硫酸与硫酸生产基本原理

硫酸与硫酸生产基本原理硫酸生产工艺硫酸与硫酸生产基本原理第一章

概述·

第一节硫酸的性质硫酸是指三氧化硫

(SO₃)

和水(H₂O)

以任何比例化合的物质。纯硫酸

(H₂SO₄)

是一种无色透明的油状液

体，相对密度为，分子量为。工业生

产的硫酸系指SO₃和H₂O以一定比例化

合的溶液，而发烟硫酸是其中SO₃和H₂O

摩尔比大于1的溶液。硫酸与硫酸生产基本原理·

相对密度是指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比。

一般参考物质

为空气或水。·

当以水作为参考密度时，即1g/cm3

作为参

考密度(水4℃时的密度)时，过去称为比重(specific

gravity)。

相对密度一般是把水在4℃

的时候的密度当作1来使用，另一种物质的密

度跟它相除得到的。·

相对密度只是没有单位而已，数值上与实

际密度是相同的。·根据某些物质的相对密度，可推测其某种

消防特性，采取相应消防措施。如相对密度

<1的易燃和可燃液体发生火灾不应用水扑救，

因为它会浮在水面生，非但救不灭，反而随硫酸浓度是以所含H₂SO₄重量的百分数

表示。如98%硫酸，就是指其中含有98

%的硫酸和2%重量的水。习惯上把浓度≥75%的硫酸叫浓硫酸，而把75%以下的硫酸叫

稀硫酸。硫酸的结晶温度特性：硫酸从液体转变为固体时的温度称为结晶温度，它随浓

度不同而变化，其变化过程是不规则的，但是，知道几种常见的结晶温度，对搞好硫酸生产、储存、运输等是很有帮助的：硫酸与硫酸生产基本原理·

水的反常膨胀现象·

一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷

缩。但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、

铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情

况相反。实验证明，对0℃的水加热到4℃时，

其体积不但不增大，反而缩小。当水的温度高

于4℃时，它的体积才会随着温度的升高而膨

胀。因此，水在4℃时的体积最小，密度最大。

湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温

在4℃以上时，上层的水

体积缩小，密

度变大

，于是下沉到底部，

而下层的暖水就升

到上层来。

这样，上层的冷水跟下层的暖水不

断地交换位置，整个的水温逐渐降低。这种热

的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。当水温降到4℃以下时，上层的水

反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继

续

冷

却93%:-27℃

98.5%:

1.8℃100%:10.371℃硫酸是强酸之一，不仅具有强酸的通性，而且还有它的特性，例如98

%H₂SO₄

具有脱水、氧化、吸水等性能。硫酸与硫酸生产基本原理浓

度%结品温度℃固

相浓

度%结晶温度℃圆

相7576777879808182838484.5858687-41.0-28.1-19.4-13.6-8.2-3.9+1.5+4.8+7.0+8.0+8.3+7.9+6.6+4.1H共

熔₂SO₄

·2H₂O+H₂SO₄

·H₂OH₂SO₄

·H₂O88899091929393.3949596979899100+0.5-4.3-10.2-17.3-25.6—35.05-37.85—30.8-21.8-13.6-6.3+0.1+5.7+10.45H₂SO

·B,D共

熔H,SO,H₂O+HSO。H₂SO₄硫酸与硫酸生产基本原理表5-2-275～100%浓度的硫酸结晶温度(2)可以任何比例溶解于水，伴随大量的热产生。纯净的硫酸是清澈、无色透明的

油状液体，但不纯时为棕色或灰白色液体，

无气味但有明显的酸味。(1)硫酸的密度随着浓度和温度的变

化而不同。当酸浓小于98.3%时硫酸的水溶

液的密度随着硫酸浓度的增加而增大，于

98.3%时达到最大值，当酸浓在98.3%至100%

时随着酸浓增大而下降。发烟硫酸随

着其中游离的SO₃含量增加而增大，游离

SO₃

62%时为最大值，

过后则逐渐减小。硫酸与硫酸生产基本原理硫酸导所酸生产基本原理硫酸是最重要的无机强酸之一，浓硫酸具有强

酸性、强氧化性、强的吸水性等。当加热到30℃

以

上放出蒸气，加热到200℃以上，散发出三氧化硫。1.硫酸是一种强酸，具有酸的特性，它的化学性质非常活泼，根据硫酸的浓度和温度及金属的

种类不同，而生成H₂、H₂

S、SO₂

、s

及金属的硫化物

和硫酸盐。a

稀硫酸能与金属直接反应，放出氢气，所以它对金属具有强烈的腐蚀性。硫酸与硫酸生产基本原理Fe+H₂SO₄=FeSO₄+3H₂

个·

b、

与金属氧化物作用，生成硫酸盐。●

Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂

(SO₄)₃+3H₂O·

2.浓硫酸具有强的氧化性。CH+2H₂SO₄

(浓)=CuSO₄

+SO₂个+2H₂O硫酸与硫酸生产基本原理·3.浓硫酸具有强的吸水性。浓硫酸对水有大的亲和力，吸收大气水分，从有机物中提取水份导致碳化。

利

用其这一性质可用来作干燥剂，如硫酸生

产中用其干燥湿的SO₂

炉气。浓硫酸不仅能够吸收游离水份，而且可以把碳水化合物

中的氢和氧按2:1的比例以水的形式脱下，这是硫酸伤人的主要途径。硫酸与硫酸生产基本原理·

通常指其水溶液具有酸味，使紫色石蕊变红，能与碱作用生成

盐，能溶解许多金属的物质。分类和命名根据酸在水溶液中电离度的大小，分为强酸和弱酸；

根据酸中可电离氢离子的数目，分为一元酸(如HCl、CHCOOH)、二

元酸(如HCO、HSO)和三元酸(如HPO)等；根据酸中含氧与否，分为

含氧酸和无氧酸。无氧酸称氢某酸，其中除氢氯酸HCl(盐酸)、

氢溴酸HBr和氢碘

酸HI

外都是弱酸，如氢氟酸HF和氢硫酸H2S等。含氧酸的命名：对於分子中只含一个成酸元素的简单含氧酸，将

其较为常见的一种称某酸，其他含氧酸按成酸元素的氧化数较某

酸高、低或有无过氧—O—O—结构而命名。例如氯酸HClO(氯的氧

化数为+5)、

高氯酸HClO(氧化数+7)、

亚氯酸HClO(氧化数为+3)、

次氯酸HCIO(氧化数+1);又如HSO、HSO8中含有—O—O—

键，称

过氧一硫酸、过氧二硫酸。两个简单含氧酸缩去一分子水后生成

的酸称焦酸(或称一缩某酸),例如：

硫酸与硫酸生产基本原理硫酸与硫酸生产基本原理第二节硫酸的用途·

硫酸用量最大的是生产化学肥料，主要是用于生产磷铵、重过磷酸钙、硫

铵等。·

在化学工业中，硫酸的三大特性：吸水性、脱水性、氧化性得到充分的利用为了明显颜色差异化，我们特意在暗光环境下拍摄，效果很明显，左创天然宁夏构机红中发紫，右侧则鲜红靓丽，为硫磺意制枸杞，购买时要千万小心呦!与硫酸生产基本原理天然优质枸杞硫磺熏制椅杞VS·

浓硫酸的性质(三大特性)a、吸水性浓H₂SO4

吸收水形成水合硫

酸分子(H₂SO₄

nH₂O),

并放出大量热，所以浓

硫酸通常用作干燥剂.b

、脱水性

浓硫酸可将有机化合物中的氢原子和氧原子按水分子的构成(H:O=2:1)夺取而使有机物脱水碳化.纸，木柴，衣服等遇浓硫酸变黑，这就是因为浓硫酸的

脱水性使其碳化的缘故硫酸与硫酸生产基本原理思考：如果不慎在皮肤上沾上了浓硫酸，应该怎么办?C、

强氧化性在浓硫酸溶液中大量存在的是H₂SO₄

分子而不是H+,H₂SO₄分子具强氧

化性.浓硫酸可使金属活动性顺序表氢后面的一些金属溶解，可将C,S等非金属单质氧化，

而浓硫酸本身还原成SO₂硫酸与硫酸生产基本原理钝化：常温下，浓硫酸能使某些金属(如铁、铝等)表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而阻止内部的金属继续跟硫酸起反应，此现象称为

“钝化”。

所以可以用铁制的或是铝

制的容器来盛装浓硫酸第三节生产硫酸用的原料制酸原料，是指能够产生二氧化硫的含硫物质。如硫化物矿、硫磺、硫酸盐、含硫化氢的工业废气，以及冶炼烟气等。·一、硫铁矿·

主要成分为FeS₂·二、硫磺·

硫磺是制造硫酸使用最早且又最好的原料，硫在通常情况下为固体。·

硫是活泼的化学元素之一，除了铂、金和惰性

气体外，硫几乎与其他的化学元素化合组成化合物。硫酸与硫酸生产基本原理·

(一)硫磺的物化特性硫磺在通常情况下为固体。硫几乎不溶于水，但少量的溶于汽油、甲苯、丙酮等有机溶剂及

二氧化碳。为淡黄色晶体。化学性质比较活泼，能与氧、金属、氢气、卤素(除碘外)及已知的大多数元素化合。它存在

正氧化态，也存在负氧化态，可形成离子化合物、

共价化合成物和配位共价化合物。硫的燃点：

244266℃。硫酸与硫酸生产基本原理·

中国的湖南石门，世界最大的雄黄矿。美 国的内华达州红德堡区、犹它州图尔区、加

利福尼亚州克恩区、华盛顿；瑞士的比内索；

罗马尼亚·

药用价值编辑·

[药物

为矿物雄黄的矿石。产于甘肃、陕西、

湖南、贵州、云南、四川等地。·

全年可采，雄黄在矿中质软如泥，见空气

即变坚硬，可用竹刀取其熟透部分，除去杂

质泥土，精选后碾细，尘用。雄磺·

化

学

成

分

：As

70.1%,S

29.9%当硫磺粉尘在空气中的含量≥35g/m3

时，接触到火源能引起爆炸。最小引燃能量为15mJ,

最大爆炸压力为27.36×104

Pa。长期在硫粉尘环境中工作的人员，必须穿戴好防护用品，否则将引起呼吸系统疾病，

经常接触硫的人，也会引起皮炎等症。硫酸与硫酸生产基本原理·

粉尘是指分散的固体物质。粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电

火花等火源时发生的爆炸现象。·

条件：

可燃粉尘爆炸应具备三个条件，即粉尘本身具有爆炸性，粉尘必须悬浮在空气

中并与空气混合到爆炸浓度，有足以引起粉

尘爆炸的火源。硫酸与硫酸生产基本原理·

什么样的粉尘有可能发生爆炸?最常见的粉尘爆炸有煤粉、淀粉、面粉、茶叶、木

粉、糖粉、可可粉尘，玉米粉、土豆粉、干

奶粉、铝粉、锌粉、镁粉、硫磺粉、硬橡胶

粉、中药材加工厂的锯屑、药材粉尘，谷物

加工厂和粮食仓库的粮食粉尘等。这粉尘必

须呈悬浮状态。这些粉尘与空气混合后，就

如同可燃气体或易燃液体的蒸气与空气混合

一样，达

到一定的浓度遇火源才会发生爆炸。硫酸与硫酸生产基本原理粉望爆炸硫酸与硫酸生基本原理火山口的硫磺硫酸与硫酸生产塞本原理硫酸与硫酸生产基本原理硫酸与硫酸生产基本原理二、

硫的熔点·

硫的温度达到熔点时，硫将熔融成具有流动性质的液体硫。硫的熔点：

110

120℃。·

正交晶系硫在98.35℃以下稳定，98.4℃转变为单斜晶系硫，转变热为，堆积密度。单

斜硫在二115.207℃间稳定，115.207℃以上则

变为液体，熔化热为，堆积密度。硫酸与硫酸生产基本原理(三)硫的粘度·

熔融硫的粘度随温度而变化，

一般是初熔时的粘度随温度升高而下降，当

温度超过159℃

后，粘度随温度升高而急

剧增大。当继续提高温度达190℃

时，硫

的粘度达到极大值，当温度超过190℃

后，

粘度灵

恢复到初熔时的特性。当温度升

高到250℃

以后；又引起硫的粘度急剧下

降。硫酸与硫酸生产基本原理(四)硫磺的组成及常见的杂质·1.可熔性的杂质：有机烃类物质、砷、

硒、碲等。·2.不可熔性的杂质：泥土、灰渣、硫铁

矿、磷矿等。·

3.液体硫磺中的水份(≤0.1%)、酸度(≤0.005%)。·

4.硫磺的纯度：99.5%。硫酸与硫酸生产基本原理四、

硫酸的生产方法·按二氧化硫的氧化方法不同，可把硫酸生产分成两

类。·一类是接触法。·

10.5%左右的二氧化硫

(SO₂)

进入转化器，在钒触媒

(V₂O₅)

的催化氧化作用下与氧气在一定温度

下反应生成三氧化硫

(SO₃),

其反应方程式为：·2SO₂(g)+O₂(g)

2SO₃(g)+Q·此反应有三个特点：放热反应、可逆反应、体积缩

小的反应硫酸与硫酸生产基本原理另一类是亚硝基法(又称硝化法)·硝化法：

SO₂+N₂O₃+H₂O=H₂SO₄+2NO●

2NO+1/2O₂=N₂O₃·

我国目前接触法制酸，主要有硫铁矿制酸、硫磺制酸、冶炼烟气制酸、硫化氢制酸。·

开磷合资及矿肥公司现都是采用硫磺生产

硫酸。

硫酸与硫酸生产基本原理作业：·

1、硫酸有哪三大特性?·2、掌握硫酸的结晶温度对硫酸的生产有什么作用?·3

、如果不慎在皮肤上沾上了浓硫酸，应该怎样做?·4、

为了便于液体硫磺的输送，温度为什么控制

在135℃到145℃之间?硫酸与硫酸生产基本原理·

如果你只被滴了一滴或少量硫酸在手上，灼烧面积不会太大，迅速用大量的水冲洗，可减少硫酸灼烧的时间，能有效地去除浓硫

酸，且浓硫酸稀释放出的热量会很快被水带

走，不会造成更严重的灼烧。但是如果是大

面积灼烧，不能立即用水冲洗。应用干布擦

拭再用大量水冲，再涂少量碳酸氢钠。这取

决于浓硫酸稀释过程中放出的热量的散去程

度。硫酸与硫酸生产基本原理第二章硫酸生产的基本原理·第一节硫的燃烧·

硫磺在空气中燃烧，产生有刺激性气味气体，放出热量，发出明亮的蓝紫

色火焰，生成二氧化硫物质，硫磺的燃烧反应通常可以用下式表示：S+O₂=SO₂。硫磺燃烧气体中还有SO₃,

其量约相当

SO₂的1-5%硫酸与硫酸生产基本原理·

发生燃烧必须具备三个基本条

件：一是要有可燃物，二是要有

助燃物质；三是要有一定温度，称为燃烧三要素，当这三个要素同时具备并相互作用时就会产生

燃烧。硫酸与硫酸生产基本原理第二节转化工艺操作条件·

转化工艺操作条件主要有：转化反应的操作温度、转化反应的进气浓度及转化器的通

气量·

一、转化反应的操作温度·

二氧化硫气体在触媒里反应放出的热量，既没有移走，也没有损失，全部用于加热触媒和

反应气体本身，这个过程一般称为绝热反应过

程硫酸与硫酸生产基本原理例：第一段触媒层，进气二氧化硫浓度为%,

进口温度为430℃,

出口温度为580℃,

求该段转化率是多少?SO₂浓度/%4.05.06.07.08.09.010.0转化率变化1%的温升值/℃1.171.451.732.002.262.522.78某

段

转

出口温度进口温

升

值硫酸与硫酸生产基本原理上面介绍了知道温差如何求转化率的方法。反过来，如果知道转化率就可求出温差数。知道了温差数，再给出一段出口温度(不得超过

600℃的界限),就可算出一段进口的最高允许

温度，这对生产控制来说是很有实用价值的。解：查表得温升值为：580-430则转化率×1

%

=

66.4%硫酸与硫酸生产基本原理·在使用温度(400~600℃)下，载体表面上的V205—K2SO4

组分处于熔融状态，催化反应实际上是在熔融液层中进行·

触媒的失活及再生·

1、失活的原因·

(1)、水酸雾和矿尘的影响单纯的水蒸汽对

催化剂影响不大，但若与SO3。

结合，生成酸雾，再

与矿尘作用，会生成硫酸铁而结皮，增加通气阻力。水和酸雾还可能使催化剂组分中碱金属钾盐作

用析出，生成一种低熔点混合物，也会出现结块现

象，导致系统阻力增加，影响转化效率。水份、酸雾净化指标应按原化工部的规定，即进转化：水

份克/m3;

酸雾克/m3(一级电雾流程)或0.03

克·

(2)、砷、氟的影响炉气中砷含量高，可使

催化剂中毒，活性下降。炉气中氟含量高，会使

催化剂粉化，破坏机械强度，同时氟会腐蚀设备，

降低设备使用寿命。砷净化指标，建议控制在1

毫克/

m3

以下；氟净化指标，建议控制在不超过5毫克/m3·

2

、催化剂再生硫酸工业生产中所用的钒催化剂在转化器中，经过一定时间的运行，饱受水份及S02

气体的冲击，其强度逐渐降低，以至碎裂，导致床层阻力逐渐加大，转化率下降，终于难以维持生产，

必须更换新催化

剂。而弃掉的催化剂中据化学分析，除了活

性组分V205;

含量减少外(仍含V205,35%),其它重要成分K2SQ4

和SiO2含量基本符5A