接触法制硫酸基础知识精讲

接触法制硫酸基础知识精讲

【基础知识精讲】

一、制硫酸的原料、原理、设备和生产流程

(1)四个“三”

①三种主要原料 黄铁矿(或硫黄)，空气，98.3％的硫酸．

②三个阶段 造气阶段(制2SO )，接触氧化阶段(2SO 转化为3SO )，三氧化硫吸收阶段(3SO 转化为42SO H 或发烟硫酸)．

③三个反应 Ⅰ．)g (SO 2)s (O Fe 2

1)g (O 411)s (FeS 23222++高温；△H ＝－853kJ/mol 或)g (SO )g (O )s (S 22点燃+；△H ＝－297kJ/mol

Ⅲ．)l (SO H )l (O H )g (SO 4223====+；△H ＝－130.3kJ/mol

④三种设备 沸腾炉，接触室(含热交换器)，吸收塔．

每一个阶段发生一个反应和对应一种设备．

(2)生产过程中采取的措施和理由(原理)

①将黄铁矿粉碎和在沸腾炉中通入过量的空气 增大黄铁矿和氧气的接触面，使燃烧得更快，更充分．保证接触室中氧化2SO 的用氧．

②炉气的净化和干燥 在沸腾炉中燃烧黄铁矿制得的炉气中含有222N O SO 、、、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒化合物和矿尘(32O Fe 粉末)等等．矿尘的沉积会阻塞输送气体的管道；杂质和矿尘都会使催化剂中毒而失去催化作用；水蒸气在高温下会腐蚀设备[即

↑++2432H 4O Fe Fe 3g O H 4高温）（，危险]．因此从沸腾炉出来的炉气在进入接触室前，

必须净化和干燥，除去矿尘、砷硒化合物和水蒸气．这样处理过的混合气体主要含2SO (体积分数7％)，2O (11％)，2N (82％)．

③在接触室中使用热交换器 由于2SO 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3SO 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．

④用98.3％的浓硫酸代替水吸收3SO 由于水面上存在水蒸气，水蒸气与3SO 生成硫

酸酸雾将水与3SO 隔开了，故不能用水或稀硫酸吸收3SO ．98.3％的浓硫酸的表面上不存在水蒸气，用它吸收3SO 不会生成硫酸酸雾，又由于3SO 能溶于硫酸中(即得发烟硫酸)，所以，用98.3％的浓硫酸吸收3SO 的效率高，能完全吸收．从吸收塔出来的硫酸是比98.3％的硫酸还浓的硫酸或发烟硫酸．再根据需要，用水或稀硫酸稀释这些浓硫酸，而制得各种浓度的硫酸．

在吸收塔中，气液逆流，即98.3％的浓硫酸由上向下流，3SO 气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应，完全溶解．

⑤尾气循环氧化和用氨水吸收 将尾气中未氧化的2SO 再次进入接触室氧化，可以提高原料的利用率．由于2SO 氧化是可逆反应，2SO 不可能100％的转化为3SO ，所以需要处理尾气．用氨水吸收尾气可以消除环境污染．

O H SO )NH (O H NH 2SO 2324232+====⋅+

再让324SO )NH (和硫酸反应：

O H SO SO )NH (SO H SO )NH (2242442324+↑+====+

得到较为纯净的2SO 又成为制硫酸的原料，424SO )NH (是化肥．

(3)制硫酸的生产过程

例 在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明操作的主要原因都正确的是( )

A ．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧

B ．从沸腾炉出来的气体需净化，以提高产品纯度

C ．二氧化硫氧化为三氧化硫时需用催化剂，这样可以提高反应速率

D ．用98.3％的浓硫酸代替水去吸收三氧化硫，目的是防止酸雾，以便三氧化硫完全吸收

分析与解答

矿石粉碎的主要目的是使燃烧得更快更充分．净化沸腾炉中出来的气体是除去有害物质，避免矿尘阻塞管道、矿尘和杂质使接触室中的催化剂中毒和水蒸气腐蚀设备．

答案 CD

二、2SO 氧化成3SO 的条件选择

在化工生产上，要求又快又多地获得产品．光快不多不行，光多不快也不行．这里的“快”指的是化学反应速率大，这里的“多”指的是原料的转化率大．故我们必须同时研究外界条件对2SO 的氧化反应速率和化学平衡的影响．并注意这些条件与综合经济效益的关系．

根据氧化反应化学方程式：

从加快氧化反应速率的角度考虑，可以采用升高反应的温度、增大压强和使用催化剂． 从提高2SO 的转化率的角度考虑，可以采用降低温度和增大压强．催化剂对此无影响． 化学家们和工程师们通过实验探索，并结合综合经济效益进行分析研究，找出的2SO 氧化反应的合适条件是：400℃～500℃的温度、常压、使用催化剂和使用过量的氧气(不要花钱买的原料)．

由于在400℃～500℃时，催化剂的活性最好，能保证有大的氧化反应速率；使用过量氧气能增大2SO 的转化率[11:7)O (V :)SO (V 22=]．由于使用上述条件后，常压下2SO 已有快的氧化反应速率和高的转化率，基于降低生产成本和提高经济效益，故就采用常压．

三、关于制硫酸中的计算

关于制硫酸中的计算通常遇到两种情况：第一由原料计算产品硫酸的质量；第二由产品硫酸计算需要原料的质量．都属于多步反应一次计算．

在计算中，理解好两种关系：

①原料的利用率有传递关系．如2SO 的利用率可视为S 的利用率，也视为2FeS 的利用率．

②产物的产率等于反应物的利用率．如3SO 的产率可视为2SO 的利用率，也可视为S 或2FeS 的利用率．

例 燃烧500t 含硫48％的黄铁矿，若在沸腾炉中有2％的2FeS 损失，在接触室中3SO 的产率为96％，计算生成98％的浓硫酸的质量．

分析与解答

硫第一次(沸腾炉中)利用了98％，第二次(接触室中)利用96％．故有：

%

98x 98%96%98%48t 50030SO H ____________S 4

2⨯=⨯⨯⨯ x ＝705.6t

答案 生成705.6t 98％的浓硫酸．