Сировиною для отримання сірчаної кислоти служать сірка, сульфіди металів, сірководень, гази теплоелектростанцій, сульфати заліза, меді.Ісходним сировиною для виробництва сірчаної кислоти можуть бути сірка, сірководень, сульфіди металів. Ми розглянемо виробництво сірчаної кислоти контактним способом, при якому вихідною сировиною є пірит (сірчаний колчедан) FeS2
Більш сприятливі умови складаються при хімічній переробці палива. При коксуванні кам'яного вугілля велика частина сірки переходить в коксовий газ переважно у вигляді сірководню. Технологія виробництва сірчаної кислоти з сірководню, що не містить отруйних для каталізатора домішок, значно простіше, ніж з сульфідних руд. Найдешевшою в даний час є кислота, що отримується з сірководню.
1.Обжіг піриту, Одержання оксиду сірки (II). Очищення пічного газу.
Рівняння реакції першій стадії:
4FeS2 + 11O2 2Fe2 O3 + 8SO2 + Q
Подрібнений очищений вологий (після флотації) пірит зверху засипають в піч для випалу в "киплячому шарі". Знизу (принцип протитоку) пропускають повітря, збагачений киснем, для більш повного випалу піриту. Температура в печі для випалення досягає 800 0 С. Пірит розжарюється до червона і знаходиться в "підвішеному стані" через продувається знизу повітря. Схоже це все на киплячу рідину розпеченого-червоного кольору.
За рахунок теплоти, що виділяється в результаті реакції підтримується температура в печі. Надмірна кількість теплоти відводять: по периметру печі проходять труби з водою, яка нагрівається. Гарячу воду використовують далі для центрального опалення поруч стоять приміщень.
Утворився оксид заліза Fe2 O3 (недогарок) у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і відправляють на металургійний комбінат, на якому з оксиду заліза отримують метал залізо і його сплави з вуглецем - сталь (2% вуглецю С в сплаві) і чавун (4% вуглецю С в сплаві).
Таким чином виконується принцип хімічного виробництва - безвідходність виробництва.
Очищення пічного газу
З печі виходить пічної газ, склад якого: SO2. O2. пари води (пірит був вологий!) і дрібні частки недогарка (оксиду заліза). Такий пічної газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка і парів води.
Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапи - в циклоні (використовується відцентрова сила, тверді частинки недогарка вдаряються об стінки циклону і зсипаються вниз) і в електрофільтрах (використовується електростатичне тяжіння, частки недогарка прилипають до наелектризованим пластин електрофільтру, при достатньому накопиченні під власною вагою вони зсипаються вниз), для видалення парів води в пічному газі (осушення пічного газу) використовують сірчану концентровану кислоту, яка є дуже хорошим осушувачем, оскольку поглинає воду.
Осушення пічного газу проводять в сушильній башті - від низу до верху піднімається пічної газ, а зверху вниз ллється концентрована сірчана кислота. На виході з сушильної камери для печей газ вже не містить ні частинок недогарка, ні водяної пари. Пічної газ тепер є сумішшю оксиду сірки SO2 і кисню О2.
Принципи хімічного виробництва.
2. Окислення SO2 в SO3 киснем. Протікає в контактному апараті.
Рівняння реакції цієї стадії:
2SO2 + O2 2SO3 + Q
Складність другої стадії полягає в тому, що процес окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови протікання прямої реакції (отримання SO3):
Пряма реакція є екзотермічної + Q, згідно з правилами щодо зміщення хімічної рівноваги, для того, щоб змістити рівновагу реакції в сторону екзотермічної реакції, температуру в системі необхідно знижувати. Але, з іншого боку, при низьких температурах, швидкість реакції істотно падає. Експериментальним шляхом хіміки-технологи встановили, що оптимальною температурою для протікання прямої реакції з максимальним освітою SO3 є температура 400-500 0 С. Це досить низька температура в хімічних виробництвах. Для того, щоб збільшити швидкість реакції при такій низькій температурі в реакцію вводять каталізатор. Експериментальним шляхом встановили, що найкращим каталізатором для цього процесу є оксид ванадію (V) V2 O5.
Пряма реакція протікає зі зменшенням обсягів газів: зліва 3V газів (2V SO2 і 1V O2), а праворуч - 2V SO3. Раз пряма реакція протікає зі зменшенням обсягів газів, то, згідно з правилами зміщення хімічної рівноваги тиск в системі потрібно підвищувати. Тому цей процес проводять при підвищеному тиску.
Перш ніж суміш SO2 і O2 потрапить в контактний апарат, її необхідно нагріти до температури 400-500 ° С. Нагрівання суміші починається в теплообміннику, який встановлений перед контактним апаратом. Суміш проходить між трубками теплообмінника і нагрівається від цих трубок. Усередині трубок проходить гарячий SO3 з контактного апарату. Потрапляючи в контактний апарат суміш SO2 і О2 продовжує нагріватися до потрібної температури, проходячи між трубками в контактному апараті.
Температура 400-500 0 С в контактному апараті підтримується за рахунок виділення теплоти в реакції перетворення SO2 в SO3. Як тільки суміш оксиду сірки і кисню досягне шарів каталізатора, починається процес окислення SO2 в SO3.
Утворився оксид сірки SO3 виходить з контактного апарату і через теплообмінник потрапляє в поглинальну вежу.
Принципи хімічного виробництва.
Сірчану кислоту необхідно транспортувати акуратно, в іншому випадку це може привести до загибелі людей, забруднення атмосфери, гідросфери, літосфери.
З екологічної точки зору, отримання сірчаної кислоти - це «брудна» виробництво, яке призводить до порушення здоров'я людини, забруднення атмосфери, гідросфера, літосфери. H2SO4 SO2 надходить в атмосферу з топок при спалюванні вугілля. Вихідні з абсорбційної вежі гази містять SO2 Утворюються кислотні дощі закісляется грунт Руйнуються пам'ятники архітектури З відстійників випаровується з водою сірчана кислота. Підкислена вода скидається в природні джерела Смог у безвітряну погоду накриває міста.
Це цікаво ... У Колумбії є річка Ель-ріо-Вінегре (пер. «Кисла»), вода в ній настільки кисла, що не водиться ніяка риба (в1л води-11 г конц. Сірчаної кислоти). В Індонезії на вершині згаслого вулкана є 3 невеликих озера: одне наповнене яскраво-червоною водою, друге - блакитний, третє - молочно-білою. Червоне містить іони заліза, в двох інших розчинені в різних концентраціях соляна і сірчана кислоти. Самим "мертвим" є не Мертве море, а озеро Смерті на острові Сицилія. На його берегах немає жодної рослинності, а будь-яке істота, яке потрапляє в нього, гине. З дна озера б'ють два джерела концентрованої сірчаної кислоти і отруюють воду.
У кратері вулкана сірчана кислота
Ділить клас на 4 групи.
Учитель організовує роботу з опрацювання змісту нової теми, через безпосередній контакт з новою інформацією. Прочитати параграф 9.12 (стор 314) і запропоновані ресурси і виконати запропоновані завдання, використовуючи стратегію КМ «Кластер» і анімаційну презентацію.
Учні працюють в групах, читають текст, складають кластер.
Спікери груп переходять в інші групи, пояснюють новий матеріал, використовуючи анімаційну презентацію і кластер.
Робота в групі
Саморегулируемое навчання (самонаправленности в процесі роботи над завданнями). ІКТ.
Обговорення результатів роботи груп
учитель задає питання високого порядку (відкриті питання).
Як ви розумієте фразу: випал піриту в «киплячому шарі»?
Поясніть, які хімічні реакції лежать в основі кожної стадії виробництва сірчаної кислоти.
Чому для видалення води в пічному газі використовують сірчану кислоту?
Поясніть, чому для адсорбції оксиду сірки (VI) використовується не вода, а концентрована сірчана кислота?
У нас в Казахстані теж налагоджено сернокислотное виробництво.
Учні засвоюють інформацію в активному режимі, з використанням інтерактивного спілкування, в результаті використання вербальних засобів говоріння, обговорення, аргументації. Обговорювані ідеї входять в «зону найближчого розвитку».
Нові підходи до навчання: діалогічна бесіда.