高三化學(xué)硫酸的工業(yè)制法--總結(jié)

一 、 接 觸 法 制 造 硫 酸 的 反 應(yīng) 原 理 H2SO4SO3SO2S硫化物如 FeS2 SO3 + H2O=H2SO4S+O2=SO2點燃2SO2+O2=2SO3催化劑4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2高溫 二 、 接 觸 法 制 造 硫 酸 的 生 產(chǎn) 過 程SO3 H2SO4SO2S硫化物如 FeS2 1 二氧化硫的制取和凈化 2 二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫 3 三氧化硫的吸收和硫酸 的生成 沸騰爐爐氣1. 二 氧 化 硫 的 制 取 和 凈 化 (造 氣 ）SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如As、Se等的化合物和礦塵等等。原料粉碎氧氣4FeS2(固)+11O2(氣)=2Fe2O3(固)+8SO2(氣)高溫除塵 洗滌 干燥 2. 二 氧 化 硫 氧 化 成 三 氧 化 硫2SO2+O2=2SO3V2O54500C沸騰爐接觸室沸騰爐60 0C 5000C4500C8500C 5000C熱 交 換 器催 化 劑下 一 步思 考 請同學(xué)們閱讀教材P66-68頁有關(guān)內(nèi)容，討論SO2接觸氧化的最有利條件 因為SO2接觸氧化是一個放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡理論判斷，此反應(yīng)在溫度較低的條件下進行有利。但是，溫度較低時反應(yīng)速率低，從綜合經(jīng)濟考慮對生產(chǎn)不利。在實際生產(chǎn)中，選定4000C5000C作為操作溫度。 SO2的接觸氧化也是一個氣體總體積縮小的反應(yīng)，表5-2的數(shù)據(jù)說明，增大氣體壓強，能相應(yīng)提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，但提高得并不多?？紤]到加壓對設(shè)備的要求高，增大投資和能量消耗；而且，常壓下4000C5000C時， SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，所以硫酸工廠通常采用常壓操作，并不加壓。 返回 返 回 3.三 氧 化 硫 的 吸 收 和 硫 酸 的 生 成接觸室沸騰爐吸收塔熱交換 500 0C 1500C98.3%H 2SO4 SO3 + H2O=H2SO41450C尾氣 生產(chǎn)流程動態(tài)演示 補 充 材 料 ： 硫 酸 的 其 它 生 產(chǎn) 辦 法1. 2(FeSO47H 2O)=Fe2O3+SO2+SO3+14H 2O2. SO2+NO2+H 2O=H 2SO4+NO2NO+ O2=2NO2 三 、 環(huán) 境 保 護環(huán) 境 污 染 ： 大 氣 污 染 、 水 污 染 、 土 壤 污 染 、 食 品 污 染 、 固 體 廢 棄 物 、 放 射 性 污 染 、 噪 聲 污 染 等 。工 業(yè) 上 的 三 廢 ： 廢 水 、 廢 渣 、 廢 氣 1.尾 氣 處 理尾 氣 的 組 成 ： SO2,O2,N2(1)堿 法 ： Na2CO3 Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2(2)氨 酸 法 ： NH3H2O 2NH3H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O 3尾氣的吸收:通常工業(yè)上是用氨水來吸收SO2，其反應(yīng)式為：SO2+2NH3H2O=(NH4)2SO3+H2O,(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,當(dāng)吸收液中亞硫酸氫銨達到一定濃度后，再跟濃硫酸反應(yīng)，放出二氧化硫氣體，同時得到硫酸銨溶液。反應(yīng)式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2+2H2O+(NH4)2SO4，(NH4)2SO3+H2SO4=SO2+H2O+(NH4)2SO4放出SO 2可用于制液體二氧化硫作為化工原料，硫酸銨溶液經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥后制成固體硫酸銨肥料。尾 氣 的 組 成 ： SO2,O2,N2 生產(chǎn)過程中的污水，含有硫酸等雜質(zhì)。 Ca(OH) 2 H2SO4 = CaSO4 2H2O2、污水處理3、廢渣的利用 總 結(jié)三階段造氣接觸氧化SO3的吸收三反應(yīng)4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2=2SO3 SO3 + H2O=H2SO4三凈化除塵洗滌干燥三原理熱交換循環(huán)利用逆流吸收三設(shè)備沸騰爐接觸室吸收塔工業(yè)三廢廢渣廢氣廢水 硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動畫 硫酸的工業(yè)生產(chǎn)沸 騰 爐 接 觸 室 吸 收 塔凈化冷 卻 沸騰爐 接觸室接 觸 室 低 溫SO2 O2 高 溫SO2 O2SO 3 SO2 O2 吸收塔 吸 收 塔 總 結(jié)三原料黃鐵礦(或硫磺)空氣98.3%的硫酸三選擇壓強:常壓溫度:400500催化劑三雜質(zhì)礦塵砷,硒化合物水蒸氣三危害影響生產(chǎn)催化劑中毒腐蝕設(shè)備 六、掌握多步計算的技能-（相當(dāng)關(guān)系式計算） （原子守恒）4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高 溫2SO2 + O2 2SO3催化劑加 熱SO3 + H 2O H 2SO4FeS2 2SO2 2SO3 2H 2SO4 多步計算 例：含F(xiàn)eS2 72%的黃鐵礦石在煅燒的時候，有2%的硫受到損失而混入爐渣，在SO2的氧化、吸收過程中，產(chǎn)率為98%，則由這種黃鐵礦石10t可以制得98%的硫酸多少噸？解析：該題的解題關(guān)鍵是：轉(zhuǎn)化成硫酸的硫來自硫鐵礦。抓住了這一點就可以找出FeS 2和H2SO4之間的關(guān)系式，即：FeS2 2S 2H2SO4 有2%S損失即FeS2利用率為98%。在多步計算中重點掌握元素守恒。在反應(yīng)過程中，可以把中間步驟的損失歸結(jié)為原料或目標產(chǎn)物的損失。 FeS2 2H2SO4 120 196 10t72%98%98% x98% X=11.5t 答：（略）解：設(shè)可制得98%的硫酸質(zhì)量為x練習(xí)：KKP102(7) 再 見 ！ 一、造氣1原料接觸法制硫酸可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含有一定量的SO2）等作原料。從原料成本、環(huán)境保護等角度考慮，硫黃是制硫酸的首選材料。我國由于硫黃礦產(chǎn)資源較少，主要用黃鐵礦作原料。世界硫酸產(chǎn)量的60%以上來自硫黃，另一方面，由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴格的環(huán)保法則，有色金屬冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量逐年增加。相反，黃鐵礦制酸的比重卻呈下降趨勢，90年代初，世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成為：硫黃 黃鐵礦 其他65% 16% 19% 2煅燒黃鐵礦將硫黃或經(jīng)過粉碎的黃鐵礦，分別放在專門設(shè)計的燃燒爐中，利用空氣中的氧氣使其燃燒，就可以得到SO2。煅燒黃鐵礦在沸騰爐中進行。造氣階段的反應(yīng)原理： S(s)+O2(g)=SO2(g)；H= -297kJ/mol或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)；H= -853kJ/mol 黃鐵礦粉碎的目的：一是燃燒迅速，二是燃燒充分，提高原料的利用率。沸騰爐的名稱是因為從爐底通入的強大空氣流，在爐內(nèi)一定空間里把礦粒吹得劇烈翻騰，好像“沸騰著的液體”，所以，人們把這種燃燒爐叫做沸騰爐。在此階段中，空氣是過量的，目的就是讓黃鐵礦充分反應(yīng)。 二氧化硫的制取和凈化發(fā)生的反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備 沸騰爐 2、硫酸生產(chǎn)過程簡介4FeS211O2 = 2Fe2O38SO2 高溫 沸騰爐爐氣原料粉碎空氣除塵 洗滌 干燥 為什么要將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？ 為什么要從爐底通入強大空氣流？討論 從燃燒爐中出來的氣體叫做爐氣，用燃燒黃鐵礦制得的爐氣含有SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如砷、硒等的化合物和礦塵等。雜質(zhì)和礦塵都會使釩催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)也有不良影響，因此，在進行下一步氧化反應(yīng)前，必須對爐氣進行凈化。爐氣凈化主要除去砷、硒等化合物和礦塵； 爐氣的凈化爐氣的成分：凈化的目的：方法：除塵（除礦塵） 洗滌（除去砷、硒等化合物） 干燥（除水蒸氣）二氧化硫、氧氣、氮氣、水蒸氣、礦塵、砷硒化合物等防止催化劑中毒和設(shè)備腐蝕 凈化設(shè)備： 1、旋風(fēng)分離器 2、文丘里除塵 3、水洗塔 二、接觸氧化1反應(yīng)原理SO2跟O2是在催化劑（如V2O5）表面上接觸時發(fā)生反應(yīng)的，所以，這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法。從沸騰爐出來的氣體主要有：SO2、O2、N2，它們進入接觸室，發(fā)生氧化反應(yīng)： 二氧化硫氧化成三氧化硫 生產(chǎn)設(shè)備：接觸室 得到的氣體：三氧化硫、氮氣、 未反應(yīng)的氧氣 和二氧化硫 發(fā)生的反應(yīng)：2SO2O2 2SO3V2O5 2SO2接觸氧化反應(yīng)條件選擇（1）溫度在具體實際生產(chǎn)中，溫度低了反應(yīng)速率就低，更為重要的是催化劑活性在低溫時不高，從綜合經(jīng)濟效益考慮，溫度過低對生產(chǎn)不利。在實際生產(chǎn)中，選定400500作為操作溫度，因為在這個溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率（93.5%99.2%）都比較理想。 （2）壓強理論上：接觸氧化是一個體積縮小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，可提高SO2的轉(zhuǎn)化率。實際上：常壓操作，并不加壓。原因有兩點：一是在常壓時SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強后，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多；二是加壓對設(shè)備的要求高且耗能多，這樣將增大投資和能量消耗。 進入接觸室的SO2和O2需要加熱，而接觸氧化生成SO3時放出熱量，反應(yīng)環(huán)境溫度會不斷升高，用熱交換器將這些熱量來預(yù)熱SO2和O2反應(yīng)。 為什么要換熱?由于接觸氧化是一個放熱反應(yīng)，要想增大SO2的轉(zhuǎn)化率、提高SO3的產(chǎn)率，平衡要向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動理論，高溫不利于SO3的生成，所以裝一個熱交換器可用來把反應(yīng)生成的熱傳給需預(yù)熱的爐氣。 逆流換熱在熱交換器中，冷氣體（SO2和O2等）在管道外流動，熱氣體（SO3等）在管道內(nèi)流動，兩種氣體流向是逆向的，這樣有利于熱交換充分。 1SO3的吸收吸收過程是在吸收塔里進行的。從接觸室出來的氣體，主要是SO3、N2以及未起反應(yīng)的O2和SO2。SO3與H2O化合生成H2SO4。H2SO4雖然由SO3跟H2O化合制得的，但工業(yè)上并不直接用H2O或稀H2SO4來吸收SO3。 98.3%H2SO4吸收塔尾氣 發(fā)煙H2SO4SO3 O2、SO2、N2 由于反應(yīng)SO3+H2O= H2SO4是一個放熱反應(yīng)，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出的熱量會使溶液形成大量的酸霧，不利于SO3的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃酸吸收SO3，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品。 不用水或稀硫酸吸收! 三氧化硫跟水化合生成硫酸 發(fā)生的反應(yīng)：SO3H2O = H2SO4 用98.3%濃硫酸吸收三氧化硫生產(chǎn)設(shè)備：吸收塔 吸收塔里裝填了大量瓷環(huán)，目的是增大接觸面積，吸收操作采取逆流形式也是為了讓SO3氣體和98.3%濃硫酸充分接觸，有利于吸收充分。 2NH3 + H2O + SO2 = (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 +H2O + SO2 3、回收、凈化處理尾氣，保護環(huán)境。 用氨吸收法回收二氧化硫(氨酸法)從吸收塔上部導(dǎo)出的是N2、沒有起反應(yīng)的O2和少量SO2，若直接排放，即浪費又污染環(huán)境，需進行尾氣處理。尾氣處理要經(jīng)過兩個過程：一是進行第二次氧化，即直接將尾氣再次通入接觸室讓其反應(yīng)；二是兩次氧化后的氣體加以凈化回收處理。(可以用氨或純堿吸收尾氣中的二氧化硫)