第五章-硫酸生產(chǎn)分析課件

1、 第五章 化工生產(chǎn)分析 5.1 硫酸生產(chǎn)分析一、 概述 硫酸是化學(xué)工業(yè)中重要的產(chǎn)品之一，是許多工業(yè)的重要原料、輔助原料或材料，廣泛應(yīng)用于化肥，合成纖維、軍工、冶金、石油化工和醫(yī)藥工業(yè)等。 硫酸的生產(chǎn)是以含硫礦物質(zhì)為原料，經(jīng)過焙燒，反應(yīng)生成含二氧化硫的氣體。 硫鐵礦為原料：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 硫磺為原料：S+O2=SO2 石膏為原料：2CaSO4+C=2CaO+2SO2+CO2 含二氧化硫的氣體凈化后再用不同的工藝處理(釩觸媒接觸法等)，將二氧化硫氧化為三氧化硫。然后用98%的硫酸吸收得到硫酸產(chǎn)品。 5.1 硫酸生產(chǎn)分析一、 概述 硫酸是許多工業(yè)的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中

2、占有重要地位。在硫酸生產(chǎn)中，分析的主要對(duì)象是原料礦石（硫鐵礦和硫精礦），爐渣，中間氣體及成品硫酸。分析的主要項(xiàng)目有：原料礦石中有效硫和水分的含量，砷、氟的含量，礦渣中有效硫含量，凈化前后，轉(zhuǎn)化前后以及吸收后氣體中的二氧化硫，三氧化硫含量，成品硫酸的質(zhì)量。5.1 硫酸生產(chǎn)分析二、原料礦石和爐渣中硫的測(cè)定硫鐵礦（其主要成分為FeS2）還有少量單質(zhì)硫在焙燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫，這一部分硫稱為有效硫。一部分硫以硫酸鹽（如Fe2(SO4)3）形式存在，不能生成二氧化硫。有效硫和硫酸鹽中硫之和稱為總硫。在硫酸生產(chǎn)分析檢驗(yàn)中，主要測(cè)定硫鐵礦及殘留于爐渣中的有效硫。由于在焙燒過程中可能有部分的有效硫轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，致

3、使有效硫燒出率的計(jì)算結(jié)果發(fā)生偏差，所以還定期測(cè)定總硫。(一) 有效硫的測(cè)定硫鐵礦和爐渣中有效硫含量的測(cè)定，通常都采用氣體吸收容量滴定法。方法原理：試樣在850空氣流中燃燒，單質(zhì)硫和硫化物中硫轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸驓怏w逸出，用過氧化氫溶液吸收并氧化成硫酸，以甲基紅-亞甲基蘭為混合指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定即可計(jì)算有效硫含量。反應(yīng)式為：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2SO2+ H2O2=H2SO4H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O 有效硫含量測(cè)定裝置示意圖 有效硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算： 式中 c氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L； V氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗體積；mL

4、M(S)硫的摩爾質(zhì)量，32.07g/mol； m試料的質(zhì)量，g。方法討論 空氣中的酸性氣體會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏高，應(yīng)用燒堿石棉將空氣凈化。 試樣粒度、燃燒溫度及燃燒時(shí)間、氣流速度等影響測(cè)定結(jié)果，應(yīng)按規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。 反應(yīng)中生成的硫酸，應(yīng)及時(shí)用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以免影響吸收效果。 用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液作吸收劑時(shí)，因試樣燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫氣體會(huì)使碘揮發(fā)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，因此不能用碘量法測(cè)定硫鐵礦和爐渣中的有效硫含量。（二）總硫的測(cè)定測(cè)定總硫通常采用硫酸鋇重量法。分解試樣的方法有燒結(jié)法和逆王水溶解法。1燒結(jié)分解硫酸鋇沉淀重量法1.1 方法原理試樣中FeS2與燒結(jié)劑Na2CO3+ZnO混合，經(jīng)燒結(jié)后生成硫酸鹽，與

5、原來的硫酸鹽一起用水浸取后進(jìn)入溶液。在堿性條件下，用中速濾紙濾除大部分氫氧化物和碳酸鹽。然后在酸性溶液中用氯化鋇溶液沉淀硫酸鹽，經(jīng)過濾灼燒后，以硫酸鋇的形式稱量。2逆王水溶解法2.1 方法原理試樣經(jīng)逆王水溶解,其中硫化物中的硫被氧化生成硫酸,同時(shí)硫酸鹽被溶解,其反應(yīng)為：FeS2+5HNO3+3HCl2H2SO4+FeCl3+5NO+2H2O為防止單質(zhì)硫的析出，溶解時(shí)應(yīng)加入一定量的氧化劑氯酸鉀，使單質(zhì)硫也轉(zhuǎn)化為硫酸。S+KClO3+H2OH2SO4+KCl用氨水沉淀鐵鹽后，加入氯化鋇使SO42-離子生成硫酸鋇沉淀，由硫酸鋇質(zhì)量即可計(jì)算總硫含量。試樣的顆粒愈細(xì)，溶解效果愈好。試樣溶解時(shí)，溫度過高，

6、逆王水分解反應(yīng)快，對(duì)試樣的溶解和氧化作用會(huì)降低。所以，應(yīng)在不高于室溫的條件下使溶解及氧化反應(yīng)緩慢進(jìn)行。如果在短時(shí)間激烈的反應(yīng)后，反應(yīng)得過于緩慢，可以微微加熱以促使反應(yīng)完全。若過分加熱，即使有氯酸鉀存在，也會(huì)有單質(zhì)硫析出（淡黃色，飄浮于溶液表面），一旦有單質(zhì)硫析出，很難被氧化為SO42離子，試驗(yàn)必須重做硝酸鋇，氯酸鋇的溶解度較小，能與硫酸鋇形成共沉淀而干擾測(cè)定，產(chǎn)生誤差。因此，試樣溶液必須反復(fù)用鹽酸酸化和蒸干以除盡NO3-離子，還應(yīng)該控制氯酸鉀的加入量。試樣中總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算：式中 m1灼燒后硫酸鋇的質(zhì)量，g； m試料的質(zhì)量，g； 0.1374硫酸鋇對(duì)硫的換算系數(shù)。三、生產(chǎn)過程中二氧化硫和

7、三氧化硫的測(cè)定 在硫酸生產(chǎn)過程中，焙燒爐出口氣、尾氣、廠房空氣等氣體中都同時(shí)存在二氧化硫、三氧化硫氣體。測(cè)定焙燒爐氣中二氧化硫含量可檢驗(yàn)焙燒爐的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。測(cè)定轉(zhuǎn)化爐出口氣體中的二氧化硫和三氧化硫的含量，可以計(jì)算出二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，也是檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化爐運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常的依據(jù)。不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，兩種氣體的含量有較大差異，應(yīng)視其含量的不同選擇不同的測(cè)定裝置、試劑濃度和取樣量。(一) 二氧化硫濃度的測(cè)定碘淀粉溶液吸收法1方法原理氣體中的二氧化硫通過定量的含有淀粉指示劑的碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液時(shí)被氧化成硫酸，反應(yīng)式為：SO2I22H2O H2SO42HI碘液作用完畢時(shí)，淀粉指示劑的藍(lán)色剛剛消失，即將其余氣體收集于量氣管中，

8、根據(jù)碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的用量和余氣的體積可以算出被測(cè)氣體中二氧化硫的含量。氣樣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)(SO2)按下式計(jì)算：即（課本公式更直觀） c為碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L； V0為碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL； 21.89為二氧化硫的單位標(biāo)準(zhǔn)體積，Lmol； V為測(cè)量到的剩余氣體體積（濕氣），mL； VV2V1 p和t為當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)，kPa和溫度，； pW為溫度t下的氯化鈉飽和溶液的飽和蒸氣壓，kPa（與純水有差異，為減小誤差，數(shù)值可查表)二氧化硫濃度的測(cè)定-注意事項(xiàng)：焙燒爐出口或接觸系統(tǒng)入口氣中的二氧化硫含量較高，應(yīng)使用較濃的碘溶液，取樣量應(yīng)較少。但是對(duì)于其它生產(chǎn)氣體，則因?yàn)槎趸蚝?/p>

9、較低，應(yīng)該使用較稀的碘溶液，取樣量應(yīng)較多。對(duì)于溫度較高、含粉塵較多的生產(chǎn)氣體，必須冷卻、過濾，以免吸收液中的碘因?yàn)槭軣岫鴵]發(fā)損失，或被粉塵沾污渾濁而不易觀察顏色的轉(zhuǎn)變。(二) 三氧化硫濃度的測(cè)定1 方法原理爐氣通過潤(rùn)濕的脫脂棉球，三氧化硫和二氧化硫均生成酸霧而被捕集，用水溶解被捕集的酸霧，用碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定亞硫酸，再用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定總酸量。SO3H2OH2SO4SO2H2OH2SO3H2SO3I2H2O=H2SO42HI2NaOHH2SO4Na2SO42H2OHINaOH=NaI+H2O儀器：三氧化硫測(cè)定裝置如圖氣樣中的二氧化硫的體積按下式計(jì)算：氣樣中的三氧化硫的體積按下式計(jì)算：氣樣中三氧化硫的體積分?jǐn)?shù)(SO3)按下式計(jì)算： Vso2=(V1-V1)C1 Vso3=(V2-V2 )C22（V1V1）C1 C1碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；V1碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL； V1空白試驗(yàn)的碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mol； C2 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度