Химическая технология

Основными перспективными направлениями в технологии ПАН-волокон в настоящее время являются [22]:

- расширение цветовой гаммы и объемов производства волокон, окрашенных в массе, в том числе хлопкового типа линейной плотности 0,17-0,13 текс;

производство волокон, имитирующих редкие виды шерсти;

производство волокон со спецобработкой: негорючие, кислотозащитные и др.

производство текстурированных нитей, в том числе с терапевтическими эффектами из многокомпозиционных полимеров;

производство микроволокон хлопкового типа линейной плотности 0,1 - 0,04 текс;

производство модифицированных волокон: антимикробных, повышенной гигроскопичности, электропроводящих, поглощающих запахи, асбестозаменяющих и других.

Лекция 17. Производство серной кислоты

1. СЫРЬЕ И ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

химический вода серный нефть катализатор

Более полутора тысяч установок во всем мире ежегодно производят около 160 млн т. серной кислоты. Это один из самых крупнотоннажных продуктов народного хозяйства. Серной кислоты получают больше, чем азотной, соляной, уксусной и других кислот вместе взятых. Трудно найти отрасль, которая прямо или косвенно не использовала бы серную кислоту. Наибольшие ее количества расходуются на производство минеральных удобрений (около 40-50 %), взрывчатых веществ, минеральных солей и кислот. Она широко применяется для очистки нефтепродуктов, в металлообработке и в производстве органических соединений, красителей, химических волокон и т. д. По количеству серной кислоты, производимой в стране, и сегодня можно судить о степени химизации, промышленном потенциале и обороноспособности.

В нашей стране в послевоенные годы вплоть до 90-х годов производство серной кислоты развивалось довольно быстрыми темпами.

В США наши наивысшие показатели были достигнуты еще в 1975 г. (30 млн т в год). Крупными производителями серной кислоты являются Япония и Германия.

Большое разнообразие областей применения серной кислоты связано с комплексом ее свойств. Серная кислота самая дешевая из сильных кислот, она не дымит и не имеет запаха. При обычных условиях это жидкость, не способная (в концентрированном состоянии) разрушать черные металлы, что удобно для ее использования и транспортировки.

В технике под серной кислотой подразумевают любые смеси триоксида серы с водой (mSO3 + nН2О). Формуле H2SO4 соответствует моногидрат (m = n = 1) с плотностью 185 т/м3. Вода с триоксидом серы (VI) образует ряд соединений, о чем свидетельствует образование экстремумов на диаграммах "состав-свойство". С учетом этих данных товарные сорта серной кислоты производят для эвтектических смесей, имеющих меньшую температуру кристаллизации. Благодаря этому уменьшается вероятность замерзания готового продукта при снижении температуры в условиях хранения и транспортировки.

В нашей стране выпускают серную кислоту следующих сортов:

техническая серная кислота (купоросное масло), -92,5 % SO3;

олеум (свободный SO3 в моногидрате), -18,5 % SO3;

нитрозная (башенная) серная кислота, -75 % SO3.

Предусматривается также производство специальных сортов серной кислоты (реактивная, аккумуляторная и т. п.).

Одним из основных источников сырья в производстве серной кислоты еще недавно считался пирит или серный колчедан (FeS2), содержание серы в котором колеблется от 40 до 54 %. В настоящее время только около четверти всего объема серной кислоты в нашей стране вырабатывается из серного колчедана. Из других сульфидных руд могут быть использованы сульфиды меди, цинка и ряда цветных металлов. В таких случаях серная кислота получается из отходящих газов цветной металлургии, образующихся при обжиге этих руд.

В последние годы заметно расширилось применение в качестве сырья в сернокислотной отрасли самородной серы и серы, получаемой из природных и попутных газов, а также в процессах нефтепереработки. Сероводород, выделяемый как побочный продукт в нефтехимической и нефтегазоперерабатывающих отраслях, стал основным сырьевым источником в производстве серной кислоты по методу "мокрого катализа". Этот метод был разработан у нас в стране А. Г. Амелиным и сотр.

Значительно меньший вклад в производство серной кислоты вносят такие виды сырья, как кислые гудроны, природные сульфаты, фосфогипс и т. д.

Получение серной кислоты по любому из промышленных методов предполагает три основные стадии:

получение диоксида серы сжиганием серосодержащего сырья;

окисление диоксида серы (SO2) в триоксид серы (SO3);

поглощение триоксида серы с образованием олеума или серной кислоты.

В контактных методах, основных для производства серной кислоты, вторая стадия осуществляется на твердых контактных катализаторах (отсюда и название методов - контактные). В качестве сырья могут быть использованы серный колчедан, сероводород либо свободная сера. Серная кислота, получаемая в контактных системах, отличается более высокой концентрацией и чистотой. Метод предложен в 1831 г. и с тех пор постоянно совершенствовался.

В нитрозном методе окисление диоксида серы в триоксид происходит под действием нитрозы - оксидов азота, поглощенных серной кислотой. Отсюда и название метода - нитрозный. Этот метод возник намного раньше контактного способа и в своих первых модификациях предполагал сжигание серы смеси с нитратом калия в свинцовых камерах (камерный метод). Позже свинцовые камеры были заменены башнями, а в качестве сырья стали использовать серный колчедан. В настоящее время из-за несовершенства нитрозный (башенный) метод утратил свое значение, так как продукт - загрязненная примесями серная кислота с концентрацией не выше 75 % нуждается в очистке и концентрировании; без дополнительной переработки ее можно использовать лишь в производстве удобрений.

2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Кислота серная находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Ее используют как относительно сильную и дешевую кислоту в качестве дегидратационного, окисляющего и сульфирующего агента. Башенная контактная техническая и регенерированная кислоты в огромных количествах применяется:

в производстве минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония и др.);

в производстве кислот (соляной, фосфорной, плавиковой, борной, хромовой, уксусной, винной, лимонной, стеариновой и др.);

для получения минеральных солей (сульфаты натрия, калия, бария, алюминия, железа, меди, цинка, бихромат калия и др.);

в металлургии меди, никеля, кобальта, платины и серебра;

для травления металлов (железа, меди и др.);

для производства простых и сложных эфиров;

для очистки нефтепродуктов;

при производстве крахмала, патоки, сахара;

для отбелки, травления и ситцепечатания;

для дубления кож и др.

Контактная кислота и олеум применяется:

в производстве различных органических полупродуктов, красителей для взрывчатых веществ;

в производстве жирных и сульфоновых кислот, красок, искусственного шелка, нитроэфиров;

для очистки бензина, керосина, минеральных масел;

для рафинации золота и серебра;

для отделения серебра от меди и др.

Аккумуляторная серная кислота служит для наполнения свинцовых аккумуляторов после разбавления ее дистиллированной водой, а также употребляется при гальванизации, никелировании и хромировании.

Размещено на Allbest.ru