Производство неорганических веществ

Серная кислота

Серная кислота - важнейший продукт химической промышленности. Систематических данных о ее производстве в России нет. Известно лишь, что в 1870 г. было получено около 8 тыс. т серной кислоты; в 1900 г. выработка ее заметно увеличилась и составила более 100 тыс. т. К началу 1917 г. выработка серной кислоты возросла почти в 5 раз по сравнению с 1900 г.

Импорт серной кислоты в 1880-1891 гг. составлял от 3 до 12% общего производства. В последующие годы он понизился [1, с. 172, 173, 211].

Сырьем для производства серной кислоты служили сера и серный колчедан. Использовался преимущественно импортный колчедан, который беспошлинно ввозился из Испании, Португалии и Греции. Только в 80-х годах XIX в. началась эксплуатация уральских месторождений серного колчедана. Однако серьезное значение он приобрел лишь во втором десятилетии XX в.

Серная кислота вырабатывалась в основном с использованием малопроизводительных камерных систем, оборудованных к концу 70-х - началу 80-х годов башнями Гловера и Гей-Люссака.

Инженер И. Я. Тисе предложил способ интенсификации камерных установок, который был реализован в 1885 г. на заводе Нобеля в Баку. Усовершенствование заключалось в том, что в целях ускорения процесса образования серной кислоты осуществлялось перемешивание газов. Для этого была сооружена система колонок Тисса, через которые пропускались газы. В колонках находилось большое количество особым образом установленных свинцовых пластин, образующих многочисленные узкие проходы, с постоянным изменением направления потоков и переменным поперечным сечением. В каждую колонку вводили пар; на выходе из нее устанавливали инжектор. Перед колонками имелись две небольшие камеры; в первой - газы охлаждались, во второй - смешивались перед вхождением в колонки.

Установка колонок Тисса позволила значительно увеличить производительность завода. Они применялись и на других предприятиях, а также на одном из зарубежных заводов [5, с. 1-11].

Однако способ Тисса имел серьезные недостатки. Получаемая в колонках Тисса кислота содержала значительное количество окислов азота, что исключало использование башен Гей-Люссака. Отмечалась также сильная коррозия свинца.

86. Здание цеха камерной серной кислоты на Бондюжском химическом заводе К. П. Ушкова

В 1898 г. на крупном Бондюжском химическом заводе К. П. Ушкова имелась система, состоящая из четырех свинцовых камер, двух башен Гловера и одной башни Гей-Люссака (рис. 86). Первая камера для интенсификации была уменьшена примерно в 2 раза, по длине разделена перегородками с отверстиями, а внутри ее установлены сквозные холодильники. Вместо второй камеры и половины первой были сооружены четыре реакционные башни, заполненные кольцами Рашига.

Промежуточные башни использовались также на одном из заводов Донбасса. Они повышали производительность систем на 35%.

Получаемая в камерных системах серная кислота, содержащая 65-70% H₂SO₄, подвергалась концентрированию. С этой целью вначале вводились платиновые тигли. Потом большое распространение получили стеклянные реторты, которые устанавливали в песчаных банях. Реже, лишь в конце 90-х годов, применялись чугунные реторты.

В годы первой мировой войны концентрирование кислоты выполняли в каскадных аппаратах, состоящих из ряда террасообразно расположенных чаш из кислотоупорного чугуна, фарфора или кварца, а также в аппаратах Кесслера, сооружаемых из отечественного андезита.

Рост потребления серной кислоты, в частности в производствах органического синтеза, потребовал выпуска больших количеств концентрированной кислоты. Непосредственное получение концентрированной кислоты и олеума стало возможным только при осуществлении контактного способа их производства, возникшего в конце XIX в. [6]. В 1900 г. в России имелось пять контактных аппаратов.

Первая из наиболее совершенных в техническом отношении систем была разработана и построена в 1903 г. русскими инженерами в Петербурге на Тентелевском заводе (ныне завод "Красный химик"). В качестве катализатора использовалась платина, нанесенная на асбест. В 1913 г. на этом заводе эксплуатировалось шесть контактных систем с годовой производительностью около 5 тыс. т серной кислоты в пересчете на моногидрат. В 1905 г. тентелевские системы были построены в Баку, а затем и на других заводах.

К 1917 г. на восьми заводах работало 20 тентелевских установок общей производительностью 80 тыс. т. Вся аппаратура, применяемая на этих заводах, за исключением турбокомпрессоров, была отечественного производства.

Помимо тентелевской были распространены установки Грилло-Цредера где катализатором являлась платина, нанесенная на сульфат магния. Имелись также контактные системы Мангеймских химических фабрик, где наряду с платиной в качестве катализатора использовался колчеданный огарок [7].

На всех этапах развития сернокислотного производства характерна его связь со многими другими отраслями - производством минеральных удобрений, взрывчатых веществ, порохов, нефтепереработкой коксохимией. В отличие от современного этапа сернокислотная промышленность мало была связана с металлургией. Имелось лишь несколько сернокислотных заводов, которые использовали газы цветной металлургии.