无机化工生产技术硫酸
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S O2( 高温 ) SO2 SO2 NO2 SO3 NO SO3 H 2O H 2SO4
7
第一节 概述
亚硝基法有铅室法和塔式法两种
铅室法始于18世纪，因设备庞大，生产强度低，需用 大量铅，成品酸浓度仅达65%。
塔式法是在铅室法的基础上发展起来的，也因与铅室 法一样，制备的硫酸浓度低（产品浓度达75%） 、杂质 含量高。
工业硫酸简易流程图
除去杂质气体、 粉尘、水
硫铁矿 制取二 氧化硫 原料气
二氧化 硫炉气 净化与
干燥
二氧化 硫的催 化氧化
尾气处理
三氧化 硫的吸 收
硫酸
1
硫酸
1 认识硫酸工业 2 硫铁矿制取二氧化硫炉气 3 炉气的净化与干燥 4 二氧化硫的催化氧化 5 三氧化硫的吸收及尾气的处理
3
学习目标： 1.掌握：硫铁矿焙烧的基本原理；炉气净化与干燥的原理
硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前 述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮 存和计量工序在该过程中均有。
12
2 硫铁矿制取二氧化硫炉气
一、硫铁矿焙烧的基本原理 1.焙烧反应
硫铁矿的焙烧主要是矿石中的FeS2与空气中的氧反应， 生成SO2炉气。焙烧反应分两步进行： 第一步：硫铁矿在高温下受热分解为硫化亚铁和硫
16
一、硫铁矿焙烧的基本原理
2FeS2=2FeS+S2 第二步：硫蒸气的燃烧和硫化亚铁的氧化反应，分解得到硫 蒸汽与氧反应，即瞬间生成二氧化硫
S2 + O2 = SO2
13
一、硫铁矿焙烧的基本原理
硫铁矿分解出硫后，剩下的硫化亚铁逐渐变成多孔性物 质，继续焙烧，当空气过剩量大时，最后生成红棕色的固态 物质三氧化二铁。
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2
及工艺流程；二氧化硫催化氧化的基本原理、工艺条件的 选择及工艺流程；三氧化硫吸收工艺条件的选择及工艺流 程。
2.理解：沸腾焙烧工艺条件的选择及工艺流程；沸腾焙烧 炉及二氧化硫转化器的基本结构；二氧化硫转化器的操作 分析。
3.了解：硫酸的性质、生产方法；三氧化硫吸收尾气处理 的方法。
4
第一节 概述
一、硫酸性质
15
一、硫铁矿焙烧的基本原理
2.焙烧速率
硫铁矿的焙烧是气-固非均相反应过程，反应是在气固 两相的接触表面上进行，整个反应过程由一系列反应步 骤组成：FeS2的分解；氧向硫铁矿表面扩散；氧与FeS反 应；生成的SO2由矿粒表面向气流主体扩散。另外还存在 着硫磺蒸汽向外扩散及氧与硫的反应等。
由前述硫铁矿的焙烧反应分两步进行的，为了提高 焙烧的反应速率，应该研究上列反应中哪一步反应是整 个过程的控制步骤。根据实验测得的结果，硫化亚铁的 焙烧反应速率是整个焙烧过程的控制步骤。
9
1 概述
由反应式可知，接触法硫酸生产过程分为三个工序： ⑴由含硫原料制取二氧化硫气体，实现这一过程需将含硫 原料焙烧，故工业上称为“焙烧工序”； ⑵将含二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上 称为“转化工序”； ⑶将三氧化硫与水结合成硫酸，实现这一过程需将转化所 得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称为“吸收工序”。
6
第一节 概述
二Байду номын сангаас硫酸的生产方法
硫酸的工业生产方法主要有两种方法，即亚硝基法和接触法。
亚硝基法又称硝化法:以硫璜或含硫矿石（如黄铁矿）为 原料，在焚矿炉中燃烧成二氧化硫，除去尘埃，再和硝酸蒸 气（氮的氧化物）相混，借助氮的氧化物的交替氧化作用和 还原作用使二氧化硫氧化成三氧化硫，最后被水（或稀硫酸） 吸收而成硫酸成品。
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1 概述
不论采用何种原料、何种工艺和设备，以上三个工序 必不可少，除三个基本工序外，再加上原料的贮存与加工， 含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存于计量，三废处理等 工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。
实现上述这些工序所采用的设备和流程随原料种类、 原料特点、建厂具体条件的不同而变化，主要区别在于辅助 工序的多少及辅助工序的工作原理。
焙烧反应的总反应式：
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 当空气过剩量小时，则生成Fe3O4，固态物质呈黑色； 总反应式：
3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
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一、硫铁矿焙烧的基本原理
上述反应中硫与氧反应生成的二氧化硫及过量氧、 氮和水蒸气等气体统称为炉气
铁与氧生成的氧化物及其他固态物质统称为烧渣。
5
第一节 概述
➢ 1.结晶温度:
93.3%硫酸：-38℃（最低） 99%硫酸：+5.5℃（最高）
➢ 2.硫酸密度:
硫酸水溶液的密度随硫酸含量的增加而增大，于 98.3%时达到最大，过后则递减。
➢ 3.硫酸的沸点:
硫酸水溶液的沸点随硫酸含量的增加而增大，于 98.3%时达到最高（383.3℃），过后则递减。
铅室法和塔式法因其各自的缺点，而逐步被接触法取 代。
主要介绍接触法制硫酸工艺
8
1 概述
接触法制硫酸工艺
由于硫磺及硫化物在空气中易于燃烧，并生成SO2，即 S + O2→SO2
并在此基础上，使SO2催化氧化，即可获得SO3，即 2 SO2 + O2→2SO3
硫酸是SO3和H2O化合后的产物，即 2SO3 + H2O→H2SO4
纯硫酸(H2SO4)为无色透明油状液体，几乎比水重一 倍，相对密度1.8269，不易挥发，溶于水时放热，有比较 强的腐蚀性和脱水性。
硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、 有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
工业生产的硫酸指SO3和以H2O一定比例混合的溶液， 而发烟硫酸是其中SO3和H2O摩尔比大于1的溶液，发烟硫 酸由于SO3蒸气压较大，暴露在空气中能释放出SO3，和 空气中的水蒸气迅速结合并凝聚成酸雾而得名。硫酸浓度 以含的H2SO4质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离 SO3或总SO3的质量分数表示。
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1 概述
硫化氢制酸是一典型的无辅助工序的过程，硫化氢燃烧后 得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入后续转化 和吸收工序。
硫磺制酸，如使用高纯度硫磺作原料，整个制酸过程只设 空气干燥一个辅助工序。
冶炼烟气制酸和石膏制酸，焙烧处于有色冶金和水泥制作 过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、杂质等，因而需 在转化前设置气体净化工序。
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第一节 概述
亚硝基法有铅室法和塔式法两种
铅室法始于18世纪，因设备庞大，生产强度低，需用 大量铅，成品酸浓度仅达65%。
塔式法是在铅室法的基础上发展起来的，也因与铅室 法一样，制备的硫酸浓度低（产品浓度达75%） 、杂质 含量高。
工业硫酸简易流程图
除去杂质气体、 粉尘、水
硫铁矿 制取二 氧化硫 原料气
二氧化 硫炉气 净化与
干燥
二氧化 硫的催 化氧化
尾气处理
三氧化 硫的吸 收
硫酸
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硫酸
1 认识硫酸工业 2 硫铁矿制取二氧化硫炉气 3 炉气的净化与干燥 4 二氧化硫的催化氧化 5 三氧化硫的吸收及尾气的处理
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学习目标： 1.掌握：硫铁矿焙烧的基本原理；炉气净化与干燥的原理
硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前 述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮 存和计量工序在该过程中均有。
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2 硫铁矿制取二氧化硫炉气
一、硫铁矿焙烧的基本原理 1.焙烧反应
硫铁矿的焙烧主要是矿石中的FeS2与空气中的氧反应， 生成SO2炉气。焙烧反应分两步进行： 第一步：硫铁矿在高温下受热分解为硫化亚铁和硫
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一、硫铁矿焙烧的基本原理
2FeS2=2FeS+S2 第二步：硫蒸气的燃烧和硫化亚铁的氧化反应，分解得到硫 蒸汽与氧反应，即瞬间生成二氧化硫
S2 + O2 = SO2
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一、硫铁矿焙烧的基本原理
硫铁矿分解出硫后，剩下的硫化亚铁逐渐变成多孔性物 质，继续焙烧，当空气过剩量大时，最后生成红棕色的固态 物质三氧化二铁。
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2
及工艺流程；二氧化硫催化氧化的基本原理、工艺条件的 选择及工艺流程；三氧化硫吸收工艺条件的选择及工艺流 程。
2.理解：沸腾焙烧工艺条件的选择及工艺流程；沸腾焙烧 炉及二氧化硫转化器的基本结构；二氧化硫转化器的操作 分析。
3.了解：硫酸的性质、生产方法；三氧化硫吸收尾气处理 的方法。
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第一节 概述
一、硫酸性质
15
一、硫铁矿焙烧的基本原理
2.焙烧速率
硫铁矿的焙烧是气-固非均相反应过程，反应是在气固 两相的接触表面上进行，整个反应过程由一系列反应步 骤组成：FeS2的分解；氧向硫铁矿表面扩散；氧与FeS反 应；生成的SO2由矿粒表面向气流主体扩散。另外还存在 着硫磺蒸汽向外扩散及氧与硫的反应等。
由前述硫铁矿的焙烧反应分两步进行的，为了提高 焙烧的反应速率，应该研究上列反应中哪一步反应是整 个过程的控制步骤。根据实验测得的结果，硫化亚铁的 焙烧反应速率是整个焙烧过程的控制步骤。
9
1 概述
由反应式可知，接触法硫酸生产过程分为三个工序： ⑴由含硫原料制取二氧化硫气体，实现这一过程需将含硫 原料焙烧，故工业上称为“焙烧工序”； ⑵将含二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上 称为“转化工序”； ⑶将三氧化硫与水结合成硫酸，实现这一过程需将转化所 得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称为“吸收工序”。
6
第一节 概述
二Байду номын сангаас硫酸的生产方法
硫酸的工业生产方法主要有两种方法，即亚硝基法和接触法。
亚硝基法又称硝化法:以硫璜或含硫矿石（如黄铁矿）为 原料，在焚矿炉中燃烧成二氧化硫，除去尘埃，再和硝酸蒸 气（氮的氧化物）相混，借助氮的氧化物的交替氧化作用和 还原作用使二氧化硫氧化成三氧化硫，最后被水（或稀硫酸） 吸收而成硫酸成品。
10
1 概述
不论采用何种原料、何种工艺和设备，以上三个工序 必不可少，除三个基本工序外，再加上原料的贮存与加工， 含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存于计量，三废处理等 工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。
实现上述这些工序所采用的设备和流程随原料种类、 原料特点、建厂具体条件的不同而变化，主要区别在于辅助 工序的多少及辅助工序的工作原理。
焙烧反应的总反应式：
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 当空气过剩量小时，则生成Fe3O4，固态物质呈黑色； 总反应式：
3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
14
一、硫铁矿焙烧的基本原理
上述反应中硫与氧反应生成的二氧化硫及过量氧、 氮和水蒸气等气体统称为炉气
铁与氧生成的氧化物及其他固态物质统称为烧渣。
5
第一节 概述
➢ 1.结晶温度:
93.3%硫酸：-38℃（最低） 99%硫酸：+5.5℃（最高）
➢ 2.硫酸密度:
硫酸水溶液的密度随硫酸含量的增加而增大，于 98.3%时达到最大，过后则递减。
➢ 3.硫酸的沸点:
硫酸水溶液的沸点随硫酸含量的增加而增大，于 98.3%时达到最高（383.3℃），过后则递减。
铅室法和塔式法因其各自的缺点，而逐步被接触法取 代。
主要介绍接触法制硫酸工艺
8
1 概述
接触法制硫酸工艺
由于硫磺及硫化物在空气中易于燃烧，并生成SO2，即 S + O2→SO2
并在此基础上，使SO2催化氧化，即可获得SO3，即 2 SO2 + O2→2SO3
硫酸是SO3和H2O化合后的产物，即 2SO3 + H2O→H2SO4
纯硫酸(H2SO4)为无色透明油状液体，几乎比水重一 倍，相对密度1.8269，不易挥发，溶于水时放热，有比较 强的腐蚀性和脱水性。
硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、 有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
工业生产的硫酸指SO3和以H2O一定比例混合的溶液， 而发烟硫酸是其中SO3和H2O摩尔比大于1的溶液，发烟硫 酸由于SO3蒸气压较大，暴露在空气中能释放出SO3，和 空气中的水蒸气迅速结合并凝聚成酸雾而得名。硫酸浓度 以含的H2SO4质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离 SO3或总SO3的质量分数表示。
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1 概述
硫化氢制酸是一典型的无辅助工序的过程，硫化氢燃烧后 得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入后续转化 和吸收工序。
硫磺制酸，如使用高纯度硫磺作原料，整个制酸过程只设 空气干燥一个辅助工序。
冶炼烟气制酸和石膏制酸，焙烧处于有色冶金和水泥制作 过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、杂质等，因而需 在转化前设置气体净化工序。