Електронний підручник з ництво сірчаної кислоти контактним способом

1.Обжіг піриту, Одержання оксиду сірки (II). Очищення пічного газу.

Рівняння реакції першій стадії:
4FeS2 + 11O2 2Fe2 O3 + 8SO2 + Q
Подрібнений очищений вологий (після флотації) пірит зверху засипають в піч для випалу в "киплячому шарі". Знизу (принцип протитоку) пропускають повітря, збагачений киснем, для більш повного випалу піриту. Температура в печі для випалення досягає 800 0 С. Пірит розжарюється до червона і знаходиться в "підвішеному стані" через продувається знизу повітря. Схоже це все на киплячу рідину розпеченого-червоного кольору.
За рахунок теплоти, що виділяється в результаті реакції підтримується температура в печі. Надмірна кількість теплоти відводять: по периметру печі проходять труби з водою, яка нагрівається. Гарячу воду використовують далі для центрального опалення поруч стоять приміщень.
Утворився оксид заліза Fe2 O3 (недогарок) у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і відправляють на металургійний комбінат, на якому з оксиду заліза отримують метал залізо і його сплави з вуглецем - сталь (2% вуглецю С в сплаві) і чавун (4% вуглецю С в сплаві).
Таким чином виконується принцип хімічного виробництва - безвідходність виробництва.

Очищення пічного газу

З печі виходить пічної газ, склад якого: SO2. O2. пари води (пірит був вологий!) і дрібні частки недогарка (оксиду заліза). Такий пічної газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка і парів води.
Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапи - в циклоні (використовується відцентрова сила, тверді частинки недогарка вдаряються об стінки циклону і зсипаються вниз) і в електрофільтрах (використовується електростатичне тяжіння, частки недогарка прилипають до наелектризованим пластин електрофільтру, при достатньому накопиченні під власною вагою вони зсипаються вниз), для видалення парів води в пічному газі (осушення пічного газу) використовують сірчану концентровану кислоту, яка є дуже хорошим осушувачем, оскольку поглинає воду.
Осушення пічного газу проводять в сушильній башті - від низу до верху піднімається пічної газ, а зверху вниз ллється концентрована сірчана кислота. На виході з сушильної камери для печей газ вже не містить ні частинок недогарка, ні водяної пари. Пічної газ тепер є сумішшю оксиду сірки SO2 і кисню О2.

Протікає в контактному апараті.
Рівняння реакції цієї стадії:
2SO2 + O2 2SO3 + Q
Складність другої стадії полягає в тому, що процес окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови протікання прямої реакції (отримання SO3):

Пряма реакція є екзотермічної + Q, згідно з правилами щодо зміщення хімічної рівноваги, для того, щоб змістити рівновагу реакції в сторону екзотермічної реакції, температуру в системі необхідно знижувати. Але, з іншого боку, при низьких температурах, швидкість реакції істотно падає. Експериментальним шляхом хіміки-технологи встановили, що оптимальною температурою для протікання прямої реакції з максимальним освітою SO3 є температура 400-500 0 С. Це досить низька температура в хімічних виробництвах. Для того, щоб збільшити швидкість реакції при такій низькій температурі в реакцію вводять каталізатор. Експериментальним шляхом встановили, що найкращим каталізатором для цього процесу є оксид ванадію (V) V2 O5.

Пряма реакція протікає зі зменшенням обсягів газів: зліва 3V газів (2V SO2 і 1V O2), а праворуч - 2V SO3. Раз пряма реакція протікає зі зменшенням обсягів газів, то, згідно з правилами зміщення хімічної рівноваги тиск в системі потрібно підвищувати. Тому цей процес проводять при підвищеному тиску.
Перш ніж суміш SO2 і O2 потрапить в контактний апарат, її необхідно нагріти до температури 400-500 ° С. Нагрівання суміші починається в теплообміннику, який встановлений перед контактним апаратом. Суміш проходить між трубками теплообмінника і нагрівається від цих трубок. Усередині трубок проходить гарячий SO3 з контактного апарату. Потрапляючи в контактний апарат суміш SO2 і О2 продовжує нагріватися до потрібної температури, проходячи між трубками в контактному апараті.
Температура 400-500 0 С в контактному апараті підтримується за рахунок виділення теплоти в реакції перетворення SO2 в SO3. Як тільки суміш оксиду сірки і кисню досягне шарів каталізатора, починається процес окислення SO2 в SO3.
Утворився оксид сірки SO3 виходить з контактного апарату і через теплообмінник потрапляє в поглинальну вежу.

Протікає в поглотительной вежі.
А чому оксид сірки SO3 не поглинають водою? Адже можна було б оксид сірки розчинити у воді:

Але справа в тому, що якщо для поглинання оксиду сірки використовувати воду, утворюється сірчана кислота у вигляді туману, що складається з дрібних крапельок сірчаної кислоти (оксид сірки розчиняється в воді з виділенням великої кількості теплоти, сірчана кислота настільки розігрівається, що закипає і перетворюється на пару ). Для того, щоб не утворювалося сірчанокислотного туману, використовують 98% -ну концентровану сірчану кислоту. Два відсотки води - це так мало, що нагрівання рідини буде слабким і безпечним. Оксид сірки дуже добре розчиняється в такий кислоті, утворюючи олеум: H2 SO4 · nSO3.
Рівняння реакції цього процесу

Утворився олеум зливають в металеві резервуари і відправляють на склад. Потім олеумом заповнюють цистерни, формують поїзди і відправляють споживачеві.