Sulfat kislota ishlab chiqarishning kontakt usuli

SULFAT KISLOTA ISHLAB CHIQARISHNING KONTAKT USULI


1-§. Sulfit angidridni sulfat angidridga oksidlash


Katalizatorlar ishtirokida sulfit angidridni oksidlashning fizik-kimyoviy asoslari. Kontaktli usul bilan sulfat kislota ishlab chiqarishda sulfit angidridni oksidlash:

SO₂ + ¹/₂O₂ ⇄ SO₃

reaksiyasi bo‘yicha katalizator ishtirokida amalga oshiriladi. Bu jarayon kontaktlanish deb ataladi. Tinch holatdagi kontakt massa qatlami yoki qaynovchi qatlamdagi katalizator orqali gaz o‘tkazilganda gaz katalizator bilan bevosita to‘qnashadi.
Turli xil metallar, ularning qotishmalari va oksidlari, ayrim tuzlar, shisha, chinni, gillar, tog‘ billuri kristallari hamda boshqa modda va materiallar sulfit angidrid oksidlanishini tezlashtirish xususiyatini namoyon etadi. Har bir katalizator ma’lum darajadagi, uning uchun xarakterli kontaktlanish foizini ta’minlaydi. Sanoat sharoitida nisbatan yuqori kontaktlanish foiziga erishishni ta’minlaydigan katalizatorlardan foydalanish qulaydir, chunki oksidlanmagan SO₂ qoldiqlari absorbsiya bo‘linmasida ushlab qolinmaydi va u chiqindi gazlari bilan birgalikda atmosferaga chiqib ketadi.
Uzoq vaqt ushbu jarayon uchun platina eng yaxshi katalizator deb hisoblab kelingan, u juda mayda maydalangan holatda tolali asbestga, silikagelga yoki magniy sulfatga aralashtirib ishlatilgan. Lekin platina juda qimmatbahodir, bundan tashqari, gaz tarkibida juda oz miqdordagi mishyak, selen, xlor va boshqa qo‘shimchalarning bo‘lishi uning katalitik faolligini juda kuchli darajada pasaytiradi. Shuning uchun platinali katalizator ishlatilganda kontakt zavodining murakkab asbob-uskunalar bilan jihozlanishi talab etiladi, tayyor mahsulot tannarxi esa katta bo‘ladi.
Platinasiz katalizatorlar ichida yuqori katalitik faollikka ega bo‘lgan vanadiyli katalizator esa platinali katalizatorga nisbatan ancha arzon va zararli qo‘shimchalar ta’sirida kam zaharlanadi Respublikamizdagi. sulfat kislota ishlab chiqarish zavodlarida asosan vanadiyli katalizator ishlatiladi. Sanoatda katalizator odatda kontakt massa (vanadiyli kontakt massa) deyiladi.
Sulfit angidridning oksidlanish reaksiyasi ekzotermikdir; uning issiqlik effekti, barcha kimyoviy reaksiyalardagi singari, haroratga bog‘liqdir (4.1-jadval).
4.1-jadval
SO₂ ni SO₃ ga oksidlanish reaksiyasi issiqlik effektining haroratga bog‘liqligi
(SI sistemasiga qayta hisoblash koeffitsienti: kkal/mol x 4,19 = kj/mol)

Harorat, ^OC	Reaksiya issiqligi, kkal/mol	Harorat, ^OC	Reaksiya issiqligi, kkal/mol
25	22,939	500	22,506
100	22,975	550	22,399
200	22,949	600	22,285
300	22,879	650	22,165
400	22,698	700	22,039
450	22,606

Texnik hisoblashlar uchun yetarlicha bo‘lgan 400-700^OC harorat intervalidagi bu reaksiyaning issiqlik effekti quyidagi formula bo‘yicha hisoblanishi mumkin:

Q = 10142 – 9,26T j/mol (24205 – 2,21T kal/mol)
Bu yerda: T – harorat, ^OK.
SO₂ ning SO₃ ga oksidlanish reaksiyasi qaytar jarayondir. Bu reaksiyaning muvozanat konstantasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

bu yerda: , , – SO₃, SO₂ va O₂ larning muvozanatdagi parsial bosimlari, atm.
K_r kattaligi, shuningdek, haroratga bog‘liqdir (4.2-jadval). Amaliy hisoblashlar uchun yetarlicha aniqlikdagi K_r qiymati 390-650^OC harorat intervalida quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi:

4.2-jadval

SO₂ ni SO₃ ga oksidlanish reaksiyasi muvozanat konstantasi K_r ning haroratga bog‘liqligi

Harorat, ^OC	Kr	Harorat, ^OC	Kr
300	566	525	31,5
400	442,4	575	13,6
425	241,0	600	9,37
450	137,3	625	6,75
475	81,2	650	4,68
500	50,0