第四節(jié)二氧化硫的催化氧化

第四節(jié)二氧化硫的催化氧化【備課時間】202321312:10:23【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解二氧化硫催化氧化的理論根底2、了解二氧化硫催化氧化的適宜條件3【自學(xué)指導(dǎo)】一、二氧化硫催化氧化的理論根底〔一〕二氧化硫氧化反響的化學(xué)平衡2SO 2SO O2SOH＜0

298

P2K SO33該反響是一個可逆、放熱、體積縮小的反響P

P2 PSO2 02PKP

隨溫度的上升而降低，隨壓強的增大而增大。因此增大壓強，降低溫度可以是平衡右移，提高平衡的轉(zhuǎn)化率。提高空氣的過剩量也可以提高提高平衡轉(zhuǎn)化率?！捕扯趸虼呋趸呋瘎?、催化緣由：沒有催化劑存在時，反響速率極為緩慢，因此必需使用催化劑來加快反響速率。活性組分：五氧化二釩〔V2O5〕5~9%2助催化劑：堿金屬的硫酸鹽〔KSO4〕2載體：硅膠、硅藻土、硫酸鋁2、催化劑類型：釩催化劑 釩催化劑的優(yōu)點：活性高、熱穩(wěn)定性好、機械強度高、S2 3 2抗毒性良好、價格廉價。毒物：A O、SeO、礦塵、酸霧S2 3 2進展趨勢：低溫、節(jié)能、寬溫區(qū)、高活性。〔三〕二氧化硫催化氧化動力學(xué)T1、影響二氧化硫轉(zhuǎn)化速率的因素：反響速率常數(shù)k，即時轉(zhuǎn)化率x、平衡轉(zhuǎn)化率x、氣體的組成a、b，催化劑的類型，內(nèi)、外集中等〔動力學(xué)方程〕T2、氧的吸附過程是整個氧化過程的掌握步驟。二、二氧化硫催化氧化的適宜條件〔一〕最適宜溫度〔Tm〕1、為什么二氧化硫催化氧化存在最適宜溫度〔最正確反響溫度〕？①〕二氧化硫氧化反響2SO O2 2是一個可逆放熱反響。

2SO3

H＜0298②從熱力學(xué)觀點看，溫度越低，越有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率x，T但從動力學(xué)觀點看，溫度越低，越不利于反響速率常數(shù)k即反響速率的提高。二者對溫度的要求不全都。③二氧化硫催化氧化反響需要催化劑性溫度范圍。④從右圖來看，反響速率隨溫度的上升先升后降〔AA線為最適宜反響溫度線，BBCC線為溫度高于或低于最適宜反響2222220.9倍時反響速率各點的連線〕⑤因此，對于任何一個可逆放熱反響，當(dāng)氣體的初始組成、壓力、催化劑的性質(zhì)都肯定時，的連續(xù)上升而漸漸降低。⑥因此，二氧化硫催化氧化反響存在最適宜反響溫度。⑦最適宜反響溫度不是恒定的，而是隨氣體的起始組成和轉(zhuǎn)化率而變的?！?%的二氧化硫、11%的氧氣和82%的氮氣在不同轉(zhuǎn)化率時的反響速度與溫度的關(guān)系〕2、什么是二氧化硫催化氧化的最適宜反響溫度？3、最適宜反響溫度與平衡溫度的關(guān)系：①將上圖AA3、最適宜反響溫度與平衡溫度的關(guān)系：①將上圖AA線上的各點描繪在t-X圖上，即為最適宜反響溫度線〔CD線〕②最適宜反響溫度線〔CD線〕在平衡溫度線〔AB線〕的下方。③應(yīng)盡可能的使操作溫度在最正確溫度曲線四周?！捕匙钸m宜二氧化硫起始含量a1、二氧化硫含量對催化劑用量的影響〔如右圖所示〕化劑用量越大。②在一樣的轉(zhuǎn)化率條件下劑的用量越大。③在用固定體積的空氣焙燒含硫原料時，焙燒出的二氧化硫含量越高，則氧氣含量從而到達肯定轉(zhuǎn)化率所需的催化劑用量將增加，從這個角度講，SO2的含量盡量的低一些好。2、SO2起始含量對生產(chǎn)力量的影響①假設(shè)SO2的起始含量比較低，催化劑的用量比較小，但卻使生產(chǎn)單位質(zhì)量硫酸所處理的氣體體積增加，而氣體體積的增加受到鼓風(fēng)機力量的限制，這必定導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)力量下降。②因此，SO2從給定的轉(zhuǎn)化器截面上流體阻力肯定時，最終轉(zhuǎn)化率較高的狀況下，到達最大的生產(chǎn)力量來確定。③從上圖可以看出，SO6.8%~8%時，生產(chǎn)能2力最大。23、SO起始含量對硫酸生產(chǎn)總費用的影響2①影響硫酸生產(chǎn)總費用的因素主要是設(shè)備折舊費和催化劑費用。21說明：隨SO起始含量的增加，設(shè)備生產(chǎn)力量增加，2相應(yīng)設(shè)備折舊費用減小。22SO2

起始含量的增加，到達肯定最終轉(zhuǎn)化

7.2%率所需要的催化劑費用增加。3說明：SO2

起始含量a7.2%時總費2用最小SO1%范圍內(nèi)變化，對總費用并無明顯2影響。2SO起始含量對硫酸生2產(chǎn)總費用的影響也將轉(zhuǎn)變?！踩匙钸m宜的最終轉(zhuǎn)化率1、為什么最終轉(zhuǎn)化率也有最適宜值問題？①最終轉(zhuǎn)化率是接觸法生產(chǎn)硫酸的重要指標(biāo)之一。2②提高最終轉(zhuǎn)化率可以削減廢氣中SO的含量，減輕環(huán)境污化劑用量和流體阻力的增加題。22、最適宜的最終轉(zhuǎn)化率與所承受的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。3、假設(shè)承受一轉(zhuǎn)一吸流程并且尾氣不回收的狀況下，當(dāng)最終轉(zhuǎn)化率為97.5%~98%時，硫酸生產(chǎn)的本錢最低。此時的轉(zhuǎn)化率為最適宜的最終轉(zhuǎn)化率。三、二氧化硫催化氧化的工藝流程〔一〕轉(zhuǎn)化器的類型多段間接換熱式轉(zhuǎn)化器 除去多余熱量21、SO的催化 爐氣冷激式轉(zhuǎn)化器 使催化氧化盡可能2氧扮裝置 多段冷激式轉(zhuǎn)化器 按最正確溫度曲線進展?？諝饫浼な睫D(zhuǎn)化器 實現(xiàn)催化氧化最正確化多段反響：段數(shù)越多，反響溫度越接近最正確溫度線，轉(zhuǎn)化率越高2、催化氧扮裝置的特點 但段數(shù)太多，閥門多、阻力大、操作簡單，一般為四段。在每段上進展絕熱反響，氣體溫度上升。多段冷卻：溫度上升的氣體，離開催化劑床層在轉(zhuǎn)化器的內(nèi)、外〔降溫〕 進展間接或冷激式換熱。3、多段間接換熱式轉(zhuǎn)化器〔以四段間接換熱式轉(zhuǎn)化器為例〕轉(zhuǎn)化率不變，因此線段為水平線。降溫至某一溫度后，再讓氣體通過催化劑床層進展反響，溫度再次上升，再次降溫，如此屢次在最適宜溫度線四周進展轉(zhuǎn)化，提高了最終轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率不變，因此線段為水平線。降溫至某一溫度后，再讓氣體通過催化劑床層進展反響，溫度再次上升，再次降溫，如此屢次在最適宜溫度線四周進展轉(zhuǎn)化，提高了最終轉(zhuǎn)化率。4、爐氣冷激式轉(zhuǎn)化器體的溫度EDBC②由于參加冷爐氣時又帶入了SO，致使其含量增高，使2SO的轉(zhuǎn)化率降低，所以溫度降低的過程，就是轉(zhuǎn)化率降2低的過程，所以t-x圖中的水平線將向下傾斜。如右圖所示A③由于SO2所需的催化劑用量大大增加。④多段冷激式轉(zhuǎn)化器，通常只在一、二段之間承受冷激，間接換熱式轉(zhuǎn)化器要高。5、空氣冷激式轉(zhuǎn)化器降低反響后氣體的溫度，因而有利于提高轉(zhuǎn)化率。2②為了避開轉(zhuǎn)化后的氣體混合物的處理量過大SO2

的起始含量①四段間接換熱式轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造：轉(zhuǎn)化氣的進、出口，催化劑床層，列管式換熱器，螺旋板式換熱器，承載催化劑床層的篦子板，氣體分布板，熱電偶等①四段間接換熱式轉(zhuǎn)化器的構(gòu)造：轉(zhuǎn)化氣的進、出口，催化劑床層，列管式換熱器，螺旋板式換熱器，承載催化劑床層的篦子板，氣體分布板，熱電偶等②轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過路線：入口→第一催化劑床層→第一列管式換熱器→其次催化劑床層→其次列管式換熱器→第三催化劑床層→螺旋板式換熱器→第四催化劑床層→轉(zhuǎn)化氣出口④t-x圖及解釋：為保證操作溫度在最適宜溫度線附30℃左右經(jīng)換熱器預(yù)熱至最適宜溫度線四周，然后通過催化劑床層進展絕熱反響AB線溫度快速上升，偏離最適宜溫度線，為了讓溫度回到最適宜溫度線四周，所以讓轉(zhuǎn)化氣離開催化劑床層進展冷卻降溫〔BC線〕此時由于氣體沒有被轉(zhuǎn)化，③如圖為四段空氣冷激過程的t-x圖2A：由于參加冷空氣使轉(zhuǎn)化氣中SO 的起始含量下降，同時，氧的起始含量增加與之相應(yīng)的平衡曲線和最適宜溫度曲線均上移肯定距離，絕熱操作線的斜率也轉(zhuǎn)變了。2SO和SO含量的比值沒有發(fā)2 3生變化，因此冷卻線仍為水平線。C：全部承受空氣冷凝的多段轉(zhuǎn)化只適合于硫SO2起始含量也較高。D:焙燒硫鐵礦裝置只能承受局部空氣冷激式轉(zhuǎn)化過程?！捕扯趸虼呋趸墓に嚵鞒?、兩轉(zhuǎn)兩吸：爐氣進展一次轉(zhuǎn)化、一次吸取后，在進展其次次轉(zhuǎn)化和其次次吸取。2 2 2、兩轉(zhuǎn)兩吸的特點：SO 爐氣在轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過三段轉(zhuǎn)化后，送中間吸取塔吸取SO，未被吸取的氣體返回轉(zhuǎn)化器第四段，將未轉(zhuǎn)化的SO再次轉(zhuǎn)化，再送吸取塔吸取SO〔3+12 2 程SOSO

的方向移動，因此，最終轉(zhuǎn)化率可提3 399.5%~99.9%。3、兩轉(zhuǎn)兩吸流程增加了換熱面積。4、兩轉(zhuǎn)兩吸流程的優(yōu)點：99.5%~99.9%，因此，尾氣中SO2含量很低，削減了尾氣污染。②進轉(zhuǎn)化器的爐氣SO2起始含量高，可達9.5%~10%，與一次轉(zhuǎn)化相比，設(shè)備可增產(chǎn)30%~40%。③催化劑的利用系數(shù)高。5%3%?！靖呖颊骖}與檢測】一、選擇題：1〔05-42〕、以硫鐵礦為原料的兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程中，二氧化硫的適宜含量可提高到( ) A、17%~18% B、9.0%~10% C、11%~13% D、14%~16%2、(08-41)在硫酸生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化工序中，與二氧化硫起始含量無關(guān)的因素是〔D 。A、設(shè)備的生產(chǎn)力量 B、催化劑的用量 C、硫酸生產(chǎn)的總費用 D、最終轉(zhuǎn)化率1、以下圖哪一個是爐氣冷激式轉(zhuǎn)化器的T-x圖。( B )A B C2、以下不是二氧化硫催化氧化的適宜條件的是〔D 〕A、最適宜溫度〔Tm〕 B、最適宜二氧化硫起始含量C、最適宜的最終轉(zhuǎn)化率 D、最適宜的催化劑用量3、以下說法正確的選項是〔 A 〕A、二氧化硫催化氧化的掌握步驟是氧的吸附過程。B、二氧化硫氧化反響是一個可逆吸熱反響C、二氧化硫催化氧化有且只有一個最適宜反響溫度D、二氧化硫催化氧化最適宜的最終轉(zhuǎn)化率為97.5%~98% 〔留意前提條件〕4、以下說法正確的選項是〔 C 〕A、二氧化硫催化氧化的最終轉(zhuǎn)化率愈大愈好B、二氧化硫的起始含量越高，催化劑的用量越小。C、當(dāng)SO26.8%~8%時，生產(chǎn)力量最大。D、SO2a7.2%SO21%范圍內(nèi)變化，對總費用具有明顯影響。5、關(guān)于二氧化硫催化氧扮裝置的以下說法錯誤的選項是〔D 〕A、有利于提高最終轉(zhuǎn)化率 B、有利于移走多余反響熱使反響溫度按最正確溫度線進展。C、段數(shù)越多，反響溫度越接近最正確溫度線，轉(zhuǎn)化率越高D、工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能的增加二氧化硫催化氧扮裝置段數(shù)6、以下關(guān)于二氧化硫催化氧扮裝置的t-x圖說法正確的選項是〔 C 〕A、四段間接換熱式轉(zhuǎn)化器的降溫線為斜線B、空氣冷激式轉(zhuǎn)化器只有最適宜溫度曲線上移肯定距離C、爐氣冷激式轉(zhuǎn)化器的升溫線是平行的DSO2SO3含量的比值沒有發(fā)生變化，因此冷卻線仍為斜線但平行。7、下面關(guān)于二氧化硫催化氧化“兩轉(zhuǎn)兩吸”的工藝流程說法錯誤的選項是〔A 。AB2C、可以適當(dāng)提高進轉(zhuǎn)化器的爐氣SO的起始含量。2D、降低了投資和生產(chǎn)本錢。二、填空題：1、〔05-6〕、二氧化硫氧化為三氧化硫所使用的催化劑是 共主要活性組分為 ，本反響有 的特點。2、〔05-8〕、在硫酸生產(chǎn)過程中，二氧化硫催化氧化的適宜條件有 、和最適宜的最終轉(zhuǎn)化率。三、簡答題：1〔05-1〕出轉(zhuǎn)化器的物料流向〔進、出管線已畫出〔5分〕2〔07-3〕硫酸生產(chǎn)工藝中，三氧化硫“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程的根本特點有哪些？“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程的根本特點：3SO2爐氣在轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過三段轉(zhuǎn)化后，送中間吸取塔吸取SO；32未被吸取的氣體返回轉(zhuǎn)化器第四段，將未轉(zhuǎn)化的SO2

再次轉(zhuǎn)化；33 再送吸取塔吸取SO。 〔每個分句1分，計3分〕由于兩次之間，除去了SO，使平衡向生成SO的方向移動，因此，最終轉(zhuǎn)化率可提高到99.5%~99.9%。 (233 ①〕二氧化硫氧化反響2①〕二氧化硫氧化反響2SOO2SO2 2是一個可逆放熱反響。

3 298②從熱力學(xué)觀點看，溫度越低，越有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率x，但從動力學(xué)觀點看，溫度越T低，越不利于反響速率常數(shù)k即反響速率的提高。二者對溫度的要求不全都。③二氧化硫催化氧化反響需要催化劑，而催化劑本身有一個活性溫度范圍?！睞A線為最適宜反響溫度線，BB、CC線為溫度高于或低于最適宜反響溫度時反響速率為最大反響速率0.9倍時反響速率各點的連2222線〕⑤因此，對于任何一個可逆放熱反響，當(dāng)氣體的初始組成、壓力、催化劑的性質(zhì)都肯定時，的連續(xù)上升而漸漸降低。⑥因此，二氧化硫催化氧化反響存在最適宜反響溫度。⑦最適宜反響溫度不是恒定的，而是隨氣體的起始組成和轉(zhuǎn)化率而變的。2、二氧化硫催化氧化的適宜條件有哪些？①最適宜溫度〔Tm〕②最適宜二氧化硫起始含量a③最適宜的最終轉(zhuǎn)化率3、在硫酸生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化工序中，影響二氧化硫起始含量的因素有哪些？①、二氧化硫含量對