硫酸工业流程教材

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1、第一节第一节接触法制硫酸接触法制硫酸S SO2 SO3 H2SO4 练习练习 用化学方程式实现下列各物质之间的转化用化学方程式实现下列各物质之间的转化阅读提纲阅读提纲 阅读教材并讨论下列问题。阅读教材并讨论下列问题。1.1.为什么说硫酸的消费量被视为一为什么说硫酸的消费量被视为一个国家工业发达水平的一种标志个国家工业发达水平的一种标志?2.2.工业制硫酸的原料是什么工业制硫酸的原料是什么?硫磺、硫磺、黄铁矿、黄铁矿、石膏、石膏、有色金属有色金属冶炼厂的烟气（含一定量的冶炼厂的烟气（含一定量的SO2气）等气）等.世界硫酸生产的原料构成世界硫酸生产的原料构成 我国硫酸生产的原料构成我国硫酸生产的原

2、料构成1988198819921992年中国硫酸生产的原料构成年中国硫酸生产的原料构成(%)(%)3.3.工业制硫酸分成几个阶段工业制硫酸分成几个阶段?每个阶段的每个阶段的反应原理是什么反应原理是什么?(1).造气造气(2).接触氧化接触氧化(3).三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收硫酸生产反应式4FeS2 +11 O2 2Fe2O3+8SO2 高高 温温硫酸工业生产的原理硫酸工业生产的原理SO3 +H2O H2SO4第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：2SO2 +O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热阅读教材阅读教材,讨论、回答问题。讨论、回答问题。1.造气造气(1)燃烧黄铁矿的设备叫为

3、什么叫沸腾炉燃烧黄铁矿的设备叫为什么叫沸腾炉?(2)黄铁矿燃烧时为什么要粉碎成细小的矿粒黄铁矿燃烧时为什么要粉碎成细小的矿粒,并且在燃烧炉中通入强大的空气流使之并且在燃烧炉中通入强大的空气流使之“沸沸腾腾”呢呢?(3)为什么通入接触室的为什么通入接触室的“炉气炉气”必须预先进必须预先进行净化和干燥行净化和干燥?沸腾炉(2)(2)根据平衡移动原理根据平衡移动原理,反应在较高反应在较高还是较低的温度下进行更有利还是较低的温度下进行更有利?(1)2SO(1)2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)2SO(g)2SO3 3(g);(g);H=-196.6kJ/mol H=-196.6kJ/mol

4、该反应的特点是什么该反应的特点是什么?催化剂催化剂2.2.接触氧化接触氧化(3)(3)根据平衡移动原理根据平衡移动原理,反应在较高反应在较高还是较低的压强下进行更有利还是较低的压强下进行更有利?接触室接接 触触 室室3.3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收:(1)吸收剂是什么吸收剂是什么?如果用水或稀硫酸吸如果用水或稀硫酸吸收收SO3会造成什么后果会造成什么后果?(2)为了更好吸收为了更好吸收SO3,采取了哪些措施采取了哪些措施?吸收塔吸吸 收收 塔塔硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却4.尾气处理尾气处理(1)尾气的成分尾气的成分

5、:SO2（少量）、（少量）、O2、N2（2）尾气处理要经过两个过程：）尾气处理要经过两个过程：一是进行第二次氧化；一是进行第二次氧化；二是将两次氧化后的气体加以净化二是将两次氧化后的气体加以净化 后回收处理。后回收处理。工业制硫酸的主要工艺及原理工业制硫酸的主要工艺及原理1工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内导出的工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内导出的炉气，要经过净化的理由是（炉气，要经过净化的理由是（）B A为了减少对大气的污染为了减少对大气的污染 B防止催化剂中毒防止催化剂中毒 C炉气还含有一些其他有用成分，以炉气还含有一些其他有用成分，以 便综合利用便综合利用 D为了制得更纯的为了制得更

6、纯的H2SO42对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产操作的主要理由两者都正确的是操作的主要理由两者都正确的是()A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧铁矿不能燃烧B三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的是增大其与吸收剂的接触面积是增大其与吸收剂的接触面积C二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率剂，这样可以提高二氧化硫的转化率D三氧化硫用三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使其吸收完全

7、防止形成酸雾，以便使其吸收完全 BD 3.在硫酸的工业生产中，为了有利于在硫酸的工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（见下用了中间有热交换器的接触室（见下图）。按此密闭体系中气体的流向，图）。按此密闭体系中气体的流向，则在则在A处流出的气体为（处流出的气体为（）CASO2 BSO3 O2 CSO2 O2 DSO2 SO34.为防治酸雨，降低煤燃烧时向大为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的气排放的SO2，工业上将生石灰和，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有关时，有关“固硫固硫”（

8、不使含硫化合（不使含硫化合物进入大气）反应的化学方程式。物进入大气）反应的化学方程式。【答案】【答案】C a O+S O2=C a S O3，2CaSO3+O2=2CaSO4上述方法称为上述方法称为“钙基固硫法钙基固硫法”。这种方法实。这种方法实际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中，际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中，再进行燃烧。利用石灰石分解生成的再进行燃烧。利用石灰石分解生成的CaO也也能吸收能吸收SO2，但因石灰石分解是吸热反应，但因石灰石分解是吸热反应，所以用所以用CaCO3固硫比用固硫比用CaO固硫多消耗部分固硫多消耗部分热量。热量。2CaSO3+O2=2CaSO4这个反应易漏写，

9、在这个反应易漏写，在有空气存在和高温条件下，有空气存在和高温条件下，CaSO3易被氧化易被氧化为为CaSO4，这可以得出一条规律：温度高时，这可以得出一条规律：温度高时，热稳定性不够好的物质将向热稳定性物质，热稳定性不够好的物质将向热稳定性物质转化，如本题涉及转化，如本题涉及CaCO3CaSO3CaSO4的转化。以防漏写其中一个方程式。的转化。以防漏写其中一个方程式。5.现有现有1 L含含SO3为为30%的发烟硫酸（密的发烟硫酸（密度为度为1.95g/cm3），要把它稀释成浓度），要把它稀释成浓度为为95%的浓硫酸，要加水约为的浓硫酸，要加水约为()A120 mL B180 mL C240 m

10、L D300 mL C1L含含SO3为为30%的发烟硫酸中含的发烟硫酸中含SO3为为1000cm31.95g/cm330%=585g，与，与SO3反反应所需水量为应所需水量为585g/80g/mol18g/mol=131.625g，95%H2SO4溶液中溶剂为溶液中溶剂为:则则H2SO4为为:1000cm31.95g/cm3+131.625g=2081.625g955=110 g2081.625 g所以，总共需加水为所以，总共需加水为:131.625 g+110 g=241.625 g【解题回顾】【解题回顾】本题可用本题可用S原子守恒巧解，原溶液的质原子守恒巧解，原溶液的质量为量为1950 g

11、，设最终溶液质量为，设最终溶液质量为x195030%/80+195070%/98=95%x/98 x=2194则需加水的质量为则需加水的质量为2191-1950=2415.某化工厂每小时生产某化工厂每小时生产a t（吨）（吨）98%（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为积分数为b%。若空气中氧气的体积分。若空气中氧气的体积分数为数为21%，且不考虑各生产阶段的物，且不考虑各生产阶段的物料损失，则（料损失，则（1）该厂每小时消耗

12、标准）该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为状况下空气的体积为 m3。（。（2）为 满 足 题 设 要 求，为 满 足 题 设 要 求，b%的 下 限 等的 下 限 等于于 。【解析】（【解析】（1 1）每小时生产的纯硫酸为）每小时生产的纯硫酸为(a(a10106 6g g98%)98%)98g/mol=a98g/mol=a10104 4molmol。生产过程中生成的生产过程中生成的SOSO2 2和和SOSO3 3也都是也都是a a10104 4molmol。设每小时消耗空气的体积为。设每小时消耗空气的体积为V V，则由，则由S+OS+O2 2=SO=SO2 2消耗消耗O O2 2的体积等于生成

13、的体积等于生成的的SOSO2 2体积，即燃烧前空气的体积等于燃体积，即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积，据此可得以下关烧后混合气体的体积，据此可得以下关系：空气中系：空气中O O2 2的体积的体积=反应中消耗的反应中消耗的O O2 2的的体积体积+燃烧后混合气体中燃烧后混合气体中O O2 2的体积，即的体积，即V V21%=a21%=a10104 4molmol22.4L/mol22.4L/mol1010-3-3 m m3 3/L+V/L+Vb%b%，V=22400a/(21-b)V=22400a/(21-b)。（2 2）“b“b的下限的下限”，其含义是指燃烧后，其含义是指燃烧后剩余的

14、剩余的O O2 2在第二步催化氧化时恰好完全在第二步催化氧化时恰好完全反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（空气体积的空气体积的21%21%）恰好满足两步反应。因）恰好满足两步反应。因S+OS+O2 2=SO=SO2 2和和O O2 2+2SO+2SO2 2=2SO=2SO3 3两步反应耗两步反应耗O O2 2之之比为比为2121，故燃烧后（第一步反应后），故燃烧后（第一步反应后）混合气体中混合气体中O O2 2的体积分数的下限是的体积分数的下限是b%=(1/3)b%=(1/3)21%=7%21%=7%。6.红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计红旗化工设计院承担某硫酸

15、厂的设计任务，该厂要求：任务，该厂要求：第一：为了控制污染和提高生产效率，第一：为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。第二：改二次送风（鼓入空气）为一次第二：改二次送风（鼓入空气）为一次送风，即送风后使硫充分燃烧，并在送风，即送风后使硫充分燃烧，并在下一步催化氧化时不再补充空气。下一步催化氧化时不再补充空气。第三：每天生产第三：每天生产98%H2SO4 50 t。第四：。第四：送风机每天输送空气的体积为送风机每天输送空气的体积为5000m3/台（标况）台（标况）.求：（求：（1）每天消耗含硫）每天消耗含硫95%的固体硫多的固体硫多少吨？

16、（少吨？（2）理论上应安装多少台送风机？）理论上应安装多少台送风机？（3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数气的体积分数(O2)的下限为多少？的下限为多少？（4）实际安装送风机的台数应略多于理）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏），为什么？能否过论数（不考虑损坏），为什么？能否过分增加送风机的台数，为什么？（转化分增加送风机的台数，为什么？（转化过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为不反应；空气中氧气的体积分数为21%）（1）设每天消耗固体硫的质量为）设每天消耗固体硫的质量为x，根，

17、根据反应前后硫元素守恒，得：据反应前后硫元素守恒，得：x95%=(5.0107g98%/98g/mol)32 g/mol x=1.68107g=16.8 t （2）每天生产的纯）每天生产的纯H2SO4的物质的量为的物质的量为5.010798%g/98g/mol=5.0105 mol，因而生产过程中生成的，因而生产过程中生成的SO2和和SO3都是都是5.0105 mol。由于。由于SSO2，SO2SO3中所需氧元素均由空气提供，根据氧元中所需氧元素均由空气提供，根据氧元素守恒，每天至少消耗空气的体积为：素守恒，每天至少消耗空气的体积为：V(空气空气)=3/25.0105mol22.4mol/L1

18、03m3/L21%=80000m3故理论上安装送风机的台数故理论上安装送风机的台数=80000m3/5000 m3=16台台 （3）本小题中）本小题中“(O2)的下限的下限”，其含义，其含义是指燃烧后剩余的是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰在第二步催化氧化时恰好完全反应，即燃烧前空气中的氧恰好满足好完全反应，即燃烧前空气中的氧恰好满足S+O2=SO2及及2SO2+O2=2SO3两步反应。因上两步反应。因上述两步反应的耗述两步反应的耗O2量之比为量之比为2 1，所以燃烧，所以燃烧后（第一步反应后）混合气体中后（第一步反应后）混合气体中O2的体积下的体积下限限V=V(空气空气)21%1/3=

19、V(空气空气)7%。（4）由于）由于S+O2=SO2是气体体积不变的反应是气体体积不变的反应，故燃烧后混合气体的体积与通入的空气体，故燃烧后混合气体的体积与通入的空气体积积V(空气空气)相等，适当增加送风量（即增加相等，适当增加送风量（即增加O2的量）可促使平衡正向移动，提高的量）可促使平衡正向移动，提高SO2的转的转化率。但若过多增大送风量，不仅增加动力化率。但若过多增大送风量，不仅增加动力消耗，还会降低反应所需的温度，其结果加消耗，还会降低反应所需的温度，其结果加大了生产成本。综上所述，安装送风机的台大了生产成本。综上所述，安装送风机的台数应略大于理论数，但不能过多。数应略大于理论数，但不

20、能过多。据中国环境报报道：从一份科技攻据中国环境报报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积国土面积40%以上。研究结果还表明，以上。研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达损失高达15亿元。为了有效控制酸雨，亿元。为了有效控制酸雨，目前国务院以批准了酸雨控制区和二目前国务院以批准了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案等法规。氧化硫污染控制区划分方案等法规。1 工业上接触法制硫酸的化学反应工业上接触法制硫酸的化学反应原理原料生产流程典型设备原理原料生产流程典型设备.了解化了解化学反应原理学反应原理 生产原料生产流程典型生产原料生产流程典型设备的内在联系设备的内在联系.2生产流程的每一阶段最佳工艺条生产流程的每一阶段最佳工艺条件件.3关于硫酸工业综合经济效益讨论关于硫酸工业综合经济效益讨论沸腾炉照片接触室照片接接 触触 室室