工业化学反应过程及反应器优秀课件

工业上由于原料的差异和净化方法的不同，流 程有长有短，其原则流程如图所示。
2．二氧化硫炉气的制造
(1)硫铁矿的预处理 硫铁矿除主要成分FeS2外，还含有铜、锌、铅、砷、 镍、钻、硒、碲等元素的硫化物和氟、钙、镁的碳 酸盐和硫酸盐以及少量的银、金等杂质。硫铁矿含 硫量一般为30-50%,25％以下则为贫矿。硫铁矿的 粒度影响焙烧反应速率和脱硫程度，还关系到焙烧 的操作状态。破碎操作一般是先将大块矿石粗碎至 35 - 45mm以下，而后再细碎至碎粒小于3一6mm， 然后送入料仓或直接到焙烧炉。
(2)硫铁矿的焙烧 ①焙烧原理 硫铁矿在焙烧中发生化学反应，主要生成SO2，分两 步进行，第一步FeS2分解
2FeS2 == 2FeS + S2↑ -Q 第二步是分解氧化
S2 + 2O2 ==2SO2 + Q 4FeS + 7O2 == 2Fe2O3 + 4SO2+ Q 总反应方程为
4FeS2 + 11O2 == 2Fe2O3 + 8SO2+ 3411kJ 当空气较少,氧气刚好满足反应需要不过量,生成Fe3O4
硫铁矿按其来源分类有普通硫铁矿、浮选硫铁矿 和含煤硫铁矿。普通硫铁矿中含硫25%-52%，含铁 35%-44%。浮选硫铁矿又称尾砂，含硫量为30%-40%。 含煤硫铁矿含硫35％一40%，含碳10％一20%。
硫酸盐有石膏（CaSO4）, 芒硝（Na2SO4）和明 矾石[KA13(OH)6(SO4)2]等。
③焙烧设备
焙烧炉有块矿炉、机械 炉、沸腾炉等几种型式，我 国广泛使用沸腾炉。
沸腾炉的构造如图示。 炉体由钢板焊接成圆筒，内 垫耐火砖。炉内上部分为炉 膛，包括沸腾层和燃烧空间。 下部为空气分布室，室内有 空气预分布器，分布板上装 有若干个分布帽。
温度。放出的热量除高温设备热损失外，主要消耗
在加热炉气和矿渣以及蒸发矿石中的水分。
在硫铁矿焙烧两步主反应中，FeS2的分解速率 大于FeS的燃烧速率，如下图。FeS的焙烧是一个气
固相反应，经历了空气中 O2从气流主体向矿粒表 面扩散、O2与固相FeS发生化学反应、生成的SO2 向气流主体扩散几个步骤。
接触法制硫酸基本反应如下：
⑴ S02的制取 将硫铁矿焙烧，制取S02 (S)+O2 ==SO2 + Q
⑵SO2 的转化 SO2在固体催化剂上接触氧化为SO3 SO2+ 1/2O2 ==SO3 + Q
⑶SO3 的吸收 SO3与水结合生成硫酸 SO3+H2O ==H2SO4 + Q
实际生产中一般用98.3％的浓硫酸吸收S03制硫酸。
w游离SO3 /% w灰分 / %
92.5 98 0.10 0.10
wFe / %
发烟硫酸
20 0.10 0.03
（2）硫酸生产的原料
原料主要有硫磺、硫铁矿、硫酸盐及含硫工业废物。 硫磺含硫99.5%，该工艺流程简单、投资费用少、
生产成本低。但是天然硫矿在世界上并不丰富，从 石油、天然气生产中可回收大量硫。
Fra Baidu bibliotek
为得到硫铁矿中硫的高烧出率和焙烧反应速率，
应设法提高FeS的焙烧速率。 O2通过氧化层的扩散 控制着 FeS的燃烧速率，为了提高整个反应速率， 就得设法增大O2的扩散速率。 ②焙烧操作条件:
a．温度 提高温度有利于增大O2通过氧化层的扩 散速率，从而加快FeS焙烧速率，提高FeS2分解速 率。但温度太高，会使矿料熔融，引起炉内结疤，
含硫工业废物主要指有色冶金厂、石油炼制副
产气及低品位燃料燃烧废气中的S02，炼焦工业的 焦炉气和合成氨厂的半水煤气中的H2S，以及金属 加工厂酸洗液、石油炼厂的废酸与废渣。
采用哪种原料生产硫酸，主要取决于原料的来源和价格。
我国1997年硫酸产量中以硫铁矿制酸的占71.52%， 冶炼烟气占制酸21.53%，硫磺制酸占5.44%，石膏制 酸占1.2%.
工业化学反应过程及反应器
2.1硫酸生产 2.2 合成氨生产
2.1硫酸生产
1．概述
(1)硫酸的用途和产品规格 硫酸是化工的重要产品之一，在国民经济中有
着十分广泛的用途。大量用于生产磷肥(过磷酸钙) 和氮肥(硫酸铵),消耗量几乎占硫酸产量的一半以上； 在有机化工、纤维、塑料、染料以及农药生产中都 要用硫酸；无机化工中硫酸盐、磷酸盐、铬酸盐等 无机盐的生产，也要用硫酸；国防和原子能工业中 制造各种无烟炸药、从铀矿中萃取铀；冶金工业中 金属精炼、石油工业产品精制等。
3FeS2 + 8O2 == Fe3O4 + 6SO2+ 2435kJ
焙烧过程发生的副反应有：SO2与高温炉渣(Fe2O3) 接触被催化氧化为SO3；矿石中钙、镁的碳酸盐分解 为相应的氧化物，与SO3作用生成硫酸盐；铜、锌、 钻、硒、砷等元素的硫化物氧化生成相应的氧化物。
焙烧过程放出大量热，完全可以维持反应所需
(3）硫酸生产的方法
制造硫酸始于10世纪的阿拉伯炼金术者,采用干馏绿 矾(FeSO4 ,7H2O),得到的硫酸称为矾油。15世纪，用 硫磺和硝石混合燃烧, 将二氧化硫氧化成酸的方法 (硝化法)出现。18世纪,英国实现批量生产;又推出铅 室法;20世纪,开发成功塔式法。
借助固体催化剂的表面活性将二氧化硫氧化生 产硫酸的接触法制硫酸的方法。20世纪40年代，钒 催化剂的出现，促进了接触法的发展。接触法产品 质量纯（不含氮氧化物）、生产强度大，很大程度 上已取代了硝化法。98％以上的硫酸由该法生产。
破坏了炉内正常操作。 焙烧温度控制在850—950℃为宜。
b．矿粒度 矿粒度决定着气固两相接触表面积和O2 通过氧化铁层的扩散阻力。矿粒度越小，O2容易扩 散到矿粒内部，提高了FeS焙烧反应速率。矿粒度 太小会导致炉气所含矿尘增多，给炉气净化带来困 难。实际生产中，要控制一定的粒度分布。
c．氧浓度 O2的浓度增加，可加快O2通过矿粒表面 氧化铁层的扩散速度，提高了硫铁矿焙烧速率。氧 浓度过高，生成的SO2转化为SO3，使炉气冷却后生 成酸雾多，会加重净化的负荷。
工业硫酸是指S03与H2O以一定比例混合而成的化合 物 ， 分 为 稀 硫 酸 ( H2S04 含 量 6 5 ％ 和 7 5 % ) 、 浓 硫 酸 (H2S04含量92.5％和98%)和发烟硫酸(游离S03含量 20%)。国标(GB534-89)规定硫酸产品规格如下表
指标
浓硫酸
wH2SO 4 /%