Применения серной кислоты
Удобрении. В экономике Великобритании приблизительно 26% всей серной кислоты используется для получения суперфосфатных удобрений (см. разд. 15.3). Еще 2% используется для получения сульфата аммония.
Моющие средства. Натриевые соли сульфонатов неразветвленных алкилбензолов используются в качестве главных активных компонентов бытовых синтетических моющих средств. Серная кислота или олеум используются для производства этих сульфонатов.
Пигменты. Серная кислота используется на первой стадии сульфатного процесса получения оксида титана(1У) TiO2. Диоксид титана находит применение в качестве пигмента белых красок.
Искусственные ткаин. Серная кислота используется для получения капролактама из циклогексанона. Капролактам представляет собой мономер, из которого получают полимер найлон-6.
Современный контактный процесс
В настоящее время серную кислоту во всем мире получают с помощью контактного процесса. Этот процесс включает три стадии.
1-я стадия. На этой стадии получают диоксид серы: жидкую серу разбрызгивают в камере сгорания, где она сгорает в воздухе при температуре порядка 1000 °С:
Воздух, поступающий в камеру, должен быть сухим, чтобы предотвратить образование тумана. Серу получают с помощью процесса Фраша из залежей, расположенных в Польше, Мексике и США (см. разд. 15.4). Свободную серу получают также в качестве побочного продукта при переработке нефти и очистке природного газа. Например, французский или канадский природный газ содержит до 25% сероводорода.
Диоксид серы получают также при обжиге сульфидных минералов, например сульфида цинка или железного колчедана:
Следует отметить, что оба указанных здесь процесса окисления являются необратимыми и экзотермическими
Образец SO2 в лаборатории завода по получению серной кислоты анализируют с помощью пробы Рай-ша: образец SO2 продувают через водный раствор, содержащий иодид калия и иод. Раствор SO2 восстанавливает иод, превращая его в иодид-ионы. Оставшийся в растворе иод титруют раствором тиосульфата натрия с помощью крахмального инликатора.
2-я стадия. На этой стадии получают триоксид серы:
Эта реакция является обратимой и экзотермической. Высокому выходу триоксида серы благоприятствуют низкие температуры и высокие давления. На практике этот процесс проводится при давлении несколько выше атмосферного. Это делается только для того, чтобы обеспечить хороший поток газа. Увеличение выхода в результате повышения давления не оправдывает дополнительных затрат.
Питающий газ (смесь диоксида серы и кислорода) пропускают через каталитический конвертер, который состоит из ряда слоев, содержащих катализатор-оксид ванадия(У) и промоторы. Поскольку превращение диоксида серы в триоксид серы является экзотермической реакцией, температура газа повышается. Поэтому газы, выходящие из каждого слоя конвертера, пропускают через теплообменники, где они охлаждаются. Действие теплообменника основано на том же принципе, что и у конденсатора Либиха, используемого в химических лабораториях. После прохождения каждого слоя реактора доля образующегося триоксида серы все возрастает. Температуру каталитических слоев поддерживают на уровне не ниже 400 °С, поскольку при более низких температурах катализатор теряет свою активность. Окончательный выход для конвертера, содержащего четыре каталитических слоя, достигает 98%.
3-я стадия. На этой стадии осуществляется следующий процесс:
Однако непосредственное поглощение триоксида серы водой невозможно, потому что пары воды над ее поверхностью образуют устойчивый туман из крошечных капелек серной кислоты. Поэтому для поглощения триоксида серы используется 98%-ная серная кислота. Ее концентрацию повышают до 99,5% (рис. 7.5).
Рис. 7.5. 3-я стадия процесса получения серной кислоты контактным способом (процесс поглощения).
Затем кислоту снова разбавляют водой до 98%. Часть ее возвращают на поглощение, а остальную часть направляют на хранение. Если допустить, чтобы концентрация серной кислоты превысила 99,5%, то давление паров триоксида серы становится слишком высоким, и это препятствует их полному поглощению. В результате образуется видимый туман. Серную кислоту с концентрацией 99,5% иногда называют «олеум» и обозначают
.
Оглавление: