工业制硫酸化学方程式制备流程是怎样的

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。

硫酸的工业制法的反应原理如下：

1、煅烧黄铁矿：4FeS2+11O2=(高温）8SO2+2Fe2O3。

2、SO2的催化氧化：2SO2+O2=（催化剂、高温）2SO3。

3、吸收，用98.3%的浓硫酸吸收，再稀释的所需浓度的硫酸：SO3+H2O=H2SO4。

理化性质

工业硫酸是一种油状的液体，一般看起来是无色透明状的，硫酸的密度比水的密度大，溶于水是放出大量的热；有强烈的腐蚀性和脱水性。主要分为浓硫酸、稀硫酸、发烟硫酸、液体三氧化硫、蓄电池硫酸等，也生产高浓度发烟硫酸、液体二氧化硫、亚硫酸铵等产品。

以上内容参考：百度百科-硫酸工业

2. 生产腐蚀性化学品时，设备是如何防止被腐蚀的？

1. 硫酸的生产

首先说明，化学品的生产和其他工业品的生产有很大不同。化学品并不是使用机床和精密设备生产出来的，而是使用各种管路和反应器生产出来的。其过程有点类似全自动的炒菜熬粥。

硫酸是一个典型的无机大宗化学品。其生产以包含特定元素的廉价物质为原料，经过简单的化学反应得到产品。由于生产规模很大，在工程上有很高的要求。

反应式如下

[公式]

[公式]

[公式]

对于硫酸的生产，原料为含硫物质，包括硫单质、硫化氢、含硫的金属矿物等。这些物质经过氧化得到二氧化硫，与空气混合后在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫经过浓硫酸吸收得到产品。这里最后一步吸收非常有意思，本来按照反应式（水和三氧化硫生成硫酸）可以使用水来吸收，但是由于水的蒸汽压太高，用水吸收会产生大量气相物质使吸收效率下降，因此用稀释过的浓硫酸来吸收。浓硫酸中的少量水与三氧化硫反应将其吸收，吸收后液体中的水含量降低，得到更高浓度的硫酸。产生的硫酸分成两部分，一部分直接作为原料输出，另一部分再经过稀释，浓度降低后重新开始下一轮吸收。由此实现了高效、连续的生产。

这个生产过程中重要的反应设备包括：反应器（氧化反应器、催化氧化反应器、吸收塔）和许多管路、换热器、水泵、储罐、阀门等。管路、储罐等设备从名字上就可以想象。换热器通常是经过特殊设计的管路系统。氧化反应器是将硫单质氧化的炉子，作为一个例子，可以参考沸腾焙烧炉_互动百科。催化氧化反应器通常为固定床反应器，在筛板上装有固体催化剂物质，上一步得到的气体从上方流经催化剂并发生反应，从下方排出，可以参考固定床反应器_百度百科。吸收塔是一个中空的装置，让气体和液体从两个方向进入并接触，有多种不同的设计，可以参考吸收塔_百度百科。由于生产规模很大，这些设备的尺寸有些能达到数米。

2. 设备的防腐

应该说，任何化工生产所用的设备都存在防腐的问题。一般不会完全防止设备的腐蚀，但是会估计腐蚀的影响，在不影响生产和安全的前提下允许腐蚀的发生。要降低腐蚀的速度，可以选择以下方法：改变操作条件减小腐蚀的反应速率；增加材料的厚度，让表面腐蚀不影响其功能；选择对腐蚀有更强耐受力的材料。由于这些方法各有优缺点，所以通常综合使用。对硫酸而言，一般认为铁对浓硫酸由于钝化作用，会有一定的耐受力，但对发烟硫酸耐受力较弱。在可能的情况下降低温度可以减小腐蚀的程度。在不同的位置使用不同的材料，如运送硫酸的管道可以选择廉价易得的灰口铸铁，抗腐蚀性能一般，通常可以使用7~15年；冷却装置由于温度较高，需要更多的措施来防止腐蚀，比如采用保护阳极。此外还有许多其他的合金材料和非金属材料拥有更高的防腐蚀性能，但通常会增加成本。工厂在设计时需要综合考虑产量、成本等因素，决定设备所用的材料及型号。

工业制硫酸有两种方法:

1.制取二氧化硫(沸腾炉)，然后在接触室接触氧化为三氧化硫，再用浓度为98.3%的硫酸吸收三氧化硫得到焦硫酸，焦硫酸加水得到硫酸。最后提纯。

2. 先制取二氧化硫(沸腾炉)，再将二氧化硫溶于水变成亚硫酸，最终将亚硫酸氧化获得硫酸。

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。

方法一：

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。

二水法磷酸反应后，利用磷石膏，工业循环利用，使用二水法制硫酸。

方法二:

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、将二氧化硫溶于水变成亚硫酸。

3、亚硫酸氧化得硫酸。

参考资料

百度：https://baike.so.com/doc/5834415-6047243.html

硫酸是一种重要的化工原料，用途十分广泛，除用于化学工业外，还非常广泛应用于肥料、非碱性清洁剂、护肤品、油漆添加剂与炸药的制造等方面。

硝酸工业已经逐渐发展起来，这个工业减少了对环境的污染，合理地利用了资源，使我国的经济不断发展。