硫酸的工業(yè)制法

關(guān)于硫酸的工業(yè)制法1．了解工業(yè)制硫酸的化學(xué)原理、原料、設(shè)備和生產(chǎn)過程。

2．運用化學(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,共45頁，2024年2月25日，星期天思考：怎樣制取硫酸？H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2①二氧化硫氣體的制備S＋O2SO2

點燃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)過程一、硫酸的工業(yè)制法-----接觸法2SO2＋O22SO3第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動畫

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,共45頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天沸騰爐沸騰爐照片第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天接觸室接觸室照片第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天吸收塔吸收塔第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天沸騰爐照片沸騰爐第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天接觸室照片接觸室第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天一、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)境保護等角度考慮，硫黃是制硫酸的首選材料。我國由于硫黃礦產(chǎn)資源較少，主要用黃鐵礦作原料。

世界硫酸產(chǎn)量的60%以上來自硫黃，另一方面，由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴格的環(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，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,共45頁，2024年2月25日，星期天2．煅燒黃鐵礦

將硫黃或經(jīng)過粉碎的黃鐵礦，分別放在專門設(shè)計的燃燒爐中，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,共45頁，2024年2月25日，星期天黃鐵礦粉碎的目的：一是燃燒迅速，二是燃燒充分，提高原料的利用率。

沸騰爐的名稱是因為從爐底通入的強大空氣流，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，空氣是過量的，目的就是讓黃鐵礦充分反應(yīng)。

第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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)過程簡介4FeS2＋11O2==2Fe2O3＋8SO2

高溫第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天黃鐵礦空氣礦渣SO2、O2、N2第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天沸騰爐爐氣原料粉碎空氣除塵洗滌干燥第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

為什么要將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？

為什么要從爐底通入強大空氣流？討論第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天從燃燒爐中出來的氣體叫做爐氣，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)和礦塵都會使釩催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)也有不良影響，因此，在進行下一步氧化反應(yīng)前，必須對爐氣進行凈化。

爐氣凈化主要除去砷、硒等化合物和礦塵；第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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、氮氣、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,共45頁，2024年2月25日，星期天凈化設(shè)備：1、旋風(fēng)分離器2、文丘里除塵3、水洗塔第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天二、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。

從沸騰爐出來的氣體主要有：SO2、O2、N2，它們進入接觸室，發(fā)生氧化反應(yīng)：第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天經(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,共45頁，2024年2月25日，星期天

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、氮氣、未反應(yīng)的氧氣和二氧化硫

發(fā)生的反應(yīng)：2SO2＋O22SO3V2O5第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2．SO2接觸氧化反應(yīng)條件選擇

（1）溫度

在具體實際生產(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不高，從綜合經(jīng)濟效益考慮，溫度過低對生產(chǎn)不利。

在實際生產(chǎn)中，選定400℃～500℃作為操作溫度，因為在這個溫度范圍內(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,共45頁，2024年2月25日，星期天（2）壓強

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

實際上：常壓操作，并不加壓。

原因有兩點：一是在常壓時SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強后，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多；二是加壓對設(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,共45頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天進入接觸室的SO2和O2需要加熱，而接觸氧化生成SO3時放出熱量，反應(yīng)環(huán)境溫度會不斷升高，用熱交換器將這些熱量來預(yù)熱SO2和O2反應(yīng)。第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天為什么要換熱?由于接觸氧化是一個放熱反應(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，根據(jù)平衡移動理論，高溫不利于SO3的生成，所以裝一個熱交換器可用來把反應(yīng)生成的熱傳給需預(yù)熱的爐氣。第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天逆流換熱在熱交換器中，冷氣體（SO2和O2等）在管道外流動，熱氣體（SO3等）在管道內(nèi)流動，兩種氣體流向是逆向的，這樣有利于熱交換充分。第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1．SO3的吸收

吸收過程是在吸收塔里進行的。從接觸室出來的氣體，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來吸收SO3。

第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天98.3%H2SO4吸收塔尾氣發(fā)煙H2SO4SO3O2、SO2、N2第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天由于反應(yīng)SO3+H2O=H2SO4是一個放熱反應(yīng)，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出的熱量會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,共45頁，2024年2月25日，星期天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,共45頁，2024年2月25日，星期天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,共45頁，2024年2月25日，星期天2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+H2O+SO2↑3、回收、凈化