uderzająca koncentracja oparów Kwas Siarkowy 0,008 mg/l (60 min ekspozycji), śmiertelne 0,18 mg/l (60 min). Klasa zagrożenia 2. Aerozol Kwas Siarkowy mogą powstawać w atmosferze w wyniku emisji z przemysłu chemicznego i metalurgicznego zawierających tlenki S i opadać jako kwaśne deszcze.

„Prawie nie ma innej, sztucznie wytworzonej substancji, tak często stosowanej w technologii, jak kwas siarkowy.

Tam, gdzie nie ma fabryk do jego wydobycia, opłacalna produkcja wielu innych substancji o dużym znaczeniu technicznym jest nie do pomyślenia”

DI. Mendelejew

Kwas siarkowy znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu przemysł chemiczny:

nawozy mineralne, tworzywa sztuczne, barwniki, włókna sztuczne, kwasy mineralne, detergenty;
w przemyśle naftowym i petrochemicznym:

do rafinacji ropy naftowej, otrzymywania parafin;

w metalurgii metali nieżelaznych:

do produkcji metali nieżelaznych - cynk, miedź, nikiel itp.

w metalurgii żelaza:

do trawienia metali;

w przemyśle celulozowo-papierniczym, spożywczym i lekkim (do produkcji skrobi, melasy, bielenia tkanin) itp.

Produkcja kwasu siarkowego

Kwas siarkowy produkowany jest w przemyśle dwoma sposobami: kontaktowym i azotowym.

Metoda kontaktowa do produkcji kwasu siarkowego

Kwas siarkowy wytwarzany jest metodą kontaktową w duże ilości w zakładach kwasu siarkowego.

Obecnie główną metodą produkcji kwasu siarkowego jest kontakt, ponieważ. ta metoda ma przewagę nad innymi:

Otrzymanie produktu w postaci czystego stężonego kwasu, akceptowanego przez wszystkich konsumentów;

- redukcja emisji szkodliwe substancje do atmosfery ze spalinami

I. Surowce do produkcji kwasu siarkowego.

Główny surowiec

siarka - S

piryt siarki (piryt) - FeS 2

siarczki metali nieżelaznych - Cu2S, ZnS, PbS

siarkowodór - H 2 S

Materiał pomocniczy

Katalizator – tlenek wanadu – V 2 O 5

II. Przygotowanie surowców.

Przeanalizujmy produkcję kwasu siarkowego z pirytu FeS 2.

1) Mielenie pirytu. Przed użyciem duże kawałki pirytu są kruszone w kruszarkach. Wiesz, że gdy substancja jest kruszona, szybkość reakcji wzrasta, ponieważ. zwiększa się powierzchnia kontaktu reagentów.

2) Oczyszczanie pirytu. Po rozdrobnieniu piryt jest oczyszczany z zanieczyszczeń (skała odpadowa i ziemia) poprzez flotację. W tym celu pokruszony piryt jest spuszczany do ogromnych kadzi z wodą, mieszany, skała płonna unosi się w górę, a następnie skała płonna jest usuwana.

III. Podstawowe procesy chemiczne:

4 FeS 2 + 11 O 2 T = 800°C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q lub płonąca siarka S+O2 T ° C→ SO2

2SO2 + O2 400-500° OD,V2O5 , P↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Zasady technologiczne:

Zasada ciągłości;

Zasada zintegrowanego wykorzystania surowców,wykorzystanie odpadów z innej produkcji;

Zasada produkcji bezodpadowej;

Zasada wymiany ciepła;

zasada przeciwprądu („złoże fluidalne”);

Zasada automatyzacji i mechanizacji procesów produkcyjnych.

V . Procesy technologiczne:

Zasada ciągłości: prażenie pirytu w piecu → dostawa tlenku siarki ( IV ) i tlenu do układu oczyszczania → do aparatu kontaktowego → doprowadzenie tlenku siarki ( VI ) do wieży absorpcyjnej.

VI . Bezpieczeństwo środowisko:

1) szczelność rurociągów i urządzeń,

2) filtry oczyszczające gaz

VII. Chemia produkcji :

PIERWSZY ETAP - prażenie pirytu w piecu do prażenia w „złożu fluidalnym”.

Stosowany jest głównie kwas siarkowy piryty flotacyjne- odpady produkcyjne podczas wzbogacania rud miedzi zawierające mieszaniny związków siarki miedzi i żelaza. Proces wzbogacania tych rud odbywa się w zakładach wzbogacania Norylsk i Talnakh, które są głównymi dostawcami surowców. Ten surowiec jest bardziej opłacalny, ponieważ. Piryt siarkowy wydobywany jest głównie na Uralu i oczywiście jego dostawa może być bardzo kosztowna. Możliwe zastosowanie siarka, który powstaje również podczas wzbogacania rud metali nieżelaznych wydobywanych w kopalniach. Siarka jest również dostarczana przez Flotę Pacyfiku i NOF. (koncentracja fabryk).

Równanie reakcji pierwszego stopnia

4FeS2 + 11O2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Pokruszony, oczyszczony, wilgotny (po flotacji) piryt wsypywany jest od góry do pieca do wypalania w „złożu fluidalnym”. Od dołu (zasada przeciwprądu) powietrze wzbogacone tlenem jest przepuszczane w celu dokładniejszego wypalenia pirytu. Temperatura w piecu sięga 800°C. Piryt jest podgrzewany do czerwieni i znajduje się w stanie „zawieszenia” z powodu nadmuchu powietrza od dołu. To wszystko wygląda jak wrzący, gorący płyn. Nawet najmniejsze cząstki pirytu nie zbrylają się w „złożu fluidalnym”. Dlatego proces wypalania jest bardzo szybki. Jeśli wcześniej spalanie pirytu zajmowało 5-6 godzin, teraz zajmuje to tylko kilka sekund. Ponadto w „złożu fluidalnym” możliwe jest utrzymanie temperatury 800°C.

Dzięki ciepłu uwolnionemu w wyniku reakcji temperatura w piecu jest utrzymywana. Nadmiar ciepła jest usuwany: rury z wodą biegną po obwodzie pieca, który jest ogrzewany. Ciepła woda wykorzystywana jest dalej do centralnego ogrzewania sąsiednich pomieszczeń.

Powstały tlenek żelaza Fe 2 O 3 (żużel) nie jest używany do produkcji kwasu siarkowego. Ale jest zbierany i wysyłany do zakładu metalurgicznego, gdzie z tlenku żelaza – stali (2% węgla C w stopie) i żeliwa (4% węgla C w stopie) pozyskuje się żelazo metaliczne i jego stopy z węglem.

Zatem, zasada produkcji chemicznej- produkcja bezodpadowa.

Wychodzenie z piekarnika gaz piecowy , którego skład: SO 2, O 2, para wodna (piryt był mokry!) I najmniejsze cząstki żużla (tlenek żelaza). Taki gaz piecowy musi być oczyszczony z zanieczyszczeń stałych cząstek żużlu i pary wodnej.

Oczyszczanie gazu piecowego ze stałych cząstek żużlu odbywa się w dwóch etapach - w cyklonie (stosowana jest siła odśrodkowa, stałe cząstki żużlu uderzają w ściany cyklonu i opadają). W celu usunięcia drobnych cząstek mieszanina jest przesyłana do elektrofiltrów, gdzie jest oczyszczana pod działaniem prądu o wysokim napięciu ~60 000 V (stosowane jest przyciąganie elektrostatyczne, cząstki żużlu przyklejają się do naelektryzowanych płyt elektrofiltru, z wystarczającą akumulacją pod własnym ciężarem opadają), aby usunąć parę wodną z gazu piecowego (gaz suszarniczy) należy użyć stężonego kwasu siarkowego, który jest bardzo dobrym środkiem osuszającym, ponieważ pochłania wodę.

Suszenie gazu piecowego odbywa się w wieży suszarniczej - gaz piecowy unosi się od dołu do góry, a stężony kwas siarkowy przepływa od góry do dołu. Aby zwiększyć powierzchnię kontaktu gazu i cieczy, wieżę wypełniono ceramicznymi pierścieniami.

Na wylocie z wieży suszącej gaz z pieca nie zawiera już żadnych cząstek żużlu ani pary wodnej. Gaz piecowy jest teraz mieszaniną tlenku siarki SO 2 i tlenu O 2 .

DRUGI ETAP - katalityczne utlenianie SO 2 do SO 3 tlenem w urządzeniu kontaktowym.

Równanie reakcji dla tego etapu to:

2SO2 + O2 400-500°С, V 2 O 5 ,P ↔ 2 SO 3 + Q

Złożoność drugiego etapu polega na tym, że proces utleniania jednego tlenku w drugi jest odwracalny. Dlatego konieczne jest dobranie optymalnych warunków przebiegu reakcji bezpośredniej (otrzymania SO 3).

Z równania wynika, że reakcja jest odwracalna, co oznacza, że na tym etapie konieczne jest utrzymanie takich warunków, aby równowaga przesuwała się w kierunku wyjścia SO 3 w przeciwnym razie cały proces zostanie przerwany. Dlatego reakcja przebiega ze spadkiem objętości (3 V↔2V ), wymagane jest zwiększone ciśnienie. Zwiększ ciśnienie do 7-12 atmosfer. Reakcja jest egzotermiczna, dlatego biorąc pod uwagę zasadę Le Chateliera, proces ten nie może być prowadzony w wysokiej temperaturze, ponieważ. waga przesunie się w lewo. Reakcja zaczyna się w temperaturze = 420 stopni, ale dzięki wielowarstwowemu katalizatorowi (5 warstw) możemy ją zwiększyć do 550 stopni, co znacznie przyspiesza proces. Stosowanym katalizatorem jest wanad (V2O5). Jest tani i wytrzymuje długo (5-6 lat). najbardziej odporny na działanie toksycznych zanieczyszczeń. Dodatkowo przyczynia się do przesunięcia równowagi w prawo.

Mieszanina (SO 2 i O 2) jest podgrzewana w wymienniku ciepła i przechodzi przez rury, pomiędzy którymi w przeciwnym kierunku przechodzi zimna mieszanina, którą należy ogrzać. W rezultacie istnieje wymiana ciepła: materiały wyjściowe są podgrzewane, a produkty reakcji schładzane do żądanych temperatur.

III ETAP - absorpcja SO 3 przez kwas siarkowy w wieży absorpcyjnej.

Dlaczego tlenek siarki SO 3 nie chłoną wody? W końcu dałoby się rozpuścić tlenek siarki w wodzie: SO 3 + H2O → H2SO4 . Ale faktem jest, że jeśli woda jest używana do pochłaniania tlenku siarki, kwas siarkowy powstaje w postaci mgły składającej się z maleńkich kropelek kwasu siarkowego (tlenek siarki rozpuszcza się w wodzie z uwolnieniem dużej ilości ciepła, kwas siarkowy jest tak gorąco, że gotuje się i zamienia w parę ). Aby uniknąć tworzenia się mgły kwasu siarkowego, należy stosować 98% stężony kwas siarkowy. Dwa procent wody jest tak małe, że podgrzewanie płynu będzie słabe i nieszkodliwe. Tlenek siarki bardzo dobrze rozpuszcza się w takim kwasie tworząc oleum: H 2 SO 4 nSO 3 .

Równanie reakcji dla tego procesu to:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

Powstałe oleum wlewa się do metalowych zbiorników i wysyła do magazynu. Następnie zbiorniki są napełniane oleum, formowane są pociągi i wysyłane do konsumenta.

Kwas siarkowy, H 2 SO 4, silny kwas dwuzasadowy, odpowiadający najwyższemu stopniowi utlenienia siarki (+6). W normalnych warunkach - ciężki oleisty płyn, bezbarwny i bezwonny. W technice S. to. jego mieszaniny nazywane są zarówno z wodą, jak iz bezwodnikiem siarkowym. Jeżeli stosunek molowy SO3:H2O jest mniejszy niż 1, to jest to wodny roztwór kwasu siarkowego, jeśli jest większy niż 1, to jest to roztwór SO3 w S.to.

Fizyczne i chemiczne właściwości

100% H 2 SO 4 (monohydrat, SO 3 × H 2 O) krystalizuje w 10,45 °C; t kip 296,2 °С; gęstość 1.9203 g/cm3; pojemność cieplna 1,62 j/g(DO. H 2 SO 4 miesza się z H 2 O i SO 3 w dowolnym stosunku, tworząc związki:

H2SO4 × 4H2O ( t pl- 28,36°C), H 2 SO 4 × 3 H 2 O ( t pl- 36,31°C), H2SO4 × 2H2O ( t pl- 39,60 ° C), H 2 SO 4 × H 2 O ( t pl- 8,48 ° С), H 2 SO 4 × SO 3 (H 2 S 2 O 7 - kwas dwusiarkowy lub pirosiarkowy, t pl 35,15 ° С), H 2 SO × 2SO 3 (H 2 S 3 O 10 - kwas trisiarkowy, t pl 1,20°C).

Gdy wodne roztwory S. do. zawierające do 70% H2SO4 są ogrzewane i gotowane, tylko para wodna jest uwalniana do fazy gazowej. Pary S. pojawiają się również nad bardziej stężonymi roztworami.Roztwór 98,3% H 2 SO 4 (mieszanina azeotropowa) we wrzeniu (336,5 ° C) destyluje całkowicie. S. to., zawierający ponad 98,3% H 2 SO 4, po podgrzaniu uwalnia opary SO 3.

stężony kwas siarkowy. - silny środek utleniający. Utlenia HI i HBr do wolnych halogenów; po podgrzaniu utlenia wszystkie metale, z wyjątkiem metali platynowych (z wyjątkiem Pd). Na zimno stężony S. to pasywuje wiele metali, w tym Pb, Cr, Ni, stal, żeliwo. Rozcieńczony S. do. reaguje ze wszystkimi metalami (z wyjątkiem Pb) poprzedzającymi wodór w szeregu napięć, na przykład: Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

W jaki sposób mocny kwas S. to. wypiera słabsze kwasy z ich soli, na przykład kwas borowy z boraksu:

Na2B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5 H 2 O \u003d Na 2 SO 4 + 4H 2 BO 3, a po podgrzaniu wypiera więcej lotnych kwasów, na przykład:

NaNO 3 + H 2 SO 4 \u003d NaHSO 4 + HNO 3.

S. to. usuwa chemicznie związaną wodę ze związków organicznych zawierających grupy hydroksylowe - OH. Odwodnienie alkoholu etylowego w obecności stężonego S.to. prowadzi do wytworzenia etylenu lub eteru dietylowego. Zwęglenie cukru, celulozy, skrobi i innych węglowodanów w kontakcie z S. to. tłumaczy się również ich odwodnieniem. Jako dwuzasadowy, S. to. tworzy dwa rodzaje soli: siarczany i wodorosiarczany.

Paragon fiskalny

Pierwsze opisy produkcji „oleju witriolowego” (tj. skoncentrowanego S. do.) podali włoski naukowiec V. Biringuccio w 1540 r. i niemiecki alchemik, którego prace zostały opublikowane pod nazwiskiem Wasilija Walentyna pod koniec XVI w. i na początku XVII wieku. W 1690 r. francuscy chemicy N. Lemery i N. Lefebvre położyli podwaliny pod pierwszą przemysłową metodę otrzymywania kwasu siarkowego, która została wdrożona w Anglii w 1740 r. Według tej metody w kadzi spalano mieszaninę siarki i azotanu zawieszony w szklanym cylindrze zawierającym pewną ilość wody. Uwolniony SO3 przereagował z wodą, tworząc S. to. W 1746 r. J. Robeck w Birmingham zastąpił szklane cylindry komorami z blachy ołowianej i zainicjował produkcję komór S. to. Ciągłe doskonalenie procesu otrzymywania S. to. w Wielkiej Brytanii i Francji doprowadziło do pojawienia się (1908) pierwszego systemu wieżowego. W ZSRR pierwszą instalację wieżową uruchomiono w 1926 r. w Polewskich Zakładach Metalurgicznych (Ural).

Surowcem do produkcji rud siarczkowych może być siarka, piryt siarkowy FeS2 oraz spaliny z utleniającego prażenia rud siarczkowych Cu, Pb, Zn i innych metali zawierających SO2. W ZSRR główna ilość S. do. pozyskiwana jest z pirytów siarkowych. FeS 2 jest spalany w piecach, gdzie znajduje się w stanie złoża fluidalnego. Osiąga się to poprzez szybkie przedmuchiwanie powietrza przez warstwę drobno zmielonych pirytów. Powstała mieszanina gazów zawiera zanieczyszczenia SO 2, O 2, N 2, SO 3, pary H 2 O, As 2 O 3 , SiO 2 itp. oraz zawiera dużo pyłu żużlowego, z którego gazy są oczyszczane w elektrofiltrach .

S. to. otrzymuje się z SO 2 na dwa sposoby: podazotowy (wieża) i kontaktowy. Przerób SO 2 w S. do. Według metody azotowej odbywa się w wieżach produkcyjnych - zbiornikach cylindrycznych (15 m i więcej), wypełnione wypełnieniem z pierścieni ceramicznych. Z góry w kierunku strumienia gazu rozpylana jest „nitroza” - rozcieńczona S. do., zawierająca kwas nitrozylosiarkowy NOOSO 3 H, otrzymany w reakcji:

N 2 O 3 + 2H 2 SO 4 \u003d 2 NOOSO 3 H + H 2 O.

Utlenianie SO 2 tlenkami azotu następuje w roztworze po jego wchłonięciu przez nitrozę. Nitroza jest hydrolizowana przez wodę:

NOOSO 3 H + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + HNO 2.

Dwutlenek siarki wchodzący do wież tworzy kwas siarkowy z wodą: SO 2 + H 2 O \u003d H 2 SO 3.

Interakcja HNO 2 i H 2 SO 3 prowadzi do produkcji S. do.:

2 HNO 2 + H 2 SO 3 = H 2 SO 4 + 2 NO + H 2 O.

Uwolniony NO jest przekształcany w wieży oksydacyjnej w N 2 O 3 (dokładniej w mieszaninę NO + NO 2). Stamtąd gazy przedostają się do wież absorpcyjnych, skąd S. spotyka je od góry.Tworzy się nitroza, która jest pompowana do wież produkcyjnych. To. prowadzona jest ciągłość produkcji i cykl tlenków azotu. Ich nieuniknione straty wraz ze spalinami są uzupełniane przez dodatek HNO 3 .

S. to., otrzymany metodą azotową, ma niewystarczająco wysokie stężenie i zawiera szkodliwe zanieczyszczenia(na przykład jako). Jego wytwarzaniu towarzyszy uwalnianie do atmosfery tlenków azotu („lisi ogon”, nazwany tak od koloru NO 2).

Zasadę kontaktowego sposobu wytwarzania S. to. odkrył w 1831 r. P. Philips (Wielka Brytania). Pierwszym katalizatorem była platyna. Koniec XIX - początek XX wieku. odkryto przyspieszenie utleniania SO 2 do SO 3 przez bezwodnik wanadu V 2 O 5 . Szczególnie ważną rolę w badaniu działania katalizatorów wanadowych i ich selekcji odegrały badania radzieckich naukowców A. E. Adadurowa, G. K. Boreskowa, F. N. Juszkiewicza i innych.Nowoczesne instalacje kwasu siarkowego budowane są do pracy metodą kontaktową. Podstawą katalizatora są tlenki wanadu z dodatkami SiO 2 , Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, BaO w różnych proporcjach. Wszystkie kontaktowe masy wanadowe wykazują swoją aktywność tylko w temperaturze nie niższej niż ~420 °C. W aparacie kontaktowym gaz zwykle przechodzi przez 4 lub 5 warstw masy kontaktowej. W produkcji S. to. metodą kontaktową, gaz prażący jest najpierw oczyszczany z zanieczyszczeń, które zatruwają katalizator. As, Se i pozostałości pyłu są usuwane w wieżach myjących nawadnianych mgłą S. do H 2 SO 4 (utworzoną z SO 3 i H 2 O obecnych w mieszaninie gazów) jest uwalniana w elektrofiltrach mokrych. Pary H 2 O są absorbowane przez stężony S. do. w wieżach suszących. Następnie mieszanina SO 2 z powietrzem przechodzi przez katalizator (masa kontaktowa) i jest utleniana do SO 3:

SO2 + 1/2O2 = SO3.

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

W zależności od ilości wody, która wchodzi do procesu, otrzymuje się roztwór S. do. w wodzie lub oleum.

W 1973 r. wielkość produkcji S. to. (w monohydracie) wynosiła (w milionach ton): ZSRR - 14,9, USA - 28,7, Japonia - 7,1, Niemcy - 5,5, Francja - 4,4, Wielka Brytania - 3,9, Włochy - 3,0 , Polska - 2,9, Czechosłowacja - 1,2, NRD - 1,1, Jugosławia - 0,9.

Wniosek

Kwas siarkowy jest jednym z najważniejszych produktów podstawowego przemysłu chemicznego. Do celów technicznych, wydane następujące odmiany S. to.: wieża (nie mniej niż 75% H2SO4), witriol (nie mniej niż 92,5%) i oleum lub dymiący S. to. (roztwór 18,5-20% SO3 w H2SO4); Dodatkowo wytwarzany jest reaktywny S. to (92-94%) otrzymywany metodą kontaktową w urządzeniach wykonanych z kwarcu lub Pt. Siłę S. to. określa jej gęstość, mierzona areometrem. Większość wyprodukowanej wieży S. to. przeznaczana jest na produkcję nawozów mineralnych. Zastosowanie kwasów siarkowych do produkcji kwasów fosforowego, chlorowodorowego, borowego, fluorowodorowego i innych opiera się na właściwości wypierania kwasów z ich soli. Koncentrat S. do. służy do oczyszczania produktów naftowych z siarkowych i nienasyconych związków organicznych. Rozcieńczony S. służy do usuwania zgorzeliny z drutu i blach przed cynowaniem i cynkowaniem, do wytrawiania powierzchni metalowych przed powlekaniem chromem, niklem, miedzią itp. Znajduje zastosowanie w metalurgii - z jego pomocą złożone rudy (w szczególności uran) są rozkładane. W syntezie organicznej stężony S. do. - wymagany składnik mieszaniny nitrujące i środek siarkujący w produkcji wielu barwników i substancji leczniczych. Ze względu na wysoką higroskopijność S. to. jest używany do osuszania gazów, do zagęszczania kwas azotowy.

Bezpieczeństwo

Przy produkcji kwasu siarkowego niebezpieczne są toksyczne gazy (SO 2 i NO 2), a także opary SO 3 i H 2 SO 4 . Dlatego wymagana jest dobra wentylacja i pełne uszczelnienie sprzętu. S. to. powoduje poważne oparzenia skóry, w wyniku czego obchodzenie się z nią wymaga szczególnej ostrożności i sprzętu ochronnego (okulary, rękawice gumowe, fartuchy, buty). Po rozcieńczeniu należy wlać S. do wody w cienkim strumieniu z mieszaniem. Dodanie wody do S. do. powoduje rozpryskiwanie (ze względu na duże wydzielanie ciepła).

Literatura:

Podręcznik kwasu siarkowego, wyd. Malina K.M., wyd. 2, M., 1971;
Malin K. M., Arkin N. L., Boreskov G. K., Slinko M. G., Technologia kwasu siarkowego, M., 1950;
Boreskov G.K., Kataliza w produkcji kwasu siarkowego, M. - L., 1954;
Amelin A.G., Yashke E.V., Produkcja kwasu siarkowego, M., 1974;
Łukjanow P. M., Krótka historia przemysłu chemicznego ZSRR, M., 1959.

IK Malina.

W tym artykule lub sekcji użyto tekstu

Kwas siarkowy (H₂SO₄) jest jednym z najsilniejszych kwasów dwuzasadowych.

Jeśli mówisz o właściwości fizyczne, wtedy kwas siarkowy wygląda jak gęsta, przezroczysta, bezwonna oleista ciecz. W zależności od stężenia kwas siarkowy ma wiele różnych właściwości i zastosowań:

obróbka metalu;
przetwarzanie rudy;
produkcja nawozów mineralnych;
synteza chemiczna.

Historia odkrycia kwasu siarkowego

Kontaktowy kwas siarkowy ma stężenie 92 do 94 procent:

2SO₂ + O₂ = 2SO₂;

H₂O + SO₃ = H₂SO₄.

Właściwości fizyczne i fizykochemiczne kwasu siarkowego

H₂SO₄ miesza się z wodą i SO₃ we wszystkich proporcjach.

W roztworach wodnych H₂SO₄ tworzy hydraty typu H₂SO₄ nH₂O

Temperatura wrzenia kwasu siarkowego zależy od stopnia stężenia roztworu i osiąga maksimum przy stężeniu ponad 98 procent.

Związek żrący oleum jest roztworem SO₃ w kwasie siarkowym.

Wraz ze wzrostem stężenia trójtlenku siarki w oleum spada temperatura wrzenia.

Właściwości chemiczne kwasu siarkowego

Po podgrzaniu stężony kwas siarkowy jest najsilniejszym środkiem utleniającym, który może utleniać wiele metali. Jedynymi wyjątkami są niektóre metale:

złoto (Au);
platyna (Pt);
iryd (Ir);
rod (Rh);
tantal (Ta).

Utleniając metale, stężony kwas siarkowy można zredukować do H₂S, S i SO₂.

Aktywny metal:

8Al + 15H₂SO₄(stęż.) → 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O + 3H₂S

Metal o średniej aktywności:

2Cr + 4 H₂SO₄(stęż.) → Cr₂(SO₄)₃ + 4 H₂O + S

Nieaktywny metal:

2Bi + 6H₂SO₄(stęż.) → Bi₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂

Żelazo nie reaguje z zimnym stężonym kwasem siarkowym, ponieważ pokryte jest warstewką tlenkową. Ten proces nazywa się pasywacja.

Reakcja kwasu siarkowego i H₂O

Gdy H₂SO₄ miesza się z wodą, zachodzi proces egzotermiczny: taki duża liczba podgrzać, aby roztwór mógł się nawet zagotować. Podczas przeprowadzania eksperymentów chemicznych należy zawsze dodawać stopniowo kwas siarkowy do wody, a nie odwrotnie.

Kwas siarkowy jest silnym środkiem odwadniającym. Stężony kwas siarkowy wypiera wodę z różnych związków. Jest często używany jako środek osuszający.

reakcja kwasu siarkowego i cukru

Chciwość kwasu siarkowego na wodę można zademonstrować w klasycznym eksperymencie – mieszaniu stężonego H₂SO₄ i , co związek organiczny(węglowodan). Aby wydobyć wodę z substancji, kwas siarkowy niszczy cząsteczki.

Aby przeprowadzić eksperyment, dodaj kilka kropel wody do cukru i wymieszaj. Następnie ostrożnie wlej kwas siarkowy. Po krótkim czasie można zaobserwować gwałtowną reakcję z tworzeniem się węgla i uwalnianiem siarki i.

Kwas siarkowy i kostka cukru:

Pamiętaj, że praca z kwasem siarkowym jest bardzo niebezpieczna. Kwas siarkowy jest substancją żrącą, która natychmiast pozostawia na skórze poważne oparzenia.

znajdziesz bezpieczne eksperymenty z cukrem, które możesz wykonać w domu.

Reakcja kwasu siarkowego i cynku

Ta reakcja jest dość popularna i jest jedną z najczęstszych laboratoryjnych metod wytwarzania wodoru. Jeśli granulki cynku zostaną dodane do rozcieńczonego kwasu siarkowego, metal rozpuści się z uwolnieniem gazu:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.

Rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z metalami znajdującymi się na lewo od wodoru w szeregu aktywności:

Me + H₂SO₄(rozkład) → sól + H₂

Reakcja kwasu siarkowego z jonami baru

Jakościową reakcją na i jej sole jest reakcja z jonami baru. Ma szerokie zastosowanie w analizach ilościowych, w szczególności grawimetrii:

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

ZnSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + ZnCl₂

Uwaga! Nie próbuj samodzielnie powtarzać tych eksperymentów!

Kwas siarkowy (H2SO4) jest jednym z najbardziej żrących kwasów i niebezpiecznych odczynników, znany człowiekowi zwłaszcza w formie skoncentrowanej. Kwas siarkowy chemicznie czysty to ciężka toksyczna ciecz o oleistej konsystencji, bezwonna i bezbarwna. Otrzymywany jest przez utlenianie dwutlenku siarki (SO2) metodą kontaktową.

W temperaturze +10,5°C kwas siarkowy zamienia się w zamarzniętą szklistą, krystaliczną masę, łapczywie, niczym gąbka, pochłaniając wilgoć z otoczenia. W przemyśle i chemii kwas siarkowy jest jednym z głównych związki chemiczne i zajmuje wiodącą pozycję pod względem produkcji w tonach. Dlatego kwas siarkowy nazywany jest „krwią chemii”. Kwas siarkowy jest używany do produkcji nawozów leki, inne kwasy, duże , nawozy i wiele innych.

Podstawowe właściwości fizyczne i chemiczne kwasu siarkowego

Kwas siarkowy w czystej postaci (formuła H2SO4) w stężeniu 100% jest bezbarwną gęstą cieczą. Najważniejszą właściwością H2SO4 jest jego wysoka higroskopijność – zdolność do usuwania wody z powietrza. Procesowi temu towarzyszy masowe wydzielanie ciepła.
H2SO4 to mocny kwas.
Kwas siarkowy nazywany jest monohydratem - zawiera 1 mol H2O (woda) na 1 mol SO3. Ze względu na imponujące właściwości higroskopijne służy do ekstrakcji wilgoci z gazów.
Temperatura wrzenia - 330 ° C. W tym przypadku kwas rozkłada się na SO3 i wodę. Gęstość - 1,84. Temperatura topnienia - 10,3 ° C /.
Stężony kwas siarkowy jest silnym utleniaczem. Aby rozpocząć reakcję redoks, kwas musi zostać podgrzany. Wynikiem reakcji jest SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
W zależności od stężenia kwas siarkowy różnie reaguje z metalami. W stanie rozcieńczonym kwas siarkowy jest zdolny do utleniania wszystkich metali znajdujących się w szeregu napięć do wodoru. Wyjątek stanowią najbardziej odporne na utlenianie. Rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z solami, zasadami, tlenkami amfoterycznymi i zasadowymi. Stężony kwas siarkowy jest zdolny do utleniania wszystkich metali w szeregu napięć, a także srebra.
Kwas siarkowy tworzy dwa rodzaje soli: kwaśną (wodorosiarczany) i średnią (siarczany)
H2SO4 wchodzi w aktywną reakcję z substancjami organicznymi i niemetalami i może zamienić niektóre z nich w węgiel.
Anhydryt siarkowy doskonale rozpuszcza się w H2SO4 iw tym przypadku powstaje oleum - roztwór SO3 w kwasie siarkowym. Na zewnątrz wygląda to tak: dymiący kwas siarkowy, uwalniający anhydryt siarkowy.
Kwas siarkowy w roztworach wodnych jest mocnym kwasem dwuzasadowym, a po dodaniu go do wody uwalniana jest ogromna ilość ciepła. Przygotowując rozcieńczone roztwory H2SO4 ze stężonych, do wody należy dodać cięższy kwas w małym strumieniu, a nie odwrotnie. Odbywa się to, aby uniknąć wrzenia wody i rozpryskiwania kwasu.

Stężone i rozcieńczone kwasy siarkowe

Stężone roztwory kwasu siarkowego obejmują roztwory od 40%, zdolne do rozpuszczania srebra lub palladu.

Rozcieńczony kwas siarkowy obejmuje roztwory, których stężenie jest mniejsze niż 40%. Nie są to tak aktywne roztwory, ale potrafią reagować z mosiądzem i miedzią.

Uzyskiwanie kwasu siarkowego

Produkcję kwasu siarkowego na skalę przemysłową rozpoczęto w XV wieku, ale wówczas nazywano go „witriolem”. Jeśli wcześniej ludzkość spożywała tylko kilkadziesiąt litrów kwasu siarkowego, to w nowoczesny świat obliczenia sięgają milionów ton rocznie.

Powstaje kwas siarkowy sposób przemysłowy, a są trzy z nich:

metoda kontaktu.
metoda azotowa
Inne metody

Porozmawiajmy szczegółowo o każdym z nich.

kontakt metoda produkcji

Najczęściej spotykany jest kontaktowy sposób produkcji, który wykonuje następujące zadania:

Okazuje się, że produkt zaspokaja potrzeby jak największej liczby konsumentów.
Podczas produkcji zmniejsza się szkodliwość dla środowiska.

W metodzie kontaktowej jako surowce wykorzystywane są następujące substancje:

piryt (piryty siarkowe);
siarka;
tlenek wanadu (substancja ta pełni rolę katalizatora);
siarkowodór;
siarczki różnych metali.

Przed rozpoczęciem procesu produkcyjnego surowce są wstępnie przygotowywane. Po pierwsze, w specjalnych kruszarkach piryt poddawany jest rozdrabnianiu, co pozwala, dzięki zwiększeniu powierzchni kontaktu substancji aktywnych, przyspieszyć reakcję. Piryt poddawany jest oczyszczaniu: opuszczany jest do dużych zbiorników z wodą, podczas których na powierzchnię wypływa skała płonna i wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia. Są usuwane pod koniec procesu.

Część produkcyjna podzielona jest na kilka etapów:

Po rozdrobnieniu piryt jest oczyszczany i przesyłany do pieca – gdzie jest wypalany w temperaturach do 800°C. Zgodnie z zasadą przeciwprądu do komory doprowadzane jest powietrze od dołu, co zapewnia stan zawieszenia pirytu. Dziś ten proces trwa kilka sekund, ale wcześniej strzelanie zajmowało kilka godzin. Podczas procesu prażenia powstają odpady w postaci tlenku żelaza, który jest usuwany, a następnie przekazywany do przedsiębiorstw. przemysł metalurgiczny. Podczas wypalania uwalniana jest para wodna, gazy O2 i SO2. Po zakończeniu oczyszczania z pary wodnej i najmniejszych zanieczyszczeń uzyskuje się czysty tlenek siarki i tlen.
W drugim etapie zachodzi egzotermiczna reakcja pod ciśnieniem z użyciem katalizatora wanadowego. Początek reakcji rozpoczyna się, gdy temperatura osiągnie 420°C, ale można ją zwiększyć do 550°C w celu zwiększenia wydajności. Podczas reakcji zachodzi katalityczne utlenianie i SO2 staje się SO.
Istota trzeciego etapu produkcji jest następująca: absorpcja SO3 w wieży absorpcyjnej, podczas której powstaje oleum H2SO4. W tej formie H2SO4 wlewa się do specjalnych pojemników (nie wchodzi w reakcję ze stalą) i jest gotowy do spotkania z użytkownikiem końcowym.

Podczas produkcji, jak powiedzieliśmy powyżej, powstaje dużo energii cieplnej, która jest wykorzystywana do celów grzewczych. Wiele zakładów kwasu siarkowego instaluje turbiny parowe, które wykorzystują parę odlotową do generowania dodatkowej energii elektrycznej.

Proces azotowy do produkcji kwasu siarkowego

Pomimo zalet kontaktowej metody produkcji, która daje bardziej stężony i czysty kwas siarkowy i oleum, dość dużo H2SO4 wytwarza się metodą azotową. W szczególności w zakładach superfosfatowych.

Do produkcji H2SO4 jako substancję wyjściową pełni dwutlenek siarki, zarówno w metodzie kontaktowej, jak i podtlenku azotu. Pozyskuje się go specjalnie do tych celów poprzez spalanie siarki lub prażenie metali siarkowych.

Przekształcenie dwutlenku siarki w kwas siarkowy polega na utlenieniu dwutlenku siarki i dodaniu wody. Formuła wygląda tak:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Ale dwutlenek siarki nie reaguje bezpośrednio z tlenem, dlatego metodą azotową utlenianie dwutlenku siarki odbywa się za pomocą tlenków azotu. Wyższe tlenki azotu (mowa tu o dwutlenku azotu NO2, trójtlenku azotu NO3) w tym procesie są redukowane do tlenku azotu NO, który następnie jest ponownie utleniany tlenem do wyższych tlenków.

Produkcja kwasu siarkowego metodą azotową formalizowana jest technicznie na dwa sposoby:

Izba.
Wieża.

Metoda azotowa ma wiele zalet i wad.

Wady metody nitro:

Okazuje się, że 75% kwas siarkowy.
Jakość produktu jest niska.
Niepełny powrót tlenków azotu (dodatek HNO3). Ich emisje są szkodliwe.
Kwas zawiera żelazo, tlenki azotu i inne zanieczyszczenia.

Zalety metody nitro:

Koszt procesu jest niższy.
Możliwość przerobu SO2 na 100%.
Prostota projektowania sprzętu.

Główne rosyjskie wytwórnie kwasu siarkowego

Roczna produkcja H2SO4 w naszym kraju liczona jest sześciocyfrowo - około 10 mln ton. Wiodącymi producentami kwasu siarkowego w Rosji są firmy będące dodatkowo jego głównymi odbiorcami. To jest o o firmach zajmujących się produkcją nawozów mineralnych. Na przykład „Nawozy mineralne Balakovo”, „Ammofos”.

Na Krymie, w Armiańsku, działa największy na tym terytorium producent dwutlenku tytanu Europy Wschodniej Tytan Krymski. Ponadto zakład zajmuje się produkcją kwasu siarkowego, nawozów mineralnych, siarczan żelaza itp.

Kwas siarkowy różnego rodzaju produkowany jest przez wiele fabryk. Na przykład akumulatorowy kwas siarkowy jest produkowany przez: Karabashmed, FKP Biysk Oleum Plant, Svyatogor, Slavia, Severkhimprom itp.

Oleum jest produkowane przez UCC Shchekinoazot, FKP Biysk Oleum Plant, Ural Mining and Metallurgical Company, Kirishinefteorgsintez Production Association itp.

Kwas siarkowy o wysokiej czystości jest produkowany przez UCC Shchekinoazot, Component-Reaktiv.

Zużyty kwas siarkowy można kupić w zakładach ZSS, HaloPolymer Kirovo-Chepetsk.

Producentami technicznego kwasu siarkowego są Promsintez, Khiprom, Svyatogor, Apatit, Karabashmed, Slavia, Lukoil-Permnefteorgsintez, Chelyabinsk Zinc Plant, Electrozinc itp.

Ze względu na to, że piryt jest głównym surowcem do produkcji H2SO4, a jest to produkt odpadowy przedsiębiorstw uszlachetniających, jego dostawcami są zakłady uszlachetniania Norylsk i Talnakh.

Wiodące światowe pozycje w produkcji H2SO4 zajmują USA i Chiny, które wytwarzają odpowiednio 30 mln ton i 60 mln ton.

Zakres kwasu siarkowego

Świat rocznie zużywa około 200 milionów ton H2SO4, z którego wytwarzana jest szeroka gama produktów. Kwas siarkowy słusznie zajmuje palmę pierwszeństwa wśród innych kwasów pod względem zastosowania przemysłowego.

Jak już wiecie kwas siarkowy jest jednym z najważniejszych produktów przemysłu chemicznego, więc zakres kwasu siarkowego jest dość szeroki. Główne zastosowania H2SO4 są następujące:

Kwas siarkowy jest wykorzystywany w ogromnych ilościach do produkcji nawozów mineralnych i zajmuje około 40% całkowitego tonażu. Z tego powodu obok zakładów nawozowych budowane są zakłady produkujące H2SO4. Są to siarczan amonu, superfosfat itp. W ich produkcji kwas siarkowy pobierany jest w czystej postaci (stężenie 100%). Aby wyprodukować tonę ammofosu lub superfosfatu, potrzeba 600 litrów H2SO4. Nawozy te są najczęściej wykorzystywane w rolnictwie.
H2SO4 służy do wytwarzania materiałów wybuchowych.
Oczyszczanie produktów naftowych. Na naftę, benzynę oleje mineralne wymagane jest oczyszczanie węglowodorów, które odbywa się przy użyciu kwasu siarkowego. W procesie rafinacji ropy naftowej do oczyszczania węglowodorów przemysł ten „zabiera” aż 30% światowego tonażu H2SO4. Ponadto liczba oktanowa paliwa jest zwiększana kwasem siarkowym, a odwierty są oczyszczane podczas wydobycia ropy naftowej.
w przemyśle metalurgicznym. Kwas siarkowy jest stosowany w metalurgii do usuwania kamienia kotłowego i rdzy z drutu, metalowa blacha, a także do odzysku aluminium w produkcji metali nieżelaznych. Przed pokryciem powierzchnie metalowe miedź, chrom lub nikiel, powierzchnia jest trawiona kwasem siarkowym.
W produkcji leków.
w produkcji farb.
w przemyśle chemicznym. H2SO4 jest wykorzystywany do produkcji detergentów, detergentów etylowych, insektycydów itp., a bez niego procesy te są niemożliwe.
Aby uzyskać inne znane kwasy, organiczne i związki nieorganiczne wykorzystywane do celów przemysłowych.

Sole kwasu siarkowego i ich zastosowania

Najważniejsze sole kwasu siarkowego to:

Sól Glaubera Na2SO4 10H2O (krystaliczny siarczan sodu). Zakres jego zastosowania jest dość pojemny: produkcja szkła, sody, w weterynarii i medycynie.
Siarczan baru BaSO4 stosuje się w produkcji gumy, papieru, białej farby mineralnej. Ponadto jest niezbędny w medycynie do fluoroskopii żołądka. Służy do robienia "owsianki barowej" do tej procedury.
Siarczan wapnia CaSO4. W naturze występuje w postaci gipsu CaSO4 2H2O oraz anhydrytu CaSO4. Gips CaSO4 2H2O i siarczan wapnia są wykorzystywane w medycynie i budownictwie. W przypadku gipsu po podgrzaniu do temperatury 150 - 170 ° C następuje częściowe odwodnienie, w wyniku czego uzyskuje się wypalony gips, znany nam jako alabaster. Ugniatanie alabastru z wodą do konsystencji płynne ciasto masa szybko twardnieje i zamienia się w rodzaj kamienia. To właśnie ta właściwość alabastru jest aktywnie wykorzystywana w prace budowlane: z niego wykonuje się odlewy i formy odlewnicze. W pracach tynkarskich alabaster jest niezbędnym spoiwem. Pacjenci oddziałów urazowych otrzymują specjalne solidne bandaże mocujące - wykonane są na bazie alabastru.
Witriol żelazawy FeSO4 7H2O jest stosowany do przygotowania atramentu, impregnacji drewna, a także w działalności rolniczej do niszczenia szkodników.
Ałun KCr(SO4)2 12H2O, KAl(SO4)2 12H2O itp. stosowane są w produkcji farb i przemyśle skórzanym (garbowanie).
Wielu z was zna siarczan miedzi CuSO4 5H2O z pierwszej ręki. Jest aktywnym pomocnikiem w rolnictwie w walce z chorobami roślin i szkodnikami – wodny roztwór CuSO4 5H2O służy do marynowania zbóż i opryskiwania roślin. Służy również do przygotowania niektórych farb mineralnych. A w życiu codziennym służy do usuwania pleśni ze ścian.
Siarczan glinu – znajduje zastosowanie w przemyśle celulozowo-papierniczym.

Kwas siarkowy w postaci rozcieńczonej jest stosowany jako elektrolit w akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Ponadto służy do produkcji detergentów i nawozów. Ale w większości przypadków występuje w postaci oleum - jest to roztwór SO3 w H2SO4 (można znaleźć również inne formuły oleum).

Niesamowity fakt! Oleum jest bardziej reaktywne niż stężony kwas siarkowy, ale mimo to nie wchodzi w reakcję ze stalą! Z tego powodu jest łatwiejszy w transporcie niż sam kwas siarkowy.

Sfera zastosowania „królowej kwasów” jest naprawdę rozległa i trudno powiedzieć o wszystkich sposobach jej wykorzystania w przemyśle. Jest również stosowany jako emulgator w Przemysł spożywczy, do oczyszczania wody, w syntezie materiałów wybuchowych i wielu innych celach.

Historia kwasu siarkowego

Kto z nas nigdy nie słyszał niebieski witriol? Tak więc studiowano ją w starożytności, a w niektórych pracach początki Nowa era naukowcy dyskutowali o pochodzeniu witriolu i jego właściwościach. Vitriol był badany przez greckiego lekarza Dioscoridesa, rzymskiego badacza przyrody Pliniusza Starszego, aw swoich pismach pisali o trwających eksperymentach. W celach medycznych starożytny uzdrowiciel Ibn Sina używał różnych substancji witriolowych. Jak witriol był używany w metalurgii, mówiono w pracach alchemików Starożytna Grecja Zosimas z Panopolis.

Pierwszym sposobem na otrzymanie kwasu siarkowego jest proces ogrzewania ałunu potasowego, o czym są informacje w literaturze alchemicznej XIII wieku. W tamtym czasie skład ałunu i istota procesu nie były znane alchemikom, ale już w XV wieku zaczęli celowo angażować się w chemiczną syntezę kwasu siarkowego. Proces przebiegał następująco: alchemicy traktowali mieszaninę siarczku siarki i antymonu (III) Sb2S3 przez ogrzewanie z kwasem azotowym.

W średniowieczu w Europie kwas siarkowy nazywano „olejkiem witriolowym”, ale potem nazwę zmieniono na witriol.

W XVII wieku Johann Glauber w wyniku spalenia azotan potasu a siarka natywna w obecności pary wodnej otrzymywała kwas siarkowy. W wyniku utleniania siarki azotanem uzyskano tlenek siarki, który przereagował z parą wodną, w wyniku czego otrzymano oleistą ciecz. Był to olej witriolowy, a ta nazwa kwasu siarkowego istnieje do dziś.

Farmaceuta z Londynu, Ward Joshua, w latach trzydziestych XVIII wieku wykorzystał tę reakcję do produkcja przemysłowa kwas siarkowy, ale w średniowieczu jego spożycie ograniczało się do kilkudziesięciu kilogramów. Zakres zastosowania był wąski: do eksperymentów alchemicznych, oczyszczania metali szlachetnych oraz w branży farmaceutycznej. Stężony kwas siarkowy był używany w niewielkich ilościach do produkcji specjalnych zapałek zawierających sól bertoletową.

W Rosji witriol pojawił się dopiero w XVII wieku.

W Birmingham w Anglii John Roebuck zaadaptował powyższą metodę do produkcji kwasu siarkowego w 1746 roku i uruchomił produkcję. Jednocześnie używał mocnych, dużych komór wyłożonych ołowiem, które były tańsze od pojemników szklanych.

W przemyśle metoda ta utrzymywana była na stanowiskach przez prawie 200 lat, aw komorach uzyskano 65% kwas siarkowy.

Po pewnym czasie angielski Glover i francuski chemik Gay-Lussac poprawili sam proces i zaczęto otrzymywać kwas siarkowy o stężeniu 78%. Ale taki kwas nie nadawał się do produkcji np. barwników.

Na początku XIX wieku odkryto nowe metody utleniania dwutlenku siarki do bezwodnika siarkowego.

Początkowo odbywało się to przy użyciu tlenków azotu, a następnie jako katalizator zastosowano platynę. Te dwie metody utleniania dwutlenku siarki uległy dalszej poprawie. Utlenianie dwutlenku siarki na platynie i innych katalizatorach stało się znane jako metoda kontaktowa. A utlenianie tego gazu tlenkami azotu nazwano metodą azotową do produkcji kwasu siarkowego.

Dopiero w 1831 roku brytyjski dystrybutor kwasu octowego Peregrine Philips opatentował ekonomiczny proces produkcji tlenku siarki (VI) i stężonego kwasu siarkowego i to on jest dziś znany w świecie jako metoda kontaktu odbieranie go.

Produkcja superfosfatu rozpoczęła się w 1864 roku.

W latach osiemdziesiątych XIX wieku w Europie produkcja kwasu siarkowego sięgnęła 1 miliona ton. Głównymi producentami były Niemcy i Anglia, produkujące 72% całkowitej ilości kwasu siarkowego na świecie.

Transport kwasu siarkowego to pracochłonne i odpowiedzialne przedsięwzięcie.

Kwas siarkowy jest sklasyfikowany jako niebezpieczny substancje chemiczne, aw kontakcie ze skórą powoduje poważne oparzenia. Ponadto może powodować chemiczne zatrucie osoby. Jeśli podczas transportu nie są przestrzegane pewne zasady, to kwas siarkowy, ze względu na swoją wybuchowość, może wyrządzić wiele szkód zarówno ludziom, jak i środowisku.

Kwasowi siarkowemu przypisano klasę zagrożenia 8, a transport musi być wykonywany przez specjalnie przeszkolonych i przeszkolonych fachowców. Ważnym warunkiem dostawy kwasu siarkowego jest przestrzeganie specjalnie opracowanych Przepisów dotyczących przewozu towarów niebezpiecznych.

Transport drogowy odbywa się według następujących zasad:

Do transportu specjalne pojemniki wykonane są ze specjalnego stopu stali, który nie reaguje z kwasem siarkowym ani tytanem. Takie pojemniki nie utleniają się. Niebezpieczny kwas siarkowy transportowany jest w specjalnych zbiornikach chemicznych kwasu siarkowego. Różnią się konstrukcją i dobierane są podczas transportu w zależności od rodzaju kwasu siarkowego.
Podczas transportu dymiącego kwasu brane są pod uwagę specjalistyczne izotermiczne termosy, w których utrzymywany jest niezbędny reżim temperaturowy, aby zachować właściwości chemiczne kwasu.
Jeśli transportowany jest zwykły kwas, wybierany jest zbiornik na kwas siarkowy.
Transport drogowy kwasu siarkowego, np. dymiącego, bezwodnego, skoncentrowanego, do akumulatorów, rękawic, odbywa się w specjalnych kontenerach: cysterny, beczki, kontenery.
Przewozy towarów niebezpiecznych mogą wykonywać wyłącznie kierowcy posiadający w ręku certyfikat ADR.
Czas podróży nie ma ograniczeń, ponieważ podczas transportu należy bezwzględnie przestrzegać dopuszczalnej prędkości.
Podczas transportu budowana jest specjalna trasa, która powinna przebiegać, omijając zatłoczone miejsca i zakłady produkcyjne.
Transport musi posiadać specjalne oznaczenia i znaki ostrzegawcze.

Niebezpieczne właściwości kwasu siarkowego dla ludzi

Kwas siarkowy stanowi zwiększone zagrożenie dla organizmu człowieka. Jej toksyczne działanie następuje nie tylko przez bezpośredni kontakt ze skórą, ale także przez wdychanie jej oparów, gdy uwalniany jest dwutlenek siarki. Zagrożenie dotyczy:

Układ oddechowy;
powłoki;
Błony śluzowe.

Odurzenie organizmu można wzmocnić arsenem, który często wchodzi w skład kwasu siarkowego.

Ważny! Jak wiadomo, gdy kwas wchodzi w kontakt ze skórą, dochodzi do poważnych oparzeń. Nie mniej niebezpieczne jest zatrucie oparami kwasu siarkowego. Bezpieczna dawka kwasu siarkowego w powietrzu to zaledwie 0,3 mg na 1 metr kwadratowy.

Jeśli kwas siarkowy dostanie się na błony śluzowe lub na skórę, pojawia się silne oparzenie, które nie goi się dobrze. Jeśli skala oparzenia jest imponująca, u ofiary rozwija się choroba oparzeniowa, która może nawet doprowadzić do śmierci, jeśli wykwalifikowana opieka medyczna nie zostanie zapewniona w odpowiednim czasie.

Ważny! Dla osoby dorosłej śmiertelna dawka kwasu siarkowego wynosi tylko 0,18 cm na 1 litr.

Oczywiście „przeżyj dla siebie” toksyczne działanie kwasu w zwyczajne życie problematyczny. Najczęściej zatrucie kwasem występuje z powodu zaniedbania bezpieczeństwa przemysłowego podczas pracy z roztworem.

Z powodu problemów technicznych w produkcji lub zaniedbań może wystąpić masowe zatrucie oparami kwasu siarkowego i masowe uwolnienie do atmosfery. Aby zapobiec takim sytuacjom, działają służby specjalne, których zadaniem jest kontrola funkcjonowania produkcji, w której używany jest niebezpieczny kwas.

Jakie są objawy zatrucia kwasem siarkowym?

Jeśli kwas został spożyty:

Ból w okolicy narządów trawiennych.
Nudności i wymioty.
Naruszenie stolca w wyniku ciężkich zaburzeń jelitowych.
Silne wydzielanie śliny.
Z powodu toksycznego wpływu na nerki mocz staje się czerwonawy.
Obrzęk krtani i gardła. Jest świszczący oddech, chrypka. Może to prowadzić do śmierci z powodu uduszenia.
Na dziąsłach pojawiają się brązowe plamy.
Skóra staje się niebieska.

Z oparzeniem skóra mogą wystąpić wszystkie komplikacje związane z oparzeniami.

Podczas zatruwania parami obserwuje się następujący obraz:

Oparzenie błony śluzowej oczu.
Krwotok z nosa.
Oparzenia błon śluzowych dróg oddechowych. W takim przypadku ofiara odczuwa silny objaw bólu.
Obrzęk krtani z objawami uduszenia (brak tlenu, skóra sinieje).
Jeśli zatrucie jest ciężkie, mogą wystąpić nudności i wymioty.

Warto wiedzieć! Zatrucie kwasem po spożyciu jest znacznie bardziej niebezpieczne niż zatrucie wdychaniem oparów.

Pierwsza pomoc i zabiegi lecznicze na uszkodzenia spowodowane kwasem siarkowym

W kontakcie z kwasem siarkowym postępuj w następujący sposób:

Zadzwoń najpierw ambulans. Jeśli płyn dostał się do środka, wykonaj płukanie żołądka ciepła woda. Następnie małymi łykami będziesz musiał wypić 100 gramów słonecznika lub Oliwa z oliwek. Dodatkowo należy połknąć kawałek lodu, wypić mleko lub przypaloną magnezję. Należy to zrobić, aby zmniejszyć stężenie kwasu siarkowego i złagodzić stan człowieka.
Jeśli kwas dostanie się do twoich oczu, wypłucz je. bieżąca woda, a następnie wkroplić roztworem dikainy i nowokainy.
Jeśli kwas dostanie się na skórę, oparzony obszar należy dobrze umyć pod bieżącą wodą i zabandażować sodą. Płucz przez około 10-15 minut.
W przypadku zatrucia parą należy udać się do Świeże powietrze, a także opłukać, w miarę możliwości, dotknięte błony śluzowe wodą.

W warunkach szpitalnych leczenie będzie zależeć od obszaru oparzenia i stopnia zatrucia. Znieczulenie przeprowadza się tylko za pomocą nowokainy. Aby uniknąć rozwoju infekcji w dotkniętym obszarze, pacjent wybiera antybiotykoterapię.

W krwawieniu z żołądka wstrzykuje się osocze lub przetacza krew. Źródło krwawienia można usunąć chirurgicznie.

Kwas siarkowy w czystej 100% postaci występuje w naturze. Na przykład we Włoszech, na Sycylii nad Morzem Martwym można zobaczyć wyjątkowe zjawisko - kwas siarkowy sączy się prosto z dna! I tak się dzieje: piryt z skorupa Ziemska służy w tym przypadku jako surowiec do jego formowania. To miejsce jest również nazywane Jeziorem Śmierci i nawet owady boją się do niego podlecieć!
Po dużych erupcjach wulkanicznych w atmosferze ziemskiej często można znaleźć krople kwasu siarkowego i w takich przypadkach „winowajca” może sprowadzić Negatywne konsekwencje do środowiska i spowodować poważne zmiany klimatyczne.
Kwas siarkowy jest aktywnym pochłaniaczem wody, dlatego jest stosowany jako osuszacz gazu. W dawne czasy aby okna nie zaparowały w pokojach kwas ten wlewano do słoików i umieszczano między szybami otworów okiennych.
Kwas siarkowy jest główną przyczyną kwaśnych deszczy. Główną przyczyną kwaśnych deszczy jest zanieczyszczenie powietrza dwutlenkiem siarki, a po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwas siarkowy. Z kolei podczas spalania paliw kopalnych emitowany jest dwutlenek siarki. W kwaśnym deszczu studiował dla ostatnie lata wzrosła zawartość kwasu azotowego. Powodem tego zjawiska jest redukcja emisji dwutlenku siarki. Mimo to kwas siarkowy pozostaje główną przyczyną kwaśnych deszczy.

Oferujemy kompilację wideo ciekawe doświadczenia z kwasem siarkowym.

Rozważ reakcję kwasu siarkowego po wlaniu go do cukru. W pierwszych sekundach wejścia kwasu siarkowego do kolby z cukrem mieszanina ciemnieje. Po kilku sekundach substancja robi się czarna. Najciekawsza rzecz dzieje się dalej. Masa zaczyna szybko rosnąć i wychodzić z kolby. Na wyjściu otrzymujemy dumną substancję, która wygląda jak porowata węgiel drzewny, przekraczając początkową objętość 3-4 razy.

Autor filmu sugeruje porównanie reakcji Coca-Coli z kwasem solnym i siarkowym. Podczas mieszania Coca-Coli z kwasem solnym nie obserwuje się żadnych wizualnych zmian, ale po zmieszaniu z kwasem siarkowym Coca-Cola zaczyna wrzeć.

Ciekawą interakcję można zaobserwować, gdy kwas siarkowy dostanie się na papier toaletowy. Papier toaletowy składa się z celulozy. Kiedy dostanie się kwas, cząsteczki celulozy natychmiast rozpadają się, uwalniając wolny węgiel. Podobne zwęglenie można zaobserwować, gdy kwas dostanie się na drewno.

Do kolby ze stężonym kwasem dodaję mały kawałek potasu. W pierwszej sekundzie uwalniany jest dym, po czym metal natychmiast wybucha, zapala się i eksploduje, tnąc na kawałki.

W następnym eksperymencie, gdy kwas siarkowy trafi na zapałkę, wybucha. W drugiej części eksperymentu folię aluminiową zanurza się w acetonie, a wewnątrz zapałkę. Następuje natychmiastowe nagrzanie folii z wydzieleniem ogromnej ilości dymu i jej całkowite rozpuszczenie.

Przy dodawaniu obserwuje się ciekawy efekt proszek do pieczenia w kwas siarkowy. Soda natychmiast zamienia się w żółty. Reakcja przebiega z szybkim wrzeniem i wzrostem objętości.

Kategorycznie nie radzimy przeprowadzać wszystkich powyższych eksperymentów w domu. Kwas siarkowy jest substancją bardzo żrącą i toksyczną. Takie eksperymenty należy przeprowadzać w specjalnie wyposażonych pomieszczeniach wymuszona wentylacja. Gazy uwalniane w reakcjach z kwasem siarkowym są silnie toksyczne i mogą powodować uszkodzenie dróg oddechowych i zatruć organizm. Ponadto takie eksperymenty są przeprowadzane w środkach ochrony osobistej skóry i narządów oddechowych. Dbaj o siebie!