Материал: Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник

Обычно товарный продукт должен отвечать определенным тре­ бованиям, сведенным в нормы, именуемые Государственными обще­ союзными стандартами (ГОСТ). Принятые в нашей стране стан­ дарты на серную кислоту и олеум подчиняются ГОСТ 2184—67. Основные показатели стандартных сортов серной кислоты приведе­ ны в табл. 2.

Содержание примесей в серной кислоте определяется степенью коррозии аппаратуры, поэтому, применяя в контактном производст­ ве аппаратуру из специальных коррозионно-устойчивых матери­ алов, можно получить серную кислоту высокой чистоты.

§ 6. Конструкционные материалы для аппаратуры

Правильный выбор материалов для изготовления аппаратуры сернокислотного цеха в значительной степени определяет стоимость производства серной кислоты.

В производстве серной кислоты на различных стадиях процесса применяется кислота с концентрацией H2S 0 4 от 0 до 104,5%, а кор­ розионные свойства серной кислоты зависят от ее концентрации, примесей, скорости движения кислоты, ее температуры и т. д.

Для изготовления аппаратуры сернокислотных цехов применяют металлы и их сплавы, неорганические и органические материалы.

Металлы и их сплавы. Коррозионная стойкость металлов опре­ деляется по десятибалльной шкале (ГОСТ 5272—50) в зависимости от скорости коррозии:

Для изготовления аппаратуры сернокислотных цехов применяют сталь, чугун, свинец, а также сплавы: ферросилид, нержавеющие стали с добавками.хрома, никеля, молибдена, титана.

На рис. 7 приведена диаграмма, показывающая области кон­ центраций и температур чистой серной кислоты, в которых скорость коррозии различных материалов не превышает 0,5 мм/год, т. е. по десятибалльной шкале их стойкость оценивается в 5 баллов и ме­ нее.

Из стали изготовляют олеумные абсорберы, сборники и холо­ дильники. К башенной кислоте сталь достаточно устойчива из-за об­ разующейся на ее поверхности защитной пленки, создаваемой при воздействии на сталь серной кислоты, содержащей окислы азота. Поэтому в производстве серной кислоты башенным способом сталь.

18

широко применяют для изготовления продукционных и абсорбцион­ ных башен, холодильников, газоходов и пр. В других кислотах сталь значительно менее устойчива.

Рис. 7. Коррозионная стойкость некоторых материалов в чистой серной кис­ лоте (скорость коррозии менее 0,5 мм/год):

4 — свинец {/* — до 80° С); 2 — чугун (2* — при комнатной температуре); 3 — сталь; 4 — ферросилид; 5 — сплавы «Хастеллой»; 6 — стекло; 7 — резина; 8 — хромоникелевая

сталь (180/0 Сг и 8% N0

Чугун более устойчив в среде серной кислоты, чем сталь, его при­ менение требует меньших капитальных вложений. Благодаря этому его широко применяют для изготовления холодильников, кранов, задвижек, вентилей, отдельных деталей аппаратов. При длительном пребывании в среде олеума чугун растрескивается, поэтому как ма* териал для аппаратуры при получении олеума его не используют.

Свинец применяют при производстве кислот низкой концентра­ ции.

В настоящее время в производстве серной кислоты широко при­ меняются нержавеющие стали, содержащие хром, никель, молиб­ ден и титан. Хромоникелевые стали обладают высокой стойкостью, поэтому их используют для изготовления кислотопроводов, холо­ дильников и пр. В среде концентрированной серной кислоты, содер­ жащей растворенный сернистый ангидрид, а также при повышен­ ной температуре, наиболее стойким является сплав «Хастеллой», содержащий хром, молибден, марганец, никель, иногда — вольфрам и кремний.

Химически стойкие неорганические материалы. Из неорганиче­ ских материалов для изготовления аппаратуры сернокислотного производства применяют природные минералы и горные породы: гра­ нит, андезит, бештаунит, кварцит, асбест, пирофиллит и др. По хи­ мическому составу это производные кремневых и поликремневых

кислот и алюмосиликаты. Их кислотостойкость определяется содер­ жанием в них кремнезема Si02.

Отдельные детали,. изготовленные из этих материалов (плитки, кирпичи, фасонные изделия), называются футеровочными материа­ лами; футеровочные материалы служат для защиты металла от дей­ ствия на него серной кислоты. Процесс покрытия металла футеро­ вочными материалами называется футеровкой. Футеровочные мате­ риалы получают также из расплавов диабаза и базальта (каменное литье).

Для связывания футеровочных деталей применяют кислотоупор­ ный цемент или замазку. Кислотоупорный цемент готовят смешива­ нием жидкого стекла (водный раствор силиката натрия Na20 -« S i0 2) с измельченным андезитом, диабазом, кварцитом или другим силикатным наполнителем. Для ускорения схватывания це­ мента к нему добавляют кремнефторид натрия Na2SiF6.

Для улучшения контакта газа с орошающей жидкостью в серно­ кислотном производстве применяют насадки из керамики и фарфо­ ра. Из этих материалов изготовляют также кислотопроводы, фасон­ ные детали, краны, насосы и другие аппараты.

Химическую стойкость силикатных материалов (бетон, керами­ ка, диабаз) определяют визуально (путем осмотра). Она может ха­ рактеризоваться как уменьшением, так и увеличением массы. Мате­ риалы считаются стойкими, если изменение их массы при длитель­ ном испытании составляет 4—6%, а прочность понижается не более, чем на 25%.

Эмалевые покрытия устойчивы по отношению к растворам сер­ ной кислоты любой концентрации вплоть до температуры кипения, а также к агрессивным газовым средам.

Химически стойкие органические материалы. Это в большинстве случаев синтетические полимерные вещества. Они обладают рядом достоинств по сравнению с неорганическими материалами: легко обрабатываются, штампуются, склеиваются, имеют меньшую плот­ ность. Однако многие из них можно применять только при сравни­ тельно невысокой температуре (не более 100°С). Из химически стойких органических материалов широко известны фаолиг, вини­ пласт, полиизобутилен, полиэтилен, антегмит. Хорошая теплопро­ водность и высокая химическая стойкость антегмита позволяют применять его для изготовления холодильников.

Фаолит представляет собой кислотоупорную пластмассу на основе феноло-формальдегидной смолы, содержащую наполнитель (асбест, графит, песок). Стойкость фаолита по отношению к серной

80%-ной кислоте допустима температура 60°С.

20

Из фаолита изготовляют сборники кислоты, центробежные насо­ сы, запорные приспособления, трубы. Из винипласта — плиты, тру­ бы, фасонные изделия, вентили и т. д. Из полиизобутилена —- листы для защиты аппаратов, шланги для антикоррозионного покрытия труб, прокладочные материалы для фланцев.

В последнее время значительно расширилось применение поли­ этилена, из него изготовляют трубы для транспортирования кислоты с концентрацией H2S 0 4до 70% при температуре не более 80° С.

К другим органическим материалам, применяемым для изготов­ ления или покрытия сернокислотной аппаратуры, относятся резина,,

графит и в некоторых случаях особые сорта дерева.

Среди органических материалов особо следует отметить полимер фторопласт-4 (политетрафторэтилен). Он очень стоек по отноше­ нию к кислотам всевозможных концентраций при высоких темпера­ турах, легко обрабатывается (как, впрочем, и многие органические материалы в отличие от неорганических). Фторопласт-4 применяют для изготовления прокладок, сальников, клапанов, труб и т. п. Недо­ статками его являются хладотекучесть (ползучесть при комнатной температуре) и сравнительно невысокая механическая прочность.

Данные о химической стойкости некоторых неметаллических материалов в производстве серной кислоты приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3. Химическая стойкость антикоррозионных неметаллических материалов, применяемых в производстве серной кислоты

Контрольные вопросы

1.Какие существуют способы производства серной кислоты? Каковы их особенно­ сти?

2.Назовите основные этапы получения серной кислоты по контактному способу.

3.Как изменяется плотность серной кислоты в зависимости от ее концентрации и температуры?

21