工业化学复习题2概要.doc

硫酸工业 1. 阐述硫铁矿为原料制取硫酸的主要工序及焙烧原理，并写出主要化学反应式。（10分） 接触法硫酸生产过程 ⑴选矿：原料破碎、筛分、配料或干燥硫铁矿焙烧炉气净化SO2催化化吸收尾气回收SO2和污水处理=2FeS＋S2 第二步是分解出的单体硫与空气燃烧，生成SO2 S2＋2O2=2SO2 硫铁矿在释出硫磺后，剩下的硫化铁在氧分压为3.04 kPa以上时，生成红棕色的Fe2O3 FeS＋7O2=2Fe2O3＋4SO2 当氧含量在1％左右时，则生成棕黑色的Fe3O4 3FeS＋5O2=Fe3O4＋3SO2 主要反应 总反应方程式： 4FeS2＋11O2=8SO2＋2Fe2O3 3FeS2＋8O2=6SO2＋Fe3O4 副反应FeS2＋7O2=Fe2(SO4)3＋SO2 硫铁矿中所含、、、、等的硫化物，氧化物SO2转化反应温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变化二、SO2原始浓度根据硫酸生产总费用最原则，进入SO2转化器最佳浓度7％～7.5 三、压力 加压可提高SO2的平衡转化率，加压对设备要求提高 四、最终转化率 提高转化率减尾气SO2含量对大气污染催化剂用量增加，设备尺寸增大SO2+1/2 O2→ SO3+Q 反应特点：体积缩小 , Q0 可逆放热反应 SO2转化反应是一个可逆反应，在SO2转化反应中，同时进行着SO2的氧化和SO3的分解反应，当两个反应的速率相等时，反应达到化学平衡状态。 SO2转化反应是一个放热反应，降低反应温度会使平衡转化率提高。 反应速率随温度的升高而迅速增大；但催化剂有起燃温度，为了保证催化剂的正常使用，应该选择合适的温度； 在选择温度指标时，不但要考虑有较高的转化率，还要考虑有较高的反应速率。在工业生产中，可通过分段转化，控制不同的转化温度来实现较高的转化率和较快的反应速率。反应初期宜使气体在较高的温度下转化；反应的后期，宜使气体在较低的温度下转化。 在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成的原因，以及酸雾怎样清除之。（15分） 酸雾的形成 在炉气湿法净化过程中，由于炉气被洗涤冷却，大量的水蒸气进入气相，于是炉气中的SO3(g)在气相中发生反应，生成了硫酸蒸气 SO3(g)＋H2O(g)=H2SO4(g) 当气相中硫酸蒸气压大于洗涤液液面上的饱和蒸气压时，硫酸蒸气就会冷凝。硫酸蒸气在气相中快速冷凝时就会形成酸雾。炉气在洗涤时，冷却速度是很快的，因而必然会生成酸雾液滴。如果存在凝结中心(如杂质微粒)，则生成酸雾粒子就大。所以，伴随着炉气的洗涤、降温过程，矿尘、砷、硒和氟等杂质不断地从气相中被除去，同时产生了酸雾。气相中残余的细小尘粒和砷、硒氧化物悬浮微粒亦成为酸雾的冷凝中心。初形成酸雾雾粒较大，由于气体中悬浮有各种气溶胶粒子，硫酸蒸汽就在它们表面发生冷凝形成直径较大雾粒。 用特殊方法清除 从分离的角度看，雾不能用普通方法除掉，这是因为⑴细小的微粒(滴)倾向于跟随流体的流线运动难以通过撞击方式捕捉使之与气体分离雾粒直径比分子直径大得多故不能通过扩散的方式使之进入液相即不能被体吸收在湿法净化中当炉气温度快速降至100 ℃以下时炉气中的硫酸蒸气几乎全部变成酸雾较大的粒子电除雾器、文氏管等装置粒2 μm的雾粒，提出了对炉气增湿，使炉气中较小的酸雾液滴长大后再清除增大雾粒直径，再用相应的设备除。N2、O2、SO2、As2O3、SeO2、HF、SO3、H2O及矿尘。其中：As2O3、SeO2、HF、SO3、H2O、矿尘必须除去。 目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒 炉气的净化原则 炉气的杂质主要以气态、液态、固态三种形态同时存在,颗粒大小,密度轻重不同（1~1000μm）。 a悬浮微粒，分布很大，大小相差很大，应先大后小，先易后难进行分级处理 b悬浮颗粒气固液三态共存，质量相差很大。先重后轻即先固、液，后气(汽)体 c不同大小的粒子，选择配套有效的分离设备。 6. 硫铁矿焙烧炉中的“沸腾”指的是什么反应状态？对固体颗粒有什么要求？为什么？ 流态化焙烧。入炉矿粒较细，比表面积大，能与空气充分接触，有利于氧的扩散，反应速度快；硫的烧出率高，矿渣残硫量低；燃烧速度快，过量空气少，炉气中SO2 浓度较高。 7. 炉气净化流程的“文-泡-电”和“文-泡-文”水洗净化流程？评价其优缺点。 1）旋风除尘器 ?“文氏管?泡沫洗涤塔?电除雾器” ?浓硫酸干燥塔； 净化程度高，电除雾器投资较大 2）旋风除尘器?“第一文氏管?泡沫洗涤塔?第二文氏管” ?旋风除沫器?浓硫酸干燥塔 净化程度稍低，但投资较少。 8. 指出下表的变化规律并根据SO2氧化反应热化学方程式解释之。 温度，℃ 各