Sulfat kislotasining xususityalari va ishlab chiqarish usullari

SULFAT KISLOTASINING XUSUSITYALARI VA IShLAB ChIQARISh USULLARI.
Sulfat kislotasining kimyoviy formulasi H2SO4 bo`lib, uning molekulyar og`irligi 98,08 ugl.birligiga teng. Tuzilish formulasi. H-O O S H-O O (2.1.) Sulfat kislota normal sharoitda (t=0 0 S, p=1 atm) rangsiz, xidsiz modda. Sulfat kislota 81,63% SO3 va 18,37% suvdan iboratdir; ya`ni SO3 + H2O = H2SO4 + Q (2.2.) Sulfat kislotasi birinchi bo`lib, 9 asr boshlarida arab alximigi Jabr Ibn Xayyan (ruschasiga Geber) tomonidan temir kuporosini qizdirib, undan chiqqan gazlarni suvda yutdirish natijasida olingandir. Shuning uchun ham, shu vaqtga qadar sulfat kislotasining quyuq eritmasini texnikada kuporos moyi deb ataladi. Bu 93-95%lik sulfat kislotasidir. 1742 yili ulug` rus kimyogari M.V. Lomonosov bu suyuqlikka sulfat kislotasi deb nom beradi. Sulfat kislotasi tannarxi bo`yicha arzon, kuchliligi jixatidan eng kuchli kislotalardan biridir; shuning uchun ham sulfat kislotasi xalq xo`jaligida eng ko`p qo`llaniladigan maxsulotlardan biridir; u meditsinada, tekstil sanoatida, kimyo sanoatidagi nam gazlarni quritishda, mudofaada, neftni qayta ishlash sanoatida, ammiakli chiqindi gazlar aralashmasidan ammiakni ushlab, kuyidagi reaktsiya bo`yicha ammoniy sulfati kabi mineral o`g`it ishlab chiqarishda ham ko`p ishlatiladi: 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 +Q (2.3.) Sulfat kislota noorganik kimyo sanoatida eng ko`p qo`llaniladigan moddadir. Masalan: ekstraktsion fosfor kislotasini ishlab chiqarishda Koratog` yoki Kizilqum fosforitlariga uch molekula sulfat kislota ta`sir ettiriladi: Ca3 (PO4)2 +3H2SO4 = 2H3PO4 + 3CaSO4 + Q2 (2.4.) E.F.K. fosfogips Sulfat kislotasi oddiy superfosfat ishlab chiqarishda: Ca3 (PO4)2 + 2H2SO4 + 2H2O = Ca (H2PO4)2 + 2CaSO4 * 2H2O+ Q (2.5.) hamda pretsipitat ishdab chiqarishda qo`llanadi: CaCO3 + H3PO4 = Ca HPO4 + CO2 + H2O + Q4 (2.6.) O`z navbatida ekstraktsion fosfor kislotasi (efk) ga ammiakni ta`sir ettirib, mono va diammoniy fosfatlar olinadi: NH3 + H3PO4 = NH4 H2PO4 + Q5 (2.7.) 2NH3 + H3PO4 = (NH4)2 HPO4 + Q6 (2.8.) NH4H2PO4 va (NH4)2HPO4 lar aralashmasi ammofos aralashmasi deyiladi. Sulfat kislotasi kuchli kislota sifatida kuchsiz kislotalarni ularning tuzlaridan siqib chiqaradi: Masalan dala shpati SaF2 dan vodorod ftorid kislotasini: CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4 + Q7 (2.9.) Chili selitrasidan nirat kislotasini: 2NaNO3 + H2SO4 = 2HNO3 + Na2SO4 + Q8 (2.10.) Osh tuzidan vodorod xloridi kislotasini: 2NaCI + H2SO4 = 2HCI + Na2SO4 + Q9 (2.11.) Xozirgi vaqtda NSI kislotasi to`g`ridan to`g`ri sintez qilib olinmoqda: H2 + SI2 = 2HCI + Q (2.12.) Bu erda hosil bo`lgan natriy sulfat tuzlar sun`iy achchiq toshlar ishlab chiqarishda, litopon va xokazolar ishlab chiqarishda ishlatiladi. 1.2.2. SULFAT KISLOTA IShLAB ChIQARISH KULAMI VA KORXONALARI. Yuqoridagilardan ko`rinib turibdiki, sulfat kislotasi xalq xo`jaligida juda ham keng qo`llanar ekan. Shuni ta`kidlash mumkinki, bundan 10-15 yillar muqaddam butun dunyoda 1400 dan ortiq sulfat kislota qurilmalari ishlab turgan bo`lib, ular yiliga 150 million tonnadan ko`proq sulfat kislota ishlab chiqargan. Dunyoda sulfat kislotasi ishlab chiqarishda bo`yicha AKSh 1-o`rinda bo`lib, u erda yiliga 37-39 million tonna sulfat kislota ishlab chiqariladi. Sobiq SSSRda esa 1990-1991 yillarda 29.6 million tonna sulfat kislota ishlab chiqarilgan edi. U vaqtda sobiq SSSR sulfat kislota ishlab chiqarish bo`yicha evropada birinchi, dunyoda ikkinchi o`rinda egallar edi. Xozirgi vaqtda Mustaqil Uzbekiston Respublikasida Markaziy Osiyo davlatlari ichida eng ko`p sulfat kislota ishlab chiqariladi. Agar Respublikamiz qurilmalari to`liq ishlasa 6, mln. tonnadan ko`proq sulfat kislota ishlab chiqarishi mumkin. Sulfat kislota Uzbekiston Respublikasining asosan quyidagi korxonalarida ishlab chiqaradi: 1.Olmaliq tog` - kon metallurgiya konbinatida; 2.Olmaliq “Ammofos” ishlab chiqarish birlashmasida; 3.Samarqand kimyo zavodida; 4.Chirchiq “Elektrokimyo sanoati” birlashmasida ; 5. Navoiy tog` - kon metallurgiya konbinatida va x.k. Ma`lumki, xar bir davlatning kimyo sanoatini rivojlanish darajasi kishi boshiga to`g`ri keladigan sulfat kislotasi miqdori bilan belgilanadi. Uzbekiston Respublikasida kishi boshiga 240 kg. dan ko`proq sulfat kislotasi to`g`ri kelayapti. Bundan ko`rinib turibdiki - bu yuqori ko`rsatkichlardan biri bo`lib, Uzbekiston Respublikasi kimyo sanoati rivoji bo`yicha eng yuqori pog`onalardan birini egallab turganligining isbotidir. Respublikamizda ishlab chiqariladigan sulfat kislotaning ko`p qismini nafaqat Markaziy Osiyo davlatlariga, balki Rossiya davlatining Janubiy Ulkalaridagi barcha rayonlar, Sibir rayonlari va boshqa bir kator davlatlar ham O`zbekistondan olib ketadilar. 1.2.3. SULFAT KISLOTA IShLAB CHIQARISH USULLARI XAKIDA. Xozirgi vaqtda dunyo bo`yicha sulfat kislotasi ishlab chiqarishning 2 xil usuli mavjuddir: 1.Nitroza usuli; 2. Kontakt usuli. Nitroza usuli 2 xil turga: a) Kamerali tur; b) Minorali turga bo`linadi. Nitroza va kontakt usullarining bir-biridan asosiy farqi asosan SO2 gazini SO3 gaziga qanday oksidlashga bogliqdir. Nitroza usulida o`choq gazi tarkibidagi SO2 yuqori bo`lmagan xaroratda suyuq fazadan iborat nitrozada absorbtsiyalanib, shu vaktning o`zida u, ya`ni SO2 oksidlanib, suyuk fazada maxsuliy sulfat kislotasi hosil qiladi. Bu jarayonni sxematik tarzda qisqacha quyidagi reaktsiyalar bilan ifoda etish mumkin: SO2 + H2O + NO2 = H2SO4 + NO + Q11 (2.13.) SO2 + H2O + N2O3 = H2SO4 + 2NO+ Q12 (2.14.) 2N2 + O2 = 2NO2 + Q13 (2.15.) NO2 + NO = N2O3 + Q14 (2.16.) ----------------------------------------------------------------------- 2SO2 + 2H2O + O2 = 2H2SO4 + Q15 (2.17.) Bu reaktsiyalar majmuasidan ko`rinib turibdiki, azot oksidlari-NO, NO2, N2O3lar SO2 gazini oksidlash uchun zarur bo`lgan kislorodni etkazib beruvchi moddalar bo`lib xisoblanishi mumkindir. Boshqacha qilib aytganda, bu azot oksidlarini, nitroza usulining katalizatori deb atalishi ham mumkindir. Nitroza usuli sanoat miqyosida, avvalo meditsina maqsadlari uchun 15 asr boshlarida Angliyada oltingugurt bilan ammoniy selitrasini qo`shib qizdirilganda ajralib chiqadigan gazlarni idish devoridagi namlik orqali yutib, moysimon modda, ya`ni sulfat kislotasi olingandir; bu erlarda soni juda ko`p miqdorida, ammo unumdorligi juda kam bo`lgan, qo`rg`oshindan yasalgan kameralar ishlatilganligi uchun bu texnologiya kamerali sulfat kislota olish deb ataladi. Bu vaqtda quyuqligi 65% sulfat kislotadan iborat, ammo tarkibida juda ko`p iflos birikmalar, ya`ni azot oksidlari, mish`yak, ftor birikmalari, sulfat qoldiqlari, qum va xokazolardan iborat bo`lgan sulfat kislota olishga erishilgan. XYIII asr boshlarida Angliyada bunday qurilmalarni unumdorligini oshirish maqsadida kameralar o`rniga Rashig xalqlari solingan minoralar ishlatila boshlandi; ularning unumdorligi kameralariga qaraganda bir necha o`n marotaba katta edi. Shunday qilib, minorali usul yaratilgandir. Rossiyada birinchi sulfat kislota qurilmalari 1803 yilga to`g`ri keladi. Minorali usulda 75% gacha quyuqlikga ega bo`lgan sulfat kislota olingan. Nitroza usuli bilan bundan yuqori kontsentratsiyaga ega bo`lgan sulfat kislota ishlab chiqarish mumkin emas, ya`ni oleum ishlab chiqarib bo`lmaydi. Bunday quyuq va toza sulfat kislota eritmasini faqat kontakt usuli bilan ishlab chiqarish mumkin. Kontakt usulida SO2 ni SO3 ga oksidlash to`g`ridan-to`g`ri qattiq katalizator ishtirokida yuqori xaroratda (450o S) gaz xolatdagi quyidagi gomogen reaktsiya bo`yicha amalga oshiriladi: SO2(G) + 0,503(I) = SO3(I) + Q16 (2.18.) Bu erda hosil bo`lgan SO3 (g)ni suv bilan yuttirib, sulfat kislotaning xoxlagan quyuqlikdagisini ishlab chiqarish mumkin: S03(I) + H2O(s) = H2SO4(C) + Q17 (2.19.) Bu kontakt usuli ham asosan avval Angliya, so`ng Germaniya olimlari tomonidan topilgan. Xozirgi vaqtda butun dunyoda ishlab chiqarilgan sulfat kislotasining 97-98% kontakt usuli bilan ishlab chiqarilsa, faqat 2-3% ginasi nitroza usuli bilan ishlab chiqariladi. 1.2.4. MDX DAVLATLARI OLIMLARINING SULFAT KISLOTA IShLAB ChiqarishINI RIVOJLANIShIGA KUShGAN XISSALARI. Ular ilmiy va amaliy ishlarining ahamiyati kattadir. Bu olimlar tomonidan dunyoda birinchi bo`lib 1935 yilda yuqori kontsentrlangan vodorod sulfidli gazlar aralashmasidan “Nam kataliz usuli” bo`yicha sulfat kislota ishlab chiqarish nazariy asoslari yaratilgan va amaliyotga tatbiq etilgan. Bu olimlar tomonidan dunyoda eng katta unumdorlikga ega bo`gan “qaynar qatlamli” temir kolchedanini yoqish o`choqlari yaratildi. Ularning unumdorligi kuniga 450 tonna kolchedanni tashkil etadi. MDX olimlari tomonidan quvvati kuniga 1000-1500 tonna va undan yuqori sulfat kislotasi ishlab chiqaradigan kontakt apparatlari yaratildi. Bu olimlar tomonidan sulfat kislotasi ishlab chiqaradigan kontakt apparatlari yaratiladi. Bu olimlar tomonidan sulfat kislota olishning yangicha usullaridan biri-ya`ni “Kuruk tozalash-1”, “Kuruq tozalash-2”, tsiklik tizim va xokazo usullar bo`yicha sulfat kislota olishdek yangiliklar yaratilgandir. Tayanch so`zlar: 1.Sulfat kislotasi struktura formulasi. 2.Jabr ibn Xayyan. 3.Kuporos moyi. 4.Ammofos. 5.Sulfat kislota fizik xususiyatlari. 6.Sulfat kislotasi kimyoviy xususiyatlari. 7.Sulfat kislota korxonalari. 8.Sulfat kislota ishlab chiqarish ko`lami. 9.Nitroza usuli. 10.Kontakt usuli. Nazorat savollari: 1.Sulfat kislotasining fizik-kimyoviy xususiyatlari nimalardan iborat? 2.Sulfat kislotasi xalq xo`jaligida qanday ahamiyatga ega? 3.O`zbekiston Respublikasida qaysi korxonalarida sulfat kislota ishlab chiqariladi? 4.Sulfat kislota ishlab chiqarishning qanday usullari ma`lum? 5.Sulfat kislotasi ishlab chiqarish ko`lami qanday? 1.3-MAVZU. SULFAT KISLOTA NAVLARI VA IShLAB ChIQARISh APPARATLARI MATeRIALLARI. 1.3-mavzuni yoritish rejasi; 1.3.1.Sulfat kislotasi va oltingugurt 3 oksidining suv bilan birikmalari xaqida. 1.3.1. Sulfat kislotasi va oltingugurt 3 oksidining suv bilan birikmalari haqida. 1.3.2.Sulfat kislota navlari haqida. 1.3.3.Sulfat kislota ishlab chiqarishda qo`llanadigan materiallar. 1.3.4.Sulfat kislotasini saqlash va tashish. 1.3.5.Sulfat kislotasi bilan ishlash qoidalari haqida. 1.3.1. SULFAT KISLOTASI VA OLTINGUGURT UCh OKSIDINING SUV BILAN BIRIKMASI XAKIDA. Sulfat kislotasi deb, SO3 bilan H2O ning aralashmasiga aytiladi. Agarda bu aralashmasi ichidagi SO3 molekulalari sonining suv molekulalari soniga nisbati birga teng bo`lsa, sulfat kislotasining monogidrat yoki kontsentratsiyasi 100% ga teng bo`lgan sulfat kislota eritmasi olinadi, ya`ni nSO3/nH2O = 1 bulsa, Cн2so4 = 100% buladi. Agarda bu nisbat 1dan kichik bo`lsa, u vaqtda sulfat kislotaning suvdagi eritmasi olinadi. nSO3/nH2O < 1 bo`lsa Cн2so4 < 100%. Agarda bu nisbat birdan katta bo`lsa u vaktda kontsentratsiyasi 100%dan oshiq bo`lgan N2SO4 yoki oleum olinadi, ya`ni 100% sulfat kislota eritmasida n molekula ozod SO3 gazi shimdirilgan bo`lsa, oleum-H2SO4 * nSO3(OZOD) hosil bo`ladi. Xozirgi vaqtda sulfat kislotasi yoki oltingugurt uch oksidining suv bilan quyidagi birikmalari mavjuddir. Ularning kristallanish temperaturalari (3.1.-rasm) va 3.1.-jadvalda ko`rsatilgandir. Sulfat kislotasi va oltingugurt uch oksidini suv bilan birikmalarining kristallanish temperaturasi. H2SO4*nH2O SO3*mH2O H2SO4,% SO3(ozod)% Kristallanish temperaturasi. o C N2SO4*4N2O SO3*5H2O 57,6 -24,4 N2SO4*2N2O SO3*3H2O 73,2 -39,6 N2SO4*N2O SO3*2H2O 84,5 +8,48 H2SO4 SO3*H20 100 +10,37 H2SO4*SO3 2SO3*N2O 110,1 44,95 +35,85 H2SO4*2SO3 3SO3*H2O 113,9 62 +1,2 1.3.2. SULFAT KISLOTA NAVLARI XAKIDA. Yuqoridagi 3.1.-jadval va 3.1.-rasmdan ko`rinib turibdiki, sulfat kislotaning suv bilan yoki SO3 bilan aralashmasi kristallanish xaroratlari kontsentratsiya oshishi bilan birga bir holda qonuniyat bo`yicha o`zgarmas ekan. Buning sabablari xozirgacha aniq emasdir. Bu savolni xal qilish biz va siz hamda kelgusi avlodlar uchun muammo bo`lib qolmoqda. Bu esa sulfat kislota kursini muammoliy o`qishning namunalaridan biridir. Shunday qilib kimyo sanoatida sulfat kislotaning eng past xaroratida kristallanadigan navlari ishlab chiqariladi. Chunki aks holda sulfat kislotaning kristallanish eritmalari esa xajm kengayishi bilan ketganligi uchun sulfat kislota saqlagan idish tsisterna, apparat va xokozolarni chok-chokidan yorib yuborib, o`ta xavfli sharoit vujudga keltiradi. Shunday qilib sulfat kislotasining quyidagi navlari amaliyotda ishlab chiqariladi. Sulfat kislota navlari. 3.2.-jadval. Kislota navi H2SO4 % ozod SO3 Kristallanish temperaturasi, 0 C Kamerali 65 -37 Minorali 75 -41 Kuporos moyi 93,3 -37,8 Standartli oleum 104 18,5 -17,7 Yuqori %li oleum 114,6 65 0,37 Bulardan tashqari akkumulyatorli va reaktiv sulfat kislotalari ham ishlab chiqariladi. Reaktiv sulfat kislotasi 3-xil navi toza, taxlil uchun tozalari kimyoviy toza. Bulardan eng tozasi - kimyoviy toza navidir. 1.3.3. SULFAT KISLOTA IShLAB ChIKARIShDA QO’LLANADIGAN MATERIALLAR. Sulfat kislotasi qanday kontsentratsiyaga ega bo`lishidan qat`iy nazar, qora metallarga yoki ularning qotishmalariga: masalan-oddiy po`lat va cho`yanga ta`sir qilganda, ular tarkibidagi temir bilan reaktsiyaga kirishib, temir sulfat tuzi va vodorod ajralib chikadi, chunki temir elementi Beketov katoridagi vodoroddan oldin turgani uchun: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 + Q18 (3.1.) Bundan kurinib turibdiki, sulfat kislotasi temir bilan uchrashgan zaxotiyoq, uni tusatdan korroziyalab, temir sulfat tuzini hosil qiladi. Ammo, korroziya jarayoni keyinchalik ham davom qiladimi-yo`kmi, bu sulfat kislotasining kontsentratsiyasiga va unda hosil bo`lgan temir sulfat tuzining erish qobiliyatlariga bog`liqdir. Ma`lumki, temir sulfat tuzi kuchli sulfat kislotasida deyarli erimaydi. Bu xususiyat juda katta ahamiyatga egadir. Chunki bu vaqtda hosil bo`lgan temir sulfat tuzi idishning ichki qismga yupqa qatlam sifatida yopishgan holda qolib, sulfat kislotasining molekulalarini idish devoriga utkazmay, idishni keyinchalik korroziyasidan saqlab qoladi. Agarda kuchsiz sulfat kislotasi bo`lsa, bunday holat ro`y bermaydi, chunki kuchsiz sulfat kislotasida temir sulfat yaxshi eriydi va korroziya tez amalga oshiriladi. Umuman, oddiy po`lat va cho`yan temir bilan uglerodning qotishmasidan iborat. Agarda uglerodning miqdori 2,8% gacha bo`lsa, bunday qotishma oddiy po`lat deyiladi. Agarda uglerodni miqdori 2,8- 6,8% gacha bo`lsa bu cho`yan deyiladi. Agarda kislotaning kontsentratsiyasi o`zgaruvchan bo`lsa, yuqori legirlangan, zanglamaydigan po`lat ishlatiladi. Masalan: X18N9T, X18N10T, bu erda xrom 18%, nikel 10%, titan 1%gacha bo`lib, uglerodning miqdori 0,1% gacha bo`lib, har qanday po`lat tarkibida mingdan bir foiz aniqligicha fosfor, kremniy, oltingugurt va qolgani temir buladi. Agarda sulfat kilotasining kontsentratsiyasi past bo`lsa, qo`rg`oshindan yasalgan idishlar ishlatiladi, chunki bu vaqtda qo`rg`oshin bilan sulfat kislota reaktsiyaga kirishib: Pb + H2 SO4 = PbSO4 + H2 + Q19 (3.2.) hosil qiladi, ya`ni qo`rg`oshin sulfati kuchsiz kislotada yomon erib, kuchlisida yaxshi eriydi. Bundan ko`rinib turibdiki, birigina sulfat kislotasi o`zining kontsentratsiyasiga qarab, qora metallarga nisbatan xar xil sifat namoyon etar ekan: ya`ni quyuq bo`lsa korroziyalanmaydi, suyuq bo`lsa temir va ularni qotishmalarini korroziyalaydi. Bu esa filosofiyaning «Miqdor o`zgarishlarining sifat o`zgarishlariga ta`siri» qonuniga misol bo`la oladi. Zanglamaydigan po`latlar hozirgi kunda anchagina qimmat turganligi bilan o`zgaruvchi kontsentratsiyali muxitda, amaliyotda, nisbatan arzon bo`lgan oddiy po`latlar ishlatilib, uning sirtini esa kislotaga chidamli xar xil koplamalar bilan qoplanadi. Bular asosan ikki xil: noorganik va organik qoplamalar. Noorganik qoplamalar ham ikki xil bo`ladi. 1.Tabiiy qoplamalar - bazalt, kvartsit, talk, asbest, beshtaunit kabi tarkibi silikat tuzlardan tarkib topgan moddalar ishlatiladi. 2.Sun`iy qoplamalari - keramika, fosfor, emal va fayans qoplamalari kiradi. Organik qoplamalari barcha plastmassa maxsulotlari, ya`ni polietilen, polivinil xlorid, antegmit va xokazolar kiradi; ularning yaxshi ishlashi uchun kislota kuchli kontsentratsiyasiga ega bo`lsa, xarorat unchalik yuqori bo`lmasligi kerak (45-50o S). Agarda kuchsiz kislota bo`lsa, xarorat 150o S gacha ruxsat etiladi. Cho`yan idishlar yuqori kontsentratsiyalangan sulfat kislota sharoitida bemalol chidashi mumkin. Kuruq o`choq gazi ichi qoplanmagan, oddiy po`latdan yasalgan gaz quvirlarida bemalol ishlatilishi mumkindir, chunki namlik bo`lmasa bunday qora metall korroziyaga uchramaydi. 1.3.4. SULFAT KISLOTANI SAQLASh VA TAShISh. Sulfat kislotasi laboratoriyalarda xajmi 1; 5; 10; 20 litrli shisha idishlarda, sanoatda esa xar birining sig`imi 3000m3 keladigan oddiy po`latdan yasalgan saqlagichlarda saqlanadi. Bu idishlarning soni sulfat kislota tsexining kamida 15 kunlik unumdorligini ta`minlashi bilan belgilanadi. Xozirgi kunda sulfat kislota qurilmalarining bir donasi bir kunda o`rta xisobda 1500 tonna sulfat kislota monogidrati ishlab chiqaradi. Sulfat kislotasi va oleum xajmi 20 litrli shisha idishlarida yog`och yashiklarida qipiklar orasiga solinib, hamda tashish tannarxini nisbatan arzon qilish uchun sig`imi 60 tonnagacha boradigan po`latdan yasalgan katta tsisternalarda tashiladi. 1.3.5 SULFAT KISLOTASI BILAN IShLASh QOIDALARI HAQIDA. Bu kislota juda kuchli bo`lganligi uchun inson badaniga tushsa u o`sha joydagi oqsil moddalarni shu zaxotiyoq nH2O* mS kabi moddaga ayl