H2SO4,lat. Acidum Sulfuricum ist eine starke zweibasige Säure mit einer Molmasse von etwa 98 g/mol.
Reine Schwefelsäure ist eine farblose, geruchlose, ätzende ölige Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,84 g/cm3, die bei 10,4 °C in eine feste kristalline Masse übergeht. Der Siedepunkt wässriger Schwefelsäurelösungen steigt mit zunehmender Konzentration und erreicht ein Maximum bei einem Gehalt von etwa 98 % H2SO4.
Konzentrierte Schwefelsäure reagiert sehr heftig mit Wasser, da sie durch die Bildung von Hydraten eine große Wärmemenge (19 kcal pro Mol Säure) freisetzt. Aus diesem Grund sollten Sie Schwefelsäure immer durch Eingießen in Wasser verdünnen und nicht umgekehrt.
Schwefelsäure Es ist stark hygroskopisch, das heißt, es nimmt Wasserdampf aus der Luft gut auf und kann daher zum Trocknen von Gasen verwendet werden, die nicht damit reagieren. Hygroskopizität erklärt auch die Verkohlung organischer Substanzen, zum Beispiel Zucker oder Holz, wenn sie konzentrierter Schwefelsäure ausgesetzt werden. Dabei entstehen Schwefelsäurehydrate. Aufgrund seiner geringen Flüchtigkeit wird es auch verwendet, um andere, flüchtigere Säuren aus ihren Salzen zu verdrängen.
Konzentrierte Schwefelsäure ist ein starkes Oxidationsmittel. Es oxidiert Metalle im Spannungsbereich bis einschließlich Silber, und die Reaktionsprodukte hängen von den Bedingungen seines Verhaltens und der Aktivität des Metalls selbst ab. Es bildet zwei Serien von Salzen: mittlere Sulfate und saure Hydrosulfate sowie Ether.
Verdünnte Schwefelsäure interagiert mit allen Metallen, die sich in der elektrochemischen Spannungsreihe links von Wasserstoff (H) befinden, und setzt oxidierende Eigenschaften frei, die für sie uncharakteristisch sind.
In der Industrie wird Schwefelsäure auf zwei Arten hergestellt: durch die Kontaktmethode mit festen Katalysatoren (Kontakten) und durch die Lachgasmethode – mit Stickoxiden. Die Rohstoffe sind Schwefel, Metallsulfide usw. Je nach Reinheit und Konzentration werden verschiedene Säurequalitäten hergestellt: Batteriesäure (die reinste), technische Säure, Turmsäure, Vitriolöl, Oleum (eine Lösung von Schwefelsäureanhydrid in Schwefelsäure).
Anwendung von Schwefelsäure:
- Die Herstellung mineralischer Düngemittel ist das größte Anwendungsgebiet
- Elektrolyt in Bleibatterien
- Herstellung von synthetischen Waschmitteln, Farbstoffen, Kunststoffen, Fluorwasserstoff und anderen Reagenzien
- Erzaufbereitung im Bergbau
- Reinigung von Erdölprodukten
- Metallverarbeitung, Textil-, Leder- und andere Industrien
- Herstellung von Arzneimitteln
- IN Lebensmittelindustrie als Lebensmittelzusatzstoff E513 registriert
- Industrielle organische Synthese
Anwendung von Schwefelsäure in der Industrie
Der Lebensmittelindustrie ist Schwefelsäure als Lebensmittelzusatzstoff E513 bekannt. Die Säure wirkt als Emulgator. Das Lebensmittelzusatzstoff zur Zubereitung von Getränken verwendet. Mit seiner Hilfe wird der Säuregehalt reguliert. Neben Lebensmitteln ist E513 auch in Mineraldüngern enthalten. Der Einsatz von Schwefelsäure ist in der Industrie weit verbreitet. Bei der industriellen organischen Synthese werden mit Schwefelsäure folgende Reaktionen durchgeführt: Alkylierung, Dehydratisierung, Hydratation. Mit Hilfe dieser Säure wird die erforderliche Harzmenge auf Filtern, die bei der Herstellung von destilliertem Wasser verwendet werden, wiederhergestellt.
Verwendung von Schwefelsäure im Alltag
Schwefelsäure zu Hause ist bei Autoliebhabern gefragt. Der Prozess der Herstellung einer Elektrolytlösung für eine Autobatterie wird von der Zugabe von Schwefelsäure begleitet. Beim Arbeiten mit dieser Säure sollten Sie die Sicherheitsregeln beachten. Wenn Säure auf Kleidung oder exponierte Haut gelangt, spülen Sie diese sofort mit fließendem Wasser ab. Auf Metall verschüttete Schwefelsäure kann mit Kalk oder Kreide neutralisiert werden. Beim Nachfüllen einer Autobatterie müssen Sie eine bestimmte Reihenfolge einhalten: Geben Sie nach und nach Säure ins Wasser und nicht umgekehrt. Wenn Wasser mit Schwefelsäure reagiert, wird die Flüssigkeit sehr heiß, was zu Spritzern führen kann. Deshalb sollten Sie besonders darauf achten, dass die Flüssigkeit nicht ins Gesicht oder in die Augen gelangt. Die Säure sollte in einem dicht verschlossenen Behälter aufbewahrt werden. Es ist wichtig, dass die Chemikalie außerhalb der Reichweite von Kindern aufbewahrt wird.
Verwendung von Schwefelsäure in der Medizin
In der Medizin gefunden breite Anwendung Salze der Schwefelsäure. Beispielsweise wird Menschen Magnesiumsulfat verschrieben, um eine abführende Wirkung zu erzielen. Ein weiteres Derivat der Schwefelsäure ist Natriumthiosulfat. Medizin Wird als Gegenmittel bei Einnahme folgender Stoffe verwendet: Quecksilber, Blei, Halogene, Zyanid. Natriumthiosulfat zusammen mit Salzsäure zur Behandlung eingesetzt dermatologische Erkrankungen. Professor Demjanovich schlug eine Kombination dieser beiden Medikamente zur Behandlung von Krätze vor. In Form einer wässrigen Lösung wird Natriumthiosulfat Menschen verabreicht, die an allergischen Erkrankungen leiden.
Magnesiumsulfat hat große Auswahl Gelegenheiten. Daher wird es von Ärzten verschiedener Fachrichtungen verwendet. Magnesiumsulfat wird Patienten mit Bluthochdruck als krampflösendes Mittel verabreicht. Wenn eine Person an einer Gallenblasenerkrankung leidet, wird die Substanz oral verabreicht, um die Gallensekretion zu verbessern. Der Einsatz von Schwefelsäure in der Medizin in Form von Magnesiumsulfat ist in der gynäkologischen Praxis weit verbreitet. Gynäkologen helfen Frauen während der Wehen, indem sie Magnesiumsulfat intramuskulär verabreichen und so die Schmerzen während der Geburt lindern. Zusätzlich zu allen oben genannten Eigenschaften hat Magnesiumsulfat eine krampflösende Wirkung.
Einsatz von Schwefelsäure in der Produktion
Schwefelsäure, deren Einsatzmöglichkeiten vielfältig sind, wird auch bei der Herstellung von Mineraldüngern verwendet. Für eine bequemere Zusammenarbeit liegen Fabriken, die Schwefelsäure und Mineraldünger herstellen, überwiegend nahe beieinander. Dieser Moment schafft eine kontinuierliche Produktion.
Der Einsatz von Schwefelsäure bei der Herstellung von Farbstoffen und Kunstfasern steht nach der Herstellung von Mineraldüngern an zweiter Stelle. Viele Industriezweige verwenden in manchen Herstellungsprozessen Schwefelsäure. Die Verwendung von Schwefelsäure hat im täglichen Leben Nachfrage gefunden. Menschen verwenden die Chemikalie, um ihre Autos zu warten. Sie können Schwefelsäure in Geschäften kaufen, die auf den Verkauf spezialisiert sind Chemikalien, einschließlich unseres Links. Der Transport von Schwefelsäure erfolgt gemäß den Vorschriften für den Transport solcher Güter. Der Schienen- oder Straßentransport transportiert Säure in entsprechenden Behältern. Im ersten Fall fungiert ein Tank als Behälter, im zweiten Fall als Fass oder Behälter.
Anwendungsmerkmale und biologische Gefahr
Schwefelsäure und verwandte Produkte sind äußerst schädlich giftige Substanzen, die der Gefahrenklasse II zugeordnet sind. Ihre Paarungen sind erstaunlich Atemwege, Haut, Schleimhäute, verursachen Atembeschwerden, Husten und häufig Kehlkopfentzündung, Tracheitis, Bronchitis. Die maximal zulässige Konzentration von Schwefelsäuredampf in der Luft im Arbeitsbereich von Industriegebäuden beträgt 1 mg/m3. Personen, die mit giftigen Säuren arbeiten, erhalten spezielle Kleidung und persönliche Schutzausrüstung. Konzentrierte Schwefelsäure kann bei unachtsamer Handhabung Verätzungen verursachen.
Wenn Schwefelsäure ins Innere gelangt, treten unmittelbar nach der Einnahme starke Schmerzen im Mund und im gesamten Körper auf Verdauungstrakt, starkes Erbrechen, vermischt mit zunächst scharlachrotem Blut und dann braunen Massen. Beginnt gleichzeitig mit Erbrechen starker Husten. Es kommt zu einer starken Schwellung des Kehlkopfes und der Stimmbänder, die zu schweren Atembeschwerden führt. Die Pupillen weiten sich und die Gesichtshaut nimmt eine dunkelblaue Farbe an. Es kommt zu einem Abfall und einer Schwächung der Herztätigkeit. Der Tod tritt bei einer Dosis von 5 Milligramm ein. Bei einer Schwefelsäurevergiftung sind eine dringende Magenspülung und die Einnahme von Magnesium erforderlich.
Schwefelsäure H 2 SO 4 ist eine der starken zweibasischen Säuren. In verdünntem Zustand oxidiert es fast alle Metalle außer Gold und Platin. Reagiert heftig mit Nichtmetallen und organische Substanzen, einige davon in Kohle verwandeln. Wenn Sie eine Schwefelsäurelösung zubereiten, sollten Sie diese immer dem Wasser hinzufügen und nicht umgekehrt, um ein Verspritzen der Säure und ein Kochen des Wassers zu vermeiden.
Bei 10 °C härtet es zu einer transparenten glasigen Masse aus. Beim Erhitzen verliert 100 %ige Schwefelsäure leicht Schwefelsäureanhydrid (Schwefeltrioxid SO3), bis ihre Konzentration 98 % beträgt. In diesem Zustand wird es üblicherweise in Laboratorien verwendet.
Im konzentrierten (wasserfreien) Zustand ist Schwefelsäure eine farblose, an der Luft rauchende (durch Dämpfe) ölige Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch (Siedepunkt = 338 °C). Es ist ein sehr starkes Oxidationsmittel. Dieser Stoff hat alle Eigenschaften von Säuren:
Chemische Eigenschaften von Schwefelsäure
H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;
2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O – in diesem Fall ist die Säure konzentriert. H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O Die resultierende Lösung Blau- CuSO 4 - Lösung von Kupfersulfat. Schwefelsäure wird auch genannt
Vitriolöl, da bei Reaktionen mit Metallen und deren Oxiden Vitriol entsteht. Beispielsweise entsteht bei einer chemischen Reaktion mit Eisen (Fe) eine hellgrüne Eisensulfatlösung.
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Schwefelige Säure(oder genauer: eine Lösung von Schwefeldioxid in Wasser) bildet zwei Arten von Salzen: Sulfite Und Hydrosulfite. Diese Salze sind Reduktionsmittel.
H 2 SO 4 + NaOH → NaHSO 3 + H 2 O – diese Reaktion findet im Überschuss statt schweflige Säure
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2H 2 O – und diese Reaktion findet mit einem Überschuss an Natriumhydroxid statt
Schwefelige Säure hat eine aufhellende Wirkung. Jeder weiß, dass Chlorwasser eine ähnliche Wirkung hat. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass Schwefeldioxid im Gegensatz zu Chlor keine Farbstoffe zerstört, sondern ungefärbte Stoffe bildet chemische Verbindungen!
Zusätzlich zum Hauptteil Eigenschaften von Säuren schweflige Säure ist in der Lage, eine Lösung von Kaliumpermanganat gemäß der folgenden Gleichung zu verfärben:
5H 2 SO 3 +2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O
Bei dieser Reaktion entsteht eine blassrosa Lösung bestehend aus Kalium- und Mangansulfaten. Die Farbe ist auf Mangansulfat zurückzuführen.
Schwefelige Säure kann Brom entfärben
H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr
Bei dieser Reaktion entsteht eine Lösung bestehend aus zwei starken Säuren: Schwefelsäure und Bromsäure.
Wenn schwefelige Säure in Gegenwart von Luft gelagert wird, oxidiert diese Lösung und verwandelt sich in Schwefelsäure
2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2
Schwefelsäure wird häufig verwendet Volkswirtschaft und ist das Hauptprodukt der chemischen Grundstoffindustrie. In diesem Zusammenhang steigt die Produktion von Schwefelsäure kontinuierlich an. Wenn also im Jahr 1900 die weltweite Produktion von Schwefelsäure 4,2 Millionen Tonnen betrug, dann wurden 1937 18,8 Millionen Tonnen und 1960 mehr als 47 Millionen Tonnen produziert.
Momentan die Sowjetunion Bei der Herstellung von Schwefelsäure steht es weltweit an zweiter Stelle. 1960 wurden in der UdSSR 5,4 Millionen Gramm Schwefelsäure produziert. 1965 wird sich die Produktion von Schwefelsäure im Vergleich zu 1958 verdoppeln.
Die Einsatzgebiete von Schwefelsäure liegen in ihren Eigenschaften und geringen Kosten begründet. Schwefelsäure ist eine starke, nichtflüchtige und langlebige Säure, die bei moderaten Temperaturen sehr schwache oxidierende und stark wasserentfernende Eigenschaften besitzt.
Der Hauptverbraucher von Schwefelsäure ist die Herstellung von Mineraldüngern – Superphosphat und Ammoniumsulfat. Um beispielsweise nur eine Tonne Superphosphat (aus Fluorapatit) herzustellen, das kein hygroskopisches Wasser enthält, werden 600 kg 65 %ige Schwefelsäure verbraucht. Bei der Herstellung mineralischer Düngemittel wird etwa die Hälfte aller produzierten Säuren verbraucht.
Bei der Verarbeitung von flüssigem Kraftstoff wird eine erhebliche Menge Schwefelsäure verbraucht – zur Reinigung von Kerosin, Paraffin, Schmierölen von Schwefel und ungesättigten Verbindungen sowie bei der Verarbeitung von Kohlenteer. Es wird auch zur Reinigung verschiedener Mineralöle und Fette verwendet.
Schwefelsäure wird häufig in verschiedenen organischen Synthesen verwendet, beispielsweise zur Sulfonierung organische Verbindungen— bei der Herstellung von Sulfonsäuren, verschiedenen Farbstoffen, Saccharin. Zu diesem Zweck werden sowohl konzentrierte Säure als auch rauchende Säure und Chlorsulfonsäure verwendet. Schwefelsäure wird als wasserentziehendes Mittel bei Nitrierungsreaktionen verwendet – bei der Herstellung von Nitrobenzol, Nitrozellulose, Nitroglycerin usw.
Als nichtflüchtige Säure ist Schwefelsäure in der Lage, flüchtige Säuren aus ihren Salzen zu verdrängen, was bei der Herstellung von Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff und Perchlorsäure verwendet wird.
Schwefelsäure wird häufig bei der Verarbeitung (Zersetzung) bestimmter Erze und Konzentrate wie Titan, Zirkonium, Vanadium und manchmal Niob, Lithium und einige andere Metalle verwendet. Da konzentrierte Schwefelsäure bei relativ hohen Temperaturen siedet und kaum Auswirkungen auf Gusseisen und Stahl hat, kann dieser Abbau mit billigen Geräten aus diesen Materialien weitgehend vollständig durchgeführt werden.
Verdünnte heiße Schwefelsäure löst Metalloxide gut auf und wird zum sogenannten Ätzen von Metallen – dem Reinigen dieser – verwendet< особенно железа, от окислов.
Schwefelsäure ist ein gutes Trocknungsmittel und wird zu diesem Zweck häufig in Labors und in der Industrie eingesetzt. Die Restfeuchte bei Verwendung von 95 %iger Schwefelsäure beträgt 0,003 mg Wasserdampf pro 1 Liter getrocknetes Gas.
Eigenschaften von Schwefelsäure
Wasserfreie Schwefelsäure (Monohydrat) ist eine schwere ölige Flüssigkeit, die sich mit Wasser in allen Anteilen vermischt und freisetzt große Menge Hitze. Die Dichte bei 0 °C beträgt 1,85 g/cm3. Es siedet bei 296 °C und gefriert bei - 10 °C. Schwefelsäure wird nicht nur als Monohydrat bezeichnet, sondern auch wässrige Lösungen es () sowie Lösungen von Schwefeltrioxid in Monohydrat (), genannt Oleum. Oleum „raucht“ in der Luft aufgrund seiner Desorption. Reine Schwefelsäure ist farblos, während technische Schwefelsäure durch Verunreinigungen dunkel gefärbt ist.
Die physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure, wie Dichte, Kristallisationstemperatur, Siedepunkt, hängen von ihrer Zusammensetzung ab. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Kristallisationsdiagramm des Systems. Die darin enthaltenen Maxima entsprechen der Zusammensetzung der Verbindungen oder das Vorhandensein von Minima wird dadurch erklärt, dass die Kristallisationstemperatur von Gemischen zweier Stoffe niedriger ist als die Kristallisationstemperatur jedes einzelnen von ihnen.
Reis. 1
Wasserfreie 100 %ige Schwefelsäure hat eine relativ hohe Temperatur Kristallisation 10,7 °C. Um die Möglichkeit des Einfrierens eines Handelsprodukts während des Transports und der Lagerung zu verringern, wird die Konzentration der technischen Schwefelsäure so gewählt, dass sie ausreichend ist niedrige Temperatur Kristallisation. Die Industrie produziert drei Arten kommerzieller Schwefelsäure.
Schwefelsäure ist sehr aktiv. Es löst Metalloxide und verdrängt die meisten reinen Metalle erhöhte Temperatur Alle anderen Säuren stammen aus Salzen. Schwefelsäure verbindet sich aufgrund ihrer Fähigkeit zur Hydratbildung besonders gut mit Wasser. Es entzieht anderen Säuren, kristallinen Salzhydraten und sogar Sauerstoffderivaten von Kohlenwasserstoffen, die nicht Wasser als solches, sondern Wasserstoff und Sauerstoff in der Kombination H:O = 2 enthalten, Wasser. Holz und anderen pflanzlichen und tierischen Geweben, die Zellulose enthalten, Stärke und Zucker werden in konzentrierter Schwefelsäure zerstört; Das Wasser verbindet sich mit der Säure und aus dem Gewebe verbleibt nur fein verteilter Kohlenstoff. In verdünnter Säure zerfallen Cellulose und Stärke zu Zucker. Kommt konzentrierte Schwefelsäure mit der menschlichen Haut in Berührung, führt dies zu Verbrennungen.
Die hohe Aktivität der Schwefelsäure in Verbindung mit den relativ geringen Produktionskosten bestimmte den enormen Umfang und die extreme Vielfalt ihrer Anwendung (Abb. 2). Es gibt kaum eine Industrie, in der Schwefelsäure oder daraus hergestellte Produkte nicht in unterschiedlichen Mengen verbraucht werden.
Reis. 2
Der größte Verbraucher von Schwefelsäure ist die Herstellung von Mineraldüngern: Superphosphat, Ammoniumsulfat usw. Viele Säuren (z. B. Phosphorsäure, Essigsäure, Salzsäure) und Salze werden größtenteils unter Verwendung von Schwefelsäure hergestellt. Schwefelsäure wird häufig bei der Herstellung von Nichteisen- und seltenen Metallen verwendet. In der metallverarbeitenden Industrie werden Schwefelsäure oder ihre Salze zum Beizen von Stahlprodukten vor dem Lackieren, Verzinnen, Vernickeln, Verchromen usw. verwendet. Für die Raffinierung von Erdölprodukten werden erhebliche Mengen Schwefelsäure aufgewendet. Gewinnung verschiedener Farbstoffe (für Stoffe), Lacke und Farben (für Gebäude und Maschinen), medizinische Substanzen und einige Kunststoffe werden auch mit der Verwendung von Schwefelsäure in Verbindung gebracht. Unter Verwendung von Schwefelsäure, Ethyl- und anderen Alkoholen werden einige Ester, synthetische Reinigungsmittel und eine Reihe von Pestiziden zur Schädlingsbekämpfung hergestellt Landwirtschaft und Unkraut. Verdünnte Lösungen von Schwefelsäure und ihren Salzen werden bei der Herstellung von Viskose, in der Textilindustrie zur Behandlung von Fasern oder Stoffen vor dem Färben sowie in anderen Leichtindustrien verwendet. In der Lebensmittelindustrie wird Schwefelsäure zur Herstellung von Stärke, Melasse und einer Reihe anderer Produkte verwendet. Beim Transport kommen Blei-Schwefelsäure-Batterien zum Einsatz. Schwefelsäure wird zum Trocknen von Gasen und zum Konzentrieren von Säuren verwendet. Schließlich wird Schwefelsäure in Nitrierungsprozessen und bei der Herstellung der meisten Sprengstoffe verwendet.
„Kaum ein künstlich hergestellter Stoff wird in der Technik so häufig eingesetzt wie Schwefelsäure.
Wo es keine Fabriken zu seiner Gewinnung gibt, ist die rentable Produktion vieler anderer Stoffe von wichtiger technischer Bedeutung undenkbar.“
DI. Mendelejew
Schwefelsäure wird in verschiedenen chemischen Industrien eingesetzt:
- Mineraldünger, Kunststoffe, Farbstoffe, Kunstfasern, Mineralsäuren, Reinigungsmittel;
- in der Öl- und Petrochemieindustrie:
- in der Nichteisenmetallurgie:
- in der Eisenmetallurgie:
- in der Zellstoff- und Papierindustrie, in der Lebensmittel- und Leichtindustrie (zur Herstellung von Stärke, Melasse, Textilbleiche) usw.
Schwefelsäureproduktion
Schwefelsäure wird industriell auf zwei Arten hergestellt: durch Kontakt und durch Salpetersäure.
Kontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure
Schwefelsäure wird in großen Mengen in Schwefelsäureanlagen im Kontaktverfahren hergestellt.
Derzeit ist die Hauptmethode zur Herstellung von Schwefelsäure der Kontakt, weil Diese Methode hat Vorteile gegenüber anderen:
Erhalt des Produkts in Form einer reinen konzentrierten Säure, die für alle Verbraucher akzeptabel ist;
- Reduzierung der Emissionen Schadstoffe mit Abgasen in die Atmosphäre gelangenI. Rohstoffe zur Herstellung von Schwefelsäure.
Hauptrohstoffe
Schwefel - S
Schwefelpyrit (Pyrit) - FeS 2
Nichteisenmetallsulfide - Cu 2 S, ZnS, PbS
Schwefelwasserstoff – H 2 S
Hilfsmaterial
Katalysator – Vanadiumoxid – V2O5
II. Vorbereitung der Rohstoffe.
Schauen wir uns die Herstellung von Schwefelsäure aus Pyrit FeS 2 an.
1) Mahlen von Pyrit. Vor der Verwendung werden große Pyritstücke in Brechmaschinen zerkleinert. Sie wissen, dass die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt, wenn eine Substanz zerkleinert wird, weil... die Kontaktfläche der reagierenden Stoffe vergrößert sich.
2) Reinigung von Pyrit. Nach der Zerkleinerung des Pyrits wird dieser durch Flotation von Verunreinigungen (Abfallgestein und Erde) gereinigt. Dazu wird zerkleinerter Pyrit in riesige Bottiche mit Wasser abgesenkt, gemischt, das taube Gestein schwimmt nach oben und dann wird das taube Gestein entfernt.
III. Grundlegende chemische Prozesse:
4 FeS 2 + 11 O 2 T = 800°C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q oder brennender Schwefel S+O2 T ° C→ SO 2
2SO2 + O2 400-500° MIT,V2O5 , P↔ 2SO 3 + Q
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q
IV . Technologische Grundlagen:
Kontinuitätsprinzip;
Das Prinzip der integrierten Rohstoffnutzung,Verwendung von Abfällen aus anderen Produktionen;
Das Prinzip der abfallfreien Produktion;
Prinzip der Wärmeübertragung;
Gegenstromprinzip („Wirbelschicht“);
Das Prinzip der Automatisierung und Mechanisierung von Produktionsprozessen.
V . Technologische Prozesse:
Kontinuitätsprinzip: Brennen von Pyrit in einem Ofen → Zufuhr von Schwefeloxid ( IV ) und Sauerstoff in das Reinigungssystem → in die Kontaktapparatur → Zufuhr von Schwefeloxid ( VI ) in den Absorptionsturm.
VI . Umweltschutz:
1) Dichtheit von Rohrleitungen und Geräten
2) Gasreinigungsfilter
VII. Chemie der Produktion :
ERSTE STUFE - Brennen von Pyrit in einem Wirbelschichtofen.
Zur Gewinnung von Schwefelsäure wird diese hauptsächlich verwendet Flotationspyrit- Produktionsabfälle bei der Anreicherung von Kupfererzen, die Mischungen aus Schwefelverbindungen von Kupfer und Eisen enthalten. Der Prozess der Anreicherung dieser Erze findet in den Konzentrationsfabriken Norilsk und Talnach statt, die die Hauptlieferanten von Rohstoffen sind. Dieser Rohstoff ist profitabler, weil... Schwefelpyrit wird hauptsächlich im Ural abgebaut und seine Lieferung kann natürlich sehr teuer sein. Kann verwendet werden Schwefel, das auch bei der Anreicherung von in Bergwerken geförderten Nichteisenmetallerzen entsteht. Schwefellieferanten sind auch Tallinn Concentrator und NOF. (Konzentrationsfabriken).
Reaktionsgleichung der ersten Stufe
4FeS 2 + 11O 2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q
Zerkleinerter, gereinigter, feuchter (nach der Flotation) Pyrit wird in einen Ofen gegossen und dort in einem „Fließbett“ gebrannt. Für eine vollständigere Verbrennung des Pyrits wird von unten mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt (Gegenstromprinzip). Die Temperatur im Brennofen erreicht 800°C. Durch die von unten eingeblasene Luft wird Pyrit glühend heiß und befindet sich in einem „schwebenden Zustand“. Es sieht alles aus wie eine kochende, glühende Flüssigkeit. Selbst kleinste Pyritpartikel verbacken in der „Wirbelschicht“ nicht. Daher erfolgt der Brennvorgang sehr schnell. Hat das Brennen von Pyrit früher 5-6 Stunden gedauert, dauert es jetzt nur noch wenige Sekunden. Darüber hinaus ist es möglich, im „Fließbett“ eine Temperatur von 800°C aufrechtzuerhalten.
Durch die bei der Reaktion freigesetzte Wärme wird die Temperatur im Ofen aufrechterhalten. Überschüssige Wärme wird abgeführt: Am Umfang des Ofens verlaufen Rohre mit Wasser, das sich erwärmt. heißes Wasser Darüber hinaus werden sie zur Zentralheizung angrenzender Räumlichkeiten genutzt.
Das entstehende Eisenoxid Fe 2 O 3 (Asche) wird nicht zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet. Aber es wird gesammelt und an eine metallurgische Anlage geschickt, wo Eisenmetall und seine Legierungen mit Kohlenstoff aus Eisenoxid hergestellt werden – Stahl (2 % Kohlenstoff C in der Legierung) und Gusseisen (4 % Kohlenstoff C in der Legierung).
Somit ist es erfüllt Prinzip der chemischen Produktion- abfallfreie Produktion.
Kommt aus dem Ofen Ofengas , dessen Zusammensetzung ist: SO 2, O 2, Wasserdampf (der Pyrit war nass!) und winzige Schlackepartikel (Eisenoxid). Dieses Ofengas muss von Verunreinigungen aus festen Schlackenpartikeln und Wasserdampf gereinigt werden.
Das Ofengas wird in zwei Stufen von festen Schlackepartikeln gereinigt – in einem Zyklon (Zentrifugalkraft wird genutzt, feste Schlackepartikel treffen auf die Wände des Zyklons und fallen nach unten). Um kleine Partikel zu entfernen, wird die Mischung zu Elektrofiltern geleitet, wo die Reinigung unter dem Einfluss eines Hochspannungsstroms von ~ 60.000 V erfolgt (elektrostatische Anziehung wird genutzt, Schlackenpartikel bleiben bei ausreichender Ansammlung an den elektrifizierten Platten des Elektrofilters haften, sie fallen durch ihre eigene Schwerkraft nach unten), um den Wasserdampf im Ofengas zu entfernen (Ofengastrocknung), verwenden sie konzentrierte Schwefelsäure, die ein sehr gutes Trockenmittel ist, weil sie Wasser aufnimmt.
Die Trocknung des Ofengases erfolgt in einem Trockenturm – Ofengas steigt von unten nach oben und konzentrierte Schwefelsäure strömt von oben nach unten. Um die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit zu vergrößern, ist der Turm mit Keramikringen gefüllt.
Am Ausgang des Ofentrocknungsturms enthält das Gas keine Schlackenpartikel und keinen Wasserdampf mehr. Ofengas ist heute eine Mischung aus Schwefeloxid SO 2 und Sauerstoff O 2.
ZWEITE STUFE – katalytische Oxidation von SO 2 zu SO 3 mit Sauerstoff in einem Kontaktgerät.
Die Reaktionsgleichung für diese Stufe lautet:
2 SO 2 + O 2 400-500°C, V 2 O 5 ,P ↔ 2 SO 3 + Q
Die Schwierigkeit der zweiten Stufe besteht darin, dass der Prozess der Oxidation eines Oxids zu einem anderen reversibel ist. Daher ist es notwendig, optimale Bedingungen für die direkte Reaktion (Produktion von SO 3) zu wählen.
Aus der Gleichung folgt, dass die Reaktion reversibel ist, was bedeutet, dass in diesem Stadium solche Bedingungen eingehalten werden müssen, damit sich das Gleichgewicht zum Ausgang hin verschiebt SO 3 , sonst wird der gesamte Prozess gestört. Weil Die Reaktion erfolgt unter Volumenabnahme (3 V ↔2 V ), dann ist es notwendig Bluthochdruck. Erhöhen Sie den Druck auf 7-12 Atmosphären. Die Reaktion ist exotherm, daher kann dieser Prozess unter Berücksichtigung des Prinzips von Le Chatelier nicht bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, weil das Gleichgewicht verschiebt sich nach links. Die Reaktion beginnt bei einer Temperatur von 420 Grad, aber dank des Mehrschichtkatalysators (5 Schichten) können wir sie auf 550 Grad erhöhen, was den Prozess deutlich beschleunigt. Als Katalysator wird Vanadium (V 2 O 5) verwendet. Es ist günstig, hält lange (5-6 Jahre), weil... am beständigsten gegen giftige Verunreinigungen. Darüber hinaus trägt es zu einer Gleichgewichtsverschiebung nach rechts bei.
Das Gemisch (SO 2 und O 2) wird in einem Wärmetauscher erhitzt und bewegt sich durch Rohre, zwischen denen ein kaltes Gemisch in die entgegengesetzte Richtung strömt, um erhitzt zu werden. Infolgedessen passiert es Wärmeaustausch: Die Ausgangsstoffe werden erhitzt und die Reaktionsprodukte auf die gewünschten Temperaturen abgekühlt.
DRITTE STUFE - Absorption von SO 3 durch Schwefelsäure im Absorptionsturm.
Warum Schwefeloxid SO 3 nehmen kein Wasser auf? Schließlich wäre es möglich, Schwefeloxid in Wasser aufzulösen: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . Tatsache ist jedoch, dass bei der Absorption von Schwefeloxid mit Wasser Schwefelsäure in Form eines Nebels entsteht, der aus winzigen Schwefelsäuretröpfchen besteht (Schwefeloxid löst sich in Wasser und setzt dabei große Wärmemengen frei, Schwefelsäure erwärmt sich dabei). so viel, dass es kocht und sich in Dampf verwandelt). Um die Bildung von Schwefelsäurenebel zu verhindern, verwenden Sie 98 %ige konzentrierte Schwefelsäure. Zwei Prozent Wasser sind so wenig, dass die Erhitzung der Flüssigkeit schwach und harmlos ist. Schwefeloxid löst sich in einer solchen Säure sehr gut und bildet Oleum: H 2 SO 4 nSO 3 .
Die Reaktionsgleichung für diesen Prozess lautet:
NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3
Das resultierende Oleum wird in Metalltanks gegossen und in ein Lagerhaus geschickt. Anschließend werden Tanks mit Oleum gefüllt, zu Zügen geformt und an den Verbraucher verschickt.
