Камерный способ

(Другие названия: "нитрозный", "башенный" способ.- Прим. перев.)

Даже если не учитывать громадного значения серной кислоты и соды для развития текстильной промышленности, оба эти вещества имеют для химической промышленности такое же значение, как руда и уголь для металлургии.

Производство серной кислоты, описанное в первом томе этой книги, в XIX в. было значительно усовершенствовано благодаря достижениям технического и научного прогресса. Прежде всего стеклянные баллоны были заменены на большие свинцовые камеры. Вслед за этим последовали изучение механизма реакций и рационализация производственного процесса. Во-первых, выяснилось, что прерывание производства делает его значительно более дорогостоящим; во-вторых, расходовалось большое количество дорогой селитры (значительные запасы селитры в Чили были открыты только в 1863 г., а химический способ ее получения был создан лишь в XX в. на основе предложенного Габером и Бошем метода синтеза аммиака).

В 1793 г. химики Н. Клеман и Ш. Б. Дезорм обнаружили, что при образовании триоксида серы селитра играет только "посредническую" роль - роль катализатора; в конечном итоге для окисления используется только кислород воздуха. На этой основе в начале XIX в. был разработан непрерывный камерный процесс получения серной кислоты, причем расход селитры в значительной степени был уменьшен.

Дальнейшее усовершенствование этого способа произошло в 1827 г., когда Гей-Люссак предложил улавливать нитрозные газы в специальном устройстве, названном впоследствии башней Гей-Люссака. В башне из огнеупорного материала оксиды азота поглощались льющейся сверху "камерной кислотой"; затем процесс повторялся^*.

^* (Впервые эти башни были применены в промышленности в 1842 г.- Прим. ред.)

Во второй половине XIX в. в этом процессе стали использовать усовершенствование, предложенное в 1860 г. английским химиком Джоном Гловером. Он сконструировал башню, через которую пропускали нагретый газообразный диоксид серы. Навстречу этому газу направляли смесь нитрозилсерной и "камерной" кислот. При этом сернистый газ (диоксид серы) окислялся оксидами азота и концентрация введенной разбавленной кислоты увеличивалась примерно до 80% .

Этим нововведениям предшествовало изучение химических процессов, протекающих в свинцовых камерах. Химикам Эугену-Мельхиору Пелиго, Клеменсу Винклеру, Георгу Лунге, фрицу Рашигу и др. удалось установить механизмы процессов, протекающих между диоксидом серы, воздухом, водой и "нитрозным" газом. Производство серной кислоты постоянно совершенствовалось; ход превращения контролировался при анализе "камерных" газов.

Эти достижения являются примером установления все более тесных связей между наукой и производством. При этом нередко инициатива принадлежала представителям промышленности. Конкуренция вынуждала предпринимателей к постоянному снижению цен на продукты производства для сохранения в своих руках рынков сбыта. В то же время для обновления дорогостоящих сооружений им необходимы были большие накопления, чтобы даже при падении цен добиваться получения высоких прибылей. Одновременно им следовало учитывать меняющуюся рыночную конъюнктуру. В 1838 г. производители серной кислоты попали в затруднительное положение, потому что в течение одной ночи цена на важнейшее сырье - серу - поднялась в три раза, так как марсельская торговая фирма получила от неаполитанского правительства торговую монополию на сицилийскую серу^*. Тем не менее рыночная конъюнктура была благоприятной, потому что с развитием текстильной промышленности и производства соды по методу Леблана спрос на серную кислоту очень возрос. Химики искали и нашли "эрзац"-метод получения серной кислоты из серусодержащих руд. Был поставлен ряд опытов и установлено, что диоксид серы можно получить из пирита (серного или железного колчедана). Оставалось только неясным, какими должны быть сооружения для обжига пирита и других серусодержащих руд.

^* (В период между 1504 и 1860 гг. (с перерывами) Неаполь был столицей Королевства обеих Сицилии, в которое входили о. Сицилия и южная часть Апеннинского полуострова.- Прим. перев.)

Кроме того, для получения диоксида серы можно было использовать продукты обжига рудного передела. Уже в 1840 г. вблизи Гослара было построено предприятие для использования богатой серным колчеданом раммельсбергской медной руды. Металлургические заводы во Фрейберге перерабатывали серусодержащие металлургические отходы, заводы в Мансфельде - медный роштейн, а в Альтенау (Обергарц) на заводе по выплавке серебра перерабатывали колчедан и свинцовую руду.

Сульфид кальция, накапливающийся при производстве соды, тоже начал использоваться в качестве исходного материала при производстве серной кислоты.

В результате после всех усовершенствований процесс получения серной кислоты протекал следующим образом. При 400-500° С происходил обжиг серного колчедана в обжиговых, или "колчеданных", печах. Обжиговый газ, содержавший около 7% диоксида серы, очищался от примесей в пылеуловительных камерах и направлялся в башню Гловера, наполненную шамотом. В башне Гловера обжиговый газ (7% SО₂, 8% О₂, 85% N₂) пропускался противотоком через серную кислоту, насыщенную оксидами азота, т. е. через нитрозил-серную кислоту, поступавшую туда из башни Гей-Люссака. Он насыщался при этом оксидами азота, после чего поступал в свинцовые камеры. Одновременно в эти камеры поступала вода, и благодаря каталитическому действию оксидов азота происходило образование триоксида серы при 80° С в первой камере и при 50° С во второй; растворяясь в воде, триоксид серы превращался в серную кислоту: 2Н₂О + O₂ + 2SO₂ = 2H₂SO₄. "Камерная" кислота, собирающаяся в нижней части свинцовых камер, имела концентрацию от 56 до 70% и вытекала через свинцовые трубы. Нитрозные, газы, охлажденные в третьей камере до наружной температуры, направлялись в башню Гей-Люссака, в которой они поглощались движущейся им навстречу серной кислотой, образуя "нитрозную" кислоту. Последняя, разбавленная "камерной" кислотой и смешанная (пропорционально расходу оксидов азота) с азотной кислотой, попадала в башню Гловера. Здесь вновь протекал описанный выше процесс, длящийся непрерывно в течение ряда лет.

"Камерная" кислота использовалась для многих промышленных производств, например для получения суперфосфата, сульфатов аммония и натрия, соляной кислоты. Она служила для процессов осаждения, очистки металлов и частично для получения азотной кислоты из чилийской селитры. Для получения серной кислоты, необходимой при производстве красителей, взрывчатых веществ, нефтяных продуктов, ее концентрацию повышали различными способами до 96% [103, с. 452 и сл.].