硫酸的工业制法.ppt

1．了解工业制硫酸的化学原理、原料、设备和生产过程。 2．运用化学反应速率和化学平衡理论分析SO2接触氧化的条件。 一、造气　　1．原料　　接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气（含有一定量的SO2）等作原料。　　从原料成本、环境保护等角度考虑，硫黄是制硫酸的首选材料。我国由于硫黄矿产资源较少，主要用黄铁矿作原料。　　世界硫酸产量的60%以上来自硫黄，另一方面，由于有色冶金工业的发展和日趋严格的环保法则，有色金属冶炼烟气制酸的产量逐年增加。相反，黄铁矿制酸的比重却呈下降趋势，90年代初，世界硫酸生产的原料构成为：　　硫黄　　 黄铁矿　　 其他　　65%　　　 16%　　 　19% 2．煅烧黄铁矿　　将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使其燃烧，就可以得到SO2。　　煅烧黄铁矿在沸腾炉中进行。　　造气阶段的反应原理：　　 S(s)+O2(g)=SO2(g)；△H= -297kJ/mol　　 或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)；△H= -853kJ/mol 黄铁矿粉碎的目的：一是燃烧迅速，二是燃烧充分，提高原料的利用率。　　沸腾炉的名称是因为从炉底通入的强大空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”，所以，人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉。　　在此阶段中，空气是过量的，目的就是让黄铁矿充分反应。 从燃烧炉中出来的气体叫做炉气，用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使钒催化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有不良影响，因此，在进行下一步氧化反应前，必须对炉气进行净化。　　炉气净化主要除去砷、硒等化合物和矿尘； 净化设备： 1、旋风分离器 2、文丘里除尘 3、水洗塔 二、接触氧化 　　1．反应原理　　SO2跟O2是在催化剂（如V2O5）表面上接触时发生反应的，所以，这种生产硫酸的方法叫做接触法。　　从沸腾炉出来的气体主要有：SO2、O2、N2，它们进入接触室，发生氧化反应： 2．SO2接触氧化反应条件选择 　　（1）温度　　在具体实际生产中，温度低了反应速率就低，更为重要的是催化剂活性在低温时不高，从综合经济效益考虑，温度过低对生产不利。　　在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和SO2的平衡转化率（93.5%～99.2%）都比较理想。 （2）压强 　　理论上：接触氧化是一个体积缩小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，可提高SO2的转化率。　　实际上：常压操作，并不加压。　　原因有两点：一是在常压时SO2的平衡转化率已经很高，增大压强后，SO2的平衡转化率提高得并不多；二是加压对设备的要求高且耗能多，这样将增大投资和能量消耗。 进入接触室的SO2和O2需要加热，而接触氧化生成SO3时放出热量，反应环境温度会不断升高，用热交换器将这些热量来预热SO2和O2反应。 为什么要换热? 　由于接触氧化是一个放热反应，要想增大SO2的转化率、提高SO3的产率，平衡要向正反应方向移动，根据平衡移动理论，高温不利于SO3的生成，所以装一个热交换器可用来把反应生成的热传给需预热的炉气。 逆流换热 在热交换器中，冷气体（SO2和O2等）在管道外流动，热气体（SO3等）在管道内流动，两种气体流向是逆向的，这样有利于热交换充分。 1．SO3的吸收 　　吸收过程是在吸收塔里进行的。从接触室出来的气体，主要是SO3、N2以及未起反应的O2和SO2。SO3与H2O化合生成H2SO4。H2SO4虽然由SO3跟H2O化合制得的，但工业上并不直接用H2O或稀H2SO4来吸收SO3。 　由于反应SO3+H2O= H2SO4是一个放热反应，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出的热量会使溶液形成大量的酸雾，不利于SO3的吸收，所以工业上用98.3%的浓酸吸收SO3，然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸，制得各种浓度的硫酸产品。 　吸收塔里装填了大量瓷环，目的是增大接触面积，吸收操作采取逆流形式也是为了让SO3气体和98.3%浓硫酸充分接触，有利于吸收充分。 ②二氧化硫氧化成三氧化硫 生产设备：接触室 得到的气体：三氧化硫、氮气、 未反应的氧气 和二氧化硫 发生的反应：2SO2＋O2 2SO3 V2O5 98.3%H2SO4 吸收塔 尾气 发烟 H2SO4 SO3 O2、