硫酸的工業(yè)制法

關(guān)于硫酸的工業(yè)制法第1頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五1．了解工業(yè)制硫酸的化學(xué)原理、原料、設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。

2．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論分析SO2接觸氧化的條件。

第2頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五思考：怎樣制取硫酸？H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2①二氧化硫氣體的制備S＋O2SO2

點(diǎn)燃4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2

高溫②二氧化硫的催化氧化催化劑③三氧化硫的吸收

SO3＋H2O→H2SO41、接觸法制硫酸的主要反應(yīng)過(guò)程一、硫酸的工業(yè)制法-----接觸法2SO2＋O22SO3第3頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第4頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第5頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動(dòng)畫(huà)

硫酸的工業(yè)生產(chǎn)沸騰爐接觸室吸收塔凈化冷卻第6頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第7頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五沸騰爐沸騰爐照片第8頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五接觸室接觸室照片第9頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五吸收塔吸收塔第10頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五沸騰爐照片沸騰爐第11頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五接觸室照片接觸室第12頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五一、造氣

1．原料

接觸法制硫酸可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含有一定量的SO2）等作原料。

從原料成本、環(huán)境保護(hù)等角度考慮，硫黃是制硫酸的首選材料。我國(guó)由于硫黃礦產(chǎn)資源較少，主要用黃鐵礦作原料。

世界硫酸產(chǎn)量的60%以上來(lái)自硫黃，另一方面，由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴(yán)格的環(huán)保法則，有色金屬冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量逐年增加。相反，黃鐵礦制酸的比重卻呈下降趨勢(shì)，90年代初，世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成為：

硫黃黃鐵礦其他

65%

16%

19%

第13頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五2．煅燒黃鐵礦

將硫黃或經(jīng)過(guò)粉碎的黃鐵礦，分別放在專門(mén)設(shè)計(jì)的燃燒爐中，利用空氣中的氧氣使其燃燒，就可以得到SO2。

煅燒黃鐵礦在沸騰爐中進(jìn)行。

造氣階段的反應(yīng)原理：

S(s)+O2(g)=SO2(g)；△H=-297kJ/mol

或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)；△H=-853kJ/mol

第14頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五黃鐵礦粉碎的目的：一是燃燒迅速，二是燃燒充分，提高原料的利用率。

沸騰爐的名稱是因?yàn)閺臓t底通入的強(qiáng)大空氣流，在爐內(nèi)一定空間里把礦粒吹得劇烈翻騰，好像“沸騰著的液體”，所以，人們把這種燃燒爐叫做沸騰爐。

在此階段中，空氣是過(guò)量的，目的就是讓黃鐵礦充分反應(yīng)。

第15頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五①二氧化硫的制取和凈化發(fā)生的反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備沸騰爐2、硫酸生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介4FeS2＋11O2==2Fe2O3＋8SO2

高溫第16頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五黃鐵礦空氣礦渣SO2、O2、N2第17頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第18頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五沸騰爐爐氣原料粉碎空氣除塵洗滌干燥第19頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第20頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第21頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第22頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五

為什么要將黃鐵礦粉碎成細(xì)小礦粒？

為什么要從爐底通入強(qiáng)大空氣流？討論第23頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五從燃燒爐中出來(lái)的氣體叫做爐氣，用燃燒黃鐵礦制得的爐氣含有SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如砷、硒等的化合物和礦塵等。雜質(zhì)和礦塵都會(huì)使釩催化劑中毒，水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)也有不良影響，因此，在進(jìn)行下一步氧化反應(yīng)前，必須對(duì)爐氣進(jìn)行凈化。

爐氣凈化主要除去砷、硒等化合物和礦塵；第24頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五爐氣的凈化爐氣的成分：凈化的目的：方法：除塵（除礦塵）洗滌（除去砷、硒等化合物）干燥（除水蒸氣）二氧化硫、氧氣、氮?dú)?、水蒸氣、礦塵、砷硒化合物等防止催化劑中毒和設(shè)備腐蝕第25頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五凈化設(shè)備：1、旋風(fēng)分離器2、文丘里除塵3、水洗塔第26頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第27頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第28頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第29頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五二、接觸氧化

1．反應(yīng)原理

SO2跟O2是在催化劑（如V2O5）表面上接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)的，所以，這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法。

從沸騰爐出來(lái)的氣體主要有：SO2、O2、N2，它們進(jìn)入接觸室，發(fā)生氧化反應(yīng)：第30頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五經(jīng)凈化的SO2、O2SO2、O2

SO3冷氣體熱氣體溫度較低的氣體溫度較高的氣體接觸室第31頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五

②二氧化硫氧化成三氧化硫

生產(chǎn)設(shè)備：接觸室得到的氣體：三氧化硫、氮?dú)?、未反?yīng)的氧氣和二氧化硫

發(fā)生的反應(yīng)：2SO2＋O22SO3V2O5第32頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五2．SO2接觸氧化反應(yīng)條件選擇

（1）溫度

在具體實(shí)際生產(chǎn)中，溫度低了反應(yīng)速率就低，更為重要的是催化劑活性在低溫時(shí)不高，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，溫度過(guò)低對(duì)生產(chǎn)不利。

在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率（93.5%～99.2%）都比較理想。

第33頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五（2）壓強(qiáng)

理論上：接觸氧化是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可提高SO2的轉(zhuǎn)化率。

實(shí)際上：常壓操作，并不加壓。

原因有兩點(diǎn)：一是在常壓時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強(qiáng)后，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多；二是加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，這樣將增大投資和能量消耗。

第34頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五第35頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五進(jìn)入接觸室的SO2和O2需要加熱，而接觸氧化生成SO3時(shí)放出熱量，反應(yīng)環(huán)境溫度會(huì)不斷升高，用熱交換器將這些熱量來(lái)預(yù)熱SO2和O2反應(yīng)。第36頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五為什么要換熱?由于接觸氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，要想增大SO2的轉(zhuǎn)化率、提高SO3的產(chǎn)率，平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)理論，高溫不利于SO3的生成，所以裝一個(gè)熱交換器可用來(lái)把反應(yīng)生成的熱傳給需預(yù)熱的爐氣。第37頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五逆流換熱在熱交換器中，冷氣體（SO2和O2等）在管道外流動(dòng)，熱氣體（SO3等）在管道內(nèi)流動(dòng)，兩種氣體流向是逆向的，這樣有利于熱交換充分。第38頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五1．SO3的吸收

吸收過(guò)程是在吸收塔里進(jìn)行的。從接觸室出來(lái)的氣體，主要是SO3、N2以及未起反應(yīng)的O2和SO2。SO3與H2O化合生成H2SO4。H2SO4雖然由SO3跟H2O化合制得的，但工業(yè)上并不直接用H2O或稀H2SO4來(lái)吸收SO3。

第39頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五98.3%H2SO4吸收塔尾氣發(fā)煙H2SO4SO3O2、SO2、N2第40頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五由于反應(yīng)SO3+H2O=H2SO4是一個(gè)放熱反應(yīng)，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出的熱量會(huì)使溶液形成大量的酸霧，不利于SO3的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃酸吸收SO3，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品。不用水或稀硫酸吸收!第41頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五③三氧化硫跟水化合生成硫酸

發(fā)生的反應(yīng)：SO3＋H2O==H2SO4

用98.3%濃硫酸吸收三氧化硫生產(chǎn)設(shè)備：吸收塔第42頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五吸收塔里裝填了大量瓷環(huán)，目的是增大接觸面積，吸收操作采取逆流形式也是為了讓SO3氣體和98.3%濃硫酸充分接觸，有利于吸收充分。

第43頁(yè)，共45頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)1分，星期五2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+H2O+SO2↑3、回收、凈化