Сумпорна киселина: састав, производни процеси, индустријска употреба и безбедност

Ово једињење се толико широко користи у индустријама широм света да његова употреба чак одређује ниво развоја у том сектору унутар земаља. Производња сумпорне киселине је изузетно висока јер поседује многе квалитете који је чине одличном за производњу одређених материјала који су веома популарни широм света. Има карактеристике које јој дају... корозивна моћ невероватно, па отуда и његово име.

У средњем веку ово једињење је било познато као витриол уље, чије је име добио од алхемичара тог времена, отприлике између 8. и 9. века. То су такође били најважнији векови у погледу његовог открића и почетка проучавања његових функција.

Постоји неколико поступака за добијање сумпорне киселине, а следећи су један процес у комори за олово Најстарији од свих, који се још увек може видети у историјским контекстима или старијим објектима. Дуго се често користио у индустрији ђубрива како би се олакшала његова производња.

Процеси за добијање ове киселине могу бити веома опасни ако се не знају тачно сви кораци које треба следити, јер она производи велике количине топлоте И, заузврат, њено тело је веома вруће, тако да свако прскање може изазвати тешке опекотине.

Састав сумпорне киселине

Ово је једно од најчешће коришћених једињења широм света, а индустрија која користи највише сумпорне киселине је... произвођачи ђубриваНајјача карактеристика ове киселине је да је она компонента изузетно корозивно, а његова тачна хемијска формула је H₂SO₄.

Сумпорна киселина је компонента са највећом производњом у светуТо је зато што поседује одређене карактеристике које омогућавају производњу безбројних деривативних производа, а може се користити и за синтеза других супстанци као што су киселине, сулфати, фосфатна ђубрива, детерџенти и широк спектар органских и неорганских једињења.

У античко доба био је познат као уље или витриол, јер се добијао од минерала познатих као џуке (кристални сулфати различитих метала). Ово једињење се генерално може добити из сумпор-диоксида поступком који се назива оксидација азотним оксидима у воденом растворуили путем каталитичке оксидације у контактном процесу. Након добијања, потребно је спровести друге процесе како би се повећати концентрацију истог до вредности близу 98% по тежини за индустријску употребу.

Два атома водоника у овом молекулу су везана за два атома кисеоника. У зависности од раствора, ови атоми водоника могу бити... дисоцирати у води, ослобађајући протоне (H⁺) и дајући му јак кисели карактер.

Молекул киселине има необичан облик искривљени пирамидални или тетраедарскиКарактерише га атом сумпора у центру, док се атоми кисеоника могу видети у четири угла. У води се понаша као јака киселина у својој првој дисоцијацији, што резултира водоник-сулфатним ањоном (HSO₄^-), иако се у другој дисоцијацији представља као слаба киселина, што резултира сулфатним ањоном (SO₄^2-).

Физичка и хемијска својства сумпорне киселине

Поред свог састава, сумпорна киселина поседује бројна физичко-хемијска својства што објашњава зашто је тако свестрана и, истовремено, тако опасна.

• Хемијска формула: H₂SO₄.
• Приближна моларна маса: КСНУМКС г / мол.
• Густина (концентрована киселина): око КСНУМКС г / цм3 на собној температури, што указује да је много гушћи него вода.
• Тачка топљења: близу КСНУМКС ºЦ, тако да може делимично се учврстити у веома хладним срединама.
• Тачка кључања: око КСНУМКС ºЦ, што га чини течним са висока тачка кључања.
• Растворљивост у води: потпуно мешавоали растварање је снажно егзотерман (Ослобађа много топлоте).
• pH (веома концентрована киселина): испод 1 година, што указује на изузетно високу киселост.
• Изглед: течност безбојно или благо жућкасто, масна и вискозна, са једва приметним мирисом, али која може бити повезана са једињењима сумпора када су присутне нечистоће.
• Додатна својства: то је једињење хигроскопна (апсорбује воду из околине), оксиданс, са сјајним дехидрирајућа моћ (способан да уклони воду из многих супстанци, чак и органских, као што су шећери и ткива).

Ова својства објашњавају зашто се сумпорна киселина користи као дехидратантно средство за сушење гасова и течности, као што су оксиданс у хемијским реакцијама и као есенцијална компонента у бројним синтезним процесима.

Формирање сумпорне киселине

Ово се може наћи у разним комерцијалним областима у различитим презентацијама, од најчистијег до свих врста смеша добијених од њега, које се мере помоћу степени чистоће и концентрација.

Да би се формирала сумпорна киселина, потребно је проћи кроз одређене процесе, међу којима су најпознатији и најкоришћенији они... оловна комора и процес контактирањаПрва је најстарија метода за добијање овог једињења и, иако данас контактни процес доминира индустријском производњом, оловне коморе су дуго биле техника коју је користила индустрија ђубрива и још увек се могу видети у старим објектима или у историјским контекстима.

Ово једињење је могуће добити у лабораторијама. Ово постиже се пропуштањем струје сумпор-диоксид-гаса у раствору водоник-пероксида. Концентрација сумпорне киселине се овим поступком постиже испаравање воде док се не постигне жељени ниво концентрације.

Процес контакта

У овом процесу добијања сумпорне киселине може се посматрати смеша гасова која садржи приближно између 7 и 10% из ОС-а₂, према извору производње, и приближну вредност између 11 и 13% кисеоника. Ова смеша се затим... претходно загревање и дебаговање са највећом строгошћу како би се елиминисале нечистоће попут прашине, једињења арсена или других супстанци које могу оштетити накнадни катализатор.

Када се гасна смеша што је више могуће пречисти, она се пропушта кроз претварач једног или више каталитичких слојева, у којима се традиционално користио платински катализатор и, након тога, ванадијум пентоксид на чврстим носачима. У овим каталитичким слојевима се дешава следеће: SO оксидација₂ a SO₃Обично се користе два или више конвертора или неколико кревета у серији како би се постигла максимална могућа ефикасност.

Производња овог једињења путем сагоревање елементарног сумпора Обично има бољи енергетски биланс, што не захтева нужно ригорозне системе пречишћавања који су обавезни у другим случајевима. Када се сумпор-диоксид ствара пржењем сулфидних минерала, као што је пирит, обично је потребан сложенији третман гаса.

Велика је разлика између СО производња₂ сагоревањем сумпора и други метод познат као пржење пиритапосебно ако су арсен. То је зато што други оставља много у коначном резултату нечистоће што се никада не може потпуно елиминисати.

У постројењу у нормалном раду перформансе конверзије СО₂ до СО₃ креће од 96% год 97%јер се његова ефикасност временом смањује. Овај ефекат се чешће примећује у постројењима која користе почетне пирите са високим садржајем арсена, који се не може потпуно уклонити из једињења и стога прати гасове који пролазе кроз процес катализе, узрокујући тровање катализаторомТо је главни узрок наглог пада перформанси.

У другом конвертору, гасови имају време задржавања од приближно 2 до 4 секунди, и у овом случају температура мора бити између 500 и 600 ºЦ да се постигне оптимална константа равнотеже и максимална конверзија по најнижој могућој цени.

Након претходног процеса, гасови из катализе се хладе на температуру блиску КСНУМКС ºЦ, а затим прођите кроз олеумска кулаЗахваљујући томе, постиже се делимична, а не потпуна апсорпција SO₂.₃Преостали гасови из овог процеса пролазе кроз други торањ где се једињење пречишћава и пере концентрованом сумпорном киселином. Након што се сви ови кораци заврше, отпад се уклања. отпадни гасови кроз димњак у атмосферу, испуњавајући строге еколошке захтеве.

Током овог процеса, огромна количина топлота (егзотермна реакција), која се у многим модерним постројењима користи за производњу водена пара и од њега, електрична енергијаУ постројењима великог капацитета, веома значајан део ове топлоте се продаје као пара или користи интерно за напајање других индустријских процеса, чиме се побољшава укупна енергетска ефикасност.

Процес водеће коморе

Овај посебан процес је најстарија позната метода за производњу и добијање сумпорне киселине. У њему, SO₂₃ гасовити улази у реактор познат под именом гловер торањ, где се подвргава процесу прања са азотни витриолшто је сумпорна киселина са раствореним азотним оксидима и честицама угљен-диоксида, која је заузврат помешана са две врсте азотних оксида: азот-моноксидом (NO) и азот-диоксидом (NO₂).₂).

Велики део сумпор(IV) оксида који се овде користи оксидује се до сумпор(VI) оксида и раствара се у киселом купатилу да би се формирало оно што се назива киселина у торњукарактеристика Гловерове куле. Овај систем користи циклус азотних оксида као оксидујуће и регенеративне међупроизводе у процесу.

Након што гасне смеше прођу кроз Гловеров торањ, оне се одводе у комора обложена оловом (отуда и њихово име) где се третирају са доста воде. Ове коморе имају различите облике у зависности од критеријума произвођача, међу којима су најчешћи квадрат или оне које имају облик сличан облику конус.

Сумпорна киселина се кондензује на зидовима, формирана низом реакција, и акумулира се на дну коморе обложене оловом. Типично, може се посматрати присуство између 3 до 6 камера узастопно. Коначни производ добијен из ових комора је обично познат као киселина за камеру, или чешће као киселина за ђубривопошто је његова концентрација обично нижа од концентрације киселине добијене контактним поступком.

У завршној фази овог процеса, гасови се пропуштају кроз други реактор који се назива Геј-Лисакова кулагде почиње континуирани процес пречишћавања коришћењем концентрованих, хладних киселина из Гловерове куле. Коначно, необрађени гасови се испуштају у атмосферу, идеално са најмањим могућим садржајем загађивача.

Историја сумпорне киселине

Њихово порекло датира из средњег века, када су, уместо научника, били алхемичари Они који су експериментисали са супстанцама добијеним из земље, од којих је већина била природна, иако су неки успели да произведу једињења. То је случај са Џабир Ибн Хајан, који је био један од пионира у описивању сумпорне киселине користећи методе које су укључивале дестилацију сулфатних минерала и смеша са другим једињењима.

Касније, у наредним вековима, киселина је почела детаљно да се проучава, како су препознате њене изузетне особине и потенцијална употреба за производњу нових артефаката и производа. Овај процес је стекао популарност током тог доба кроз расправе и књиге Арапа и Персијанаца, а касније и европских алхемичара.

У Европи у то време, тачније у средњем веку, сумпорна киселина је била позната као жудњаВитриол, или витриолово једињење, витриолна течност или витриолово уље, изведен је из кристала сулфатне соли. Реч витриол потиче из латинског. стакласто тело, што се односи на кристалне соли сулфата, а његов превод на шпански би био кристал.

Ова компонента се, од самог почетка, показала веома интересантном за алхемичаре, толико да је у одређеним временима сматрана могућим пиедра философалиако је међу његовим најчешћим употребама било реаговање супстанци ради посматрања промена боје, талога и трансформација.

Јохан Глаубер, немачки хемичар холандског порекла, успео је да добије сумпорну киселину, или витриол, поступком... сагоревање сумпора калијум нитратом у присуству водене паре. То је било зато што се, како се калијум нитрат разлагао, могло видети како сумпор оксидује у SO₂.₃који је, када се комбинује са водом, дао једињење. Ово је постао одличан метод за комерцијализацију сумпорне киселине, јер је био једноставнији за производњу. масовна производња.

Око средине 18. века, око 1746. године, почела је да се користи метода коморе обложене оловом, што је стабилизовало индустрију производње олова и омогућило ширу трговину. Касније, у 19. веку, развијени су одрживији и ефикаснији процеси; 1831. године уведен је приступ који је, уз накнадна побољшања катализатора и апсорпције, довео до... процес контактирања који данас обезбеђује највећи део снабдевања.

Почетни нивои концентрације старих процеса били су релативно ниски, отприлике један 100%Међутим, ово је побољшано проучавањем карактеристика једињења, што је довело до производње нових производа који су захтевали веће концентрације. Са побољшањима катализатора и система за апсорпцију, сумпорна киселина је почела да се производи у све чистијим и концентрованијим облицима, постајући... стуб модерне хемијске индустрије и у кључном показатељу нивоа индустријализације земаља.

Сумпорна киселина 98% и друге концентрације

У индустријском сектору, једна од најважнијих презентација је 98% сумпорна киселинашто се сматра практично концентрованим. Ова чистоћа је фундаментална за спровођење процеса који захтевају прецизна контрола киселости и минимизирати присуство воде.

Из ове концентроване киселине могуће је припремити растворе различитих концентрација. комерцијалне концентрацијекоје су прилагођене специфичним употребама у индустрији, пољопривреди, аутомобилској индустрији или чишћењу. Неке уобичајене концентрације су:

• КСНУМКС-КСНУМКС%: користи се у одређеним површинским третманима и специфичним формулацијама, са умереном, али и даље веома корозивном киселошћу.
• КСНУМКС-КСНУМКС%: користи се у индустријским процесима који захтевају равнотежу између реактивности и руковања, на пример, у неким фазама производње ђубрива или детерџената.
• 100%високо концентрована киселина, типична за контактни процес, користи се као основна сировина за већину индустријских примена и за производњу олеум (смеша сумпорне киселине са SO)₃).

Контролисање концентрације је кључно, јер је неопходно за рад других. вискозносту Капацитет реакције, ризик од корозије опреме и материјала, као и безбедносних захтева при транспорту и складиштењу.

Примена и мере предострожности сумпорне киселине

Када се упознају сви аспекти и историја како је ово једињење први пут добијено, изузетно је важно знати шта је његово... најчешће апликације и превентивне мере то се мора узети у обзир, јер се у већини ових процеса супстанца загрева до те мере да би могла озбиљно опећи било кога у случају контакта.

Најчешће апликације

• Неке индустријски процеси Произвођачима дрвета и папира је потребна сумпорна киселина, као и текстилној индустрији, где се користи за третман влакнима и подешавање pH вредности у различитим фазама обраде.
• Индустрија производње ђубрива је забележила повећану потрошњу и потражњу за овим једињењем, јер су његове компоненте веома ефикасне за... производња фосфатних ђубрива и неоргански. То је зато што делује као реагенс за производњу фосфорна киселина y амонијум сулфат, између осталог, који се користе као ђубрива.
• У већини случајева, ово једињење се користи као сировинаиако се ретко одражава у коначном производу. Интервенише као катализатор, дехидратирајуће или оксидационо средство у многим процесима хемијске синтезе.
• Међу најважнијим употребама су рафинисање нафтеОбрада челика (декапирање и чишћење металних површина), производња пигмената, израда експлозиви, пластика, синтетичка влакна и детерџенти, као и екстракцију обојени метали као што су бакар, никл или цинк.
• Он служи као метода за обрада метала разни материјали као што су челик, бакар, ванадијум, између осталог, уклањање површинских оксида и припрема површина за премазе, поцинковање или накнадне третмане.
• У неким земљама је његова употреба строго надгледају власти јер се може користити у производњи илегалних дрога или експлозива, као и због опасности по животну средину ако се неправилно рукује.
• Његова најдиректнија употреба, такорећи, је у производњи сулфонисани сурфактанти, који се уграђују путем органске сулфонације или сулфурације, основних процеса у индустријама детерџенти и средства за чишћење.
• У аутомобилска индустрија Користи се у оловне батеријегде раствор сумпорне киселине делује као електролит, омогућавајући складиштење и ослобађање електричне енергије.
• У фармацеутска индустрија Учествује у синтези бројних активних састојака и помоћних материја, због своје улоге као средства за сулфоновање, дехидрацију и подешавање pH вредности у фазама реакције и пречишћавања.
• У области чишћење и одржавање домаћинстваУ контролисаним концентрацијама и под специфичним формулацијама, користи се у неким деблокатори и средства за чишћење одвода, користећи њихову способност растварања органских материја. Међутим, њихова употреба мора бити изузетно опрезна.

Мере предострожности

Производни процеси сумпорне киселине могу бити изузетно опасни јер се у већини, ако не и у свим случајевима, једињење загрева до екстремних температура. Стога је важно запамтити да се приликом разблаживања мора правилно припремити. сипано на воду и никада обрнуто, јер то може изазвати агресивни прскања што може изазвати тешке опекотине коже.

Сумпорна киселина је веома корозивно, оксидирајуће и дехидрирајућеСтога, контакт са ткивима може их озбиљно оштетити. Чак и минимална количина сумпорне киселине у контакту са кожом може изазвати хемијске опекотине веома озбиљно. Контакт са очима може изазвати трајно оштећење па чак и слепило.

Такође морате бити опрезни Не удишите испарења или аеросоли који се ослобађају реакцијама сумпорне киселине са другим супстанцама, јер изазивају отежано дисање и осећај печења у дисајним путевима. Дуготрајно излагање магли сумпорне киселине повезано је са хроничним иритацијама, па чак и повећаним ризиком од озбиљних респираторних проблема.

Иако сама сумпорна киселина Није запаљиво, у контакту са одређеним металима ослобађа водоникТо је лако запаљив и експлозиван гас. Штавише, може бити запаљив у комбинацији са другим материјалима, чак и водом, ако се са њим не рукује правилно, због свог... егзотермна реакција који се производи када се оба помешају.

Једна од најважнијих мера предострожности је да се ова киселина увек мора додати у воду и никада обрнуто. Пошто разблаживање сумпорне киселине ослобађа много топлоте, сипање воде на сумпорну киселину може изазвати бурну егзотермну реакцију која би генерисала прскање и опасне паре.

У случају контакта са кожом, немојте одмах примењивати воду под притиском на велику количину концентроване киселине без претходног уклонити вишак и делимично неутралисати, јер топлота настала разблаживањем може погоршати повреду. Препоручује се праћење поступака назначених у безбедносни лист производа, користећи обилне растворе сапуна или благе неутрализујуће агенсе када је то препоручено, а затим испрати текућом водом дуже време.

Да би се то решило, употреба лична заштитна опрема Одговарајућа лична заштитна опрема (ЛЗО): рукавице отпорне на хемикалије, заштитне наочаре или штитници за лице, заштитна одећа, маске или респираторна опрема када постоји ризик од удисања пара или аеросола и одговарајућа обућа. Складиштење треба да буде у контејнерима. одобрено и отпорно на корозију, као што су полиетилен високе густине или специјалне стаклене посуде, на хладним, проветреним местима и даље од некомпатибилних супстанци (јаких база, реактивних метала, редукционих средстава, запаљивих органских материјала итд.).

Компатибилности и некомпатибилности сумпорне киселине

Приликом пројектовања или коришћења постројења која рукују сумпорном киселином, неопходно је знати шта материјали су компатибилни а шта су они? некомпатибилне или опасно.

• Компатибилно: вода (уз увек додавање киселине у воду), отпорни пластични материјали као што су полиетилен високе густине (HDPE), неки флуорополимери и боросиликатног стакла или отпорне керамике.
• Некомпатибилно: реактивни метали (алуминијум, цинк, магнезијум итд., који стварају водоник), запаљиви органски материјали, јаке алкалне супстанце (хидроксиди), редукциона средства (сулфити, нитрити, итд.) и супстанце које могу изазвати бурне или неконтролисане егзотермне реакције.

Прави избор материјала и пројектовање одговарајућих система за задржавање и вентилацију значајно смањују ризике повезане са цурењем, корозијом опреме и несрећама.

Сумпорна киселина је постала неопходан инпут за модерну индустрију, фундаментална у производњи ђубрива, у рафинирању нафте, у синтези безбројних хемијских једињења и у производњи батерија, детерџената, влакана и напредних материјала. Темељно разумевање њених својстава, историје, производних процеса и, пре свега, мера безбедности за њено руковање и складиштење, омогућава нам да максимизирамо њен потенцијал, док истовремено држимо ризике по људе и животну средину под контролом.