Характеристика целевого продукта

Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение, а также в виде соединений с водой: H₂SO₄2H₂O, H₂SO₄H₂O, H₂SO₄4H₂O, и с триоксидом серы H₂SO₄SO₃, H₂SO₄2SO₃.

В технике серной кислотой называют и безводную H₂SO₄ и ее водные растворы (по сути дела, это смесь H₂O , H₂SO₄ и соединений H₂SO₄nH₂O), и растворы триоксида серы в безводной H₂SO₄ – олеум (смесь H₂SO₄ и соединений H₂SO₄nSO₃).

Безводная серная кислота – тяжелая маслянистая бесцветная жидкость (техническая окрашена примесями в темный цвет), смешивающаяся с водой (с выделением большого количества теплоты) и триоксидом серы в любом соотношении. Плотность H₂SO₄при 0ºC равна 1,85 гс/м³. Физические свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура кристаллизации, температура кипения, зависят от ее состава.

Безводная 100%-ная серная кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации 10,7ºC. Чтобы уменьшить возможность замерзания товарного продукта при перевозке и хранении, концентрацию технической серной кислоты выбирают такой, чтобы она имела достаточно низкую температуру кристаллизации. Промышленность выпускает три вида товарной серной кислоты: башенная кислота – 75 %, контактная кислота – 92,5 % и олеум – 20 % своб. SO₃ .

Температура кипения серной кислоты при атмосферном давлении.

340 пар пар

260

Температура,˚С 180

100

раствор

20

0 40 80 20 60 100

Концентрация Концентрация

H₂SO₄ , % SO₃ (своб.), %

Из диаграммы следует, что серная кислота и вода образуют азеотропную смесь состава 98,3% H₂SO₄ и 1,7% H₂O с максимальной температурой кипения (336,5˚С). Состав находящихся в равновесии жидкой и паровой фаз для кислоты азеотропной концентрации одинаков; у более разбавленных растворов кислоты в паровой фазе преобладают пары воды. В паровой фазе над олеумом высока равновесная концентрация SO₃. Эту диаграмму используют для определения режима абсорбции SO₃ и концентрирования разбавленной серной кислоты при выпаривании из нее воды.

Пары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют:

H₂SO₄ ↔ H₂O + SO₃

и выше 400˚С уже содержат больше молекул SO₃, чем H₂SO₄. Дальнейшее нагревание вызывает диссоциацию SO₃:

SO₃ ↔ 2 SO₂ + O₂

Выше 700˚С в парах преобладает SO₂,а выше 1000˚СSO₃диссоциирует почти полностью. Степень диссоциации меняется при изменении давления.

Серная кислота весьма активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство чистых металлов, вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. Серная кислота вступает в реакции обменного разложения, энергично соединяется с водой, обладает окислительными и другими важными свойствами. Она отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей и кислородных производных углеводородов, которые содержат водород и кислород в сочетании Н : О = 2. Дерево и другие растительные и животные ткани, содержащие целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются в концентрированной серной кислоте. В разбавленной кислоте целлюлоза и крахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человека концентрированная серная кислота вызывает ожоги.

Вязкость оказывает существенное влияние на гидравлическое сопротивление при движении серной кислоты по трубам и желобам, на скорость процессов теплопередачи при нагревании и охлаждении серной кислоты, на скорость растворения в ней солей, металлов и других веществ, поэтому ее необходимо учитывать во многих технических расчетах. С повышением температуры вязкость серной кислоты уменьшается. Так, при повышении температуры от 20 до 80˚С вязкость 60 % - ной серной кислоты снижается в три раза.

Рассмотренные свойства серной кислоты необходимо учитывать как при выборе технологического режима процесса, так и при проектировании отдельных аппаратов, трубопроводов и т. д. Например, при размещении цеха на открытой площадке необходимо предусмотреть теплоизоляцию трубопроводов, по которым циркулируют растворы серной кислоты, имеющие достаточно высокие температуры кристаллизации. Учет диаграммы фазового равновесия паров и жидкости позволяет правильно выбрать условия проведения стадии абсорбции триоксида серы, обеспечивающие высокую степень абсорбции и предупреждающие побочные явления, такие, например, как образование сернокислотного тумана.