硫酸的工业制法

关于硫酸的工业制法第1页，课件共45页，创作于2023年2月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。

第2页，课件共45页，创作于2023年2月思考：怎样制取硫酸？H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2①二氧化硫气体的制备S＋O2SO2

点燃4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2

高温②二氧化硫的催化氧化催化剂③三氧化硫的吸收

SO3＋H2O→H2SO41、接触法制硫酸的主要反应过程一、硫酸的工业制法-----接触法2SO2＋O22SO3第3页，课件共45页，创作于2023年2月第4页，课件共45页，创作于2023年2月第5页，课件共45页，创作于2023年2月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第6页，课件共45页，创作于2023年2月第7页，课件共45页，创作于2023年2月沸腾炉沸腾炉照片第8页，课件共45页，创作于2023年2月接触室接触室照片第9页，课件共45页，创作于2023年2月吸收塔吸收塔第10页，课件共45页，创作于2023年2月沸腾炉照片沸腾炉第11页，课件共45页，创作于2023年2月接触室照片接触室第12页，课件共45页，创作于2023年2月一、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%

第13页，课件共45页，创作于2023年2月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

第14页，课件共45页，创作于2023年2月黄铁矿粉碎的目的：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。

第15页，课件共45页，创作于2023年2月①二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4FeS2＋11O2==2Fe2O3＋8SO2

高温第16页，课件共45页，创作于2023年2月黄铁矿空气矿渣SO2、O2、N2第17页，课件共45页，创作于2023年2月第18页，课件共45页，创作于2023年2月沸腾炉炉气原料粉碎空气除尘洗涤干燥第19页，课件共45页，创作于2023年2月第20页，课件共45页，创作于2023年2月第21页，课件共45页，创作于2023年2月第22页，课件共45页，创作于2023年2月

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？讨论第23页，课件共45页，创作于2023年2月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；第24页，课件共45页，创作于2023年2月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第25页，课件共45页，创作于2023年2月净化设备：1、旋风分离器2、文丘里除尘3、水洗塔第26页，课件共45页，创作于2023年2月第27页，课件共45页，创作于2023年2月第28页，课件共45页，创作于2023年2月第29页，课件共45页，创作于2023年2月二、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：第30页，课件共45页，创作于2023年2月经净化的SO2、O2SO2、O2

SO3冷气体热气体温度较低的气体温度较高的气体接触室第31页，课件共45页，创作于2023年2月

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＋O22SO3V2O5第32页，课件共45页，创作于2023年2月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。

第33页，课件共45页，创作于2023年2月（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。

第34页，课件共45页，创作于2023年2月第35页，课件共45页，创作于2023年2月进入接触室的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。第36页，课件共45页，创作于2023年2月为什么要换热?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。第37页，课件共45页，创作于2023年2月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。第38页，课件共45页，创作于2023年2月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。

第39页，课件共45页，创作于2023年2月98.3%H2SO4吸收塔尾气发烟H2SO4SO3O2、SO2、N2第40页，课件共45页，创作于2023年2月由于反应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!第41页，课件共45页，创作于2023年2月③三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：吸收塔第42页，课件共45页，创作于2023年2月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。

第43页，课件共45页，创作于2023年2月2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+H2O+SO2↑3、回收、净化处理