如何制取硫酸?
问题一:工业如何制硫酸 一、接触法制硫酸的原理、过程及典型设备 1.三种原料:硫铁矿(FeS2)、空气、水。利用接触法制硫酸一般可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含一定量的SO2)等。其中用硫黄作原料成本低、对环境污染少。但我国硫黄资源较少,主要用黄铁矿(主要成分为FeS2)作生产硫酸的原料。 2.三步骤、三反应:(1) 4FeS2 +11O2=== 2Fe2O3+8SO2(高温)(2)2 SO2+ O2 ≈ 2 SO3 (催化剂,加热),(3) SO3 + H2O === H2SO4 3.三设备:(1)沸腾炉(2)接触室(3)合成塔 4.三原理:化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。(1)增大反应物浓度、增大反应物间接触面积,能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动,以充分提高原料利用率。(2)热交换原理:在接触室中生成的热量经过热交换器,传递给进入接触室的需要预热的混合气体,为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。(3)逆流原理:液体由上向下流,气体由下向上升,两者在逆流过程中充分反应。接触法制硫酸的原理、过程及典型设备三原料 三阶段 三反应(均放热) 三设备 三净激黄铁矿或S 造气 4FeS2+11O2=== 2Fe2O3+8SO2(高温)或S+O2=SO2 沸腾炉 除尘空气 接触氧化 2 SO2 + O2 ≈ 2 SO3 (催化剂) 接触室(含热交换器) 洗涤 98.3%浓硫酸 三氧化硫吸收 SO3+ H2O === H2SO4 吸收塔 干燥接触法制硫酸示意图:
问题二:工业硫酸的制备 先将硫黄或黄铁矿在空气中燃烧或焙烧,以得到二氧化硫气体。
将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸抚关键,其反应为:2SO2+O2→2SO3
这个反应在室温和没有催化剂存在时,实际上不能进行。
根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同,制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。
接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾(助催剂)的五氧化二钒V2O5作催化剂,将二氧化硫转化成三氧化硫。
硝化法是用氮的氧化物作递氧剂,把二氧化硫氧化成三氧化硫:SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO
根据所采用设备的不同,硝化法又分为铅室法和塔式法,现在铅室法已被淘汰;塔式法生产的硫酸浓度只有76%;而接触法可以生产浓度98%以上的硫酸;采用最多。
主要方程式:
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2=2SO3
SO3+H2O=H2SO4
问题三:如何自己制浓硫酸 V2O5只是制S03的催化剂,这个无所谓,你要用到以下方程式
S+02=点燃=S02气体 发生装置
SO2+02=可逆=SO3 (这一步楼主难以础作,高温高压催化剂,否则转化率非常低,注意尽量用高浓度氧气,使之尽量充分的反应,还是可以收到S03的)
将SO3气体通过冷凝管(最好买个),将S03变为液体与S02与02分离。(或者买来少量浓H2SO4,用这个硫酸吸收S03,然后再稍微稀释,这个更好)
再将SO3溶于水,得到稀硫酸,蒸发浓缩得到的硫酸就比较浓了(如果买了浓硫酸吸收S03就不用这一步了)
最后的尾气不要浪费,让其通回合成S03的反应容器中。
希望对你有用
问题四:如何制取浓硫酸? 4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2 ----向黄铁矿石通入过量氧气在沸腾炉中进行
2SO2(气) + O2(气) = 2SO3(气)+196.6kJ-----在接触室进行
SO3 + H2O ==H2SO4 -----在吸收塔中进行!
问题五:硬盘格式化后,有什么方法以前的恢复文件 如果你不是专业数据恢复人员,而且原来的数据又非常重要的话,建议你什么都不要作,保留硬盘,然后请求专业人士的帮助。
这是因为楼上的朋友提出的方法都是不可逆的,也就是说一旦使用了这些方法,极有可能造成数据的永久丧失,到时候神仙也没办法了。
当然,要是没那么严重,可以按照上面的方法尝试一下。记住,一旦对硬盘进行了操作,尤其是写操作,那么数据就存在极大的永久丧失的可能。所以,最好是有把握的。
①我国工业制硫酸的方法:1.造气:4FeS2(黄铁矿)+11O2==2Fe2O3+8SO2
2.接触氧化:2SO2+O2==2SO3
3.三氧化硫的吸收:SO3+H2O==H2SO4 ②氨氧化法制硝酸[工业制法]:工业制法原料:NH3 ,水,空气.
设备:氧化炉,吸收塔.硝酸的工业制法历史上曾用智利硝石与浓硫酸共热制取.现改用氨氧化法制取,其法以氨和空气为原料,用Pt—Rh合金网为催化剂在氧化炉中于 800℃进行氧化反应,生成的NO在冷却时与O2生NO2,NO2在吸收塔内用水吸收在过量空气中O2的作用下转化为硝酸,最高浓度可达50%.制浓硝酸则把50%HNO3与Mg[NO3]2或浓H2SO4蒸馏而得.
主要反应为:4NH3 + 5O2 =催化剂+强热= 4NO + 6H2O [氧化炉中];2NO + O2 = 2NO2 [冷却器中];
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO [吸收塔];
4NO2 + O2 + 2H2O == 4HNO3 [吸收塔].
从塔底流出的硝酸含量仅达50%,不能直接用于军工,染料等工业,必须将其制成98%以上的浓硝酸.
浓缩的方法主要是将稀硝酸与浓硫酸或硝酸镁混合后,在较低温度下蒸馏而得到浓硝酸,浓硫酸或硝酸镁在处理后再用.
①CuSO4·5H2O====CuO+SO3+5H2O(或SO2+O2) ;② SO3+H2O====H2SO4。
(2) 欧洲最早的制硫酸方法为:加热蒸馏绿矾,产物除硫酸外,还有一种红色固体生成,方程式为 FeSO4·7H2O====Fe2O3+SO2+SO3+7H2O。
(3)近代英国用铅室法制硫酸,方法是:①先将硫磺燃烧得二氧化硫;②再将燃烧产物与NO、NO2及空气、水蒸气混合,形成亚硝基硫酸(NOHSO4),方程式为:S+O2====SO2;2SO2+O2+NO+NO2+H2O====2NOHSO4。生成的亚硝基硫酸可与水反应生成硫酸,并能释放出氮的氧化物,方程式为2NOHSO4+H2O====2H2SO4+NO+NO2。其中NO、NO2可看作是催化剂。
(4)现代工业制硫酸多用接触氧化法,即将SO2用V2O5作催化剂接触氧化生成SO3的方法,此反应不采用高压条件而用常压,理由是常压下二氧化硫和氧气是气态,三氧化硫是液态,容易分离 。
(5)比较上述方法,古代加热胆矾和绿矾的方法缺点是污染环境,制出的硫酸不纯,产生气体有强烈腐蚀性,近代英国的铅室法其缺点是氮氧化物与二氧化硫保护不当会污染大气。现代制硫酸的方法其优点是使用高效催化剂反应速率快,制出的硫酸易于分离,纯度高。(写出任意两点即可)。
早期的硫酸生产 15世纪后半叶,B.瓦伦丁在其著作中,先后提到将绿矾与砂共热,以及将硫磺与硝石混合物焚燃的两种制取硫酸的方法。约1740年,英国人J.沃德首先使用玻璃器皿从事硫酸生产,器皿的容积达300l。在器皿中间歇地焚燃硫磺和硝石的混合物,产生的二氧化硫和氮氧化物与氧、水反应生成硫酸,此即硝化法制硫酸的先导。
硝化法的兴衰 1746年,英国人J.罗巴克在伯明翰建成一座6ft(lft=0.3048m)见方的铅室,这是世界上第一座铅室法生产硫酸的工厂。1805年前后,首次出现在铅室之外设置燃烧炉焚燃硫磺和硝石,使铅室法实现了连续作业。1827年,著名的法国科学家J.-L.盖-吕萨克建议在铅室之后设置吸硝塔,用铅室产品(65%H2SO4)吸收废气中的氮氧化物。1859年,英国人J.格洛弗又在铅室之前增设脱硝塔,成功地从含硝硫酸中充分脱除氮氧化物,并使出塔的产品浓度达76%H2SO4。这两项发明的结合,实现了氮氧化物的循环利用,使铅室法工艺得以基本完善。
18世纪后半期,纺织工业取得重大的技术进步,硫酸被用于亚麻织品的漂白、棉织品的酸化和毛织品的染色。吕布兰法的成功,又需大量地从硫酸和食盐制取硫酸钠。迅速增长的需求为初兴的硫酸工业开拓了顺利发展的道路。
早期的铅室法工厂都以意大利西西里岛的硫磺为原料,随着硫酸需求的不断增加,原料供应日益紧张。19世纪30年代起,英、德等国相继改用硫铁矿作原料。其后,利用冶炼烟气生产硫酸也获得成功。原料来源的扩大,适应了当时以过磷酸钙和硫酸铵为主要产品的化肥工业的兴起,从而使硫酸工业获得更大的发展。1900年世界硫酸产量(以100%H2SO4计)已达4.2Mt。1916年,美国田纳西炼铜公司建成了一套日产 230~270t(以100%H2SO4计)的铅室法装置。它拥有四个串联的铅室,每个铅室的容积为15600m3,这是世界上容积最大的巨型铅室。由于庞大的铅室生产效率低、耗铅多和投资高,19世纪后半期起,不断有人提出各种改进的建议和发明,终于导致以填充塔代替铅室的多种塔式法装置的问世。
1911年,奥地利人C.奥普尔在赫鲁绍建立了世界上第一套塔式法装置。六个塔的总容积为600m3,日产14t硫酸(以100%H2SO4计)。1923年,H.彼德森在匈牙利马扎罗瓦尔建成一套由一个脱硝塔、两个成酸塔和四个吸硝塔组成的七塔式装置,在酸液循环流程及塔内气液接触方式等方面有所创新,提高了生产效率。
在苏联和东欧,曾广泛采用五塔式流程。到50年代,苏联又开发了更为强化的七塔式流程,即增设成酸塔和吸硝塔各一座,其生产强度比之老式的塔式法装置有了成倍的提高,而且可以用普通钢材代替昂贵的铅材制造生产设备。
铅室法产品的浓度为 65%H2SO4,塔式法则为76%H2SO4。在以硫铁矿和冶炼烟气为原料时,产品中还含有多种杂质。40年代起,染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓硫酸和发烟硫酸的需要量迅速增加,许多工业部门对浓硫酸产品的纯度也提出了更高的要求,因而使接触法逐渐在硫酸工业中居于主导地位。
后来居上的接触法 1831年,英国的P.菲利普斯首先发明以二氧化硫和空气混合,并通过装有铂粉或铂丝的炽热瓷管制取三氧化硫的方法。1870年,茜素合成法的成功导致染料工业的兴起,对发烟硫酸的需要量激增,为接触法的发展提供了动力。1875年,德国人E.雅各布在克罗伊茨纳赫建成第一座生产发烟硫酸的接触法装置。他曾以铅室法产品进行热分解取得二氧化硫、氧和水蒸气的混合物,冷凝除水后的余气通过催化剂层,制成含43%SO3的发烟硫酸。
1881发起,德国巴登苯胺纯碱公司的R.克尼奇对接触法进行了历时10年的研究,在各种工艺条件下系统地测试了铂及其他催化剂的性能,并在工业装置上全面解决了以硫铁矿为原料进行生产的技术关键。当时的接触法装置都使用在较低温度下呈现优良活性的铂催化剂。但其价格昂贵、容易中毒而丧失活性(见催化剂中毒、催化活性)。为此,早期的接触法装置,无论从硫化矿或硫磺为原料,都必须对进入转化工序的气体预先进行充分的净化,以除去各种有害杂质。1906年,美国人F.G.科特雷耳发明高压静电捕集矿尘和酸雾的技术在接触法工厂获得成功,成为净化技术上的重要突破。
第一次世界大战的爆发,使欧美国家竞相兴建接触法装置,产品用于炸药的制造。这对接触法的发展颇具影响。1913年,巴登苯胺纯碱公司发明了添加碱金属盐的钒催化剂,活性较好,不易中毒,且价格较低,在工业应 用中显示了优异的成效。从此,性能不断有所改进的钒催化剂相继涌现,并迅速获得广泛应用,终于完全取代了铂及其他催化剂。
近30年的发展 第二次世界大战以后,硫酸工业取得了较大的发展,世界硫酸产量不断增长。
现代的硫酸生产技术也有显著的进步。50年代初,联邦德国和美国同时开发成功硫铁矿沸腾焙烧技术。联邦德国的法本拜耳公司于1964年率先实现两次转化工艺的应用,又于1971年建成第一座直径4m的沸腾转化器。1972年,法国的于吉纳-库尔曼公司建造的第一座以硫磺为原料的加压法装置投产,操作压力为500kPa,日产550t(100%H2SO4)。1974年,瑞士的汽巴-嘉基公司为处理含0.5%~3.0%SO2的低浓度烟气,开发一种改良的塔式法工艺,并于1979年在联邦德国建成一套每小时处理10km3焙烧硫化钼矿烟气(0.8%~1.5%SO2)的工业装置。
中国硫酸工业的发展 1874年,天津机械局淋硝厂建成中国最早的铅室法装置,1876年投产,日产硫酸约2t,用于制造无烟火药。1934年,中国第一座接触法装置在河南巩县兵工厂分厂投产。
1949年以前,中国硫酸最高年产量为 180kt(1942)。1983年硫酸产量达8.7Mt(不包括台湾省),仅次于美国、苏联,居世界第三位。1951年,研制成功并大量生产钒催化剂,此后还陆续开发了几种新品种。1956年,成功地开发了硫铁矿沸腾焙烧技术,并将文氏管洗涤器用于净化作业。1966年,建成了两次转化的工业装置,成为较早应用这项新技术的国家。在热能利用、环境保护、自动控制和装备技术等方面,也取得了丰硕成果
现代制造硫酸的工艺是从西方传入中国的。
据史书记载,早在2000 多年前,我国即发明了 制取硫酸的工艺。“炼石胆取精华法”,是用干馏法从石胆(CuSO4·5H2O)中提取硫酸的世界最早记录,它比8世纪阿拉伯炼金家提出加热矾,可蒸馏出“矾精”(硫酸),要早五六百年。
工业制法生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。
硫酸广泛用于各个工业部门,主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂的生产、军事工业、原子能工业和航天工业等。
硫酸还用于生产染料、农药、化学纤维、塑料、涂料,以及各种基本有机和无机化工产品。
扩展资料:
1、制取二氧化硫(沸腾炉)
燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫S+O₂=点燃=SO₂
4FeS₂+11O₂=高温=8SO₂+2Fe₂O₃
2、接触氧化为三氧化硫(接触室)
2SO₂+O₂=五氧化二钒催化并加热=2SO₃(可逆反应)
3、用98.3%硫酸吸收
SO₃+H₂SO₄=H₂S₂O₇(焦硫酸)
4、加水
H₂S₂O₇+H₂O=2H₂SO4
5.提纯
可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品硫酸。
参考资料:百度百科-硫酸工业
1、可以用FeSO₄·7H₂O加强热,用加冰水混合物的U型管冷凝即可,用NaOH吸收SO₂,理论可得29.5%的H₂SO₄。关键在于尾气吸收。
2、可将二氧化硫气体通入双氧水制取硫酸,此法占率较低。
3、另一种少为人知的方法是,先把12.6摩尔浓度的盐酸加入焦亚硫酸根(S₂O₅-),接着把所产生的气体打入硝酸,这会释出棕色/红色的气体,当再无气体产生时就代表反应完成。
扩展资料:
硫酸的应用:
用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门,特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、镉、镍时,电解液就需要使用硫酸,某些贵金属的精炼,也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前,都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。
在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材,都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外,有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前,都要经过用硫酸进行酸洗。在某些金属机械加工过程中,例如镀镍、镀铬等金属制件,也需用硫酸来洗净表面的锈。
参考资料来源:百度百科—硫酸
一、我国硫酸工业的生产现状
目前,我国共有硫酸生产企业600多家,其中小型硫酸厂占80%左右,产量占总产量的55%左右,其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后,原材料消耗高,设备效率低,环境污染较严重,经济效益较差,与大型企业相比仍有相当大的差距,严重影响了这些企业的市场竞争力。
硫酸生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料。而国外基本上是以硫磺为生产原料的。硫磺制酸与硫铁矿制酸相比,在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。近几年来,我国硫磺制酸发展也比较快。1995年硫铁矿制酸所占比例约为80%,1998年硫铁矿制酸所占比例约为60%,到了2001年比例下降到40%左右。同时,硫磺制酸所占比例由1995年的1.5%左右增加到2001年的30%左右,硫磺制酸工业发展速度较快。这主要是受进口硫磺价格低、国内硫铁矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展。
我国硫酸主要生产企业有:山东省鲁北企业集团总公司、铜陵有色金属集团公司、江西铜业公司、葫芦岛锌厂、铜陵市化学工业集团有限公司、苏州精细化工集团有限公司、绵竹龙蟒集团有限责任公司、云南红磷化工有限责任公司、山东红日集团有限责任公司、云南三环化工有限公司(云南磷肥厂)、金川集团公司、中国石化集团南京化学工业有限公司、云南铜业股份有限公司、白银有色金属公司、贵州西洋肥业有限公司、大冶有色金属公司、深圳市中金岭南股份公司韶关冶炼厂、湖北省黄麦岭磷化工集团公司、湖南株洲化工集团有限责任公司、涪陵化工股份有限公司、贵州开磷(集团)有限责任公司、云南云峰化学工业公司、四川省什邡蓥峰实业总公司、鲁西化工集团总公司阳谷化工厂、四川宏达集团有限公司、聊城市鲁西化肥厂、湖北祥云集团化工股份有限公司、湖南株冶火炬金属股份有限公司、广西鹿寨化肥有限责任公司、辽宁西洋特肥股份有限公司、淄博钴业股份有限公司、巨化集团公司、开封黄河化肥化工集团、山东招金集团公司、山东聊城鲁西化工集团总公司东阿磷肥分公司。
近年来我国硫酸工业发展速度较快,硫酸年产量由1995年的1684.58万吨(折100%)发展到2001年的2651.34万吨(折100%),1995年至2002年间硫酸产量年平均增长率达到了8.11%。近几年我国硫酸产量情况见表一。
表一:近几年我国硫酸产量情况 单位:万吨
年份 产量(折100%) 备注
1995年 1684.58
1996年 1756.67
1997年 1797.28
1998年 1911.35
1999年 2029.09
2000年 2365.04
2001年 2651.34
2002年1-9月份 2180.79 折算全年按2907.72计
二、我国硫酸的消费情况
我国硫酸的主要消费范围如下:
化肥:普钙、硫铵、重钙、磷铵。
化工:敌百虫、敌敌畏、DDT、有机玻璃、环氧树脂、离子交换树脂、硝基苯、对硝基氯化苯、二硝基氯化苯、邻硝基甲苯、盐酸、对苯二酚、保险粉、钛白粉、立德粉、硫酸二甲酯、苯酚、合成酒精、红矾钠、铬酸酐、草酸、甲酸、氰化钠、2-萘酚、癸二酸、合成甲酚、电解烧碱、硫酸铝、磺化媒、磷酸二钠。
轻工:合成洗涤剂、三聚磷酸钠、合成脂肪酸、自行车、皮革、合成革。
纺织:维尼纶、腈纶、印染布、针织用纱。
冶金:钢材酸洗、氟化盐、电解铜、电解锌、电解镍。
石油化工:原油加工、石油催化剂、石油添加剂、己内酰胺、聚乙烯醇、丙烯腈。
其它行业主要是指医药工业和军工。
我国硫酸主要消费于肥料工业,特别是磷肥工业。
表二:我国硫酸的消费构成 单位:万吨
消费领域 2001年消费比例(%)
化肥 70
化工和轻工 8
纺织 3
冶金、石油等 19
合计 100
我国是农业大国,随着农业和化学工业的发展,化肥产量增长很快。硫酸产品消费量也将随之增加。从1995年到2002年我国硫酸及发烟硫酸进出口情况分析,靠国内自身所生产的硫酸产量还满足不了国内对硫酸产品的需求,需要有一部分进口作为补充,其补充的数量在逐年增长。从1995年至2002年硫酸及发烟硫酸的净进口量由4.61万吨/年增加到183.24万吨/年,净进口量逐年递增,平均年增长率为69.23%,其平均年增长远高于产量平均年增长率。因此,在我国未来几年对硫酸产品的需求缺口将逐年递增。1995年至2002年1-9月份期间我国硫酸及发烟硫酸的进出口情况见表三。
表三:近几年我国硫酸及发烟硫酸进出口情况 单位:万吨
年份 进口量 出口量 净进口量
1995 5.34 0.73 4.61
1996 7.55 0.65 6.9
1997 12.89 0.53 12.36
1998 29.72 0.52 29.2
1999 26.25 0.56 25.69
2000 36.75 0.58 36.17
2001 96.23 0.52 95.71
2002年1-9月 138.34(全年按184.45计) 0.91(全年按1.21计) 183.24
三、发展建议
在我国硫酸工业的发展中,应尽快调整硫酸企业的规模结构,硫铁矿制酸与硫磺制酸相比,在硫铁矿资源、品位、运输费用以及环保等方面存在着一定的劣势。近几年来,在进口硫磺价格较低的带动下,使得我国硫磺制酸工业发展较快,现在我国硫磺制酸的比例占硫酸工业已达到了30%左右。改变了以硫铁矿制酸中小型企业为主体的状况,尽一步发展硫磺制酸,在沿海地区有选择地建设硫磺制酸装置,充分利用低价位的进口硫磺原料,使我国硫磺制酸生产能力占硫酸工业的45%左右为宜。同时保持硫铁矿制酸的生产比例,避免国际硫磺市场对我国硫酸行业的冲击。改中小企业为大型企业,发挥规模经济的优势。为满足我国对硫酸逐年递增的需求量,有计划地新建一些硫酸生产装置,并充分考虑到选地、与磷肥基地相配套等,生产规模上应15万吨/年以上为宜。
硫酸是基础化学工业的重要产品。它是许多化学工业的原料,大量的用于制造化肥、农药、医药、染料、炸药、化学纤维等。它还广泛应用于石油炼制、冶金、机械制造、纺织印染等国民经济部门。因此,有人认为硫酸的消费量可视为一个国家工业发达水平的一种标志,可见硫酸工业在国民经济中占有重要的地位。 解放前,我国的硫酸工业十分落后,1949年产量只有四万吨。新中国成立后,硫酸工业得到快速发展,目前年产量已达一千多万吨,位居世界前列。
接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含有一定量的SO2)等作原料。世界上主要用硫黄作原料制硫酸,是因为用硫黄作原料成本低,对环境的污染少。我国由于硫黄矿产资源较少,主要用黄铁矿作原料,部分工厂用有色金属冶炼厂的烟气、矿产硫黄或从石油、天然气脱硫获得的硫黄作原料。
工业制造硫酸的生产过程主要分三个阶段。
一、造气
将硫黄或经过粉碎的黄铁矿,分别放在专门设计的燃烧炉中,利用空气中的氧气使其燃烧,就可以得到SO2。
ΔH=-297 kJ/mol
ΔH=-853kJ/mol
燃烧黄铁矿是在沸腾炉中进行的。当黄铁矿矿粒燃烧的时候,从炉底通入强大的空气流,在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾,好像“沸腾着的液体”。因此,人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉(如上图)。由于矿粒在沸腾炉中燃烧得比较完全,从而可提高原料的利用率。
从燃烧炉中出来的气体叫做炉气。用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质,如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒,水蒸气对设备和生产也有不良影响。因此,在进行下一步氧化反应以前,必须对炉气进行净化和干燥处理。用燃烧硫黄制得的炉气除含有SO2、O2和N2外,杂质较少,不需要经过净化和干燥处理。
二、接触氧化
经过净化、干燥的炉气(其成分体积分数分别约为:SO27%,O211%,N282%)进入接触室(见“接触法制硫酸流程图”),发生氧化反应,生成SO3。
SO2跟O2是在催化剂(如V2O5等)表面上接触时发生反应的,所以,这种生产硫酸的方法叫做接触法。
SO2接触氧化反应在什么条件下进行最为有利呢?
1.温度
SO2接触氧化是一个放热的可逆反应,根据化学平衡理论判断可知,此反应在温度较低的条件下进行最为有利。表1列出的一系列实验数据也证明了这一点。
表1 不同温度下SO2的平衡转化率
但是,温度较低时催化剂活性不高,反应速率低,从综合经济效益来考虑,对生产不利。在实际生产中,选定400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,反应速率和SO2的平衡转化率(93.5%~99.2%)都比较理想。
2.压强
SO2的接触氧化也是一个总体积缩小的气体反应。表2列出了压强对SO2平衡转化率影响的一系列实验数据。
讨论1 根据化学平衡理论和表2的数据,考虑综合经济效益,你认为SO2的接触氧化反应在什么压强下进行最为有利?
表2的数据说明,增大气体压强,能相应提高SO2的平衡转化率,但提高得并不多。考虑到加压必须增加设备,增大投资和能量消耗,而且常压下400℃~500℃时,SO2的平衡转化率已经很高,所以硫酸工厂通常采用常压进行操作,并不加压。
由于SO2的氧化反应需在400℃~500℃条件下进行,因此,反应前必须把炉气预热到这个温度;又由于此反应是放热反应,随着反应的进行,反应环境的温度会不断升高,这不利于SO3的生成。所以在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器,用来把反应生成的热,传递给进入接触室需要预热的炉气,还可以冷却反应后生成的气体。
三、三氧化硫的吸收
从接触室出来的气体,主要是SO3、N2以及剩余的未起反应的O2和SO2。SO3与H2O化合就生成了H2SO4。
SO3(g)+H2O(l)====H2SO4(l)
ΔH=-130.3 kJ/mol
H2SO4虽然是由SO3跟H2O化合制得的,但工业上并不直接用H2O或稀硫酸来吸收SO3。因为那样容易形成酸雾,不利于对SO3的吸收。为了尽可能提高吸收效率,工业上用H2SO4质量分数为98.3%的硫酸作吸收。
吸收过程在吸收塔里进行。为了增大SO3跟98.3%的硫酸的接触面积,强化吸收过程,在吸收塔里装填了大量瓷环。吸收操作采取逆流的形式,SO3从吸收塔的下部通入,98.3%的硫酸从吸收塔顶喷下,供稀释用的硫酸从吸收塔底放出。98.3%的硫酸吸收SO3后浓度增大,可用H2O或稀硫酸稀释,制得各种浓度的。
从吸收塔上部导出的是N2、没有起反应的O2和少量SO2,如果把它们当作尾气直接排入大气,既会造成原料浪费,又会造成环境污染。因此,应将上述气体再次通入接触室,进行第二次氧化,然后再进行一次吸收。这样经过两次氧化和吸收的气体,剩余SO2的含量已经很少了。最后再将这种尾气加以净化回收处理,既可消除SO2对大气的污染,又可充分利用原料。
资料
热交换器是化学工业里广泛应用的热交换设备,它有多种形式。在多数热交换器内部,装有许多平行的管道或蛇管,以扩大传热面,提高热交换效果。一种流体在管道内流动。两种流体通过管壁进行热交换,热的流体得到冷却,冷的流体得到加热。