硫酸的工业制法

硫酸的工业制法 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 思考 怎样制取硫酸 H2SO4 SO3 SO2 S FeS2 H2O O2 O2 O2 二氧化硫气体的制备 二氧化硫的催化氧化 催化剂 三氧化硫的吸收 SO3 H2O H2SO4 一 硫酸的工业制法 接触法 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 沸腾炉 照片 接触室 接触室 照片 吸收塔 吸收塔 沸腾炉照片 沸腾炉 接触室照片 接触室 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 黄铁矿 空气 矿渣 SO2 O2 N2 沸腾炉 炉气 原料 粉碎 空气 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 经净化的SO2 O2 SO2 O2 SO3 接触室 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 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 98 3 H2SO4 吸收塔 尾气 发烟H2SO4 SO3 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 SO3 H2O 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SO