Кислота серная контактная улучшенная

ОПИСАНИЕ

Серная кислота — один из важнейших продуктов основной химической промышленности. Очень сильная двухосновная кислота, отвечает высшей степени окисления серы (+6). Безводная серная кислота — вязкая, малообразная, бесцветная жидкость (плотность — 1,84 г/см³, темп. плавления — 10,45 гр. С, темп. кипения — 296,2 гр. С). Смешивается с водой и SO₃ во всех соотношениях.

Химическое строение молекулы H₂SO₄ отвечает искаженному тетраэдру. Еще с большей степени искажение в гидросульфат-ионе HSO₄^-. Сульфат-ион имеет форму правильного тетраэдра; все расстояния и углы между связями в нем равноценны. В водных р-рах серная кислота практически полностью диссоциирует на Н⁺, HSO₄^- и SO₄^2-. Образует гидраты H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5. Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3% H₂SO₄.
Серная кислота обладает повышенной активностью при взаимодействии с восстанавливающими агентами, органическими материалами, металлами, щелочами, является агрессивной средой для цветных металлов и легких сталей (при концентрации 90%). При нагревании выше 296 °C начинает разлагаться на SO₃ и воду.

Благодаря более высокой температуре кипения по сравнению с другими сильными кислотами серная кислота при нагревании вытесняет их из солей:

H₂SO₄ + 2KNO₃ = K₂SO₄ + 2HNO₃

Газообразные HСl и HF выделяются уже при комнатной температуре:

H₂SO₄ + NaCl = NaHSO₄ + HCl

Таким образом, серная кислота позволяет получать другие кислоты из их солей.

В водных растворах серная кислота диссоциирует ступенчато, с образованием двух типов анионов: гидросульфат- и сульфат-ионов:

H₂SO₄ = Н⁺ + HSO₄^-
HSO₄^- = Н⁺ + SO₄^2-

При взаимодействии с основаниями получаются соответственно кислые (гидросульфаты) и средние (сульфаты) соли:

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O
2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

Разбавленная серная кислота взаимодействует со всеми металлами, стоящими с ряду напряжений до водорода (кроме свинца):

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂

Сильные восстановители могут превратить H₂SO₄ не только в оксид SO₂, но и в серу S или сероводород H₂S.

Применение
Серную кислоту применяют:
В производстве минеральных удобрений;
Для получения различных минеральных кислот и солей;
Как электролит в свинцовых аккумуляторах;
В нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
В производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
В промышленном органическом синтезе в реакциях:
- дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
- гидратации (этанол из этилена);
- сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
- алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Наиболее крупным потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений: на 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄— 0,75 т серной кислоты. По этой причине сернокислотные заводы часто строят в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Транспортировка, хранение
Улучшенную серную кислоту транспортируют в железнодорожных цистернах из кислотостойкой стали с нанесением трафаретов "Улучшенная серная кислота", "Опасно", а также трафарета приписки. По согласованию с потребителем допускается транспортировать улучшенную серную кислоту по кислотопроводу из стали марки СтЗ по ГОСТ 380 или нержавеющей стали.

По согласованию с потребителем в период с 15 октября по 15 марта предприятиям-изготовителям, не снабжающим юг Украины, Крым, Молдавию, республики Средней Азии и юг Казахстана и другие аналогичные по климатическим условиям районы, и круглогодично предприятиям-изготовителям, расположенным в районах Урала (севернее Свердловска) и Крайнего Севера и снабжающим северные районы, допускается отгрузка улучшенной серной кислоты в сернокислых цистернах из стали марки СтЗ по ГОСТ 380.
Улучшенная серная кислота должна храниться у потребителя в чистых герметически закрытых емкостях из нержавеющей стали или емкостях из стали марки Ст3 по ГОСТ 380, футерованных кислотоупорными плиткой или кирпичом.

Класс опасности
Серная кислота техническая пожаро- и взрывобезопасна, при соприкосновении ее с водой происходит бурная реакция с большим выделением тепла, паров и газов. Токсична! Поражает кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и пр. По степени воздействия на организм относится к веществам 2 класса опасности (по ГОСТ 12.1.007). ПДК паров серной кислоты в воздухе рабочей зоны производственных помещений - 1 мг/м3.

ПОЛУЧЕНИЕ

Серную кислоту получают из SO₂ двумя способами: нитрозным (башенным) и контактным.

Контактный способ производства серной кислоты

Сырье:
пирит FeS₂, самородная сера, серосодержащие газы — отходы цветной металлургии, воздух.
Вспомогательные материалы:
серная кислота (98%), катализатор — оксид ваналдия (V).

Основной химический процесс: пирит подвергают обжигу кислородом воздуха:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + 3310 кДж

Обжиговый газ после тщательной очистки поступает в контактный аппарат, где в присутствии катализатора при 450 гр. С окисляется до оксида серы (VI):

2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + 197,8 кДж

Оксид серы (VI) поглощают концентрированной серной кислотой. Образуется олеум, из которого можно приготовить кислоту любой концетрации.

Особенности технологического процесса:
производство непрерывное, обжиг колчедана ведут в кипящем слое, продувая в печь воздух, нагретый отходящим обжиговым газом. Тщательно очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата. В поглотительных башнях оксид серы (VI) поглощают серной кислотой противотоком.

Основной продукт: олеум.

Нитрозный способ производства серной кислоты
Переработка SO₂ в серную кислоту по нитрозному способу осуществляется в продукционных башнях — цилиндрических резервуарах (высотой 15 м и более), заполненных насадкой из керамических колец. Сверху, навстречу газовому потоку разбрызгивается "нитроза" — разбавленная серной кислотой, содержащая нитрозилсерную кислоту NOOSO₃H.
Окисление SO₂ оксидами азота происходит в растворе после его абсорбции нитрозой. Водой нитроза гидролизуется:

NOOSO₃H + H₂O = H₂SO₄ + HNO₂.

Сернистый газ, поступивший в башни, с водой образует сернистую кислоту: SO₂ + H₂O = H₂SO₃.

Взаимодействие HNO₂ и H₂SO₃ приводит к получению серной кислоты: 2 HNO₂ + H₂SO₃ = H₂SO₄ + 2 NO + H₂O.

Выделяющийся NO превращается в окислительной башне в N₂O₃ (точнее в смесь NO + NO₂). Оттуда газы поступают в поглотительные башни, где навстречу им сверху подаётся серная кислота. Образуется нитроза, которую перекачивают в продукционные башни. Т. о. осуществляется непрерывность производства и круговорот окислов азота. Неизбежные потери их с выхлопными газами восполняются добавлением HNO₃. Серная кислота, получаемая нитрозным способом, имеет недостаточно высокую концентрацию и содержит вредные примеси (например, As). Её производство сопровождается выбросом в атмосферу оксидов азота ("лисий хвост", названный так по цвету NO₂).

Литература: Химия. Справочные материалы, под ред. ак. Третьякова Ю.Д., 2 изд., М., 1988; Справочник сернокислотчика, под ред. Малина К. М., 2 изд., М., 1971; Малин К. М., Аркин Н. Л., Боресков Г. К., Слинько М. Г., Технология серной кислоты, М., 1950.

• Общий справочник >> Продукты неорганической химии >> Минеральные кислоты
• Торговый каталог >> Продукты неорганической химии