Виробництво сульфатної кислоти

 Процес виробництва кислоти

Найпоширенішим способом добування сірчаної кислоти є контактний спосіб. Він відбувається в декілька етапів:

Перша стадія — добування сульфур діоксиду випалюванням піриту FeS₂.

 Процес починається за температури 400 °С, а далі — за рахунок виділеної під час реакції теплоти:

4FeS₂ + 11O₂→ 2Fe₂O₃+ 8SO₄, ΔH= - 3420 кДж

Реакція випалювання залізного колчедану є необоротною, екзотермічною, гетерогенною, некаталітичною.

У піч для випалювання надходить пірит FeS2. Але він може утворити спечений щільний шар, і реакція загальмується. Тому в піч знизу вдувається повітря (мал. 2.). Шар піриту розпушується (його називають «киплячим шаром»), швидкість реакції зростає, оскільки всередині відбувається інтенсивне перемішування твердого реагенту з киснем. Температура в печі сягає 800 °С. Надлишок теплоти реакції відводиться (за принципом теплообміну).

(Мал.2. Схема виробництва сульфатної кислоти)

Друга стадія — окиснення сульфур діоксиду:

2SO₂ + O₂ → 2SO₃, ΔH = -198 кДж

Реакція окиснення сульфур діоксиду є оборотною, екзотермічною, гетерогенно-каталітичною.

Відхідний газ, отриманий на першій стадії, потрапляє з печі у циклон, потім — в електрофільтр, де очищується від пилу. Далі його промивають водою і концентрованою сульфатною кислотою, щоб очистити від каталітичної отрути. Промивання ведуть протитечією, при цьому газ охолоджується. Тому перед окисненням газ SO2 нагрівають у теплообмінниках. Очищений і підігрітий газ потрапляє в контактний апарат. Тут він контактує з каталізатором, розміщеним шарами на спеціальних решітках.

У процесі окиснення виділяється велика кількість теплоти, яка відводиться на теплообмінники, де підігрівається газ, що надходить. Це дає змогу заощаджувати паливо й водночас підтримувати оптимальну температуру процесу окиснення.

Третя стадія — утворення сульфатної кислоти:

SO₃ + Н₂О→ Н₂SО₄, ∆Н = -132 кДж

Реакція утворення сульфатної кислоти є необоротною, екзотермічною, гетерогенною.

Поглинання сульфур триоксиду здійснюється не чистою водою, а концентрованим розчином сульфатної кислоти з масовою часткою води 0,02 — 2,0 %. У цьому випадку теплота, що виділяється, йде на нагрівання кислоти. Її температура лише трохи підвищується, тому кислота не випаровується і туману не утворює.

Цей процес відбувається у поглинальній башті — абсорбері — за принципом протитечії. Для збільшення площі поверхні зіткнення газу й рідини башту наповнюють насадкою з порцелянових кілець, які зрошуються сульфатною кислотою. Саме на поверхні кілець відбувається абсорбція сульфур(VІ) оксиду плівкою концентрованого розчину кислоти.

Під час тривалого насичення газуватим SO3 сульфатної кислоти утворюється олеум, що містить 100 %-ву сульфатну кислоту, в якій розчинений надлишковий SO3.

Олеум — димляча оліїста рідина, що є розчином SO3 у безводній сульфатній кислоті. При розбавлянні водою одержують чисту сульфатну кислоту або її концентрований розчин — кінцеві продукти виробництва.

 Киплячий шар

Киплячий шар – дво- або трифазна система, яка створюється приведенням до завислого стану частинок твердої фази шляхом динамічного впливу на них висхідним потоком рідини або газу (повітря).

Киплячий шар використовується як однорідне обважнене середовище для розділення (збагачення корисних копалин, класифікації) мінеральної маси, а також для забезпечення інтенсивного тепло-масообміну в сушарках киплячого шару.

Використовують також топки киплячого шару, наприклад на теплоелектростанціях.