Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясындағы катализаторлар

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ және ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Химия кафедрасы

БӨЖ №3

Шифр, мамандық : 5В072000, «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

Тақырыбы: Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясындағы катализаторлар

Орындаған : ХН-301 топ студенті, Хамитова Альфия

Тексерген : Баяхметова Б. Б.

Семей 2016 ж

Күкірт қышкылы - күкірттің маңызды қосылыстарының бірі. Ол екінегізді күшті қышқыл, орта және қышқыл тұздар түзеді. Физикалық қасиеттері: Концентрациялы күкірт қышқылы - түссіз, ұшпайтын, май тәріздес, суда жақсы еритін, сұйық зат. Тығыздығы 1, 84 г/см ³ , массалық үлесі 98%. Ол 280°С-та қайнайды, ал 10, 4°С-та кристалданады. Күкірт қышқылы суда ерігенде көп жылу бөле отырып, онымен химиялық реакцияға түсіп, құрамы әр түрлі гидраттар түзеді. Олар: H ₂ SO ₄ *Н ₂ O, H ₂ SO ₄ *2H ₂ O, H ₂ SO ₄ *4H ₂ O.

Химиялық қасиеттері: Концентрациялы күкірт қышқылына күшті тотықтырғыштың қасиеті тән. Сұйылтылған күкірт қышкылы басқа күшті қышқылдарға тән қасиеттерді көрсетеді. * Екінегізді күкірт қышқылы сатылы диссоциацияланады, индикаторға әсерооетеді:
H ₂ SO ₄ =H ⁺ +HSO ₄ ^-
HSO ₄ ^- = H ⁺ + SO ₄ ^2- * Бірінші сатысында H ₂ SO ₄ түгелдей дерлік диссоциацияланады. Ал екіншісінде азырақ диссоциацияланады. * Сұйылтылған күкірт қышқылы металдардың кернеу қатарындағы сутектің сол жағында орналасқан металдармен әрекеттескенде, тотықтырғыш қасиет көрсетеді, нәтижесінде сутек газы бөлінеді:
Fe + H ₂ SO ₄ = FeSO ₄ + H _2.

Қолданылуы:
Күкірт қышқылы - химиялық өнеркәсібінде қолданылатын негізгі өнім. Басқа қышқылдармен салыстырғанда, химия өнеркәсібінде кең көлемде қолданылуына сәйкес қүкірт қышқылы бірінші орында тұр.

Күкіртооқышқылы:
*басқа бейорганикалық қьшқылдарды HCl, HN03, Н3Р04;
*минералдық тыңайтқыштарды алуда;
*металлургияда түсті металдар алу үшін;
*мұнай өңдеуде;
*түрлі өнімдерді тазартуда;
*қопарылғыш заттар, жасанды талшықтар;
*бояулар, дәрі - дәрмектер парфюмерия өндіруде;
*тері илеуде және пластмасса синтездеуде алатын орны ерекше.

Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат.
Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат ретінде электр пештерден (SО ₂ концентрациясымен 3% дейін және 50 мың м ³ газ шығынмен) және конверторлардан (SО ₂ концентрациясымен 10% дейін және 60-70 мың м ³ газ шығынмен) шығатын шаң ұстау бөліктерде шаңдардан тазартылған газдар, сондай - ақ күкірт жағушы құрылғыларда қарапайым күкіртті жаққанда алынатын газдарды айтады.

Күкірт диоксидінің контактілі тотығуы.
Күкірт (III) диоксидінің тотығу реакциясы жоғары активация энергиясымен сипатталады, сондықтан да оның тәжірибелік болуы тек катализатор .
Өндірістегі SО ₂ тотығының негізгі катализаторы V ₂ О ₅ болып табылады. Бұл реакциядағы каталитикалық белсенділікті басқа да қосылыстар көрсетеді, ең алдымен платина. Платиналы катализаторлар мышьяк, селен, хлор және басқа да қосылыстарға сезімтал, сондықтан ванадий катализаторларының орны басты.

Каталитикалық белсенділікті сонымен қатар, темір (III) оксиді көрсетеді, тек жоғары температурада. Огарок құрамына кіретін темір (III) оксиді каталитикалық активтілігін қайнау қабаты бар пештеріне шығатын күйдіргіш газдың құрамында аз мөлшерде SО ₃ - ң болуымен түсіндіруге болады. Реакция жылдамдығы мен кинетикалық теңдеу түрі қолданылатын катализатор типіне байланысты. Өндірісте негізінен ванадийлі контакт массалары БАВ, СДВ, СВС, ИК қолданылады, оларда 8% ванадий оксиді болады.

Реакция жылдамдығы оттектің концентрациясы артуымен артады, сондықтан өндірісте оның артық мөлшерінде жүргізіледі.
SО ₂ тотығу реакциясы экзотермиялық реакция типіне жататындықтан, оны жүргізудің температуралық режимі оптималды температуралар сызығына жақындауы керек. Температуралық режимді таңдауға, катализатор қасиетіне байланысты қосымша екі шектеу қойылады. Төменгі температуралық шек катализатордың айқын бір түрі мен газ құрамына 400-440° С тәуелді ванадийлі катализатор температурасы болып табылады. Жоғары температуралық шек 600-650° С құрайды, және осы температурадан жоғарыласа катализатор құрылысы өзгеріп, ол өзінің активтілігін жоғалтады.
400-600° С диапазонында процессті айналу дәрежесі жоғарылаған сайын, температураны төмендетіп жүргізуге мұқтаж болады.

Күкірт қышқылын контакт әдісімен өндіру

Контакт әдісімен күкірт қышқылын өндіру үш сатыдан тұрады: катализаторға зиян тигізетін заттардан газды тазарту, SO ₂ - ні SO ₃ - ке катализатор қатысуымен тотықтыру, SO ₃ - күкірт қышқылымен абсорбциялау. Газдарды тазарту. Күйдірген газдан тозаңдарды бөліп алғаннан кейін оны катализаторға зиян келтіретін мышьяк, селен, фтор т. б. заттардан тазартады. Осымен қатар газдан өте қымбат қоспалар селен, теллур, т. б. бөліп алады. Электр филтрден өткен соң ыстық қалпында (275 - 425 ⁰ С) газ қоспаларын 60 - 75% - ті күкірт қышқылымен жуып одан әрі қарай мұнараға 20 - 40% - ті қышқылмен жуады. Газ температурасы 30 - 40 ⁰ С дейін төмендейді, осының әсерінен газ құрамындағы мышьяк, селен, т. б. қоспалардан тазартылады. Сонымен қатар салқындату нәтижесінде күкірт ангидридінің біразы бу қалпында күкірт қышқылын түзіп, газ құрамында тұман түрінде болады. Газды тұманнан тазарту үшін ылғалды электросүзгішке жібереді. Онда мышьяк, селен қосындыларымен тұман қалпында күкірт қышқыл газдан толық бөлінеді. Тазартылған газды толық құрғату үшін, газ құрғатқышта 93 - 95% күкірт қышқылымен жанастырады. Осылай тазартылып құрғатылған газ контакт бөліміне кіреді. Күкірт диоксидін контакт әдісімен тотықтыру. Күкірт диоксидін катализатордың қатысуымен тотықтыру күкірт қышқылын өндіру процесіне негізгі сатысы болып есептеледі. Контакт әдісі аталуы осы сатыға байланысты. Күкірт диоксидінің гидроксидке тотығуы гетерогенді экзотермиялық процесс. Тотығу қайтымды процесс:

2SO ₂ + O ₂ =2SO ₃ + 189кДж (500 ⁰ С)

Ле - Шателье принципіне сәйкес тепе - теңдікті оңға жылжыту үшін температураны төмендетіп, қысымды жоғарылату керек. Бірақ газ қоспасының құрамындағы SO ₂ және O ₂ аз, ал азот өте көп болғандықтан қысымды көтерудің тигізетін пайдасынан, оны көтеруге жұмсалатын энергияның, аппараттың құны басым болғандықтан, қысымды көтеру пайдасыз. Процеске температураның тигізетін әсері ерекше. Оптималды температура қолданылатын катализаторға байланысты. Ванадийді катализатор ретінде қолданғанда бастапқы температура 580 - 600 ⁰ С - ден соңында 450 - 400 ⁰ С температураға дейін төмендейді. Күкірт диоксидінің тотығу жылдамдығы қолданылатын катализатор активтілігіне тәуелді. Катализатор ретінде: платина, темір оксиді, ванадий оксиді қолданылады. Ең активті катализатор - платина, бірақ құны өте жоғары және тез уланады. Темір оксидінің құны төмен, мышьякпен уланбайды, каталитикалық активтілігі тек қана 625 ⁰ С температурадан басталады, активтілігі басқалардан төмен. Ванадий катализаторының активтілігі платинадан төмен болғанымен құны төмен, мышьяктан улануы платинадан мыңдаған есе аз. Күкірт қышқылы зауыттарында промоторланған 7% V ₂ O ₅ - ді промотор ретінде сілтілік металдар оксиді (К ₂ О) қолданылады. Катализатор мөлшері 5 мм. Өндірісте ванадий катализаторында реакция жылдамдығын есептеп шығару үшін шамамен алынған Г. К. Боресков теңдеуі қолданылады:

w = k( $\frac{C_{SO2 -}C_{SO2}^{P}}{C_{SO3}}$ ) ^{0, 8} * C _O2