硫酸的工業(yè)制法

硫酸的工業(yè)制法 1 了解工業(yè)制硫酸的化學(xué)原理 原料 設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程 2 運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論分析SO2接觸氧化的條件 思考 怎樣制取硫酸 H2SO4 SO3 SO2 S FeS2 H2O O2 O2 O2 二氧化硫氣體的制備 二氧化硫的催化氧化 催化劑 三氧化硫的吸收 SO3 H2O H2SO4 一 硫酸的工業(yè)制法 接觸法 硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動(dòng)畫(huà) 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 沸騰爐 照片 接觸室 接觸室 照片 吸收塔 吸收塔 沸騰爐照片 沸騰爐 接觸室照片 接觸室 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(hù)等角度考慮 硫黃是制硫酸的首選材料 我國(guó)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(lái)自硫黃 另一方面 由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴(yán)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(shì) 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(guò)粉碎的黃鐵礦 分別放在專門(mén)設(shè)計(jì)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(jìn)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?yàn)閺臓t底通入的強(qiáng)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(guò)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(guò)程簡(jiǎn)介 黃鐵礦 空氣 礦渣 SO2 O2 N2 沸騰爐 爐氣 原料 粉碎 空氣 為什么要將黃鐵礦粉碎成細(xì)小礦粒 為什么要從爐底通入強(qiáng)大空氣流 討論 從燃燒爐中出來(lái)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(huì)使釩催化劑中毒 水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)也有不良影響 因此 在進(jìn)行下一步氧化反應(yīng)前 必須對(duì)爐氣進(jìn)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?dú)?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(shí)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(lái)的氣體主要有 SO2 O2 N2 它們進(jìn)入接觸室 發(fā)生氧化反應(yīng) 經(jīng)凈化的SO2 O2 SO2 O2 SO3 接觸室 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?dú)?未反應(yīng)的氧氣和二氧化硫 2 SO2接觸氧化反應(yīng)條件選擇 1 溫度在具體實(shí)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(shí)不高 從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮 溫度過(guò)低對(duì)生產(chǎn)不利 在實(shí)際生產(chǎn)中 選定400 500 作為操作溫度 因?yàn)樵谶@個(gè)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(qiáng) 理論上 接觸氧化是一個(gè)體積縮小的反應(yīng) 增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 可提高SO2的轉(zhuǎn)化率 實(shí)際上 常壓操作 并不加壓 原因有兩點(diǎn) 一是在常壓時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高 增大壓強(qiáng)后 SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多 二是加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多 這樣將增大投資和能量消耗 進(jìn)入接觸室的SO2和O2需要加熱 而接觸氧化生成SO3時(shí)放出熱量 反應(yīng)環(huán)境溫度會(huì)不斷升高 用熱交換器將這些熱量來(lái)預(yù)熱SO2和O2反應(yīng) 為什么要換熱 由于接觸氧化是一個(gè)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(dòng) 根據(jù)平衡移動(dòng)理論 高溫不利于SO3的生成 所以裝一個(gè)熱交換器可用來(lái)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(dòng) 熱氣體 SO3等 在管道內(nèi)流動(dòng) 兩種氣體流向是逆向的 這樣有利于熱交換充分 1 SO3的吸收 吸收過(guò)程是在吸收塔里進(jìn)行的 從接觸室出來(lái)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(lái)吸收SO3 98 3 H2SO4 吸收塔 尾氣 發(fā)煙H2SO4 SO3 O2 SO2 N2 由于反應(yīng)SO3 H2O H2SO4是一個(gè)放熱反應(yīng) 如果用水或稀硫酸吸收SO3 放出的熱量會(huì)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) SO3 H2O 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(hù)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(méi)有起反應(yīng)的O2和少量SO