接触法制硫酸的九个“三”(幻灯片)

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1、硫酸的硫酸的工业制法工业制法硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志思考：1、工业上接触法制硫酸的原料有哪些？2、工业制硫酸分几个阶段？ 每个阶段的化学反应原理是什么？3、每个阶段用到的典型设备是什么？涉及的物理学原理有哪些？ 4、工业制硫酸的生产流程是什么？5、每个阶段产生的气体成分？在第一阶段出来的气体的净化措施？6、每个阶段分别产生了哪些工业废物？接触法制硫酸的九个接触法制硫酸的九个“三三”三原料、三原料、三反应、三反应、三条件、三条件、三阶段、三阶段、三设备、三设备、三气、三气、三净化三净化、三原理、三原理、工业三废。工业三废。三三原原料

2、料黄铁矿、黄铁矿、热空气、热空气、98.3%的浓硫酸的浓硫酸三三反反应应4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 点燃2SO2 + O2 催化剂 2SO3 SO2+H2O H2SO4 一、接触法制造硫酸的反应原理一、接触法制造硫酸的反应原理一、接触法制造硫酸的反应原理H2SO4SO3SO2S硫化物如 FeS2SO3 + H2O H2SO4S+O2 SO2点燃2SO2+O2=2SO3催化剂总方程式4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2高温三三条条件件在第二步在第二步二氧化硫氧化生成三氧化硫的二氧化硫氧化生成三氧化硫的反应中，所反应中，所选择的条件是选择的条件是：常压常压而非高压而非高压为

3、什么？为什么？压强温度温度0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4不同温度压强下不同温度压强下SO2氧化制取氧化制取SO3的转化率的转化率压强温度温度0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4不同温度压强下不同温度压强下SO2氧化制取氧化制取SO3的转化率的转化率 从上表中可以看到，选择一定温度，常压下从上表中可以看到，选择一定温度，常压下SO2的的转化率已经比较高，而增大压强时，转化率已经比较高，而增大压强时，S

4、O2的转化率增量有限，的转化率增量有限，但增大压强时却会使生产成本提高，所以，从经济效益的观但增大压强时却会使生产成本提高，所以，从经济效益的观点出发，实际生产中采用常压为生产条件。点出发，实际生产中采用常压为生产条件。三三条条件件在第二步在第二步二氧化硫氧化生成三氧化硫的二氧化硫氧化生成三氧化硫的反应中，所反应中，所选择的条件是选择的条件是：常压常压而非高压，因为而非高压，因为制造高压设备制造高压设备会降低生产效益会降低生产效益高温高温400-500，生产效率最高生产效率最高三三条条件件在第二步反应中，所选择的条件是在第二步反应中，所选择的条件是：常压常压而非高压，因为而非高压，因为制造高压

5、设备制造高压设备会降低生产效益会降低生产效益高温高温，生产效率最高生产效率最高催化剂催化剂作催化剂作催化剂400-500三三条条件件在第二步反应中，所选择的条件是在第二步反应中，所选择的条件是：常压常压而非高压，因为而非高压，因为制造高压设备制造高压设备会降低生产效益会降低生产效益高温高温，生产效率最高生产效率最高催化剂催化剂作催化剂。作催化剂。400-500V2O5（五氧化二矾）（五氧化二矾）4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温硫酸工业生产的主要阶段硫酸工业生产的主要阶段SO3 + H2O H2SO4一一：SO2的制取与净化的制取与净化二二：SO2氧化成氧化成SO

6、3三三：SO3的的吸收吸收和和H2SO4的的生成生成沸腾炉接触室吸收塔2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热S + O2 SO2 点燃点燃二、接触法制造硫酸的生产过程SO3H2SO4SO2S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硫酸工业生产的流程硫酸工业生产的流程沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却尾尾气气 空气空气空气空气 炉气炉气思考：思考：从沸腾炉出来从沸腾炉出来的气体的气体 SO2是是否纯净？如果否纯净？如果不纯净，如何不纯净，如何除杂和净化？除杂和净化？矿渣思考：思考：焙烧焙烧

7、黄铁矿的炉黄铁矿的炉子为什么叫子为什么叫沸腾炉？黄沸腾炉？黄铁矿为什么铁矿为什么要粉碎？为要粉碎？为什么通入强什么通入强大的空气流大的空气流？燃烧黄铁？燃烧黄铁矿为什么不矿为什么不要多加燃料要多加燃料？接触室接触室思考：思考：适宜条件的选择N2接接 触触 室室思考：思考：接触室中热交接触室中热交换器的作用换器的作用?从接触从接触室出来的气体成分是室出来的气体成分是什么？什么？ 催化剂： 五氧化二矾（V2O5）温度：400至500 压强：常压吸吸 收收 塔塔思考：思考：吸收三吸收三氧化硫为什么不氧化硫为什么不用水和稀硫酸，用水和稀硫酸，而用而用98.3%的浓的浓硫酸？浓硫酸为硫酸？浓硫酸为什么必

8、须从塔顶什么必须从塔顶喷下？喷下？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)高温除除尘尘洗洗涤涤干干燥燥2. 二氧化硫氧化成三氧化硫2SO2+O2 = 2SO3V2O54500C沸腾炉接触室600C5000C4500C8500C5000C热交换器热交换器催化剂催化剂下一步下一步思考思考请同学请同学们根据化学方程式及所学过的知识们根据化学方程式及所学过的知识讨论讨论SO2接触氧化的最有利条件接触氧化的最有利条件因为因为SO2接触氧化是一个放热

9、反应，根据化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，选定经济考虑对生产不利。在实际生产中，选定4000C5000C作为操作温度。作为操作温度。 SO2的接触氧化也是一个气体总体积缩的接触氧化也是一个气体总体积缩小的反应，上面表格的数据说明，增大气体压强，小的反应，上面表格的数据说明，增大气体压强，能相应提高能相应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。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

10、，增大投资和能量消考虑到加压对设备的要求高，增大投资和能量消耗；而且，常压下耗；而且，常压下4000C5000C时，时， SO2的平衡的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压操转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作，并不加压。作，并不加压。返回返回返回返回3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成接触室沸腾炉吸收塔热热交交换换 5000C1500C98.3%H2SO4SO3 + H2O H2SO41450C尾气尾气生产流程动态演示生产流程动态演示三 设 备沸腾炉、接触室、吸收塔 硫酸工业生产的流程硫酸工业生产的流程沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却尾尾气气 空气

11、空气三 气从三种设备里出来的气体的成分分别是：从三种设备里出来的气体的成分分别是：沸腾炉：沸腾炉：N2、O2、SO2、矿尘、粉末、水蒸汽、矿尘、粉末、水蒸汽接触室：接触室：N2、O2、SO2、SO3吸引塔：吸引塔：N2、O2、SO2。三 净 化从沸腾炉出来的气体要经过从沸腾炉出来的气体要经过净化室净化室中如下三中如下三步净化过程方可进入第二个设备中：步净化过程方可进入第二个设备中：除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥除去的气体成分有哪些呢？除去的气体成分有哪些呢？如下图所示。目的有三：目的有三：一，防止影响生产。一，防止影响生产。二，防止催化剂中毒。二，防止催化剂中毒。三，防止腐蚀设备。三，防止腐

12、蚀设备。这样做的目的是什么呢？这样做的目的是什么呢？三 原 理热交换原理热交换原理 硫酸工业生产的流程硫酸工业生产的流程沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却尾尾气气 空气空气逆流逆流操作操作原理原理（一）（一）逆逆流流操操作作原原理理（一一）逆流逆流操作操作原理原理（二）（二）吸收塔热热交交换换 5000C1500C98.3%H2SO4尾气尾气逆逆流流操操作作原原理理（二二）循环利用原理从吸收塔从吸收塔中中出来出来的的尾尾气中的气中的SO2可用于回收可用于回收循环利用，用来制硫酸。循环利用，用来制硫酸。补充材料：硫酸的其它生产办法补充材料：硫酸的其它生产办法1.

13、2(FeSO47H2O) Fe2O3+SO2+SO3+14H2O2. SO2+NO2+H2O H2SO4+NO2NO+ O2 2NO2环境污染环境污染：大大气污染气污染、水水污染污染、 土土壤污染壤污染、食食品污染品污染、 固固体体废弃物污染、废弃物污染、放放射性污染射性污染、噪噪声污声污染等染等。工工业业三三废废废气、废液、废渣废气、废液、废渣大大 气气 污污 染染水水 污污 染染土土 壤壤 污污 染染环环 境境 保保 护护1.硫酸工业尾气（硫酸工业尾气（SO2）处理）处理方法一：石灰石方法一：石灰石-石膏法石膏法SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2O2CaSO3 + O2 2C

14、aSO4方法二：氨酸法方法二：氨酸法SO2 + 2NH3H2O (NH4)2SO3 + H2O 2NH4HSO3 + H2SO4 SO2 + H2O + (NH4)2SO4(一种氮一种氮肥肥)(NH4)2SO3 + SO2 + H2O 2 NH4HSO3方法三：碱法方法三：碱法Na2CO3+SO2Na2SO3+CO22NaOH+SO2Na2SO31.硫酸工业尾气（硫酸工业尾气（SO2）处理）处理方法二：氨酸法方法二：氨酸法SO2 + 2NH3H2O (NH4)2SO3 + H2O (NH4)2SO3 + H2SO4 SO2 + H2O + (NH4)2SO4(一种氮肥一种氮肥)2(NH4)2S

15、O3 + O2 2(NH4)2SO4(一种氮肥一种氮肥)工业上最常用的是第二种方法：氨酸法。(NH4)2SO3 + SO2 + H2O 2 NH4HSO3 待其饱和后，则：待其饱和后，则： 2NH4HSO3 + H2SO4 SO2 + H2O + (NH4)2SO4(一种氮一种氮肥肥)生成的生成的SO2进行循环利用，生成的硫酸铵溶液结晶分离干燥后制成固体硫铵化肥。进行循环利用，生成的硫酸铵溶液结晶分离干燥后制成固体硫铵化肥。生产过程中的污水，含有硫酸等杂质。生产过程中的污水，含有硫酸等杂质。Ca(OH)2 H2SO4CaSO4 2H2O2、污水处理、污水处理3、废渣的利用、废渣的利用掌握多步计

16、算的技能掌握多步计算的技能-（关系式计算法）关系式计算法） （原（原子守恒）子守恒）4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热SO3 + H2O H2SO4FeS22SO22SO32H2SO4多步计算多步计算 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FeS2和H2SO4之间的关系式，即：FeS2 2S 2H2SO4 有2%S损

17、失即FeS2利用率为98%。 在在多步计算中重点掌握元素守恒。在反应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过程中，可以把中间步骤的损失全部归失全部归结为原结为原料损失，而目标产物的损失及百分比则算在目料损失，而目标产物的损失及百分比则算在目标产物头上。标产物头上。 FeSFeS2 2 2S 2SO 2S 2SO2 2 2SO2SO3 3 2H 2H2 2SOSO4 4解：设可制得98%的硫酸质量为x 120 196 10t72%(1-2%)98% x98% X=11.5t 答：（略） 练习：练习： 燃燃烧烧1吨含二硫化亚铁吨含二硫化亚铁90%的黄铁矿，的黄铁矿，在理论上能

18、生产多吨在理论上能生产多吨98%的硫酸（设有的硫酸（设有1.5%的的硫留在炉渣里）？硫留在炉渣里）？ 解析：解析：由工业生产硫酸的反应方程式可得由工业生产硫酸的反应方程式可得下列关系式。下列关系式。设：能生成设：能生成98%98%的硫酸的硫酸x x吨吨 FeSFeS2 2 2SO 2SO2 2 2SO2SO3 3 2H 2H2 2SOSO4 4 120 298 120 2981t90%(1-1.5%) xt98%1t90%(1-1.5%) xt98% x=1.478 x=1.478总总 结结 三原料三原料黄铁矿黄铁矿、热空气热空气98.3%的浓硫酸的浓硫酸三反应三反应4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO22SO2 + O2 2SO3SO3 + H2O H2SO4三条件三条件常压、常压、400-500、V2O5作催化剂作催化剂三阶段三阶段造气造气接触氧化接触氧化SO3的吸收和的吸收和H2SO4的生成的生成三设备三设备沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔三气三气N2、O2、SO2、矿尘、矿尘、粉末、水蒸汽粉末、水蒸汽N2、O2 、SO2、SO3N2、O2 、SO2三净化三净化除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥三原理三原理热交换、循环利用热交换、循环利用逆流吸收逆流吸收工业三废工业三废废渣废渣废水、废气废水、废气再再 见见 ！