Описание серной кислоты

Серная кислота, H2SO4, является сильной двухосновной кислотой, отвечающей высшему уровню окисления серы (+6). В стандартных условиях кислота представляет тяжёлую маслянистую жидкость, не обладающую ни цветом, ни запахом. Технически наименование серной кислоты присваивают её водной смеси, либо смеси с серным ангидридом. Если величина молярного отношения SO3: Н2О менее 1, это можно считать водным раствором серной кислоты, если свыше 1, — называют раствором SO3 в серной кислоте.

Особенности физических и химических свойств

Концентрированную серную кислоту называют сильным окислителем. Она способна окислять HI + НВг до образования свободных галогенов; нагретую кислоту используют для окисления всех металлов, кроме окислительных реакций с Au и платиновыми металлами (исключая Pd). Концентрированная серная кислота на холоде осуществляет пассивирование многих металлов, включая чугун, сталь, РЬ, Cr, Ni. В разбавленном виде происходит реакция серной кислоты с любыми металлами (помимо РЬ), расположенными в ряду напряжений до водорода, например: H2SO4 + Zn= ZnSO4 + Н2.

Получение

Для получения серной кислоты из SO2 применяют два способа: нитрозный (башенный) или контактный. Нитрозный способ, используемый для получения серной кислоты, осуществляется посредством продукционных башен – цилиндрических резервуаров, обладающих высотой не менее 15 метров, заполненных керамическими кольцами в качестве насадок. Наверху осуществляется разбрызгивание нитрозы, разбавленной серной кислоты, с содержанием нитрозилсерной кислоты NOOSO3H, во встречном направлении газовому потоку.

Внутри окислительной башни происходит превращение выделяющейся NO в N2O3 (вернее в смесь NO + NO2). В поглотительных башнях, куда затем поступают газы, производится навстречу им подача серной кислоты. Происходит образование нитрозы, которая перекачивается в продукционную башню. Следовательно, происходит непрерывный производственный цикл, соответствующий круговороту окислов азота. Даже неизбежные потери в виде выхлопных газов восполняются пополнением HNO3.

Использование нитрозного способа позволяет получить серную кислоту, отличающуюся недостаточно высокой концентрацией и содержанием вредных примесей (например, As). А процесс производства сопровождается выбрасываемыми в атмосферу окислами азота - речь идет о так называемом «лисьем хвосте», названном так в соответствии с цветом NO2.

Открытие контактного способа английским ученым П.Филипсом для производства соляной кислоты произошло в 1831 году. Поначалу в качестве катализатора использовали платину. В период с конца 19 до начала 20 века состоялось открытие ускорения окисления SO2 в SO3 с участием ванадиевого ангидрида V2O5. 

Большая роль в исследовании воздействия ванадиевых катализаторов, а также их подбора принадлежит советским ученым А.Е.Ададурову, Г.К.Борескову, Ф.Н.Юшкевичу и другим. Современное сооружение сернокислотных заводов проектируется для функционирования посредством контактного метода. Основа катализатора строится на применении окислов ванадия с различными добавками K2O, CAO, SiO2, Al2O3, BAO и разными соотношениями. Проявление активности всех ванадиевых контактных масс происходит при минимальной температуре~420 °С. 

При прохождении газа с помощью контактного аппарата используется от пяти до четырех слоев, представляющих контактную массу. При использовании контактного способа для производства серной кислоты предварительно производится очистка обжигового газа от примесей, способных отравлять катализатор. AS, SE. Для удаления остатков пыли используются промывные башни, орошаемые серной кислотой. Газовую смесь SO3 + H2O, называемую образующимся в серной кислоте туманом, освобождают посредством мокрых электрофильтров. Поглощение водяных паров осуществляются с помощью сушильных башен и концентрированной серной кислоты. Затем производится прохождение смеси SO2 с воздухом через контактную массу или катализатор, где происходит ее окисление с образованием SO3.

Техника безопасности

Производство серной кислоты опасно из-за образования ядовитых газов (SO2 + NO2), а также паров SO3 + H2SO4. Потом настолько важно позаботиться о хорошей вентиляции, полной герметизации аппаратуры. Контакт серной кислоты с кожным покровом приводит к образованию тяжелых ожогов, поэтому следует проявлять крайнюю осторожность, пользоваться в работе защитными приспособлениями (очками, резиновыми перчатками, фартуками, сапогами). В процессе разбавления смешивать серную кислоту с водой следует тонкой струей, постоянно перемешивая в процессе. Воду запрещается приливать к серной кислоте, что приведет к разбрызгиванию, обусловленному большим выделением тепла.