合成硫酸的沸腾炉怎样使反应物充分反应的

硫酸工业已有 200多年的历史。早期的硫酸生产采用硝化法，此法按主体设备的演变又有铅室法和塔式法之分。19世纪后期，接触法获得工业应用，目前已成为生产硫酸的主要方法。

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。

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2（反应条件：高温）

2SO2+O2=2SO3（反应条件：加热，催化剂作用下）

SO3+H20=H2SO4（反应条件：常温）

主要是反应过程中S没有完全被氧化！一少部分硫被氧化成硫单质！混在硫酸中，所以工业硫酸在生产中会是浊的

【S(s)+O2

(g)==点燃==SO2(g)

ΔH=

-297kJ/mol

FeS2(s)+11/4

O2(g)==高温==1/2

Fe2O3(g)+2SO2(g)

ΔH=-853kJ/mol】

从燃烧炉出来的气体叫做炉气.除去杂质和矿尘的目的是防止催化剂中毒,进行干燥的原因是防止水蒸气与二氧化硫形成酸对设备的腐蚀和在接触室里对催化氧化的不良影响.

2净化,干燥的炉气进入【接触室】与催化剂接触发生反应,反应方程为【SO2(g)+1/2O2(g)

==催化剂==

SO3(g)；

ΔH=

-98.3kJ/mo】l(可逆反应！反应条件为400摄氏度到500摄氏度,五氧化二钒做催化剂.)

3吸收三氧化硫是在【吸收塔】中进行的,塔中堆有瓷环.一般用98.3%硫酸吸收三氧化硫,形成硫酸,然后在稀释成所需浓度的硫酸.

SO3+H2SO4=H2SO4·SO3

工业制硫酸的原料一般是黄铁矿石 成分为FeS2 将其磨碎，在燃烧炉中燃烧，生成Fe2O3和 SO2气体 。

4FeS2 + 11O2 == 2Fe2O3 + 8SO2(气体)

SO2在催化剂存在（一般为V2O5）的情况下继续氧化成SO3

2SO2 + O2 == 2SO3

SO3用水吸收，就可生成硫酸.可想而知这个过程会有多少可能搀杂各种杂质。

试剂硫酸的制作过程和工业硫酸是不一样的.它可以由工业硫酸在石英器皿中加热蒸馏制得,这也就导致了其中不会有掺入任何杂质的可能,但是由于这样的制法会消耗更多的能源,它的价格也就更贵一些。

试剂硫酸的纯度高，杂质含量几乎为零。是专门用来做化学实验、化学分析使用的。

一般工业硫酸分为93%、98%、105%三种，纯度不是很高，杂质含量高些、杂质成分也很复杂，但是，它可以广泛地用于工业使用，如化肥、金属提炼，皮革中和、电镀酸洗等等行业。

只要是和硫酸接触的到地方都会，还有SO2烟气的地方

1、焚矿炉里面的转到的耙子，由于接触的是800多度的SO2和空气混合物，腐蚀很严重，可以用高铬铸铁类耐高温材料

2、干燥塔里面吹空气的鼓风机，一般都是碳钢材料，但很多硫酸厂空气中都带有些酸雾，所以也容易腐蚀，可以鼓风机叶片上刷些耐酸漆

3、输送燃烧炉气体的管道 ，一般都需要内衬耐火砖

4、洗涤塔、转化器 换热器都会有，一般都将壁增厚

5、输送稀、浓硫酸的泵腐蚀都很大，需要采用高合金的材质或铅等

接触法制硫酸

　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。