硫酸工業(yè)流程(較好)

1、第一節(jié)第一節(jié)接觸法制硫酸接觸法制硫酸S SO2 SO3 H2SO4 練習(xí)練習(xí) 用化學(xué)方程式實現(xiàn)下列各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化用化學(xué)方程式實現(xiàn)下列各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化閱讀提綱閱讀提綱 閱讀教材并討論下列問題。閱讀教材并討論下列問題。1. 1.為什么說硫酸的消費量被視為一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(biāo)志個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標(biāo)志? ?2.2.工業(yè)制硫酸的原料是什么工業(yè)制硫酸的原料是什么? ? 硫磺、硫磺、 黃鐵礦、黃鐵礦、 石膏、石膏、 有色金屬有色金屬冶煉廠的煙氣（含一定量的冶煉廠的煙氣（含一定量的SO2氣）等氣）等.世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成 我國硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)

2、成我國硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成1988198819921992年中國硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成年中國硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成(%)(%)3.3.工業(yè)制硫酸分成幾個階段工業(yè)制硫酸分成幾個階段? ?每個階段的每個階段的反應(yīng)原理是什么反應(yīng)原理是什么? ?(1).造氣造氣(2).接觸氧化接觸氧化(3).三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收硫酸生產(chǎn)反應(yīng)式4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 溫溫硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理SO3 + H2O H2SO4第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：2SO2 + O2 2SO3催化劑催化劑加加 熱熱閱讀教材閱讀教材,討論、回答問題。討論、回答問題。 1

3、.造氣造氣(1)燃燒黃鐵礦的設(shè)備叫為什么叫沸騰爐燃燒黃鐵礦的設(shè)備叫為什么叫沸騰爐? (2)黃鐵礦燃燒時為什么要粉碎成細(xì)小的礦粒黃鐵礦燃燒時為什么要粉碎成細(xì)小的礦粒,并且在燃燒爐中通入強大的空氣流使之并且在燃燒爐中通入強大的空氣流使之“沸沸騰騰”呢呢?(3)為什么通入接觸室的為什么通入接觸室的“爐氣爐氣”必須預(yù)先進必須預(yù)先進行凈化和干燥行凈化和干燥?沸騰爐(2)(2)根據(jù)平衡移動原理根據(jù)平衡移動原理, ,反應(yīng)在較高反應(yīng)在較高還是較低的溫度下進行更有利還是較低的溫度下進行更有利? ? (1)2SO(1)2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g) 2SO(g) 2SO3 3(g);(g); H=-

4、196.6kJ/mol H=-196.6kJ/mol 該反應(yīng)的特點是什么該反應(yīng)的特點是什么? ?催化劑催化劑2. 2. 接觸氧化接觸氧化(3)(3)根據(jù)平衡移動原理根據(jù)平衡移動原理, ,反應(yīng)在較高反應(yīng)在較高還是較低的壓強下進行更有利還是較低的壓強下進行更有利? ?接觸室接接 觸觸 室室3.3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收: :(1)吸收劑是什么吸收劑是什么?如果用水或稀硫酸吸如果用水或稀硫酸吸收收SO3會造成什么后果會造成什么后果?(2)為了更好吸收為了更好吸收SO3 ,采取了哪些措施采取了哪些措施?吸收塔吸吸 收收 塔塔硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動畫 硫酸的工業(yè)生產(chǎn)沸沸 騰騰 爐爐接接 觸觸 室室吸吸

5、 收收 塔塔凈凈化化冷冷 卻卻4.尾氣處理尾氣處理(1)尾氣的成分尾氣的成分:SO2（少量）、（少量）、O2、N2（2）尾氣處理要經(jīng)過兩個過程：）尾氣處理要經(jīng)過兩個過程： 一是進行第二次氧化；一是進行第二次氧化； 二是將兩次氧化后的氣體加以凈化二是將兩次氧化后的氣體加以凈化 后回收處理。后回收處理。工業(yè)制硫酸的主要工藝及原理工業(yè)制硫酸的主要工藝及原理1工業(yè)上用接觸法制硫酸時，從沸騰爐內(nèi)導(dǎo)出的工業(yè)上用接觸法制硫酸時，從沸騰爐內(nèi)導(dǎo)出的爐氣，要經(jīng)過凈化的理由是（爐氣，要經(jīng)過凈化的理由是（ ） B A為了減少對大氣的污染為了減少對大氣的污染 B防止催化劑中毒防止催化劑中毒 C爐氣還含有一些其他有用成分

6、，以爐氣還含有一些其他有用成分，以 便綜合利用便綜合利用 D為了制得更純的為了制得更純的H2SO42對于接觸法制硫酸的生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)對于接觸法制硫酸的生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要理由兩者都正確的是操作的主要理由兩者都正確的是 ( )A硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能燃燒鐵礦不能燃燒B三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的是增大其與吸收劑的接觸面積是增大其與吸收劑的接觸面積C二氧化硫氧化成三氧化硫時需使用催化二氧化硫氧化成三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率D三氧化硫用三

7、氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以便使其吸收完全防止形成酸霧，以便使其吸收完全 BD 3.在硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于在硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室（見下用了中間有熱交換器的接觸室（見下圖）。按此密閉體系中氣體的流向，圖）。按此密閉體系中氣體的流向，則在則在A處流出的氣體為（處流出的氣體為（ ） CASO2 BSO3 O2 CSO2 O2 DSO2 SO34. 為防治酸雨，降低煤燃燒時向大為防治酸雨，降低煤燃燒時向大氣排放的氣排放的SO2，工業(yè)上將生石灰和，工業(yè)上將

8、生石灰和含硫煤混合后使用。請寫出燃燒含硫煤混合后使用。請寫出燃燒時，有關(guān)時，有關(guān)“固硫固硫”（不使含硫化（不使含硫化合物進入大氣）反應(yīng)的化學(xué)方程合物進入大氣）反應(yīng)的化學(xué)方程式。式。【答案】【答案】 C a O + S O2= C a S O3， 2CaSO3+O2=2CaSO4上述方法稱為上述方法稱為“鈣基固硫法鈣基固硫法”。這種方法實。這種方法實際上是把生石灰或石灰石的粉粒摻入煤中，際上是把生石灰或石灰石的粉粒摻入煤中，再進行燃燒。利用石灰石分解生成的再進行燃燒。利用石灰石分解生成的CaO也也能吸收能吸收SO2，但因石灰石分解是吸熱反應(yīng)，但因石灰石分解是吸熱反應(yīng)，所以用所以用CaCO3固硫比

9、用固硫比用CaO固硫多消耗部分固硫多消耗部分熱量。熱量。 2CaSO3+O2=2CaSO4這個反應(yīng)易漏寫，在這個反應(yīng)易漏寫，在有空氣存在和高溫條件下，有空氣存在和高溫條件下，CaSO3易被氧化易被氧化為為CaSO4，這可以得出一條規(guī)律：溫度高時，這可以得出一條規(guī)律：溫度高時，熱穩(wěn)定性不夠好的物質(zhì)將向熱穩(wěn)定性物質(zhì)，熱穩(wěn)定性不夠好的物質(zhì)將向熱穩(wěn)定性物質(zhì)轉(zhuǎn)化，如本題涉及轉(zhuǎn)化，如本題涉及CaCO3CaSO3CaSO4的轉(zhuǎn)化。以防漏寫其中一個方程式。的轉(zhuǎn)化。以防漏寫其中一個方程式。5.現(xiàn)有現(xiàn)有1 L含含SO3為為30%的發(fā)煙硫酸（密的發(fā)煙硫酸（密度為度為1.95g/cm3），要把它稀釋成濃度），要把它稀

10、釋成濃度為為95%的濃硫酸，要加水約為的濃硫酸，要加水約為 ( ) A120 mL B180 mL C240 mL D300 mL C1L含含SO3為為30%的發(fā)煙硫酸中含的發(fā)煙硫酸中含SO3為為1000cm31.95g/cm330%=585g，與，與SO3反反應(yīng)所需水量為應(yīng)所需水量為585g/80g/mol18g/mol=131.625g， 95% H2SO4溶液中溶劑為溶液中溶劑為: 則則H2SO4為為:1000cm31.95g/cm3+131.625g=2081.625g955 =110 g2081.625 g所以，總共需加水為所以，總共需加水為: 131.625 g+110 g=241

11、.625 g【解題回顧】【解題回顧】 本題可用本題可用S原子守恒巧解，原溶液的質(zhì)原子守恒巧解，原溶液的質(zhì)量為量為1950 g，設(shè)最終溶液質(zhì)量為，設(shè)最終溶液質(zhì)量為x195030%/80+195070%/98=95%x/98 x=2194則需加水的質(zhì)量為則需加水的質(zhì)量為2191-1950=2415.某化工廠每小時生產(chǎn)某化工廠每小時生產(chǎn)a t（噸）（噸）98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸。為使硫充分燃燒，（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸。為使硫充分燃燒，且在下一步催化氧化時不再補充空氣，且在下一步催化氧化時不再補充空氣，要求燃燒后的混合氣體中含氧氣的體要求燃燒后的混合氣體中含氧氣的體積分?jǐn)?shù)為積分?jǐn)?shù)為b%。若空氣中氧氣的體積分。

12、若空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為數(shù)為21%，且不考慮各生產(chǎn)階段的物，且不考慮各生產(chǎn)階段的物料損失，則（料損失，則（1）該廠每小時消耗標(biāo)準(zhǔn)）該廠每小時消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積為狀況下空氣的體積為 m3。（。（2）為 滿 足 題 設(shè) 要 求 ，為 滿 足 題 設(shè) 要 求 ， b % 的 下 限 等的 下 限 等于于 ?！窘馕觥浚ā窘馕觥浚? 1）每小時生產(chǎn)的純硫酸為）每小時生產(chǎn)的純硫酸為(a(a10106 6g g98%)98%)98g/mol=a98g/mol=a10104 4molmol。生產(chǎn)過程中生成的生產(chǎn)過程中生成的SOSO2 2和和SOSO3 3也都是也都是a a10104 4molmol。設(shè)每

13、小時消耗空氣的體積為。設(shè)每小時消耗空氣的體積為V V，則由，則由S+OS+O2 2=SO=SO2 2消耗消耗O O2 2的體積等于生成的體積等于生成的的SOSO2 2體積，即燃燒前空氣的體積等于燃體積，即燃燒前空氣的體積等于燃燒后混合氣體的體積，據(jù)此可得以下關(guān)燒后混合氣體的體積，據(jù)此可得以下關(guān)系：空氣中系：空氣中O O2 2的體積的體積= =反應(yīng)中消耗的反應(yīng)中消耗的O O2 2的的體積體積+ +燃燒后混合氣體中燃燒后混合氣體中O O2 2的體積，即的體積，即V V21%=a21%=a10104 4molmol22.4L/mol22.4L/mol1010-3-3 m m3 3/L+V/L+Vb%

14、b%，V=22400a/(21-b)V=22400a/(21-b)。 （2 2）“b b的下限的下限”，其含義是指燃燒后，其含義是指燃燒后剩余的剩余的O O2 2在第二步催化氧化時恰好完全在第二步催化氧化時恰好完全反應(yīng)，也就是說，燃燒前空氣中的氧（反應(yīng)，也就是說，燃燒前空氣中的氧（空氣體積的空氣體積的21%21%）恰好滿足兩步反應(yīng)。因）恰好滿足兩步反應(yīng)。因S+OS+O2 2=SO=SO2 2和和O O2 2+2SO+2SO2 2=2SO=2SO3 3兩步反應(yīng)耗兩步反應(yīng)耗O O2 2之之比為比為2121，故燃燒后（第一步反應(yīng)后），故燃燒后（第一步反應(yīng)后）混合氣體中混合氣體中O O2 2的體積分?jǐn)?shù)

15、的下限是的體積分?jǐn)?shù)的下限是b%=(1/3)b%=(1/3)21%=7%21%=7%。6.紅旗化工設(shè)計院承擔(dān)某硫酸廠的設(shè)計紅旗化工設(shè)計院承擔(dān)某硫酸廠的設(shè)計任務(wù)，該廠要求：任務(wù)，該廠要求：第一：為了控制污染和提高生產(chǎn)效率，第一：為了控制污染和提高生產(chǎn)效率，不再使用黃鐵礦，改用固體硫為原料。不再使用黃鐵礦，改用固體硫為原料。第二：改二次送風(fēng)（鼓入空氣）為一次第二：改二次送風(fēng)（鼓入空氣）為一次送風(fēng)，即送風(fēng)后使硫充分燃燒，并在送風(fēng)，即送風(fēng)后使硫充分燃燒，并在下一步催化氧化時不再補充空氣。下一步催化氧化時不再補充空氣。第三：每天生產(chǎn)第三：每天生產(chǎn)98% H2SO4 50 t。第四：。第四：送風(fēng)機每天輸送空

16、氣的體積為送風(fēng)機每天輸送空氣的體積為5000m3/臺（標(biāo)況）臺（標(biāo)況）.求：（求：（1）每天消耗含硫）每天消耗含硫95%的固體硫多的固體硫多少噸？（少噸？（2）理論上應(yīng)安裝多少臺送風(fēng)機？）理論上應(yīng)安裝多少臺送風(fēng)機？（3）固體硫充分燃燒后的混合氣體中氧）固體硫充分燃燒后的混合氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)氣的體積分?jǐn)?shù)(O2)的下限為多少？的下限為多少？（4）實際安裝送風(fēng)機的臺數(shù)應(yīng)略多于理）實際安裝送風(fēng)機的臺數(shù)應(yīng)略多于理論數(shù)（不考慮損壞），為什么？能否過論數(shù)（不考慮損壞），為什么？能否過分增加送風(fēng)機的臺數(shù)，為什么？（轉(zhuǎn)化分增加送風(fēng)機的臺數(shù)，為什么？（轉(zhuǎn)化過程不考慮損耗；固體硫中雜質(zhì)與空氣過程不考慮損耗；固體

17、硫中雜質(zhì)與空氣不反應(yīng)；空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為不反應(yīng)；空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%） （1）設(shè)每天消耗固體硫的質(zhì)量為）設(shè)每天消耗固體硫的質(zhì)量為x，根，根據(jù)反應(yīng)前后硫元素守恒，得：據(jù)反應(yīng)前后硫元素守恒，得： x95%=(5.0107g98%/98g/mol)32 g/ mol x=1.68107g=16.8 t （2）每天生產(chǎn)的純）每天生產(chǎn)的純H2SO4的物質(zhì)的量為的物質(zhì)的量為5.010798%g/98g/ mol=5.0105 mol，因而生產(chǎn)過程中生成的，因而生產(chǎn)過程中生成的SO2和和SO3都是都是5.0105 mol。由于。由于SSO2，SO2SO3中所需氧元素均由空氣提供，根據(jù)氧元中所需氧

18、元素均由空氣提供，根據(jù)氧元素守恒，每天至少消耗空氣的體積為：素守恒，每天至少消耗空氣的體積為：V(空氣空氣) =3/25.0105mol22.4mol/L103m3/L21%=80000m3故理論上安裝送風(fēng)機的臺數(shù)故理論上安裝送風(fēng)機的臺數(shù)=80000m3/5000 m3=16臺臺 （3）本小題中）本小題中“(O2)的下限的下限”，其含義，其含義是指燃燒后剩余的是指燃燒后剩余的O2在第二步催化氧化時恰在第二步催化氧化時恰好完全反應(yīng)，即燃燒前空氣中的氧恰好滿足好完全反應(yīng)，即燃燒前空氣中的氧恰好滿足S+O2=SO2及及2SO2+O2=2SO3兩步反應(yīng)。因上兩步反應(yīng)。因上述兩步反應(yīng)的耗述兩步反應(yīng)的耗O2量之比為量之比為2 1，所以燃燒，所以燃燒后（第一步反應(yīng)后）混合氣體中后（第一步反應(yīng)后）混合氣體中O2的體積下的體積下限限V=V(空氣空氣)21%1/3= V(空氣空氣)7%。（4）由于）由于S+O2=SO2是氣體體積不變的反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故燃燒后混合氣體的體積與通入的空氣體，故燃燒后混合氣體的體積與通入的空氣體積積V(空氣空氣)相等，適當(dāng)增加