Sulfat kislota ishlab chiqarishning kontakt usuli

Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi. Kontaktlanish darajasi inkatalizator turi, gazning tarkibi va haroratga bog‘liqdir. Kontakt massa orqali sulfit angidrid o‘tkazilganda har bir katalizator uchun ma’lum haroratdagina kontaktlanish boshlanadi. Asbestga surtilgan platina uchun bu harorat 250^OC ga, vanadiyli kontakt massa uchun esa – qariyib 400^OC ga teng. Haroratning o‘zgarishi bilan kontaktlanish darajasi ham o‘zgaradi. Bunda har bir harorat uchun kontaktlanish darajasining ma’lum chegarasi bo‘ladi, ya’ni ushbu tarkibdagi gaz uchun nazariy mumkin bo‘lgan kontaktlanish darajasi faqat haroratga bog‘liqdir.
Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

bu yerda: va – SO₃ va SO₂ larning muvozanatdagi parsial bosimlari.
Haroratning ortishi va bosimning ko‘tarilishi bilan x_p ortadi. Bu SO₂ ni SO₃ ga oksidlanish reaksiyasi issiqlik ajralishi va molekulalar miqdorining kamayishi orqali sodir bo‘lishi bilan izohlanadi. 4.3 va 4.4-jadvallarda tarkibida 7% SO₂, 11% O₂ va 82% N₂ tutgan gazning turlicha harorat va bosimdagi x_p qiymati keltirilgan.
4.3-jadval
Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi x_p ning haroratga bog‘liqligi

Harorat, ^OC	xp∙100	Harorat, ^OC	xp∙100	Harorat, ^OC	xp∙100
390	99,4	470	96,2	550	85,6
400	99,2	480	95,4	560	83,5
410	99,0	490	94,5	570	81,2
420	98,7	500	93,5	580	78,7
430	98,4	510	92,2	590	76,0
440	98,0	520	90,8	650	58,5
450	97,5	530	89,2	700	43,6
460	97,0	540	87,5	1000	5,0

4.4-jadval

Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi x_p ning absolyut bosimga bog‘liqligi

Harorat, ^OC	Bosim bo‘yicha xp∙100 qiymati
	1 at	5 at	10 at	25 at	50 at	100 at
400	99,2	99,6	99,7	99,9	99,9	99,9
450	97,5	98,9	99,2	99,5	99,6	99,7
500	93,5	96,9	97,8	98,6	99,0	99,3
550	85,6	92,9	94,9	96,7	97,7	98,3
600	73,7	85,8	89,5	93,3	95,0	96,4

Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi gazdagi SO₂ va O₂ nisbatiga bog‘liqdir. Bu nisbat kuydiriladigan xomashyo turi va kuydirish uchun beriladigan havo miqdoriga bog‘liq bo‘ladi. Qanchalik havo ko‘p kiritilsa, gazlar aralashmasida shunchalik SO₂ kam va O₂ ko‘p miqdorda bo‘ladi va natijada muvozanatdagi kontaktlanish darajasi ham shunchalik yuqori bo‘ladi.

4.5-jadvalda kolchedanni har xil ortiqcha miqdordagi havo bilan kuydirilishidan olingan gaz uchun x_p qiymatlari keltirilgan.

4.5-jadval

Muvozanatdagi kontaktlanish darajasi x_p ning gazlar aralashmasi tarkibiga bog‘liqligi

(475^OC harorat va 0,98 bar yoki 1 atm absolyut bosimda)

Gazdagi miqdori, hajmiy %		xp∙100	Gazdagi miqdori, hajmiy %		xp∙100
SO2	O2		SO2	O2
2	18,14	97,1	7	11,0	95,8
3	16,72	97,0	8	9,58	95,2
4	15,28	96,8	9	8,15	94,3
5	13,86	96,5	10	6,72	92,3
6	12,43	96,2

Sulfit angidridni sulfat angidridga oksidlash reaksiyasining tezligi. Sanoat sharoitida SO₂ oksidlanish reaksiyasining tezligi muhim ahamiyat kasb etadi. Katalizator massa birligiga, binobarin, katalizator sarfiga, kontakt jihozi o‘lchamiga va boshqa kontaktlanish jarayonining texnik-iqtisodiy ko‘rsatkichlariga muvofiq keladigan vaqt birligi ichidagi oksidlanadigan sulfit angidrid miqdori ushbu reaksiya tezligiga bog‘liqdir. Jarayonni shunday amalga oshirish lozimki, bunda sulfit angidrid oksidlanishining tezligini eng yuqori darajada bo‘lishini ta’minlanishi mumkin bo‘lsin.

SO₂ ning oksidlanish tezligi reaksiyaning tezlik konstantasi k_c bilan tavsiflanadi:

bu yerda: k_o – katalizatorni tavsiflaydigan va haroratga bog‘liq bo‘lmagan empirik koeffitsient; E – faollanish energiyasi, j/mol (kal/mol); R – universal gaz doimiysi [8,326 j/(mol∙grad) yoki 1,987 kal/(mol∙grad)]; T – absolyut harorat, ^OK.
Gazlarning kinetik nazariyasidan ma’lumki, energiyaga ega bo‘lgan molekulalar ulushi, ularning birinchi to‘qnashuvida reaksiya sodir bo‘lishi uchun yetarli bo‘lishi kerak va u birinchi yaqinlashishda ni tashkil etadi. Shunday qilib, reaksiya tezligi tenglamasidagi bu a’zo sulfat angidrid molekulalari hosi bo‘lishiga olib keluvchi effektiv to‘qnashuvlar ulushini ifodalaydi. ifodada daraja ko‘rsatkichi manfiydir; binobarin shunday ekan, haroratning ko‘tarilishi (T ning ortishi) bilan reaksiya tezligi ham ortadi, E ning ortishi bilan kamayadi. SO₂ ni SO₃ ga oksidlanish reaksiyasining faollanish energiyasi E juda kattadir va shu sababli xattoki yuqori haroratda ham katalizator ishtirokisiz bu reaksiya (gomogen oksidlanish jarayoni) amalda sodir bo‘lmaydi. Qattiq katalizator ishtirokida faollanish energiyasi pasayadi va shunga muvofiq geterogen katalitik reaksiya tezligi ortadi. Shunday qilib, katalizator, masalan, vanadiyli kontakt massaning vazifasi faollanish energiyasi E ni pasaytirishdan iboratdir.


Vanadiyli kontakt massa. Sulfat kislota ishlab chiqarishda BAV va SVD markali kontakt massalari ishlatiladi. BAV so‘zining ma’nosi – kontakt massa tarkibiga kiradigan elementlar (bariy, alyuminiy va vanadiylar) ning bosh harflaridan iborat. SVD so‘zi esa – sulfo-vanadat-diatomli ma’nosini anglatadi.
BAV kontakt massasini tayyorlash uchun kaliy vanadat (KVO₃) ning ishqoriy eritmasini suyuq shisha K₂SiO₃ bilan aralashtiriladi va 70^OC haroratgacha qizdirilgan holda to‘xtovsiz aralashtiriladi. Aralashtirilgan holda aralashmaga alyuminiy xloridning xlorid kislotali eritmasi va bariy xloridning suvli eritmasi qo‘shish yo‘li bilan kontakt massa cho‘ktiriladi. Uni filtrpressda filtrlanadi, so‘ngra gidravlik press yordamida siqiladi. Hosil qilingan (40-45% namlikdagi) cho‘kma donachalar, tabletkalar yoki halqachalar ko‘rinishda qoliplanadi (4.1-rasm). So‘ngra kontakt massa 60^OC dan (quritishning boshlanishida) 115^OC gacha (quritish oxirida) 30 soatdan kam bo‘lmagan vaqtda quritiladi.

4.1-rasm. Kontakt massa shakllari:
a – tabletka; b,v – donadorlangan massa; g – halqasimon kontakt massa; d – qaynovchi qatlam uchun kontakt massa.

BAV kontakt massasi oq yoki och pushti rangga ega bo‘ladi va taxminan quyidagi tarkibdagi aralashma tarzida bo‘lishi mumkin: