高三化学硫酸的工业制法--总结

一 、 接 触 法 制 造 硫 酸 的 反 应 原 理 H2SO4SO3SO2S硫化物如 FeS2 SO3 + H2O=H2SO4S+O2=SO2点燃2SO2+O2=2SO3催化剂4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2高温 二 、 接 触 法 制 造 硫 酸 的 生 产 过 程SO3 H2SO4SO2S硫化物如 FeS2 1 二氧化硫的制取和净化 2 二氧化硫转化成三氧化硫 3 三氧化硫的吸收和硫酸 的生成 沸腾炉炉气1. 二 氧 化 硫 的 制 取 和 净 化 (造 气 ）SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。原料粉碎氧气4FeS2(固)+11O2(气)=2Fe2O3(固)+8SO2(气)高温除尘 洗涤 干燥 2. 二 氧 化 硫 氧 化 成 三 氧 化 硫2SO2+O2=2SO3V2O54500C沸腾炉接触室沸腾炉60 0C 5000C4500C8500C 5000C热 交 换 器催 化 剂下 一 步思 考 请同学们阅读教材P66-68页有关内容，讨论SO2接触氧化的最有利条件 因为SO2接触氧化是一个放热反应，根据化学平衡理论判断，此反应在温度较低的条件下进行有利。但是，温度较低时反应速率低，从综合经济考虑对生产不利。在实际生产中，选定4000C5000C作为操作温度。 SO2的接触氧化也是一个气体总体积缩小的反应，表5-2的数据说明，增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压对设备的要求高，增大投资和能量消耗；而且，常压下4000C5000C时， SO2的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作，并不加压。 返回 返 回 3.三 氧 化 硫 的 吸 收 和 硫 酸 的 生 成接触室沸腾炉吸收塔热交换 500 0C 1500C98.3%H 2SO4 SO3 + H2O=H2SO41450C尾气 生产流程动态演示 补 充 材 料 ： 硫 酸 的 其 它 生 产 办 法1. 2(FeSO47H 2O)=Fe2O3+SO2+SO3+14H 2O2. SO2+NO2+H 2O=H 2SO4+NO2NO+ O2=2NO2 三 、 环 境 保 护环 境 污 染 ： 大 气 污 染 、 水 污 染 、 土 壤 污 染 、 食 品 污 染 、 固 体 废 弃 物 、 放 射 性 污 染 、 噪 声 污 染 等 。工 业 上 的 三 废 ： 废 水 、 废 渣 、 废 气 1.尾 气 处 理尾 气 的 组 成 ： SO2,O2,N2(1)碱 法 ： Na2CO3 Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2(2)氨 酸 法 ： NH3H2O 2NH3H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O 3尾气的吸收:通常工业上是用氨水来吸收SO2，其反应式为：SO2+2NH3H2O=(NH4)2SO3+H2O,(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后，再跟浓硫酸反应，放出二氧化硫气体，同时得到硫酸铵溶液。反应式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2+2H2O+(NH4)2SO4，(NH4)2SO3+H2SO4=SO2+H2O+(NH4)2SO4放出SO 2可用于制液体二氧化硫作为化工原料，硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。尾 气 的 组 成 ： SO2,O2,N2 生产过程中的污水，含有硫酸等杂质。 Ca(OH) 2 H2SO4 = CaSO4 2H2O2、污水处理3、废渣的利用 总 结三阶段造气接触氧化SO3的吸收三反应4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2=2SO3 SO3 + H2O=H2SO4三净化除尘洗涤干燥三原理热交换循环利用逆流吸收三设备沸腾炉接触室吸收塔工业三废废渣废气废水 硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产沸 腾 炉 接 触 室 吸 收 塔净化冷 却 沸腾炉 接触室接 触 室 低 温SO2 O2 高 温SO2 O2SO 3 SO2 O2 吸收塔 吸 收 塔 总 结三原料黄铁矿(或硫磺)空气98.3%的硫酸三选择压强:常压温度:400500催化剂三杂质矿尘砷,硒化合物水蒸气三危害影响生产催化剂中毒腐蚀设备 六、掌握多步计算的技能-（相当关系式计算） （原子守恒）4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高 温2SO2 + O2 2SO3催化剂加 热SO3 + H 2O H 2SO4FeS2 2SO2 2SO3 2H 2SO4 多步计算 例：含FeS2 72%的黄铁矿石在煅烧的时候，有2%的硫受到损失而混入炉渣，在SO2的氧化、吸收过程中，产率为98%，则由这种黄铁矿石10t可以制得98%的硫酸多少吨？解析：该题的解题关键是：转化成硫酸的硫来自硫铁矿。抓住了这一点就可以找出FeS 2和H2SO4之间的关系式，即：FeS2 2S 2H2SO4 有2%S损失即FeS2利用率为98%。在多步计算中重点掌握元素守恒。在反应过程中，可以把中间步骤的损失归结为原料或目标产物的损失。 FeS2 2H2SO4 120 196 10t72%98%98% x98% X=11.5t 答：（略）解：设可制得98%的硫酸质量为x练习：KKP102(7) 再 见 ！ 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。 二氧化硫的制取和净化发生的反应生产设备 沸腾炉 2、硫酸生产过程简介4FeS211O2 = 2Fe2O38SO2 高温 沸腾炉炉气原料粉碎空气除尘 洗涤 干燥 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？ 为什么要从炉底通入强大空气流？讨论 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； 炉气的净化炉气的成分：净化的目的：方法：除尘（除矿尘） 洗涤（除去砷、硒等化合物） 干燥（除水蒸气）二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气、矿尘、砷硒化合物等防止催化剂中毒和设备腐蚀 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： 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：2SO2O2 2SO3V2O5 2SO2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400500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。 1SO3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。 98.3%H2SO4吸收塔尾气 发烟H2SO4SO3 O2、SO2、N2 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。 不用水或稀硫酸吸收! 三氧化硫跟水化合生成硫酸 发生的反应：SO3H2O = H2SO4 用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫生产设备：吸收塔 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。 2NH3 + H2O + SO2 = (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 +H2O + SO2 3、回收、净化处理尾气，保护环境。 用氨吸收法回收二氧化硫(氨酸法)从吸收塔上部导出的是N2、没有起反应的O2和少量SO2，若直接排放，即浪费又污染环境，需进行尾气处理。尾气处理要经过两个过程：一是进行第二次氧化，即直接将尾气再次通入接触室让其反应；二是两次氧化后的气体加以净化回收处理。(可以用氨或纯碱吸收尾气中的二氧化硫)