Технології виробництва неорганічних кислот

Серед різноманітної продукції хімічної промисловості неорганічні кислоти займають провідне місце як за тонажністю, так і щодо застосування в різних галузях виробництва.

Кислоти -це складні речовини, які у водних розчинах дисоціюють (розпадаються) на позитивно заряджені іони гідрогену й аніони кислотного залишку. Неорганічних кислот відомо кілька десятків, з яких найбільше широко застосовуються сульфатна (сірчана) кислота (H2SO4), нітратна (азотна) кислота (HNO3) і хлоридна (соляна) кислота (HCl).

Технологія виробництва сульфатної (сірчаної) кислоти контактним способом. Безводна сульфатна кислота являє собою важку маслянисту рідину (густина при 20 °С 1830 кг/м3, температура кипіння при атмосферному тиску 296,2 °С, температура кристалізації - 10,5 °С). Висока активність і невисока вартість сульфатної кислоти обумовлюють значні масштаби її виробництва і різноманітне використання практично в усіх галузях народного господарства. Сульфатна кислота використовується для виробництва добрив, неорганічних і органічних кислот, солей, для одержання штучних і синтетичних волокон, вибухових речовин, отрутохімікатів, барвників, лаків, деяких лікарських речовин, при переробці харчових продуктів і т. д.

Виробляється сульфатна кислота двома способами: контактним і нітрозним (баштовим). Контактним способом одержують близько 90 % від загального обсягу виробництва кислоти, оскільки цей спосіб забезпечує більш високу концентрацію і чистоту продукту.

Як сировину для виробництва сульфатної кислоти використовують самородну сірку і сірчаний колчедан (FeS2), окрім цього, широко використовують промислові відходи, що містять сірку.

Виробництво сірчаної кислоти контактним способом включає чотири стадії:

 отримання діоксиду сірки (SO2);

 очищення SO2 від домішок;

 одержання триоксиду сірки (SO3);

 абсорбція триоксиду сірки.

Якщо як сировину для одержання кислоти використовують сірчаний колчедан FeS2, то хімізм першої стадії описується таким рівнянням:

4FeS2 + 11O2= 2Fe2O3 + 8SO2 + Q.

Для прискорення цієї реакції, а, отже, і для інтенсифікації всього процесу, вихідну руду тонко подрібнюють, а процес проводять при надлишку повітря або з повітрям, збагаченим киснем.

Випал здійснюють у печах механічних полочних, печах пилоподібного випалу або в печах у зваженому (киплячому) шарі колчедану. Після випалу утворються недогар і пічні гази. Недогар містить до 50 % заліза і може в подальшому використовуватися при виробництві чавуну. На виробництво кислоти йдуть пічні гази SO2.

2 стадія Пічні гази містять багато пилу, для уловлювання якого застосовують циклони і електрофільтри.

Третя стадія виробництва сірчаної кислоти є основною. Сухий очищений пічний газ надходять на контактне окиснення SO2до SO3:

2SO2+ O2= 2SO3+ Q

Для прискорення процесу необхідно використовувати каталізатор. На сірчанокислотних заводах як каталізатор використовують, головним чином, ванадієві контактні маси із вмістом V2O5приблизно 7 %, алюмосилікати, оксиди лужних металів.

Температура процесу 600 °C - 400 °C.

Четверта стадія. Охолоджений сірчаний газ направляється в абсорбційні установки, де при взаємодії з водою:

SO3+ H2O = H2SO4+ Q

Однак, поглинати SO3чистою водою недоцільно, оскільки за рахунок тепла, що виділяється при реакції, вода перетворюється на пару, утворюючи в подальшому дрібні крапельки кислоти— туман, уловити який у подальшому дуже важко. Тому SO3поглинають концентрованою сульфатною кислотою за дві стадії.

Промисловість випускає технічну, акумуляторну і реактивну сульфатну кислоти. Ці види кислот відрізняються за призначенням та за вмістом основного компоненту і домішок.

Технологія виробництва нітратної (азотної) кислоти. Безводна нітратна кислота (HNO3)— важка безбарвна рідина густиною 1520 кг/м3при 15 °С, що випаровується на повітрі і замерзає при – 41 °С. Нітратна кислота змішується з водою. Під дією світла при збереженні або при нагріванні нітратна кислота частково розкладається з виділенням оксиду Нітрогену (IV) NO2, що, розчиняючись у кислоті, забарвлює її в жовтий або бурий колір.

Обсяг виробництва нітратної кислоти трохи менший, ніж сульфатної, по тоннажу вона є другою кислотою після сульфатної. В основному, нітратна кислота витрачається для одержання мінеральних добрив, а також у виробництві барвників, вибухових речовин, у промисловості органічного синтезу, у якості окислювача ракетного палива, у виробництві нітролаків, кіноплівки і т.п.

Сучасне виробництво нітратної кислоти засновано на процесах окиснення аміаку з наступною переробкою оксидів Нітрогену.

В основі процесу одержання розведеної нітратної кислоти з аміаку лежать наступні реакції:

1. Контактне окиснення аміаку киснем повітря до оксиду Нітрогену (II):

4NH3+ 5O2= 4NO + 6H2O+Q

Каталізатор – платина і її сплави з металами платинової групи. Аміачно-повітряна суміш при вмісті в ній аміаку 16—28 % стає вибухонебезпечною, тому у виробничих умовах вміст аміаку в ній складає 9,5—11,5 %. Процес окиснення аміаку залежить від початкової температури реакції, при атмосферному тиску температуру газу підтримують 700—800 °С, при підвищеному тиску— 800— 900 С.

2. Окиснення оксиду Нітрогену (II) до оксиду Нітрогену (IV)

2NO + O2= 2NO2+ Q

3. Абсорбція оксиду Нітрогену (IV) водою:

3NO2+ H2O = 2HNO3 + NO +Q.

Абсорбція NO2водою є кінцевою стадією виробництва нітратної кислоти. Вона прискорюється при зниженні температури і підвищенні тиску. Практично процес переробки нітрозних газів в азотну кислоту проводять при 20—30 °С. В міру протікання реакції концентрація одержуваної нітратної кислоти зростає і реакція сповільнюється.

Способи одержання хлоридної (соляної) кислоти. Хлоридна кислота (HCl) — безбарвна рідина з різким запахом щільністю 1180 кг/м3(при концентрації 35 % хлористого водню у воді), залежно від способу одержання випускається концентрацією від 19 до 38 %.

Хлоридна кислота використовується для одержання хлористих солей барію, цинку, амонію, у гідрометалургії, у гальванопластиці, для виробництва органічних напівпродуктів і синтетичних барвників, оцтової кислоти, активованого вугілля, при дублінні та фарбуванні шкіри і т. п.

Основні етапи одержання хлоридної кислоти:

 одержання хлористого водню;

 абсорбція хлористого водню водою.

Різні способи одержання хлоридної кислоти відрізняються методами виробництва хлористого водню. Основним методом промислового виробництва HCl сьогодні є його синтез із хлору і водню, які одержують при електролізі водного розчину NaCl. Утворення хлористого водню проходить за реакцією:

H2+ Cl2= 2HCl + Q.

Процес горіння водню в хлорі протікає в спеціальній печі, футерованій вогнетривким матеріалом, у днище печі встановлений газовий пальник, по зовнішній трубі подається водень, а по внутріш­ній — хлор. На виході пальника гази змішуються і, згоряючи, утворюють хлористий водень. Горіння водню у хлорі відбувається при температурі 2300—2400 °С.

Абсорбція хлористого водню водою здійснюється в насадкових колонах з охолодженням хлористого водню до температури 100 °С.

На даний час значна кількість хлористого водню, що використовується для одержання хлоридної кислоти, виробляється як побічний продукт при виробництві органічних сполук.

Найчистіша хлоридна кислота з високою концентрацією утворюється при використанні синтетичного хлористого водню.

Марки кислоти, що випускаються, “кислота соляна синтетична” А и Б відрізняються концентрацією НCl і вмістом домішок. Кислота марки А має концентрацію не менш 35 % і загальний вміст домішок не більш 75 10–4. Показники концентрації і якість кислот марки Б залежать від сорту: для вищого сорту вони складають відповідно 33 % і 64 10–4, а для першого відповідно 31,5 % і 54 10–4. Кислоти, отримані з побічного хлористого водню, за якістю і концентрацією, в основному, не поступаються синтетичним кислотам, але значно дешевші.

Дата добавления: 2014-01-04