Файл: Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник.pdf

ной кислоты, содержащей 84,5% H2S 0 4 (или 69,0% S 0 3), выражает­ ся формулой H2S 0 4 H20, температура кристаллизации 8,48° С, тем­ пература кипения при 760 мм рт. ст. 234,2°С. При содержании в кис­ лоте 44,95% свободного S 0 3 составу ее соответствует формула H2S 0 4-S 03, температура кристаллизации этого соединения 35,85° С, температура кипения при 760 мм рт. ст. 90,5° С, и т. д.

На практике часто приходится делать пересчеты содержания H2S0 4 на содер­ жание S 0 3 и наоборот. Для таких пересчетов принимают следующие обозначения:

1 Температуры кристаллизации серной кислоты и олеума приведены в прило­

жениях I и II.

9

Минимальную температуру кристаллизации имеют соединения серной кислоты с водой и олеумом следующего состава:

Для устранения возможности кристаллизации серной кислоты при ее перевозке и хранении установлены нормы концентраций то­ варной серной кислоты, соответствующие минимальным температу­ рам кристаллизаций. Значения таких концентраций кислоты приве­ дены ниже:

Температура кипения *1 и давление паров. На рис. 2 показана кривая зависимости температуры кипения серной кислоты от ее кон­ центрации. С повышением концентрации водных растворов серной кислоты температура кипения повышается, достигая максимума (336,5°С) для 98,3% H2S 0 4, а затем понижается.

Температура кипения олеума с увеличением содержания свобод­

a S 0 3 почти отсутствует. Если концентрация H2S 0 4 выше 98,3%, то

1 Температуры кипения серной кислоты и олеума приведены в приложениях

I и II.

10

большая часть паров над такой кислотой состоит из H2SO4. Над олеумом пары состоят в основном из SO3.

В связи с тем, что составы жидкой и газовой фаз различны, при конденсации газовой фазы получается кислота с концентрацией H2SO4, отличающейся от концентрации H2S 0 4 в исходной жидкой фазе. Так, при конденсации паров над кипящей кислотой с концен­ трацией H2S 0 4 ниже 80% сконденсированная жидкая фаза со­ держит практически одну воду со следами серной кислоты. Исключе­ нием является кислота с концентрацией H2SO498,3%. Такая кислота называется азеотропной смесью. Состав газовой фазы над этой кислотой одинаков с составом жидкой фазы, т. е. при конденсации пара над ней сконденсировавшаяся жидкая фаза имеет также кон­ центрацию H2S 0 4 98,3%.

На рис. 3 приведена зависимость состава газовой фазы над сер­ ной кислотой от концентрации H2S 0 4 при температуре кипения.

Общее давление паров над растворами серной кислоты и олеу­ мом вычисляется по формуле

lg р = А - - у * ( п )

где р — давление паров, мм рт. ст.; А и В — коэффициенты; Т — абсолютная тем­

пература, К.

Данные разных исследователей об общем давлении паров над олеумом расходятся . По результатам наиболее поздних измерении коэффициенты А и В имеют следующие значения:

Такие свойства растворов серной кислоты, как температура ки­ пения и давление паров, имеют большое значение при производстве

11

серной кислоты. Например, при упаривании разбавленной серной кислоты необходимо учитывать температуру ее кипения и зависи­ мость этой температуры от давления. Используя свойство пониже­ ния температуры кипения в вакууме, можно провести процесс кон­ центрирования в менее напряженных условиях, т. е. при более низ­ кой температуре. При расчетах баланса воды в системе, концентра­ ции вытекающих из, башен кислот, концентрации конденсатов сер­ ной кислоты в фильтрах и т. д. необходимо уметь рассчитывать дав­ ление паров воды, серной кислоты и серного ангидрида в зависимо­ сти от концентрации орошающих кислот и температуры процесса.

Плотность. Плотностью называется масса, отнесенная к единице объема. Если выразить массу данного вещества в граммах, а его объем в кубических сантиметрах, то размерность этой величины бу­ дет г/см3.

Плотность безводной серной кислоты при 0°С составляет 1,853 г/см3. Это значит, что 1 см3 100%-ной серной кислоты при 0°С имеет массу 1,853 г. Плотность серной кислоты и олеума определяют прибором, называемым ареометром, или путем расчета по результа­ там химического анализа.

Плотность серной кислоты и олеума зависит от их концентрации. Каждому значению концентрации кислоты и олеума соответствует определенная плотность. Это дает возможность в большинстве слу­

чаев, измерив плотность серной кислоты, определить ее концентра­ цию.

На рис. 4 показана зависимость плотности серной кислоты и оле­ ума от их концентрации при 20° С. Ветвь кривой, соответствующая растворам серной кислоты в воде, имеет максимум, отвечающий 98,3%-ной концентрации H2SO4. Это значит, что при повышении кон­ центрации серной кислоты до 98,3% плотность ее возрастает. При дальнейшем повышении концентрации кислоты плотность ее не­ сколько снижается. При концентрации H2SO4 95—100% плотность меняется незначительно, поэтому определять концентрацию кисло­

12