硫酸工業(yè)流程教材

第五單元硫酸工業(yè)

第一節(jié) 接觸法制硫酸SSO2SO3H2SO4[練習]用化學方程式實現(xiàn)下列各物質之間的轉化[閱讀提綱]閱讀教材并討論下列問題。1.為什么說硫酸的消費量被視為一個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標志?2.工業(yè)制硫酸的原料是什么?硫磺、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含一定量的SO2氣）等.世界硫酸生產的原料構成我國硫酸生產的原料構成1988～1992年中國硫酸生產的原料構成(%)3.工業(yè)制硫酸分成幾個階段?每個階段的反應原理是什么?(1).造氣(2).接觸氧化(3).三氧化硫的吸收硫酸生產反應式4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫硫酸工業(yè)生產的原理SO3+H2OH2SO4第一步：第二步：第三步：2SO2+O22SO3催化劑加熱閱讀教材,討論、回答問題。

1.造氣

(1)燃燒黃鐵礦的設備叫為什么叫沸騰爐?

(2)黃鐵礦燃燒時為什么要粉碎成細小的礦粒,并且在燃燒爐中通入強大的空氣流使之“沸騰”呢?

(3)為什么通入接觸室的“爐氣”必須預先進行凈化和干燥?

沸騰爐沸騰爐

(2)根據平衡移動原理,反應在較高還是較低的溫度下進行更有利?

(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol該反應的特點是什么?

催化劑2.接觸氧化

(3)根據平衡移動原理,反應在較高還是較低的壓強下進行更有利?

接觸觸室室接觸觸室室3.三三氧氧化化硫硫的的吸吸收收:(1)吸吸收收劑劑是是什什么么?如如果果用用水水或或稀稀硫硫酸酸吸吸收收SO3會造造成成什什么么后后果果?(2)為為了了更更好好吸吸收收SO3,采采取取了了哪哪些些措措施施?吸收收塔塔吸收收塔塔硫酸酸工工業(yè)業(yè)生生產產流流程程動動畫畫硫酸酸的的工工業(yè)業(yè)生生產產沸騰騰爐爐接觸觸室室吸收收塔塔凈化化冷卻卻4.尾尾氣氣處處理理(1)尾尾氣氣的的成成分分:SO2（少少量量））、、O2、N2（2））尾尾氣氣處處理理要要經經過過兩兩個個過過程程：：一是是進進行行第第二二次次氧氧化化；；二是是將將兩兩次次氧氧化化后后的的氣氣體體加加以以凈凈化化后回回收收處處理理。。工業(yè)業(yè)制制硫硫酸酸的的主主要要工工藝藝及及原原理理1．．工工業(yè)業(yè)上上用用接接觸觸法法制制硫硫酸酸時時，，從從沸沸騰騰爐爐內內導導出出的的爐爐氣氣，，要要經經過過凈凈化化的的理理由由是是（（））思考考題題BA．．為為了了減減少少對對大大氣氣的的污污染染B．．防防止止催催化化劑劑中中毒毒C．．爐爐氣氣還還含含有有一一些些其其他他有有用用成成分分，，以以便綜綜合合利利用用D．．為為了了制制得得更更純純的的H2SO42．．對對于于接接觸觸法法制制硫硫酸酸的的生生產產操操作作與與說說明明生生產產操操作作的的主主要要理理由由兩兩者者都都正正確確的的是是()A．．硫硫鐵鐵礦礦燃燃燒燒前前需需要要粉粉碎碎，，因因為為大大塊塊的的硫硫鐵鐵礦礦不不能能燃燃燒燒B．．三三氧氧化化硫硫的的吸吸收收采采取取逆逆流流的的形形式式，，目目的的是是增增大大其其與與吸吸收收劑劑的的接接觸觸面面積積C．．二二氧氧化化硫硫氧氧化化成成三三氧氧化化硫硫時時需需使使用用催催化化劑劑，，這這樣樣可可以以提提高高二二氧氧化化硫硫的的轉轉化化率率D．三氧化硫硫用98.3%的濃硫酸酸吸收，目的的是防止形成成酸霧，以便便使其吸收完完全BD3.在硫酸的的工業(yè)生產中中，為了有利利于SO2的轉化，且能能充分利用熱熱能，采用了了中間有熱交交換器的接觸觸室（見下圖圖）。按此密密閉體系中氣氣體的流向，，則在A處流流出的氣體為為（））CA．SO2B．SO3O2C．SO2O2D．SO2SO34.為防治治酸雨，降低低煤燃燒時向向大氣排放的的SO2，工業(yè)上將生生石灰和含硫硫煤混合后使使用。請寫出出燃燒時，有有關“固硫””（不使含硫硫化合物進入入大氣）反應應的化學方程程式。【答案】CaO+SO2=CaSO3，2CaSO3+O2=2CaSO4上述方法稱為為“鈣基固硫硫法”。這種種方法實際上上是把生石灰灰或石灰石的的粉粒摻入煤煤中，再進行行燃燒。利用用石灰石分解解生成的CaO也能吸收收SO2，但因石灰石石分解是吸熱熱反應，所以以用CaCO3固硫比用CaO固硫多消消耗部分熱量量。2CaSO3+O2=2CaSO4這個反應易漏漏寫，在有空空氣存在和高高溫條件下，，CaSO3易被氧化為CaSO4，這可以得出出一條規(guī)律：：溫度高時，，熱穩(wěn)定性不不夠好的物質質將向熱穩(wěn)定定性物質轉化化，如本題涉涉及CaCO3→CaSO3→CaSO4的轉化。以防防漏寫其中一一個方程式。。5.現(xiàn)有1L含SO3為30%的發(fā)發(fā)煙硫酸（密密度為1.95g/cm3），要把它稀稀釋成濃度為為95%的濃濃硫酸，要加加水約為()A．120mLB．180mLC．240mLD．300mLC1L含SO3為30%的發(fā)發(fā)煙硫酸中含含SO3為1000cm3×1.95g/cm3×30%=585g，與與SO3反應所需水量量為585g/80g/mol×18g/mol=131.625g，95%H2SO4溶液中溶劑為為:則H2SO4為:1000cm3×1.95g/cm3+131.625g=2081.625g95×5=110g2081.625g所以，總共需需加水為:131.625g+110g=241.625g【解題回顧】】本題可用S原原子守恒巧解解，原溶液的的質量為1950g，，設最終溶液液質量為x1950×30%/80+1950×70%/98=95%x/98x=2194則需加水的質質量為2191-1950=2415.某化工廠廠每小時生產產at（噸噸）98%（（質量分數(shù)））硫酸。為使使硫充分燃燒燒，且在下一一步催化氧化化時不再補充充空氣，要求求燃燒后的混混合氣體中含含氧氣的體積積分數(shù)為b%。若空氣中中氧氣的體積積分數(shù)為21%，且不考考慮各生產階階段的物料損損失，則（1）該廠每小小時消耗標準準狀況下空氣氣的體積為m3。（2）為滿滿足題設要求求，b%的下下限等于?！窘馕觥浚?）每小時生生產的純硫酸酸為(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生產產過程中生成成的SO2和SO3也都是a×104mol。設每每小時消耗空空氣的體積為為V，則由S+O2=SO2消耗O2的體積等于生生成的SO2體積，即燃燒燒前空氣的體體積等于燃燒燒后混合氣體體的體積，據據此可得以下下關系：空氣氣中O2的體積=反應應中消耗的O2的體積+燃燒燒后混合氣體體中O2的體積，即V×21%=a×104mol×22.4L/mol×10-3m3/L+V×b%，V=22400a/(21-b)。（2）“b的的下限”，其其含義是指燃燃燒后剩余的的O2在第二步催化化氧化時恰好好完全反應，，也就是說，，燃燒前空氣氣中的氧（空空氣體積的21%）恰好好滿足兩步反反應。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3兩步反應耗O2之比為2∶1，故燃燒后后（第一步反反應后）混合合氣體中O2的體積分數(shù)的的下限是b%=(1/3)×21%=7%。6.紅旗化工工設計院承擔擔某硫酸廠的的設計任務，，該廠要求：：第一：為了控控制污染和提提高生產效率率，不再使用用黃鐵礦，改改用固體硫為為原料。第二：改二次次送風（鼓入入空氣）為一一次送風，即即送風后使硫硫充分燃燒，，并在下一步步催化氧化時時不再補充空空氣。第三：每天生生產98%H2SO450t。第第四：送風機機每天輸送空空氣的體積為為5000m3/臺（標況））.求：（1）每每天消耗含硫硫95%的固固體硫多少噸噸？（2）理理論上應安裝裝多少臺送風風機？（3）固體硫硫充分燃燒后后的混合氣體體中氧氣的體體積分數(shù)φ(O2)的下限為多多少？（4）實際安安裝送風機的的臺數(shù)應略多多于理論數(shù)（（不考慮損壞壞），為什么么？能否過分分增加送風機機的臺數(shù)，為為什么？（轉轉化過程不考考慮損耗；固固體硫中雜質質與空氣不反反應；空氣中中氧氣的體積積分數(shù)為21%）（1）設每天天消耗固體硫硫的質量為x，根據反應應前后硫元素素守恒，得：：x×95%=(5.0××107g×98%/98g/mol)×32g/molx=1.68×107g=16.8t（2）每天生生產的純H2SO4的物質的量為為5.0×107×98%g/98g/mol=5.0×105mol，因而而生產過程中中生成的SO2和SO3都是5.0××105mol。由于于S→SO2，SO2→SO3中所需氧元素素均由空氣提提供，根據氧氧元素守恒，，每天至少消消耗空氣的體體積為：V(空氣)=3/2×5.0×105mol×22.4mol/L×103m3/L÷21%=80000m3故理論上安裝裝送風機的臺臺數(shù)=80000m3/5000m3=16臺（3）本小題題中“φ(O2)的下限”，，其含義是指指燃燒后剩余余的O2在第二步催化化氧化時恰好好完全反應，，即燃燒前空空氣中的氧恰恰好滿足S+O2=SO2及2SO2+O2=2SO3兩步反應。因因上述兩步反反應的耗O2量之比為2∶∶1，所以燃燃燒后（第一一步反應后））混合氣體中中O2的體積下限V′=V(空空氣)×21%×1/3=V(空空氣)×7%。