Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита (серного колчедана) FeS2.
Основные стадии получения серной кислоты :
Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
Очистка полученного газа от примесей.
Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
Взаимодействие серного ангидрида с водой.
Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):
Аппарат
Назначение и уравнения реакций
Печь для обжига
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 о С
Циклон
Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз.
Электрофильтр
Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра).
Сушильная башня
Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота.
Теплообменник
Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата.
Контактный аппарат
2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q
В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500 о С. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.
давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.
Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
Поглотительная башня
Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне.
Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Общие научные принципы химического производства:
Непрерывность.
Противоток
Катализ
Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
Теплообмен
Рациональное использование сырья
Добавить комментарий
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
Please wait.
We are checking your browser. gomolog.ru
Why do I have to complete a CAPTCHA?
Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.
What can I do to prevent this in the future?
If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.
If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.
Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.
Cloudflare Ray ID: 6e13e2224dae4c0e • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare
Решение расчетных задач по общей химии
Задача 226. Напишите уравнения реакций следующих химических превращений: Сu → CuS → СuО → CuSO4 → Сu(ОН)2 → СuО → Сu. Решение: Cu + S = CuS; 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2; CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O; CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH2 + Na2SO4; Cu(OH2 = CuO + H2O; CuO + H2 = Cu + H2O.
Задача 227. Определите массу серной кислоты, которую можно получить из 1000 кг пирита если суммарный выход продуктов всех реакций составляет 70% Решение: w% = 70% или 0,7; M (FeS2) = 120 г/моль; M (H2SO4) = 98 г/моль. Уравнения реакций процесса получения серной кислоты из пирита 1 :
Запишем суммарное уравнение реакции:
Надо понимать то, что если образование продукта, массу которого необходимо определить, идет через ряд промежуточных стадий, то в таких случаях для расчета составляем стехиометрическую схему, которая включает исходный и конечный продукты с учетом их стехиометрических коэффициентов.
Из уравнений реакций процесса получения серной кислоты из пирита, вытекает, что вся содержащаяся в пирите (FeS2) сера расходуется на образование серной кислоты (H2SO4). Из суммарного уравнения реакции следует, что из 1 моль пирита (FeS2) образуется 2 моль серной кислоты (H2SO4), что позволяет составить схему стехиометрического процесса:
Задача 229. 1) Вычислите объём (н.у.) газа, выделяющегося при действии соляной кислоты на 10 г сульфида алюминия, содержащего 15% примесей. 2) Вычислите объём хлора (н.у.), который необходим для образования из железа хлорида железа (III) массой 65 г, если выход хлорида железа (III) составляет 60% от теоретически возможного. Решение: №1. Уравнен е реакции имеет вид:
Из уравненя реакции вытекает, что при взаимодействии 1 моля сульфида алюминия выделяется 3 моль сероводорода, т.е. 3n(H2S) = n(Al2S3).
Вычислим массу сульфида алюминия, получим:
m(Al2S3) = 10 . 0,85 = 8,5 г.
Рассчитаем количество сульфида алюминия, получим:
Так как n(Al2S3) = 3n(H2S), то количество выделившегося сероводорода рассчитаем так:
Из уравненя реакции вытекает, что для образования 2 моль FeCl3 требуется 3 моль хлора, т.е. 3n(Cl2) = 2n(FeCl3).
Вычислим массу сульфида алюминия, получим:
Рассчитаем теоретическую массу FeCl3, получим:
Рассчитаем теоретическое количество FeCl3, получим:
n(Cl2) = 0,6 . 3/2 = 0,9 моль.
V(Cl2) = 0,9 . 22,4 = 20,16 л.
Задача 230. Определить элемент, последний по порядку заполнения, электрон которого характеризуется следующими значениями квантовых чисел. Представьте электронную формулу в порядке заполнения орбиталей выбранного элемента. n = 4, l = 1, ml = 0, ms = -1/2. Решение: Главное квантовое число (n) характеризует энергию электрона в атоме и размер электронной орбитали. Оно соответствует также номеру электронного слоя, на котором находится электрон. Значит, последний электрон в атоме элемента находится на 4 электронном слое, так как n = 4. Побочное (орбитальное) квантовое число (l) характеризует различное энергетическое состояние электронов на данном уровне, форму орбитали, орбитальный момент импульса электрона. При l = 1 (p-орбиталь) электронное облако имеет форму гантели. Значит, электрон находится на р-орбитали, так как n = 4, l = 1, то электрон находится на 4р-орбитали. Магнитное квантовое число (ml) характеризует ориентацию орбитали в пространстве, а также определяет величину проекции орбитального момента импульса на ось Z. ml принимает значения от +l до — l, включая 0. Общее число значений ml равно числу орбитальных ячеек в данной электронной оболочке, р-орбиталь содержит три орбитальные ячейки, поэтому три значения mi для р-орбитали (+1, 0 -1). Так как mi = 0, то гантелеобразная орбиталь данного электрона ориентирована в пространстве вертикально. Магнитное спиновое квантовое число (ms) характеризует проекцию собственного момента импульса электрона на ось Z и принимает значения +1/2 и –1/2, при значении +1/2 электронное облако вращается по часовой стрелке вокруг своей оси, при –1/2 — вращается против часовой стрелки. Так как в нашем примере ms = -1/2, то электронное облако последнего электрона вращается против часовой стрелки.
Квантовым числам n = 4, l = 1, ml = 0, ms =-1/2 последнего по порядку заполнения электрона атома, соответствует атому брома:
Бром – 35 элемент периодической таблицы Электронная формула брома имеет вид:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 .
Валентные электроны находятся на 4s и 4р подуровнях — это 4s 2 и 4p 5 . Действительно, бром имеет максимальную валентность (7), поэтому расположен в седьмой группе таблицы Д.И. Менделеева.
Задача 231. Нитрат ртути (II) массой 200 г разложили при 500 градусах в фарфоровом тигле. Рассчитайте массу твердого остатка, оставшегося после нагревания. Решение: Уравнение реакции имеет вид:
Из уравнения реакции вытекает, что при разложении 1 моль нитрата ртути (II), образуется 1 моль ртути,
Рассчитаем количество нитрата ртути (II), получим:
