Сірчана кислота може існувати як самостійне хімічна сполука H2 SO4. а також у вигляді сполук з водою H2 SO4 * 2H2 O, H2 SO4 * H2 O, H2 SO4 * 4H2 O і з триоксидом сірки H2 SO4 * SO3. H2 SO4 * 2SO3. У техніці сірчаної кислотою називають і безводну H2 SO4 і її водні розчини (по суті справи, це суміш H2 O, SO2 і з'єднань H2 SO4 * nH2 O) і розчини триоксид сірки в безводній H2 SO4 - олеум (суміш H2 SO4 і з'єднань H2 SO4 * nSO3). Безвода сірчана кислота - важка масляниста безбарвна рідина, змішується з водою і триоксидом сірки в будь-якому співвідношенні. Фізичні властивості сірчаної кислоти, такі, як щільність, температура кристалізації, температура кипіння, залежать від її складу. Безвода 100% -ва кислота має порівняно високу температуру кристалізації 10,7 * С. Щоб зменшити можливість замерзання товарного продукту при перевезенні та зберіганні, концентрацію технічної сірчаної кислоти вибирають такий, щоб вона мала досить низьку температур кристалізації. Промисловість випускає три види товарної сірчаної кислоти.
Існують 2 промислових способу отримання сірчаної кислоти: контактний і нітрозних.
При контактному способі отримання сірчаної кислоти сульфидную руду (найчастіше залізний колчедан FеS2) обпалюють в спеціальних колчеданових печах. При цьому виходить випалювальних газ, що містить приблизно 9% сірчистого ангідриду.
Перед тим, як зробити окислення сірчистого газу в сірчаний ангідрид, випалювальних газ очищають від цілого ряду домішок, які можуть ускладнити і навіть зробити неможливим подальше окислення. Однією з таких домішок є пил, яка може отруїти каталізатор. Очищення від пилу виробляється в спеціальних пристроях - циклон-апаратах і електрофільтрах.
У контактному апараті проводиться окислення сірчистого ангідриду в сірчаний. Ця реакція є екзотермічної. Однак що утворюється сірчаний ангідрид термічно нестійкий і при високій температурі може знову розкладатися на кисень і сірчистий газ. Таким чином реакція 2 SO2 + O2 → 2 SO3 оборотна.
При низькій температурі окислення йде дуже повільно і значна частина сірчистого газу, проходячи через контактний апарат, не встигає окислюватися. Тому, щоб досягти максимального ступеня окислення сірчистого газу і в той же час уникнути розкладання сірчаного ангідриду, швидкість газу регулюють таким чином, щоб температура в контактному апараті підтримувалася в межах 470-490 град. С.
При нітрозному способі отримання сірчаної кислоти окислення сірчистого газу здійснюється оксидами азоту. Випалювальних газ подається в продукционную вежу 1, орошаемую нітрозілсерной кислотою (NОНSО3). Для запуску процесу сірчистийкислоту окислюють азотною кислотою відповідно до рівнянь:
Оксиди азоту разом з вихлопними газами (азот і кисень) подаються в вежу 2 для окислення монооксиду азоту в діоксид. Потік газу регулюють таким чином, щоб 50% газу проходило через окислювальну вежу, а 50% - минуло її. Таким чином в поглинальну вежу потрапляє газова суміш, яка містить монооксид і діоксид азоту в еквімолярних співвідношенні, внаслідок чого утворюється азотний ангідрид:
При низькій температурі рівновага зсувається в бік утворення азотистого ангідриду (N2 О3), а при підвищенні температури - в бік утворення монооксиду та діоксиду азоту. У поглотительной вежі азотистий ангідрид реагує з концентрованою сірчаною кислотою, утворюючи нітрозілсерную кислоту:
Ця реакція може протікати тільки з концентрованої сірчаної кислотою. При розведенні водою нітрозілсерная кислота знову розкладається на сірчану кислоту і оксиди азоту.
Нітрозілсерная кислота подається на зрошення в продукционную вежу, де і розкладається водою, а виділився азоту ангідрид окисляє утворюється в башті сірчистийкислоту:
Монооксид азоту знову прямує в окислювальну вежу і процес повторюється.
Оксиди азоту, що не поглинулися сірчаною кислотою, уловлюються в санітарній вежі (на схемі не показана), в яку подають або розчин соди (Nа2 СО3), або розчин вапна (Са (ОН) 2):
Втрата оксидів азоту компенсується введенням нових порцій азотної кислоти.
Концентрація сірчаної кислоти, одержуваної нітрозним способом, досягає 70-80%.
Сірчана кислота знаходить найширше застосування. Вона використовується для отримання соляної, азотної, фосфорної, плавикової і багатьох органічних кислот методом обміну, у виробництві фосфорних і азотних добрив, органічних сульфосполук, для очищення різних газів, входить до складу нітрит сумішей, використовується у виробництві барвників, для зарядки акумуляторів і ін.
Широко застосовуються солі сірчаної кислоти. Сульфат натрію (глауберової сіль Nа2 SO4 * 10Н2 О) застосовується для виробництва соди і в скляної промисловості. Сульфат кальцію поширений в природі у вигляді двуводного кристаллогидрата гіпсу (СаSO4 * 2Н2 О) і безводної солі ангідриту (СаSO4).
Ангідридні в'яжучі матеріали отримують шляхом випалу гіпсового каменю при підвищених температурах (600-700 град. С) з різними добавками. При цьому отримують обробний гіпсовий цемент і кальцинований гіпс (екстра-гіпс).
Ці матеріали тверднуть значно повільніше, ніж напівводяний гіпс, і застосовуються для виготовлення будівельних розчинів і бетонів малої міцності, а також штучного мармуру, безшовних настилів підлог і ін.
Сульфат магнію, або гірка сіль (МgSO4 * 7Н2 О) застосовується в медицині як проносне.
Сульфат заліза (II), або залізний купорос (FеSO4 * 7Н2 О) застосовується для приготування жовтої кров'яної солі (К4 [Fе (СN) 6]), чорнила, для очищення води і консервування дерева.
Сульфат міді, або мідний купорос (СuSО4 * 5Н2 О) застосовується для боротьби з різними грибками - шкідниками сільського господарства, для виробництва мідних покриттів і отримання різних з'єднань міді.
З розчинів, що містять сульфат тривалентного металу (Fе 3+. Аl 3+. Сг 3+) і сульфат одновалентного металу (К +. NН4 +. Rb +), викристалізовуються подвійні солі типу К2 SO4 * Al2 (SO4) 3 * 24H2 O або КАl (SO4) 3 * 12Н2 О. Замість калію і алюмінію можуть стояти в будь-якому поєднанні перераховані елементи.
Ці сполуки називаються квасцами. Галун існують тільки в твердому вигляді. У розчині вони поводяться як 2 самостійні солі, т. Е. Як суміш сульфатів одно- і тривалентних металів.
30. Принципова технологічна схема отримання сірчаної кислоти з сірки.
Технологічний процес виробництва сірчаної кислоти з елементарної сірки контактним способом відрізняється від процесу виробництва з колчедану рядом особливостей. До них відносяться:
- особлива конструкція печей для отримання пічного газу;
- відсутність стадії попереднього очищення пічного газу.
Наступні операції контактування оксиду сірки (IV) за фізико-хімічними основам і аппаратурному оформлення не відрізняються від таких для процесу на основі колчедана і оформляються зазвичай за схемою ДКДА. Термостатування газу в контактному апараті в цьому методі здійснюється зазвичай шляхом введення холодного повітря між шарами каталізатора.
Принципова схема виробництва сірчаної кислоти з сірки представлена на рис. 1:
Мал. 1. Структурна схема виробництва сірчаної кислоти з сірки.
1 - осушення повітря; 2 - спалювання сірки; 3 - охолодження газу, 4 -контактірованіе; 5 -абсорбція оксиду сірки (IV) і утворення сірчаної кислоти.