硫酸工業(yè)[應(yīng)用材料]

1、硫酸工業(yè) 1沐風(fēng)書苑 你知道嗎 1 1、寫出接觸法制硫酸的化學(xué)原理寫出接觸法制硫酸的化學(xué)原理? ? 2 2、思考加快固體和氣體反應(yīng)速率的方法？思思考加快固體和氣體反應(yīng)速率的方法？思 考可以使二氧化硫充分轉(zhuǎn)化成三氧化硫的方考可以使二氧化硫充分轉(zhuǎn)化成三氧化硫的方 法法? ? 2沐風(fēng)書苑 閱讀全文，回答以下問題 1 1、工業(yè)制硫酸的三原理對應(yīng)的三設(shè)備是什么？三原理是、工業(yè)制硫酸的三原理對應(yīng)的三設(shè)備是什么？三原理是 如何指導(dǎo)三設(shè)備的設(shè)計的？三設(shè)備的設(shè)計哪些方面考慮了如何指導(dǎo)三設(shè)備的設(shè)計的？三設(shè)備的設(shè)計哪些方面考慮了 速率因素？哪些方面考慮了平衡因素？哪些方面考慮了工速率因素？哪些方面考慮了平衡因素？哪

2、些方面考慮了工 業(yè)效益？業(yè)效益？ 2 2、為何進行二氧化硫氣體的凈化？為什么不直接使用水、為何進行二氧化硫氣體的凈化？為什么不直接使用水 來吸收三氧化硫？二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？硫來吸收三氧化硫？二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？硫 酸為什么不氧化還原性較強的二氧化硫？酸為什么不氧化還原性較強的二氧化硫？ 3 3、如何治理工業(yè)三廢？、如何治理工業(yè)三廢？ 3沐風(fēng)書苑 一、接觸法制硫酸的化學(xué)原理 SO3 SO2 S 硫化物硫化物 如如:FeS:FeS2 2 SO3 + H2O=H2SO4 S+O2=SO2 點燃點燃 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 高溫高溫 H2OO2 O2 2

3、SO2+O2 2SO3 催化劑催化劑 【思考思考】工業(yè)上采用接觸法制取硫酸包含幾個主要反應(yīng)工業(yè)上采用接觸法制取硫酸包含幾個主要反應(yīng) 步驟？寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式。并說明這幾個反應(yīng)分步驟？寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式。并說明這幾個反應(yīng)分 別在什么設(shè)備中進行。別在什么設(shè)備中進行。 H2SO4 4沐風(fēng)書苑 二、硫酸的生產(chǎn)工藝 三階段三階段三反應(yīng)三反應(yīng)三設(shè)備三設(shè)備 造氣造氣SOSO2 2的制取的制取沸騰爐沸騰爐 接觸氧化接觸氧化SOSO3 3的生成的生成接觸室接觸室 SOSO3 3的吸收的吸收硫酸的生成硫酸的生成吸收塔吸收塔 沸騰爐沸騰爐接接 觸觸 室室吸吸 收收 塔塔 凈凈 化化 冷冷 卻卻 5沐風(fēng)書苑

4、三設(shè)備 沸騰焙燒爐沸騰焙燒爐 接觸室接觸室 吸收塔吸收塔 6沐風(fēng)書苑 1、造氣沸騰焙燒爐 原料：硫磺原料：硫磺( (S S) )或黃鐵礦或黃鐵礦( (FeSFeS2 2) ) 設(shè)備：沸騰爐設(shè)備：沸騰爐 如何提高原料的利用率？如何提高原料的利用率？ 粉碎礦石，通過強空氣流使礦石處于沸騰狀態(tài)，增大硫鐵粉碎礦石，通過強空氣流使礦石處于沸騰狀態(tài)，增大硫鐵 礦與氧氣的接觸面積，加快反應(yīng)速度。礦與氧氣的接觸面積，加快反應(yīng)速度。 反應(yīng)原理：反應(yīng)原理： 爐氣中所含的氣體有：爐氣中所含的氣體有： SOSO2 2、O O2 2、N N2 2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如AsAs、SeSe等的化合

5、物等的化合物 和礦塵等。和礦塵等。 爐氣進入接觸室之前應(yīng)怎樣處理？爐氣進入接觸室之前應(yīng)怎樣處理？ 原料原料粉碎粉碎焙燒焙燒除塵除塵洗滌洗滌干燥干燥 7沐風(fēng)書苑 2、接觸氧化接觸室 反應(yīng)原理反應(yīng)原理 設(shè)備：接觸室設(shè)備：接觸室 2SO2+O2 2SO3 V2O5 400 500 沸騰爐接觸室沸騰爐 SO2、O2 4500C 8500C SO3、SO2、O2 熱交換器熱交換器 催化劑催化劑V V2 2O O5 5 8沐風(fēng)書苑 2、接觸氧化接觸室 接觸室中接觸室中O O2 2的體積分數(shù)約是的體積分數(shù)約是SOSO2 2的的1.51.5倍，這樣做的原因倍，這樣做的原因 是什么？是什么？ 增大氧氣的濃度，提

6、高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大氧氣的濃度，提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率 為了提高為了提高SOSO3 3的產(chǎn)量和產(chǎn)率，從理論上分析接觸室中應(yīng)的產(chǎn)量和產(chǎn)率，從理論上分析接觸室中應(yīng) 該控制什么條件為宜，根據(jù)該控制什么條件為宜，根據(jù)P6P6表表1-11-1、1-21-2分析，說明工業(yè)分析，說明工業(yè) 生產(chǎn)中接觸室一般控制的條件是什么，其原因是什么？生產(chǎn)中接觸室一般控制的條件是什么，其原因是什么？ 理論：高溫、高壓、使用催化劑理論：高溫、高壓、使用催化劑 實際：實際：4504500 0C C、常壓、使用釩催化劑（、常壓、使用釩催化劑（V V2 2O O5 5） 在硫酸生產(chǎn)工藝的接觸室中使用了熱交換器，其作用是在硫酸生產(chǎn)工

7、藝的接觸室中使用了熱交換器，其作用是 什么？什么？ 把反應(yīng)時生成的熱，傳遞給需要預(yù)熱的氣體，并冷卻反應(yīng)把反應(yīng)時生成的熱，傳遞給需要預(yù)熱的氣體，并冷卻反應(yīng) 后生成的氣體后生成的氣體 , ,節(jié)約能量設(shè)計的。節(jié)約能量設(shè)計的。9沐風(fēng)書苑 3、三氧化硫的吸收和硫酸的生成 (1)(1)反應(yīng)原理：反應(yīng)原理： SOSO3 3 + H + H2 2O=HO=H2 2SOSO4 4 (2)(2)設(shè)備：設(shè)備：吸收塔吸收塔 【思考思考】從接觸室中出來的氣體一般用什么吸收，為什么從接觸室中出來的氣體一般用什么吸收，為什么 不用水吸收？吸收不用水吸收？吸收SOSO3 3的液體一般從塔頂噴下來，為什么的液體一般從塔頂噴下來

8、，為什么? ? 用用98.3%98.3%的濃硫酸的濃硫酸吸收吸收不用水來吸收三氧化硫是不用水來吸收三氧化硫是為了避為了避 免產(chǎn)生酸霧從而降低吸收效率。免產(chǎn)生酸霧從而降低吸收效率。 從塔頂噴下來使氣液充分接觸。從塔頂噴下來使氣液充分接觸。 (3)(3)尾氣：尾氣：SOSO2 2、O O2 2、N N2 2、少量、少量SOSO3 3等等 10沐風(fēng)書苑 吸收塔 吸收塔 熱交換熱交換 5000C1500C 98.3%H2SO4 SO3 + H2O=H2SO4 放熱 1450C 尾氣尾氣 11沐風(fēng)書苑 三、硫酸工業(yè)的三廢治理三、硫酸工業(yè)的三廢治理 【思考思考】從吸收塔排放的氣體如果直接排入大氣，會造從吸

9、收塔排放的氣體如果直接排入大氣，會造 成什么危害？工業(yè)上一般用氨水處理，試寫出有關(guān)化學(xué)成什么危害？工業(yè)上一般用氨水處理，試寫出有關(guān)化學(xué) 反應(yīng)方程式。反應(yīng)方程式。 氨水法：氨水法： SOSO2 2+2NH+2NH3 3+H+H2 2O=(NHO=(NH4 4) )2 2SOSO3 3 SOSO2 2+NH+NH3 3+H+H2 2O=NHO=NH4 4HSOHSO3 3 2(NH2(NH4 4) )2 2SOSO3 3+O+O2 2=2(NH=2(NH4 4) )2 2SOSO4 4 (NH(NH4 4) )2 2SOSO3 3+H+H2 2SOSO4 4=(NH=(NH4 4) )2 2SOS

10、O4 4 +SO +SO2 2 +H +H2 2O O 石灰法：石灰法： SOSO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaSO=CaSO3 3 +H +H2 2O O 2CaSO2CaSO3 3 +O +O2 2=2CaSO=2CaSO4 4 CaSOCaSO3 3+H+H2 2SOSO4 4=CaSO=CaSO4 4 +SO +SO2 2 +H +H2 2O O 12沐風(fēng)書苑 三、硫酸工業(yè)的三廢治理 【思考思考】2 2、沸騰爐中出來的爐渣主要含有沸騰爐中出來的爐渣主要含有FeFe2 2O O3 3，請你，請你 設(shè)計如何利用？設(shè)計如何利用？ 煉鐵、制造硫酸鐵、氧化鐵紅顏料等產(chǎn)品煉鐵、制造

11、硫酸鐵、氧化鐵紅顏料等產(chǎn)品 3 3、洗滌沸騰爐所產(chǎn)生的廢水中含有微量硫酸和洗滌沸騰爐所產(chǎn)生的廢水中含有微量硫酸和FeFe3+ 3+，如 ，如 何處理？寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。何處理？寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。 用石灰處理用石灰處理, ,制石膏制石膏 Ca(OH)Ca(OH)2 2 + H + H2 2SOSO4 4 = CaSO = CaSO4 4 + 2H + 2H2 2O O 能量能量“廢熱廢熱”能量充分利用能量充分利用 在沸騰爐旁設(shè)置在沸騰爐旁設(shè)置“廢熱鍋爐廢熱鍋爐”，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電；，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電； 在接觸室中設(shè)熱交換器，預(yù)熱在接觸室中設(shè)熱交換器，預(yù)熱SOSO2 2和和O O2 2 。 13沐風(fēng)書

12、苑 練習(xí)與實踐 硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一，在化學(xué)工業(yè)的很硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一，在化學(xué)工業(yè)的很 多領(lǐng)域都要用到濃硫酸。多領(lǐng)域都要用到濃硫酸。 （1 1）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SOSO2 2， 反應(yīng)的化學(xué)方程式為：反應(yīng)的化學(xué)方程式為： ，該反應(yīng)在，該反應(yīng)在 中進行（填儀器名稱）。中進行（填儀器名稱）。 (2)(2)為了有利于為了有利于SOSO2 2轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為SOSO3 3，且能充分，且能充分 利用熱能，采用了多層催化劑且有熱交利用熱能，采用了多層催化劑且有熱交 換器的換器的 ( (填儀器名稱填儀器名稱) )中進行中進行 反應(yīng)。在如圖所示的裝置中，反應(yīng)。在如圖所示的裝置中， C C處流出處流出 的氣體有的氣體有 ；SOSO3 3進入進入 （填（填 儀器名稱）用儀器名稱）用 吸收，得到濃硫酸吸收，得到濃硫酸 或發(fā)煙硫酸?；虬l(fā)煙硫酸。 14沐風(fēng)書苑 練習(xí)與實踐 （3 3）現(xiàn)在欲提高）現(xiàn)在欲提高SOSO2 2的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，下列措施可行 的是的是 。 A A、向裝置中通入氮氣且保持體積不變、向裝置中通入氮氣且保持體積不變 B B、向裝置中通入氧氣且保持體積不變、向裝置中通入氧氣且保持體積不變 C C、添加更多的催化劑、添加更多的催化劑 D D、降低溫度，及