Свойства триоксида серы

Триоксид серы S0₃, или серный ангидрид (молекулярная масса 80, 056) в обычных условиях представляет собой бесцвет­ный газ, который на воздухе мгновенно взаимодействует с па­рами воды с образованием тумана — взвешенных в воздухе ка­пель серной кислоты. Газообразный S0₃ сжижается при 44, 75 °С с образованием бесцветной жидкости.

Твердый S0₃ может существовать в нескольких формах — а, р и у, температуры плавления которых соответственно рав­ны 16, 8; 31, 5 и 62, 2 °С. Исследования показали, что а-форма со­ответствует по составу S0₃; другие формы представляют собой продукты полимеризации триоксида серы. По-видимому, су­ществуют и другие высокомолекулярные соединения S0₃.

Формы S0₃ отличаются друг от друга строением кристалли­ческой решетки, значением давления паров, химической актив­ностью и другими свойствами.

Давление паров р триоксида серы (в Па) можно определить по следующим уравнениям

Твердые полимерные формы триоксида серы при нагревании диссоциируют.

С водой S0₃ реагирует чрезвычайно энергично с образовани­ем серной кислоты и выделением большого количества тепла S0₃ (газ) + Н₂0 (жидк) = H₂S0₄ (жидк) +131, 1 кДж (31, 29 ккал)

На этом основано водоотнимающее действие S0₃; триоксид серы является сильным окислителем, вызывая обугливание рас­тительных и животных тканей. Окисляя серу, фосфор, углево­дороды и некоторые другие вещества, S0₃ восстанавливается до S0₂. Высокополимерные формы триоксида серы химически инертны; они менее энергично реагируют с водой, слабо дымят на воздухе и их обугливающее действие проявляется в незначи­тельной степени.

Жидкий серный ангидрид смешивается с S0₂ во всех соот­ношениях, твердый серный ангидрид растворяется в жидком

S0₃ не образуя с ним химических соединений. С азотной кис­
лотой жидкий S0₃ смешивается в любых соотношениях При
этом образуется устойчивое соединение типа (S0₃)₂HNО₃
(т пл. 106, 5°С) растворенное в избытке одного из компонентов
смеси. На рис. 1-12 показана температура затвердевания смесей
олеума и азотной кислоты.

Триоксид серы взаимодействует также с оксидами азота (NO, N₂0₃, N0₂, N₂0₅), с мышьяковистым ангидридом, энер­гично реагирует с основными оксидами и основаниями.

Газообразный S0₃ реагирует с хлористым водородом.обра­зуя хлорсульфоновую кислоту S0₂(0H)C1; при взаимодействии

S0₃ с аммиаком получается амидосульфонат аммония
NHS0₂ONH₄, из которого приготовляют сульфамат аммония
NH₂S0₂CNH4 — эффективный гербицид.

СОРТА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Промышленность выпускает несколько сортов серной кисло­ты различающихся содержанием H₂S0₄ или S0₃ (своб), а так­же содержанием примесей. Нитрозным методом получают сравнительно низко-концентрированную кислоту, содержащую 75% H2SO4. Контактным методом может быть получена серная кис­лота практически любой концентрации.

Состав и содержание примесей также зависят от метода про­изводства серной кислоты. Например, при получении башенной серной кислоты в нее попадают частицы пыли, остающиеся в обжиговом газе даже после его очистки в сухих электрофильт­рах. Кроме того, башенная кислота содержит растворенные ок­сиды азота. Серная кислота может быть также загрязнена про­дуктами коррозии аппаратуры, растворимыми в H₂S0₄. Если кислота подвергается концентрированию, в ней могут находить­ся примеси, присутствовавшие в топочных греющих газах.

Техническая серная кислота иногда окрашена в темный цвет вследствие обугливания органических веществ, переходящих в кислоту в процессе ее производства, при хранении и перевозках.

При производстве серной кислоты контактным методом об­жиговый газ после удаления из него пыли подвергается тща­тельной специальной очистке. Поэтому контактная серная кис­лота содержит только растворимые продукты коррозии. При­меняя аппаратуру, изготовленную из достаточно коррозионно-стойких материалов, можно получить контактную серную кис­лоту высокой чистоты.

Требования к качеству различных сортов серной кислоты регламентируются стандартами и систематически пересматри­ваются в соответствии с изменениями техники производства кис­лоты и нужд ее потребителей.

Чтобы уменьшить возможность кристаллизации серной кис­лоты при перевозке и хранении, установлены стандарты на то­варные сорта серной кислоты, концентрации которых соответ­ствуют наиболее низким температурам ее кристаллизации (см. рис. 1-1):

Температура кристаллизации технических сортов серной кис­лоты несколько ниже температуры кристаллизации чистой сер­ной кислоты; с увеличением содержания примесей эта разница возрастает,

Характеристика различных сортов серной кислоты, выпускае­мой в СССР, приведена в табл. 1-2.

этому на каждом сернокислотном заводе имеется склад готовой продукции. Серная кислота может храниться в баках, разме­щенных в закрытом складе, или под навесом, предохраняющим от воздействия атмосферных осадков верхнюю часть баков, где располагаются люки, распределительные вентили, сифоны и т. д.

Баки для хранения готовой кислоты представляют собой го­ризонтальные или вертикальные цилиндрические резервуары емкостью до 5000 м³, изготовленные из листовой стали. Общая емкость баков на складе рассчитана на хранение кислоты, коли­чество которой составляет не менее десятисуточной продукции цеха. Обычно устанавливают несколько баков, чтобы при их чистке и ремонте можно было бы не останавливать завод. Вдоль резервуаров прокладывается железнодорожный путь и оборуду­ется площадка, на которой устанавливают цистерны для налива кислоты.

Концентрированную серную кислоту (контактную, башен­ную) и олеум хранят в стальных не футерованных баках. Сталь­ные баки для хранения особо чистой, а также низко-концентри­рованной серной кислоты футеруют кислотоупорной керамикой.

В северных районах СССР, где температура в зимнее время может быть значительно ниже температуры кристаллизации серной кислоты, все баки для хранения готовой продукции раз­мещают в утепленном помещении. Чтобы предотвратить замер­зание олеума в цистернах во время его перевозки, перед нали­вом в цистерны его подогревают. Предварительно подогретый олеум медленно остывает в цистерне и даже при длительном пребывании в пути зимой поступает к потребителю в жидком виде. Для подогрева олеума на складах устанавливают специ­альный подогреватель.

На складах также часто размещают смесители для приготов­ления кислоты требуемых концентраций и аккумуляторной кис­лоты, а также приспособления для разлива аккумуляторной кислоты в бутыли и упаковки бутылей, заполненных кислотой.