ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Разбавление и смешивание серной кислоты

В заводских условиях нередко бывает необходимо разбавить концентрированную серную кислоту водой или повысить концентрацию разбавленной кислоты, до­бавляя к ней концентрированную. Для этого предвари­тельно надо установить или проверить концентрацию ИСХОДНЫХ КИСЛОТ, определив в НИХ содержание H2SO4.

При добавлении воды к концентрированной кислоте (олеуму или моногидрату) можно получить кислоту лю­бой концентрации, однако при смешивании концентри­рованной. серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла. Кислота может нагреться до кипения, произойдет бурное выделение паров и возможен выброс раствора из сосуда. Поэтому кислоты смешивают в спе­циальных аппаратах — смесителях, соблюдая соответ­ствующие меры предосторожности.

Смесители для приготовления кислоты низкой кон­центрации делают из кислотостойкого материала, для приготовления концентрированной кислоты — из чугуна. В производстве серной кислоты используют смесители разнообразного устройства. В некоторых случаях смеси­тель представляет собой чугунный эмалированный из­нутри котел, помещенный в стальной кожух и закры­тый крышкой. Смешиваемые кислоты поступают в чу­гунный эмалированный с обеих сторон конус, в котором они перемешиваются, после чего вытекают в котел. Для отвода тепла, выделяющегося при смешивании кислот, в пространство между котлом и кожухом непрерывно подается струя воды, омывающая стенки аппарата.

В некоторых случаях кислота после смешивания в небольшом резервуаре поступает в трубы, орошаемые снаружи водой, где одновременно охлаждается и допол­нительно перемешивается.

При смешивании концентрированной серной кислоты с водой или с более разбавленной серной кислотой необ­ходимо рассчитывать количество смешиваемых кислот. Расчеты проводят по так называемому правилу креста. Ниже приводится несколько примеров такого расчета.

1. Определить количество 100%-ной серной кислоты и воды, которые необходимо смешать для получения 45%-ной II2SO|.

Слева указывают концентрацию более концентрированной кис­лоты (в данном случае 100%), а справа — более разбавленной (п данном случае 0%—вода). Ннже, между ними, указывают заданную концентрацию (45%). Через цифру, обозначающую эту концентрацию, проводят дне перекрещивающиеся линии, а на их концах указывают соответствующую разность чисел:

Полученные под кислотами исходных концентраций цифры по­казывают, сколько массовых частей кислоты каждой из указанных концентраций необходимо смешать для получения кислоты заданной концентрации. В нашем примере для приготовления 45%-ной кисло­ты следует смешать 45 масс. ч. 100%-ной кислоты н 55 масс. ч. воды.

Эту же задачу можно решить исходя из общего баланса II2SO4 (или S03) в серной кислоте:

---------- = 0,45.

1 + х

Числитель левой части уравнения соответствует содержанию H2S04 (в кг) в I кг 100%-ной серной кислоты, знаменатель — об­щему количеству заданного раствора (в кг). Правая часть уравнения соответствует концентрации серной кислоты в долях единицы. Ре­шая уравнение, получаем х—1,221 кг. Это значит, что к 1 кг 100%- ной серной кислоты надо добавить 1,221 кг воды, при этом полу­чится 45%-ная кислота.

2. Определить количество 20%-ного олеума, которое следует сме­шать с 10%-нон серной кислотой для получения 98%-ной кислоты.

Задача решается также по правилу креста, однако концентрацию олеума в этом примере нужно выразить в % H2SO4, используя урав­нения (9) н (8):

А --= 81,63 + 0,1837-20--= 85,304;

Б 1,225-85,304 — 104,5.

По правилу креста

%

Следовательно, для получения 98%-ной серной кислоты требуется смешать 88 масс. ч. 20%-ного олеума и 6,5 масс. ч. 10%-иой серной кислоты.