Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Синтез-газ (пСО + тН2), получаемый конверсией метана с водяным паром, служит источником для производства водорода, нсполь-
* К органическим веществам относят соединения углерода, кроме двуокиси углерода, ее солей и карбидов металлов, котррьге причисляют к неорганическим веществам.
зуемого в синтезе аммиака, а при других соотношениях СО и H2 из них получают предельные и непредельные углеводороды, а также спирты.
Во второй части глава I написана И. П. Мухленовым и А. Г. Амелиным; главы II и III переработана для 3-го издания Л. Д. Кузнецовым; главы IV и V написаны Е. С. Тумаркиной, глава Vl — А. Я. Авербухом; глава VII —И. Э. Фурмер; глава VIII — Н.Э. Фурмер и А. Г. Амелиным; гл. IX и X —А. Я. Авербухом; глава XI —Е. С. Тумаркиной.
1 глава
производство серной кислоты
1. свойства, применение и способы получения
Свойства. Безводная серная кислота (моногидрат) представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества тепла. Плотность H2SO4 при O0C равна 1,85 г/см3. Она кипит при 296° С и замерзает при — 10° С. Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его (H2SO4 + + яН20), а также растворы трехокиси серы в моногидрате (H2SO4 -f- «SO3), называемые олеумом. Олеум на воздухе «дымит» вследствие десорбции из него SO3. Чистая серная кислота бесцветна, техническая окрашена примесями в темный цвет.
Рис. 1. Диаграмма кристаллизации системы H2O-SO3
Для производства, транспортировки, применения серной кислоты большое значение имеет изменение температуры плавления и температуры кипения ее в зависимости от концентрации. Как видно из рис. 1, при увеличении концентрации от 0% H2SO4 до 64,35% SO3 своб. последовательно образуется шесть гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которые взаимно не растворимы в твердом виде, а образуют эвтектические смеси (см. ч. I, рис. 61). В области концентраций SO3 от 64,35 до 100% при кристаллизации образуются твердые растворы, т. е. эта часть диаграммы как бы составлена из двух диаграмм, (см. ч. I, рис. 61). Рис. 1 показывает, что в зимнее время при низких температурах нельзя производить и применять кислоту кон-
зоо
260
' 1180 %140
two
*" CO 20
Щ
f
I
I
n
Л
Ij
!
' I
{
I
j
A
I
!
I
I
I
!
I
\
j
I
0 20 40 60 80 WO 20 40 60 80 WO SO3 cBoB. Концентрация, бес. %
H2SO4
Рис. 2. Диаграмма кипения системы H2O-SO3 при атмосферном давлении
центрацией, близкой к чистой SO3: 2SO3 • H2O; SO3 • H2O и SO3 ¦ 2H2O1 так как из этих растворов могут выпадать кристаллы, которые забьют кислотопроводы между цехами, хранилища, насосы и неутепленную аппаратуру. Все товарные сорта серной кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям. Изменение фазового равновесия паров с жидкостью для смесей H2O—SO3 при атмосферном давлении показано на рис. 1. Смесь, соответствующая 98,3% H2SO4, является азеот-ропной и имеет единую температуру конденсации паров и кипения жидкости 336,6° С. При небольшом изменении состава в обе стороны от азеотропной точки температура начала конденсации пара, называемая точкой росы, сильно отличается от температуры начала кипения жидкого раствора. Соответственно отличаются составы жидкой фазы и полученных из нее паров (или наоборот).
Диаграмму кипения системы H2O-SO3 на рис. 2 используют для определения режима концентрирования разбавленной серной кислоты при выпаривании из нее воды. Диаграмма показывает, что при нагревании кислоты, содержащей менее. 80% H2SO4, температура кипения лежит' ниже 200°, при этом в пары переходит почти исключительно вода; лишь при концентрации кислоты свыше 93% (пунктир на диаграмме) в паровой фазе значительно повышается содержание H2SO4. Пары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют H2SO4 H2O + SO3 и выше 400° С .уже содержат больше молекул SO3, чем H3SO4. Дальнейшее нагревание вызывает диссоциацию SO3: 2SO3 ji 2SO2 + O2. Выше 700° С в парах преобладает SO2, а выше 1000° С SO3 диссоциирует почти полностью. Степень диссоциации меняется при изменении давления. Такого рода термическая диссоциация характерна для сложных химических соединений. Тепловые эффекты реакций получения серной кислоты и промежуточных соединений при 298К (25° С) имеют следующие значения:
Реакция кДж\моль ккал\моль
S (газ)-»-S (ромб.) ............ 64,8 15,5
S (ромб.) + O2 (газ)-»- SO2 (газ) ..... 289 71,0
502 (газ)+ 1'2O2 (газ) SO3 (газ) ... 96,1 22,91
503 (газ)-> SO3 (жидк.).......... 39,8 9,50
