高三化學(xué)-硫酸的工業(yè)制法-總結(jié)

高三化學(xué)復(fù)習(xí)硫酸的工業(yè)制法第一頁，共48頁。第一頁，共48頁。一、接觸法制造硫酸的反應(yīng)原理H2SO4SO3SO2S硫化物如FeS2SO3+H2O===H2SO4S+O2===SO2點(diǎn)燃2SO2+O2===2SO3催化劑△4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2高溫第二頁，共48頁。第二頁，共48頁。二、接觸法制造硫酸的生產(chǎn)過程SO3H2SO4SO2S硫化物如FeS21二氧化硫的制取和凈化2二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫3三氧化硫的吸收和硫酸的生成第三頁，共48頁。第三頁，共48頁。沸騰爐爐氣1.二氧化硫的制取和凈化(造氣）SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如As、Se等的化合物和礦塵等等。原料粉碎氧氣4FeS2(固)+11O2(氣)===2Fe2O3(固)+8SO2(氣)高溫除塵洗滌干燥第四頁，共48頁。第四頁，共48頁。2.二氧化硫氧化成三氧化硫2SO2+O2===2SO3V2O54500C沸騰爐接觸室沸騰爐<600C5000C4500C8500C5000C熱交換器催化劑下一步思考第五頁，共48頁。第五頁，共48頁。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材P66-68頁有關(guān)內(nèi)容，討論SO2接觸氧化的最有利條件

因?yàn)镾O2接觸氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡理論判斷，此反應(yīng)在溫度較低的條件下進(jìn)行有利。但是，溫度較低時(shí)反應(yīng)速率低，從綜合經(jīng)濟(jì)考慮對(duì)生產(chǎn)不利。在實(shí)際生產(chǎn)中，選定4000C~5000C作為操作溫度。

SO2的接觸氧化也是一個(gè)氣體總體積縮小的反應(yīng)，表5-2的數(shù)據(jù)說明，增大氣體壓強(qiáng)，能相應(yīng)提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，但提高得并不多?？紤]到加壓對(duì)設(shè)備的要求高，增大投資和能量消耗；而且，常壓下4000C~5000C時(shí)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，所以硫酸工廠通常采用常壓操作，并不加壓。返回第六頁，共48頁。第六頁，共48頁。返回第七頁，共48頁。第七頁，共48頁。3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成接觸室沸騰爐吸收塔熱交換5000C1500C98.3%H2SO4SO3+H2O===H2SO41450C尾氣生產(chǎn)流程動(dòng)態(tài)演示第八頁，共48頁。第八頁，共48頁。補(bǔ)充材料：硫酸的其它生產(chǎn)辦法1.2(FeSO4·7H2O)===Fe2O3+SO2+SO3+14H2O2.SO2+NO2+H2O===H2SO4+NO2NO+O2===2NO2第九頁，共48頁。第九頁，共48頁。三、環(huán)境保護(hù)環(huán)境污染：大氣污染、水污染、

土壤污染、食品污染、固體廢

棄物、放射性污染、噪聲污染

等。工業(yè)上的三廢：廢水、廢渣、廢氣第十頁，共48頁。第十頁，共48頁。第十一頁，共48頁。第十一頁，共48頁。1.尾氣處理尾氣的組成：SO2,O2,N2(1)堿法：Na2CO3Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2(2)氨酸法：NH3·H2O2NH3·H2O+SO2===(NH4)2SO3+H2O第十二頁，共48頁。第十二頁，共48頁。3．尾氣的吸收:通常工業(yè)上是用氨水來吸收SO2，其反應(yīng)式為：SO2+2NH3·H2O=(NH4)2SO3+H2O,(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,當(dāng)吸收液中亞硫酸氫銨達(dá)到一定濃度后，再跟濃硫酸反應(yīng)，放出二氧化硫氣體，同時(shí)得到硫酸銨溶液。反應(yīng)式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2↑+2H2O+(NH4)2SO4，(NH4)2SO3+H2SO4=SO2↑+H2O+(NH4)2SO4放出SO2可用于制液體二氧化硫作為化工原料，硫酸銨溶液經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥后制成固體硫酸銨肥料。尾氣的組成：SO2,O2,N2第十三頁，共48頁。第十三頁，共48頁。生產(chǎn)過程中的污水，含有硫酸等雜質(zhì)。Ca(OH)2＋H2SO4==CaSO4

＋2H2O2、污水處理3、廢渣的利用第十四頁，共48頁。第十四頁，共48頁?？偨Y(jié)三階段造氣接觸氧化SO3的吸收三反應(yīng)4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO22SO2+O2===2SO3SO3+H2O===H2SO4三凈化除塵洗滌干燥三原理熱交換循環(huán)利用逆流吸收三設(shè)備沸騰爐接觸室吸收塔工業(yè)三廢廢渣廢氣廢水第十五頁，共48頁。第十五頁，共48頁。硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程動(dòng)畫

硫酸的工業(yè)生產(chǎn)沸騰爐接觸室吸收塔凈化冷卻第十六頁，共48頁。第十六頁，共48頁。沸騰爐沸騰爐第十七頁，共48頁。第十七頁，共48頁。接觸室接觸室低溫SO2O2

高溫SO2O2SO3SO2O2第十八頁，共48頁。第十八頁，共48頁。吸收塔吸收塔第十九頁，共48頁。第十九頁，共48頁。第二十頁，共48頁。第二十頁，共48頁?？偨Y(jié)三原料黃鐵礦(或硫磺)空氣98.3%的硫酸三選擇壓強(qiáng):常壓溫度:400~500℃催化劑三雜質(zhì)礦塵砷,硒化合物水蒸氣三危害影響生產(chǎn)催化劑中毒腐蝕設(shè)備第二十一頁，共48頁。第二十一頁，共48頁。六、掌握多步計(jì)算的技能---（相當(dāng)關(guān)系式計(jì)算）

（原子守恒）4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫2SO2+O22SO3催化劑加熱SO3+H2OH2SO4FeS22SO22SO32H2SO4第二十二頁，共48頁。第二十二頁，共48頁。多步計(jì)算

例：含F(xiàn)eS272%的黃鐵礦石在煅燒的時(shí)候，有2%的硫受到損失而混入爐渣，在SO2的氧化、吸收過程中，產(chǎn)率為98%，則由這種黃鐵礦石10t可以制得98%的硫酸多少噸？解析：該題的解題關(guān)鍵是：轉(zhuǎn)化成硫酸的硫來自硫鐵礦。抓住了這一點(diǎn)就可以找出FeS2和H2SO4之間的關(guān)系式，即：FeS2——2S——2H2SO4有2%S損失即FeS2利用率為98%。在多步計(jì)算中重點(diǎn)掌握元素守恒。在反應(yīng)過程中，可以把中間步驟的損失歸結(jié)為原料或目標(biāo)產(chǎn)物的損失。第二十三頁，共48頁。第二十三頁，共48頁。FeS2——————2H2SO412019610t×72%×98%×98%x×98%X=11.5t答：（略）解：設(shè)可制得98%的硫酸質(zhì)量為x練習(xí)：KKP102(7)第二十四頁，共48頁。第二十四頁，共48頁。再見！第二十五頁，共48頁。第二十五頁，共48頁。一、造氣

1．原料

接觸法制硫酸可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含有一定量的SO2）等作原料。

從原料成本、環(huán)境保護(hù)等角度考慮，硫黃是制硫酸的首選材料。我國由于硫黃礦產(chǎn)資源較少，主要用黃鐵礦作原料。

世界硫酸產(chǎn)量的60%以上來自硫黃，另一方面，由于有色冶金工業(yè)的發(fā)展和日趨嚴(yán)格的環(huán)保法則，有色金屬冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量逐年增加。相反，黃鐵礦制酸的比重卻呈下降趨勢(shì)，90年代初，世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成為：

硫黃黃鐵礦其他

65%

16%

19%

第二十六頁，共48頁。第二十六頁，共48頁。2．煅燒黃鐵礦

將硫黃或經(jīng)過粉碎的黃鐵礦，分別放在專門設(shè)計(jì)的燃燒爐中，利用空氣中的氧氣使其燃燒，就可以得到SO2。

煅燒黃鐵礦在沸騰爐中進(jìn)行。

造氣階段的反應(yīng)原理：

S(s)+O2(g)=SO2(g)；△H=-297kJ/mol

或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)；△H=-853kJ/mol

第二十七頁，共48頁。第二十七頁，共48頁。黃鐵礦粉碎的目的：一是燃燒迅速，二是燃燒充分，提高原料的利用率。

沸騰爐的名稱是因?yàn)閺臓t底通入的強(qiáng)大空氣流，在爐內(nèi)一定空間里把礦粒吹得劇烈翻騰，好像“沸騰著的液體”，所以，人們把這種燃燒爐叫做沸騰爐。

在此階段中，空氣是過量的，目的就是讓黃鐵礦充分反應(yīng)。

第二十八頁，共48頁。第二十八頁，共48頁。①二氧化硫的制取和凈化發(fā)生的反應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備沸騰爐2、硫酸生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介4FeS2＋11O2==2Fe2O3＋8SO2

高溫第二十九頁，共48頁。第二十九頁，共48頁。沸騰爐爐氣原料粉碎空氣除塵洗滌干燥第三十頁，共48頁。第三十頁，共48頁。

為什么要將黃鐵礦粉碎成細(xì)小礦粒？

為什么要從爐底通入強(qiáng)大空氣流？討論第三十一頁，共48頁。第三十一頁，共48頁。從燃燒爐中出來的氣體叫做爐氣，用燃燒黃鐵礦制得的爐氣含有SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如砷、硒等的化合物和礦塵等。雜質(zhì)和礦塵都會(huì)使釩催化劑中毒，水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)也有不良影響，因此，在進(jìn)行下一步氧化反應(yīng)前，必須對(duì)爐氣進(jìn)行凈化。

爐氣凈化主要除去砷、硒等化合物和礦塵；第三十二頁，共48頁。第三十二頁，共48頁。爐氣的凈化爐氣的成分：凈化的目的：方法：除塵（除礦塵）洗滌（除去砷、硒等化合物）干燥（除水蒸氣）二氧化硫、氧氣、氮?dú)?、水蒸氣、礦塵、砷硒化合物等防止催化劑中毒和設(shè)備腐蝕第三十三頁，共48頁。第三十三頁，共48頁。凈化設(shè)備：1、旋風(fēng)分離器2、文丘里除塵3、水洗塔第三十四頁，共48頁。第三十四頁，共48頁。二、接觸氧化

1．反應(yīng)原理

SO2跟O2是在催化劑（如V2O5）表面上接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)的，所以，這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法。

從沸騰爐出來的氣體主要有：SO2、O2、N2，它們進(jìn)入接觸室，發(fā)生氧化反應(yīng)：第三十五頁，共48頁。第三十五頁，共48頁。

②二氧化硫氧化成三氧化硫

生產(chǎn)設(shè)備：接觸室得到的氣體：三氧化硫、氮?dú)?、未反?yīng)的氧氣和二氧化硫

發(fā)生的反應(yīng)：2SO2＋O22SO3V2O5第三十六頁，共48頁。第三十六頁，共48頁。2．SO2接觸氧化反應(yīng)條件選擇

（1）溫度

在具體實(shí)際生產(chǎn)中，溫度低了反應(yīng)速率就低，更為重要的是催化劑活性在低溫時(shí)不高，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，溫度過低對(duì)生產(chǎn)不利。

在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率（93.5%～99.2%）都比較理想。

第三十七頁，共48頁。第三十七頁，共48頁。（2）壓強(qiáng)

理論上：接觸氧化是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可提高SO2的轉(zhuǎn)化率。

實(shí)際上：常壓操作，并不加壓。

原因有兩點(diǎn)：一是在常壓時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強(qiáng)后，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多；二是加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，這樣將增大投資和能量消耗。

第三十八頁，共48頁。第三十八頁，共48頁。第三十九頁，共48頁。第三十九頁，共48頁。進(jìn)入接觸室的SO2和O2需要加熱，而接觸氧化生成SO3時(shí)放出熱量，反應(yīng)環(huán)境溫度會(huì)不斷升高，用熱交換器將這些熱量來預(yù)熱SO2和O2反應(yīng)。第四十頁，共48頁。第四十頁，共48頁。為什么要換熱?由于接觸氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，要想增大SO2的轉(zhuǎn)化率、提高SO3的產(chǎn)率，平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)理論，高溫不利于SO3的生成，所以裝一個(gè)熱交換器可用來把反應(yīng)生成的熱傳給需預(yù)熱的爐氣。第四十一頁，共48頁。第四十一頁，共48頁。逆流換熱在熱交換器中，冷氣體（SO2和O2等）在管道外流動(dòng)，熱氣體（SO3等）在管道內(nèi)流動(dòng)，兩種氣體流向是逆向的，這樣有利于熱交換充分。第四十二頁，共48頁。第四十二頁，共48頁。1．SO3的吸收

吸收過程是在吸收塔里進(jìn)行的。從接觸室出來的氣體，主要是SO3、N2以及未起反應(yīng)的O2和SO2。SO3與H2O化合生成H2SO4。H2SO4雖然由SO3跟H2O化合制得的，但工業(yè)上并不直接用H2O或稀H2SO4來吸收SO3。

第四十三頁，共48頁。第四十三頁，共48頁。98.3%H2SO4吸收塔尾氣發(fā)煙H2SO4SO3O2、SO2、N2第四十四頁，共48頁。第四十四頁，共48頁。由于反應(yīng)SO3+H2O=