Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.
Вложение | Размер |
---|---|
Загрязнение и охрана окружающей среды при производстве серной кислоты | 17.91 КБ |
Серная кислота - один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.
В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: п SО3 · т Н2О.
Несмотря на то, что серная кислота давно известна, вначале ее получали сухой перегонкой, поэтому упоминается под названием "купоросное масло", в промышленных количествах она стала производиться относительно недавно.
Сырьём для ее получения служат элементарная сера, сульфиды и сульфаты металлов, сероводород, отходящие газы теплоэлектростанций, использующих неочищенную нефть, и др. Основным сырьём некогда являлся пирит. Так, в 1958 году в СССР из пирита было выработано 71,4 процента серной кислоты, произведённой за этот год. Однако уже к 1970 году доля пирита в производстве серной кислоты в СССР снизилась до 41,8 процента. В последнее время основным сырьём производства серной кислоты является сера. Так, в 2011 году в России из общего количества в 10,7 млн. тонн произведённой серной кислоты 7,9 млн тонн получено из серы и 2,8 млн. тонн — из отходящих газов и в результате нефтепереработки. В мире в 2011 году из общего количества в 223 млн. тонн произведённой серной кислоты 136 млн. тонн получено из серы, 67 млн. тонн — из отходящих газов и 20 млн. тонн — из пирита. Лидером по производству серной кислоты в мире на 2011 год являлась КНР — 74 млн. тонн в год.
Основные стадии получения серной кислоты
Основные стадии получения серной кислоты включают:
C XIV века серную кислоту получали так называемым "камерным" методом, в основе которой лежала реакция горения на воздухе смеси серы и калийной селитры, описанная алхимиком Валентином. Процесс проводился в камерах, обитых свинцом, нерастворимым в серной кислоте. Продуктами горения являлись оксиды азота, соли калия и SO3. Последний поглощался водой, находящейся в камере. Таким способом удавалось получить кислоту небольшой крепости, которую концентрировали известными методами. В зависимости от соотношения реагентов получался разный состав твердого остатка. Одна из схем получения камерной серной кислоты, наиболее полно расходующая нитрат калия:
2KNO3 + 2S + 2O2 → K2SO4 + SO3 + NO2 + NO
SO3 + H2O → H2SO4
Промышленные количества камерной серной кислоты получали вначале во Франции, потом в Англии. В СССР камерный способ просуществовал до 1955 г.
После обнаружения каталитической роли окислов азота в реакции образования SO3 от камерного способа стали отказываться в пользу других методов, использующих менее трудоемкий способ получения и окисления SO2.
В настоящее время в промышленности применяют два метода окисления SO2 в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов, и нитрозный (башенный), в котором в качестве катализатора используют оксиды азота. В качестве окислителя обычно используют кислород воздуха. В первом способе реакционная смесь пропускается сквозь слой твердого катализатора, во втором орошается водой или разбавленной серной кислотой в реакторах башенного типа. Вследствие высокой эффективности (производительность, компактность, чистота и стоимость продукта и др.) контактный способ вытесняет нитрозный.
Обнаружены сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, пятиокись ванадия и окись железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Окись железа требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 гр. C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее рациональным, и только он применяется при производстве серной кислоты. Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V) (V2O5).
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Нитрозный метод получения серной кислоты
SO2 + NO2 → SO3 + NO↑.
2NO+O2 → 2NO2
При реакции SO3 с водой выделяется огромное количество теплоты, и серная кислота начинает закипать с образованием "туманов" SO3 + H2O = H2SO4 + Q. Поэтому SO3 смешивается с H2SO4, образуя раствор SO3 в 91% H2SO4 - олеум.
Экологическое состояние
Научно-техническая революция и связанный с ней интенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения в окружающей среде. Например, отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в опасности.
Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы 4 на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине кислых дождей повреждены памятники архитектуры. В зоне до 300 км. от источника загрязнения SO2 опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост с/х культур. Закисление водоемов весной при таянии снега, вызывает гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб - громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв. Рассмотрим химические метода отчистки от наиболее распространенных газообразных загрязняющих воздух веществ. Известно более 60 методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серы 4 известняком, раствором сульфита - гидросульфита аммония и щелочным раствором алюмината натрия. Интерес также представляют каталитические методы окисления оксида серы 4 в присутствии оксида ванадия 5. Особое значение имеет очистка газов от фторсодержащих примесей, которые даже в незначительной концентрации вредно влияют на растительность. Если в газах содержится фтороводород и фтор, то их пропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5-10 раствору гидроксида натрия. В течении одной минуты протекают следующие реакции F22NaOH- O2H2O2NaF HFNaOH- NaFH2O Образующийся фторид натрия обрабатывают для регенерации гидроксида натрия 2NaFCaOH2O- CaF22NaOH
Для того, чтобы не загрязнять окружающую среду отходами от производства серной кислоты, должно быть придумано повторное применение, т.к. все равно нельзя придумать полностью безотходного производства. Вклад химии в защиту окружающей среды может стать значительно больше, если будет изучен процесс взаимодействия человека и природы.
Один из способов разрешения экологических проблем — использование технологических схем, сводящих к минимуму загрязнение атмосферы:
выбор оптимального сырья и режима его переработки.
Так, например, в мире около 80% серной кислоты производится из серы, а не из пирита FeS2. Это позволяет избежать металлизации атмосферы.
Еще один важный путь — это совершенствование технологического оборудования, в частности различных фильтров и поглотителей. Большое значение имеет профилактический ремонт оборудования, а также установка современных автоматических систем управления производством.
Кто грамотней?
"Портрет". Н.В. Гоголь
Как нарисовать зайчика
Нарисуем попугая цветными карандашами
Вода может клеить?