Спосіб одержання хімічно чистої сірчаної кислоти

1. Способ получения химически чистой серной кислоты, включающий удаление примесей железа и взвешенных частиц из серной кислоты, отличающийся тем, что удаление примесей проводят на пористом кислостойком материале при температуре кислоты 40-50°С и рабочем давлении 1-4 кгс/см 2. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пористого кислостойкого материала используют политетрафторэтилен толщиной 3-8 мм с размерами пор не более 0,5 мкм. (19) (21) 94010248 (22) 10.03.1993 (24) 16.04.2001 (46) 16.04.2001, Бюл. № 3, 2001 р. (72) Воробйов Валерій Іванович, Какічева Валентина Андріївна, Воробйова Інна Павлівна, Заречений Володимир Григорович (73) Воробйов Валерій Іванович, Какічева Валентина Андріївна, Воробйова Інна Павлівна, Заречений Володимир Григорович (56) Выложенная заявка JР № 61-127604, С 01 В 17/74, 28.11.84. 35579 частиц диаметром более 0,5 мкм в количестве 20000 шт в 1см 3 кислоты осуществляют путём дополнительной очистке на кислотостойком пористом материале (политетрафторэтилене) толщиной 3¸8 мм с размерами пор не более 0,5 мкм при рабочем давлении 1¸4 кгс/см 2 и температуре серной кислоты 40¸50°С. Благодаря наличию в этом материале открытых пор размером не более 0,5 мкм возможна очистка серной кислоты под рабочим давлением в интервале 1¸4 кгс/см2 и температуре кислоты 40¸50°С в результате чего происходит очистка серной кислоты от механических примесей на 6090 %, снижается массовая доля железа и остатка после прокаливания. Заданный температурный диапазон серной кислоты 40¸50°С обусловлен тем, что при более высоких температурах снижаются механические свойства политетрафторэтилена по показателям: предел прочности при растяжении, модуль упругости при изгибе, модуль упругости при сжатии. Такие изменения механических свойств политетрафторэтилена приводят к нарушениям-деформациям пористой структуры, что ухудшает степень очистки серной кислоты. Температура кислоты менее 40°С не желательна, так как это приводит к снижению скорости очистки кислоты за счёт возрастания её вязкости (при температуре 50°С вязкость 94% Н2SO4 равна 9,9 спз, при 43°С - 11,3 спз, а при 20°С – 22 спз). Повышение температуры серной кислоты более 50°С приводит к снижению механических свойств политетрафторэтилена ( см. таблицу 1) за счёт чего снижается степень очистки кислоты. Использование политетрафторэтилена толщиной 38 мм обусловлено получением заданной степени очистки кислоты от примесей железа, остатка после прокаливания в том числе мелкодисперсных механических примесей. Применение пластин политетрафторэтилена с толщиной слоя менее 3 мм приводит к снижению степени очистки серной кислоты. Увеличение толщины слоя более 8 мм приводит к снижению скорости очистки серной кислоты при неизменной степени её очистки. Вследствие кристалличности структуры пластин политетрафторэтилена он под действием внешней нагрузки может подвергаться холодному течению, что выражается в появлении необратимых деформаций. Учитывая эти свойства политетрафторэтилена, не рекомендуется нагружать поверхность пластин более 30 кгс/см 2 (Д.Д. Чегодаев, З.К. Наумова, Ц.С. Дунаевская. Фторопласты. - Госхимиздат, 1960. – 39 с). Рабочее давление серной кислоты менее 1 кгс/см 2 на поверхность политетрафторэтилена нецелесообразно, так как при более низком дав лении снижается скорость очистки серной кислоты. Рабочее давление, создаваемое насосами для перекачки жидких сред, в том числе и серной кислоты, в основном находится в диапазоне 2¸4 кгс/см 2. Создание рабочих давлений более 4 кгс/см 2 приводит к повышению энергоёмкости, что экономически нецелесообразно. Пример 1. 1 л серной кислоты концентрацией 93,6% Н3SO4 с массовой долей остатка после прокаливания 1´10-3, железа 4,5´10-5% и количеством взвешенных частиц размером 0,3¸0,5 мкм 20000 шт/см 3 при температуре 20°С и рабочем давлении 1 кгс/см 2 пропускали через пластину политетрафторэтилена толщиной 3 мм. Производительность очистки составила 0,71 л/мин. В очищенной кислоте содержание остатка после прокаливания снизилось до 5´10-4%, железа до 3´10-6%, количество частиц до 440 шт/см 3 (по ТУ 6-09-5344-87 не более 800 шт в 1 см 3). Пример 2. 1 л серной кислоты очищаем от примесей при температуре 40°С по примеру 1. Производительность очистки составила 2,0 л/мин. Качественные показатели очищенной серной кислоты: содержание остатка после прокаливания 5´10-4%, железа до 2,9´10-6%, количество частиц до 435 шт/см 3. Пример 3. 1л серной кислоты очищали от примесей при температуре 60°С по примеру 1. Производительность очистки составила 2,4 л/мин. Качественные показатели очищенной серной кислоты: остаток после прокаливания 4,5´10-4%, массовая доля железа до 2,2´10-6%, количество частиц до 600 шт/см 3. Пример 4. 1л серной кислоты по примеру 1 при температуре 50°С и рабочем давлении 0,7 кгс/см 2 пропустили через пластину политетрафторэтилена толщиной 8,5 мм. Производительность очистки составила 0,5 л/мин. Качественные показатели серной кислоты после очистки: остаток после прокаливания до 5´10-4%, жeлеза до 3´ ´10-6%, количество частиц до 439 шт/см 3. Пример 5. 1л серной кислоты по примеру 1 при температуре 50°С и рабочем давлении 4 кгс/см 2 пропустили через пластину политетрафторэтилена толщиной 3 мм. Производительность очистки составила 2,9 л/мин. Качественные показатели серной кислоты после очистки: остаток после прокаливания 5´10-4%, железа до 3´10-6%, количество частиц до 520 шт/см 3. В табл. 2 представлены результаты влияния условий очистки серной кислоты на её качественные показатели. 2 35579 Таблица 1 Зависимость механических свойств политетрафторэтилена от температуры серной кислоты № п/п 1 Температура серной кислоты, °С 0 Модуль упругости при сжатии, кг/см 2 11000 Модуль упругости при изгибе, кг/см 2 18100 Предел прочности при растяжении, кг/см 2 300 2 +20 7000 8500 200 3 +40 4500 5100 180 4 +60 3300 4800 150 5 +80 2400 3800 135 Таблица 2 Параметры способа Показатели по способу Прототип Пример 1 Пример 2 1 1 Температура серной кислоты, °С 2 Рабочее давление, кгс/см 2 2 3 4 5 6 7 20 40 60 50 50 1 1 1 0,7 4 3 Толщина пластины, мм 4 Показатели качества серной кислоты: 4.1 Содержание частиц 0,3-0,5 мкм, шт/мл: · в исходной кислоте 3 3 3 8,5 3 20000 900 440 435 600 439 520 3´10-6 2,9´10-6 2,23´10-6 3´10-6 3´10-6 · в очищенной кислоте Пример 3 Пример 4 Пример 5 4.2 Содержание железа, %: · в исходной кислоте 4,5´10-5 · в очищенной кислоте 4.3 Остаток после прокаливания, %: · в исходной кислоте 3´10-6 · в очищенной кислоте 5. Производительность очистки, л/мин 8´10-4 5´10-4 5´10-4 4,5´10-4 5´10-4 5´10-4 0,71 2,0 2,4 0,5 2,9 1´10-3 Из полученных данных примеров конкретного выполнения способа получения серной кислоты предлагаемым и известным способами следует, что осуществление процесса по предлагаемому способу дает возможность получать серную кислоту, отвечающей требованиям квалификации «о.с.ч.» по ГОСТ 14262-78. Данный способ прошёл испытания на опытнопромышленной установке. Результаты испытаний подтверждают данные лабораторных исследова ний. Наработана опытная партия серной кислоты квалификации «о.с.ч.» в количестве 20 т, которая прошла испытания в производстве микроэлектроники. Получены положительные результаты. Источники информации. 1. Патент США № 4125596 «Способ производства серной кислоты» СО I В 17/72,17/90, 19.04.77 2. Выложенная заявка Японии № 61-127604 «Получение особо чистой серной кислоты» СО I В 17/74, 28.11.84 3 35579 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4