古代的化學-《帝國的黎明》
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2onoso2oh+h2o→2h2so4+no+no2
也就是說氧化氮實際上是氧氣氧化so2為so3的催化劑。
于是在鉛室法制硫酸中減少了昂貴的硝石用量,增加供應空氣的量,使成本再次降低。到2o世紀初,硝石基本上不再使用,而使用氨,因為氨在鉑等催化劑存在下,能同空氣中氧氣作用,生成氮的氧化物。這個反應是:
4nh3+5o2→4no+6h2o
由于氮的氧化物可以反復使用,于是出現(xiàn)如何回收這些氮的氧化物問題。法國著名化學家蓋呂薩克(gay-Lussac,JosephLouis1778~185o)在1827年提出在鉛室后設置一塔,塔內充填焦炭,將鉛室中釋放的氣體從塔底通入,上升后遇到從鉛室中通入塔頂而下淋的硫酸,被溶解吸收。但是氮的氧化物卻不能完全被吸收,因為一氧化氮不易溶解在硫酸中,也不起化學反應,而二氧化氮不易溶于濃硫酸,只溶于較稀的硫酸中。要使氮的氧化物再重新釋放出來,使它們再回到鉛室被利用,最初只是用水稀釋這種吸收氮的氧化物的酸,這將使生成的硫酸被稀釋,再濃縮是不經濟的。因此蓋呂薩克設計的塔遲遲未投入實際應用。這個塔后來被命名為蓋呂薩克塔。
1859年,英國一位管道工人格洛弗(g1over,John1817~19o2)提出在燃燒硫黃的爐子和鉛室之間設置一塔,使高溫二氧化硫氣體向上流,遇到塔頂從蓋呂薩克塔送來的含氮硫酸,使其中氮的氧化物受熱釋放出來,進入鉛室。這樣不僅充分回收了氮的氧化物,也使在蓋呂薩克塔中被吸收的氮的氧化物又重新釋放出來。這個塔后來被命名為格洛弗塔,很快用于實際生產中,一位普通的工人完善了一位著名化學家的設計,在硫酸制造中同享盛名。
此后硫酸制造者們又對鉛室進行一系列改進。
鉛室不再是立方形的了,因為立方形會形成角,物料在這些角落中可能停滯不動,氣流的流動度很慢,氣相和微小霧滴的液相反復接觸效率很差,于是逐漸改造成圓筒形或截頭圓錐形,使外形變成了塔形。
鉛室不再是空空的了,而是填滿了瓷珠。這樣可以加大反應物的接確面。
框架不再是木材了,而是鋼鐵,甚至鉛板也被鐵和鋼代替,它們和鉛一樣可以耐硫酸腐蝕,再加上用耐酸磚或正長石砌成襯里,更加強了耐腐蝕性能。
這樣鉛室法變成了塔式法,不過硫酸制造的化學原理還是一樣的。
接觸法制造硫酸的化學原理卻不同。接觸法也就是觸媒法或催化法,是從1831年開始。這一年英國英格蘭西南部港口城市布里斯托爾(Bristo1)的一位制醋商菲列普(phi11ips,peregrine)向政府提交一份專利申請,項目是“節(jié)省硝石和礬鉛室的成本”,內容是利用鉑粉作催化劑,使二氧化硫直接被氧氣氧化成三氧化硫,然后使三氧化硫溶于水形成硫酸。但是這種方法一時沒有立即投入實際生產,因為鉑粉很快受二氧化硫中夾帶的雜質而失效。直到1875年,一位出生在德國和長期居住在英國的化學家麥塞爾(messe1,Rudo1ph1848—192o)提出先凈化二氧化硫和氧氣,可以使鉑粉在一定期限內保持有效,使二氧化硫和氧氣在鉑石棉催化下制成so3,并以普通硫酸吸收而制成煙硫酸。1881年英國硫酸制造商斯奎爾(squire.s.)申請這一方法的專利,并建廠生產。麥塞爾參與了工作。
現(xiàn)元素鍺的德國化學家溫克勒(ink1er,netder1838~19o4)在1875年間也曾進行過so2在鉑存在下和氧氣化合成so3的實驗。
但是鉑的價值昂貴和易中毒,促使硫酸制造者們和化學家們尋找更便宜的催化劑。到本世紀2o年代,出現(xiàn)了釩的氧化物、氧化鐵等催化劑。現(xiàn)代接觸法硫酸制造中幾乎都使用釩催化劑了。
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