Оптимальные условия:
Начальная температура равна 600 градусов, а потом понижается до температуры 400 градусов, так как реакция обратимая и равновесие смещается по принципу Ле-Шателье.
Катализатор (V2O5) - оксид ванадия, наиболее дешевый, срок действия - 5 лет.
Используется повышенное давление.
Предварительно оксид серы (IV) очищают, так как реакция каталитическая.
Чтобы получить большее количество оксида серы (IV) реакцию нужно проводить при более низкой температуре. В уравнении реакции видно, что до реакции было 3 объема газовой смеси, а после реакции - 2 объема. Чтобы получить больше объема оксида серы (IV), нужно увеличить давление. Поэтому на химическом производстве реакцию проводят при более низкой температуре, а именно 400°С, применяют катализатор, так как температура недостаточна.
Магистр технических наук: Для этого нужен аппарат определенной конструкции. Расскажите о строении теплообменника и тех химических процессах, которые там происходят? Как нагреть SO2 , входящий в контактный аппарат? Слово конструктору 4.
Химик-конструктор 4: После тщательной очистки оксида серы (IV) газовую смесь для начала реакции нужно нагреть. Для этого он поступает в теплообменник. Из контактного аппарата выходит горячий оксид серы (IV) по трубам, а между трубами в противоположном направлении пропускают подогреваемую газовую смесь. Таким образом, достигаются 2 цели:
Исходные вещества нагреваются до температуры 400 градусов.
Продукты реакции охлаждаются.
Магистр химических наук: Слово предоставляется химику-конструктору 5. Он познакомит нас с устройством контактного аппарата.
Химик-конструктор 5:
Подогретая смесь поступает в контактный аппарат сверху. В контактном аппарате имеются полки с катализатором (оксидом ванадия). Газ направляется на первый слой катализатора. Из оксида серы (IV) образуется оксид серы (VI) приблизительно 75%. Так как реакция идет с повышением температуры до 500 градусов, то смесь нужно охладить, и она поступает в трубы теплообменника, отдавая тепло, входящему газу. Затем при 460 градусах направляется на вторую полку катализатора, где реакция окисления продолжается до 90%. Затем газ охлаждается в теплообменнике и проходит через третью полку катализатора, где на 98% оксид серы (IV) превращается в оксид серы (VI).
Магистр технических наук: И последнее, что нам осталось - это из оксида серы (VI) SO3 получить собственно серную кислоту, желательно с хорошим содержанием основного продукта. Слово имеет химик-технолог 4.
Химик-технолог 4: чтобы из Оксида серы (VI) получить серную кислоту, нужно добавить воду:
SO3+ H2O=H 2SO4 + Q
Данная реакция необратимая, экзотермическая, некаталитическая, гетерогенная. Оптимальные условия:
Температура 300 градусов.
Применяются керамические кольца для увеличения поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Поглощение оксида серы (IV) идет концентрированной серной кислотой, а не водой, так как в противном случае получается кислота в виде капелек тумана.
Магистр химических наук: Нам известно, что в поглотительной башне поглощение оксида серы (VI) идет не водой, а концентрированной серной кислотой, с чем это связано? Слово предоставляется химику-технологу 5 .
Химик-технолог 5: Поглощение оксида серы (VI) идет не водой, а концентрированной серной кислотой, так как в противном случае получается кислота в виде капелек тумана. В результате получается безводная серная кислота, при растворении в которой оксида серы (VI) образуется олеум - 100 % серная кислота.
Магистр технических наук: Аппарат имеет своеобразное строение. Слово предоставляется конструктору 6.
Химик-конструктор 6: Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами. В эту башню газовая смесь поступает снизу, а сверху противотоком стекает концентрированная серная кислота. Над концентрированной серной кислотой водяной пар практически отсутствует. Оксид серы (VI) поглощается концентрированной серной кислотой, реагируя с содержащейся в ней водой. Таким образом, кислота забирает воду и становится разбавленной, а газ сухим.
Магистр химических наук: Какие научные принципы можно использовать в производстве серной кислоты. Слово научным сотрудникам.