生产中原料的选择 (2)

压强/Mpa
转化率/%
0.1 0.5 1 10
温度/℃
400
99.2 99.6 99.7 99.9
500
93.5 96.9 97.8 99.3
600
73.7 85.8 89.5 96.4
表2.压强对SO2的平衡转化率的影响
【实际问题】加压对设备与安全要求高，同时会增加 成本和能耗。
3. SO2的催化氧化反应什么温度条件下有利于SO3的 生成？ 你能解释原因吗？
————著名化学家
徐光宪
硫酸硫的用酸途——化学工业之母
化肥（50%以上）
药物
蓄电池
军事工业
化工
化学纤维
思考:
工业上如何制取硫酸?
第一节 化工生产过程中的基本问题
一、原料的选择及生产过程的确定 自然界中存在的含硫的物质主要有哪些?
单质硫、硫化物、硫酸盐
硫酸最古老的生产方法是把绿矾装入反应器中加强热
反应原 理
产率
速率
经济
环保
安全
条件控 制
常压、400-500℃、
SO2和O2的投料比约为 7:11
3 . 三氧化硫的吸收和硫酸的生成
主要反应： SO3 + H2O = H2SO4
98%浓硫酸从塔顶喷下， 三氧化硫气体从塔底吹入，提 高吸收程度。
——逆流原理
为什么不用水来吸收三氧化硫？
三氧化硫与水化合时，放出 大量热。易形成酸雾，不利于三 氧化硫的吸收。
SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO 2NO+O2=2NO2
从基建投资、加工费用及环境保护等方面考虑，用
硫磺制硫酸的装置优于用黄铁矿制硫酸的装置；
我国的天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂；
我国黄铁矿储量比天然硫要大；
硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，
三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化；
三、生产中三废的处理和环境保护
1、尾气处理
硫酸尾气
吸收剂 石灰水
（含少量SO2）
CaSO3
SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O
硫酸
SO2
返回作生产 硫酸的原料
CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O
2．污水处理 不同的化工生产过程产生的污水所含有的杂 质不同，除要进行一般的处理外，还要根据杂质 的性质，利用不同的化学方法进行处理。
低温 SO2与 空气
外管
高温 SO2与 空气
盛有催化 剂的隔板
内管
低温SO3
接触室中热交换器示意图
充分利用能量 低温SO2与空气的
混合气体进入接触室 时，在热交换器的外 管中流动，从塔顶进 入第一个催化剂层， 然后进入热交换器内 管，最终生成的SO3通 过内管从塔底流出接 触室。通过这样的热 交换把反应时生成的 热传递给进入接触时 需要预热的气体。
△ຫໍສະໝຸດ Baidu
△H=-196kJ/mol
二氧化硫与氧气是在 催化剂的表面上接触时起 反应的，接触室和接触法 的名称由此而得。
【思考】 催化氧化是硫酸生产的核心环节，为了提
高生产效率，提高反应物的转化率，请从化学 反应原理角度去分析，应该采用怎样的条件？
1.接触室里SO2和O2的比例对SO2转化率有什么影响？ 你能解释原因吗？
由于原料多需进口，硫磺价格受国际市场影响较大；
近年来，随着建筑业的发展以及人们对于硫铁矿中
铁资源的重新认识，硫铁矿制酸后的矿渣作为水泥添
加剂和炼铁原料，使硫铁矿制酸焕发出新的生机；
随着有色金属行业的快速发展，冶炼有色金属产生
的含二氧化硫的烟气成为了新的制硫酸的原料。

……
二、生产过程中反应条件的控制
——逆流原理
从沸腾炉中出来的气体是纯的SO2吗？
SO2 O2 N2 炉 水蒸气 对设备和生产有不良影响
气 砷和硒的化合物 使催化剂中毒
矿尘
反应原料中含有
净化措施： 除尘、洗涤、干燥
的微量杂质使催 化剂的活性、选
择性明显下降或
丧失的现象。
2 . 二氧化硫的催化氧化
2SO2（9）＋O2（g）V⇌2O52SO3(g)
2FeSO4·7H2O 高温 Fe2O3+SO2+SO3+14H2O
在公元650~683年(唐高宗时)，炼丹家孤刚子 在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着" 炼石胆取精华法"，即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。
高温
CuSO4·5H2O
CuO+SO3+5H2O
用硫磺与硝石（主要成分为KNO3）混 合加热也能产生硫酸，基本过程可表示为：
温度/℃ 400 450 475 500 525 550 575 600 650 转化率 99.3 99.3 99.2 99.1 99.0 98.8 98.4 90.9 58.5
/%
表3.不同温度下SO2的平衡转化率
【思考】实际生产中我们应该怎么选择SO2的催 化氧化温度？
温度过低，催化剂活性不高，反应速 率低；温度过高，催化剂结构容易发生变化， 甚至失活。而且温度太高，反应物的转化率 会下降。
1 . 二氧化硫的制取和净化
高温
4FeS2 + 11O2 ==== 2Fe2O3 + 8SO2
S+O2====SO2
工业上把硫铁矿粉碎 成细小颗粒再放在沸腾炉 中焙烧，从炉底鼓入强大 空气流，将矿石小颗粒扬 起，成沸腾状燃烧氧化。
沸腾炉中原料从炉顶落 下，热空气从炉底吹入，使 原料与助燃气体充分接触， 反应充分进行。
3．废渣的利用 用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中，会排出 一些炉渣和矿灰，可作为炼铁的原料；还可以用 来提炼贵重 的有色金属；还可以作为制造水泥的 原料或用于制砖。
四、能量的充分利用
硫酸生产过程中的三个化学反应 都是放热反应，可以充分利用这些反 应放出的热能(工厂里把它们叫做“废 热”)以降低生产成本。
如果没有化学工业的化肥和农药，世界粮食 产量将减半，即地球上人要饿死一半；如果没有 各种化学合成纤维，地球上将有一半人穿不上衣 服；如果没有医药为人们和细菌、病毒和疾病作 斗争，人们的寿命只有现在的一半。化学科学是 现代科学技术发展的重要基础学科。化学是不断 发明和制造对人类更有用的新物质的科学。
SO2 浓度%
O2 浓度%
SO2 转化率
%
5 6 7 7.5 8 9 10 12 13.9 12.4 11 10.5 9 8.1 6.75 5.5 99.3 99.3 99.2 99.1 99.0 98.8 98.4 90.9
表1.气体组分与平衡转化率的关系（400℃）
2. SO2的催化氧化反应什么压强条件下有利于SO3的 生成？ 你能解释原因吗？（一个大气压=0.1MPa）