工业制硫酸课堂
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? 逆流原理，用化学反应放出的热量对原料气进行预热，充 分利用能量。
? 催化氧化的过程放出热量使平衡逆向移动， SO3产率有所 下降；通过热量交换，使得反应后的混合气温度下降，此 时第二次遇到催化剂发生催化氧化，可以提高 SO3产率。
P16
版权所有 ?2014 华东师大一附中
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
2SO3(g)+98.3kJ
浓度 压强 温度 催化剂
增大反应物浓度 加压 高温
使用催化剂
增大反应物浓度 减小生成物浓度
加压
低温
无影响
工业制硫酸
2SO2 (g)+ O2(g)
2SO3(g)+98.3kJ
压强 温度
温度
400 ℃ 450 ℃ 500 ℃ 550 ℃ 600 ℃
不同压强下 SO2的转化率 / % 1atm 5atm 10atm 25atm 99.2 99.6 99.7 99.8 97.8 98.2 99.2 99.5 93.5 96.9 97.8 98.5 84.9 92.5 94.6 96.5 73.7 85.8 89.5 92.7
工业制硫酸
V2O5
2SO2 (g)+ O2(g) 400~450℃2SO3(g)+98.3kJ
压强 温度
加压对SO2的转化率影响不明显，且加 压会增加生产成本。最终选择常压反应 。
选择400~450℃ SO2的转化率高，速率快 ，且催化剂（V2O5)在此温度活性大。
工业制硫酸 接触室
V2O5
SO2、O2净化
常用Fra Baidu bibliotek法
? 对固体物质进行粉碎； ? 将液体物质喷洒成雾状； ? 增加廉价原料的用量； ? 增加无毒无害原料的用量； ? 逆流原理，提高传热效率； ? 逆流原理，使物质之间充分接触。
P24
版权所有 ?2014 华东师大一附中
合成氨的条件选择
N2+3H2
2NH3+92.4kJ
使NH3生成得快
使NH3生成得多
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P17
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸 接触室
V2O5
SO2、O2净化
炉气
200℃
400℃
SO2、O2
热交换器
SO3、SO2、O2
500℃
P18
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸
P19
版权所有 ?2014 华东师大一附中
还应考虑催化剂的活性对温度的要求 )
3.催化剂：铁触媒(加快反应速率 ,大大缩短到达平
衡的时间 )
4.浓度：增大反应物的浓度 —— N2、H2的再循环
并及时补充 N2和H2 ； 降低生成物的浓度 ——氨冷却并从平衡气 体中分离。
合成氨的条件选择
合成氨的方程式：
N2+3H2
Fe、500℃ 20MPa ～50MPa
?冷凝管
P21
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸
接触法制硫酸
化工要诀
? 既要考虑外界条件对化学反应速率和化学平 衡影响的一致性，又要考虑外界条件对两者 影响的矛盾性。
? 既要注意温度、压强、催化剂等对化学反应 速率影响的一致性，又要注意温度对催化剂 活性的影响。
? 既要注意理论上的要求，又要注意实际操作 中的可能性。
（从反应速率分析） （从化学平衡分析）
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂 浓度
使用催化剂 增大反应物浓度
无影响
增大反应物浓度 减小生成物浓度
合成氨的条件选择
合成氨的条件选择
1.压强： 20MPa～50MPa(受动力、材料、设备
等实际条件的影响 )
2.温度： 500℃左右(温度过低 ,速率慢,不经济;
6.3化工生产能否做到又 快又多
How Can We Make the Production of Chemical Industry Faster and Achieve
Greater
化工要诀
产量高 (化学平衡) 速度快
(反应速率)
绿色
环保
节能 经济
化工要诀
浓度 压强 温度
浓度 压强 温度 催化剂
1
2
3
P7
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸 第一步：沸腾炉（P56）
阅读课本资料库，并回答 ：
1、风帽的作用是什么？ 2、为什么叫沸腾炉？
化工要诀：多、快、好、省
? 答题要点：多、快、好、省 ? 1、为什么要粉碎矿石？ ? 增加空气和硫铁矿的接触面积，加快化学反应速 率，提高硫铁矿的利用率。 ? 2、为什么要通入过量空气？ ? 增加廉价原料空气的浓度，提高较贵原料黄铁矿 的利用率，节约成本。 ? 3、为什么从底部通入空气？ ? 逆流原理，使硫铁矿和空气的接触更充分，提高 化学反应速率和硫铁矿的利用率。
固体表面积
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P4
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6.3.1工业制硫酸
工业制硫酸（P55化学方程式 ）
S O2
O2
SO2
FeS2 O2
H2O
SO3
H2SO4
P9
版权所有 ?2014 华东师大一附中
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P10
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸
P11
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸 第二步
2SO2 (g)+ O2(g)
工业制硫酸 第三步 吸收塔
SO3 + H2O→H2SO4
用 98.3% 的 浓 硫 酸 吸 收 SO3 比用水吸收要好， 而且不会产生酸雾造成 SO3损失，形成污染。
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
炉气
200℃
400℃
SO2、O2
热交换器
SO3、SO2、O2
500℃
问题解决
? 通入的空气和SO2的混合气体中，O2的体积分数约是SO2的 1.5倍，你认为这样做有什么好处？氧气无限多可以吗？
? 增大廉价原料 O2的浓度，加快反应速率，提高成本较高的 原料SO2转化率，节约成本。
? SO2和空气的混合气体进入接触室时，从接触室里的热交 换器外管流过，从塔顶进入第一个催化剂层，而后从热交 换器的内管流过，进入第二个催化剂层，最后流出接触室 。这样的流向有什么好处？
? 催化氧化的过程放出热量使平衡逆向移动， SO3产率有所 下降；通过热量交换，使得反应后的混合气温度下降，此 时第二次遇到催化剂发生催化氧化，可以提高 SO3产率。
P16
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化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
2SO3(g)+98.3kJ
浓度 压强 温度 催化剂
增大反应物浓度 加压 高温
使用催化剂
增大反应物浓度 减小生成物浓度
加压
低温
无影响
工业制硫酸
2SO2 (g)+ O2(g)
2SO3(g)+98.3kJ
压强 温度
温度
400 ℃ 450 ℃ 500 ℃ 550 ℃ 600 ℃
不同压强下 SO2的转化率 / % 1atm 5atm 10atm 25atm 99.2 99.6 99.7 99.8 97.8 98.2 99.2 99.5 93.5 96.9 97.8 98.5 84.9 92.5 94.6 96.5 73.7 85.8 89.5 92.7
工业制硫酸
V2O5
2SO2 (g)+ O2(g) 400~450℃2SO3(g)+98.3kJ
压强 温度
加压对SO2的转化率影响不明显，且加 压会增加生产成本。最终选择常压反应 。
选择400~450℃ SO2的转化率高，速率快 ，且催化剂（V2O5)在此温度活性大。
工业制硫酸 接触室
V2O5
SO2、O2净化
常用Fra Baidu bibliotek法
? 对固体物质进行粉碎； ? 将液体物质喷洒成雾状； ? 增加廉价原料的用量； ? 增加无毒无害原料的用量； ? 逆流原理，提高传热效率； ? 逆流原理，使物质之间充分接触。
P24
版权所有 ?2014 华东师大一附中
合成氨的条件选择
N2+3H2
2NH3+92.4kJ
使NH3生成得快
使NH3生成得多
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P17
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸 接触室
V2O5
SO2、O2净化
炉气
200℃
400℃
SO2、O2
热交换器
SO3、SO2、O2
500℃
P18
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸
P19
版权所有 ?2014 华东师大一附中
还应考虑催化剂的活性对温度的要求 )
3.催化剂：铁触媒(加快反应速率 ,大大缩短到达平
衡的时间 )
4.浓度：增大反应物的浓度 —— N2、H2的再循环
并及时补充 N2和H2 ； 降低生成物的浓度 ——氨冷却并从平衡气 体中分离。
合成氨的条件选择
合成氨的方程式：
N2+3H2
Fe、500℃ 20MPa ～50MPa
?冷凝管
P21
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸
接触法制硫酸
化工要诀
? 既要考虑外界条件对化学反应速率和化学平 衡影响的一致性，又要考虑外界条件对两者 影响的矛盾性。
? 既要注意温度、压强、催化剂等对化学反应 速率影响的一致性，又要注意温度对催化剂 活性的影响。
? 既要注意理论上的要求，又要注意实际操作 中的可能性。
（从反应速率分析） （从化学平衡分析）
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂 浓度
使用催化剂 增大反应物浓度
无影响
增大反应物浓度 减小生成物浓度
合成氨的条件选择
合成氨的条件选择
1.压强： 20MPa～50MPa(受动力、材料、设备
等实际条件的影响 )
2.温度： 500℃左右(温度过低 ,速率慢,不经济;
6.3化工生产能否做到又 快又多
How Can We Make the Production of Chemical Industry Faster and Achieve
Greater
化工要诀
产量高 (化学平衡) 速度快
(反应速率)
绿色
环保
节能 经济
化工要诀
浓度 压强 温度
浓度 压强 温度 催化剂
1
2
3
P7
版权所有 ?2014 华东师大一附中
工业制硫酸 第一步：沸腾炉（P56）
阅读课本资料库，并回答 ：
1、风帽的作用是什么？ 2、为什么叫沸腾炉？
化工要诀：多、快、好、省
? 答题要点：多、快、好、省 ? 1、为什么要粉碎矿石？ ? 增加空气和硫铁矿的接触面积，加快化学反应速 率，提高硫铁矿的利用率。 ? 2、为什么要通入过量空气？ ? 增加廉价原料空气的浓度，提高较贵原料黄铁矿 的利用率，节约成本。 ? 3、为什么从底部通入空气？ ? 逆流原理，使硫铁矿和空气的接触更充分，提高 化学反应速率和硫铁矿的利用率。
固体表面积
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P4
版权所有 ?2014 华东师大一附中
6.3.1工业制硫酸
工业制硫酸（P55化学方程式 ）
S O2
O2
SO2
FeS2 O2
H2O
SO3
H2SO4
P9
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化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
?冷凝管
P10
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工业制硫酸
P11
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工业制硫酸 第二步
2SO2 (g)+ O2(g)
工业制硫酸 第三步 吸收塔
SO3 + H2O→H2SO4
用 98.3% 的 浓 硫 酸 吸 收 SO3 比用水吸收要好， 而且不会产生酸雾造成 SO3损失，形成污染。
化工生产中的逆流原理
?在化工生产中，相互作用的物料， 往往采用逆流的方法。
?物质交换：使物质充分接触； ?能量交换：提高传热温差。
炉气
200℃
400℃
SO2、O2
热交换器
SO3、SO2、O2
500℃
问题解决
? 通入的空气和SO2的混合气体中，O2的体积分数约是SO2的 1.5倍，你认为这样做有什么好处？氧气无限多可以吗？
? 增大廉价原料 O2的浓度，加快反应速率，提高成本较高的 原料SO2转化率，节约成本。
? SO2和空气的混合气体进入接触室时，从接触室里的热交 换器外管流过，从塔顶进入第一个催化剂层，而后从热交 换器的内管流过，进入第二个催化剂层，最后流出接触室 。这样的流向有什么好处？