高三化学--硫酸的工业制法--总结.ppt

一、接触法制造硫酸的反应原理 H2SO4SO3SO2 S 硫化物 如 FeS2 SO3 + H2O=H2SO4 S+O2=SO2 点燃 2SO2+O2=2SO3 催化剂 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 高温 二、接触法制造硫酸的生产过程 SO3H2SO4SO2 S 硫化物 如 FeS2 1 二氧化硫的制取和净化 2 二氧化硫转化成三氧化硫 3 三氧化硫的吸收和硫酸的生成 沸腾炉 炉气 1. 二氧化硫的制取和净化(造气） SO2、O2、N2、水蒸气以及 一些杂质，如As、Se等的 化合物和矿尘等等。 原料粉碎 氧气 4FeS2(固)+11O2(气)=2Fe2O3(固)+8SO2(气) 高温 除尘 洗涤 干燥 2. 二氧化硫氧化成三氧化硫 2SO2+O2=2SO3 V2O5 4500C 沸腾炉接触室沸腾炉 600C 5000C 4500C 8500C 5000C 热交换器 催化剂 下一步 思考 请同学们阅读教材P66-68页有关内容， 讨论SO2接触氧化的最有利条件 因为SO2接触氧化是一个放热反应，根据化 学平衡理论判断，此反应在温度较低的条件下进 行有利。但是，温度较低时反应速率低，从综合 经济考虑对生产不利。在实际生产中，选定 4000C5000C作为操作温度。 SO2的接触氧化也是一个气体总体积缩小的 反应，表5-2的数据说明，增大气体压强，能相 应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。考 虑到加压对设备的要求高，增大投资和能量消耗 ；而且，常压下4000C5000C时， SO2的平衡转 化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作 ，并不加压。 返回 返回 3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成 接触室沸腾炉吸收塔 热交换 5000C1500C 98.3%H2SO4 SO3 + H2O=H2SO4 1450C 尾气 生产流程动态演示 补充材料：硫酸的其它生产办法 1. 2(FeSO47H2O)=Fe2O3+SO2+SO3+14H2O 2. SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO 2NO+ O2=2NO2 三、环境保护 环境污染：大气污染、水污染、 土壤污染、食品污染、固体废 弃物、放射性污染、噪声污染 等。 工业上的三废：废水、废渣、废气 1.尾气处理 尾气的组成：SO2,O2,N2 (1)碱法： Na2CO3 Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 (2)氨酸法： NH3H2O 2NH3H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O 3尾气的吸收: 通常工业上是用氨水来吸收SO2，其反应式为： SO2+2NH3H2O=(NH4)2SO3+H2O, (NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3, 当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后，再跟 浓硫酸反应，放出二氧化硫气体，同时得到硫酸 铵溶液。反应式： 2NH4HSO3+H2SO4=2SO2+2H2O+(NH4)2SO4， (NH4)2SO3+H2SO4=SO2+H2O+(NH4)2SO4 放出SO2可用于制液体二氧化硫作为化工原料， 硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸 铵肥料。 尾气的组成：SO2,O2,N2 生产过程中的污水，含有硫酸等杂质。 Ca(OH) 2 H2SO4 = CaSO4 2H2O 2、污水处理 3、废渣的利用 总 结 三阶段造气接触氧化SO3的吸收 三反应4FeS2+11O2= =2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2=2S O3 SO3 + H2O=H2SO4 三净化除尘洗涤干燥 三原理热交换循环利用逆流吸收 三设备沸腾炉接触室吸收塔 工业三废废渣废气废水 硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产 沸 腾 炉接 触 室吸 收 塔 净 化 冷 却 沸腾炉 沸沸 腾腾 炉炉 接触室 接 触 室 低温 SO2 O2 高温 SO2 O2 SO3 SO2 O2 吸收塔 吸 收 塔 总 结 三原料黄铁矿(或硫磺)空气98.3%的硫酸 三选择压强:常压温度 :400500 催化剂 三杂质矿尘砷,硒化合物水蒸气 三危害影响生产催化剂中毒腐蚀设备 六、掌握多步计算的技能-（相当关系式计算） （原子守恒） 4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高 温 2SO2 + O2 2SO3 催化剂 加 热 SO3 + H2O H2SO4 FeS2 2SO22SO3 2H2SO4 多步计算 例：含FeS2 72%的黄铁矿石在煅烧的时候，有2%的 硫受到损失而混入炉渣，在SO2的氧化、吸收过程中 ，产率为98%，则由这种黄铁矿石10t可以制得98%的 硫酸多少吨？ 解析：该题的解题关键是：转化成硫酸的硫来自硫铁 矿。抓住了这一点就可以找出FeS2和H2SO4之间的关 系式，即：FeS2 2S 2H2SO4 有2%S损失 即FeS2利用率为98%。 在多步计算中重点掌握元素守恒。在反应过程中， 可以把中间步骤的损失归结为原料或目标产物的损 失。 FeS2 2H2SO4 120 196 10t72%98%98% x98% X=11.5t 答：（略） 解：设可制得98%的硫酸质量为x 练习：KKP102(7) 再 见 ！ 一、造气 1原料 接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属 冶炼厂的烟气（含有一定量的SO2）等作原料。 从原料成本、环境保护等角度考虑，硫黄是制硫酸的 首选材料。我国由于硫黄矿产资源较少，主要用黄铁矿作 原料。 世界硫酸产量的60%以上来自硫黄，另一方面，由于 有色冶金工业的发展和日趋严格的环保法则，有色金属冶 炼烟气制酸的产量逐年增加。相反，黄铁矿制酸的比重却 呈下降趋势，90年代初，世界硫酸生产的原料构成为： 硫黄 黄铁矿 其他 65% 16% 19% 2煅烧黄铁矿 将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在 专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使 其燃烧，就可以得到SO2。 煅烧黄铁矿在沸腾炉中进行。 造气阶段的反应原理： S(s)+O2(g)=SO2(g)；H= -297kJ/mol 或者FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g)； H= -853kJ/mol 黄铁矿粉碎的目的：一是燃烧迅速，二是 燃烧充分，提高原料的利用率。 沸腾炉的名称是因为从炉底通入的强 大空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得 剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”，所以， 人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉。 在此阶段中，空气是过量的，目的就 是让黄铁矿充分反应。 二氧化硫的制取和净化 发生的反应 生产设备 沸腾炉 2、硫酸生产过程简介 4FeS211O2 = 2Fe2O38SO2 高温 沸腾炉 炉气 原料粉碎 空气 除尘 洗涤 干燥 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？ 为什么要从炉底通入强大空气流？ 讨 论 从燃烧炉中出来的气体叫做炉气，用燃 烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2 、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的 化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使钒 催化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有 不良影响，因此，在进行下一步氧化反 应前，必须对炉气进行净化。 炉气净化主要除去砷、硒等化合物 和矿尘； 炉气的净化 炉气的成分： 净化的目的： 方法：除尘（除矿尘） 洗涤（除去砷、硒等化合物） 干燥（除水蒸气） 二氧化硫、氧气、氮气、 水蒸气、矿尘、砷硒化合物等 防止催化剂中毒和设备腐蚀 净化设备： 1、旋风分离器 2、文丘里除尘 3、水洗塔 二、接触氧化 1反应原理 SO2跟O2是在催化剂（如V2O5）表面 上接触时发生反应的，所以，这种生产硫 酸的方法叫做接触法。 从沸腾炉出来的气体主要有：SO2、 O2、N2，它们进入接触室，发生氧化反应 ： 二氧化硫氧化成三氧化硫 生产设备：接触室 得到的气体：三氧化硫、氮气、 未反应的氧气 和二氧化硫 发生的反应：2SO2O2 2SO3 V2O5 2SO2接触氧化反应条件选择 （1）温度 在具体实际生产中，温度低了反应速率就低，更为重 要的是催化剂活性在低温时不高，从综合经济效益考虑， 温度过低对生产不利。 在实际生产中，选定400500作为操作温度， 因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和 SO2的平衡转化率（93.5%99.2%）都比较理想。 （2）压强 理论上：接触氧化是一个体积缩小的反应，增大压强 平衡向正反应方向移动，可提高SO2的转化率。 实际上：常压操作，并不加压。 原因有两点：一是在常压时SO2的平衡转化率已经很 高，增大压强后，SO2的平衡转化率提高得并不多；二是 加压对设备的要求高且耗能多，这样将增大投资和能量消 耗。 进入接触室的SO2和O2需要加热，而接触 氧化生成SO3时放出热量，反应环境温度会 不断升高，用热交换器将这些热量来预热 SO2和O2反应。 为什么要换热? 由于接触氧化是一个放热反应，要想增 大SO2的转化率、提高SO3的产率，平衡要 向正反应方向移动，根据平衡移动理论， 高温不利于SO3的生成，所以装一个热交换 器可用来把反应生成的热传给需预热的炉 气。 逆流换热 在热交换器中，冷气体（SO2和O2等）在 管道外流动，热气体（SO3等）在管道内流 动，两种气体流向是逆向的，这样有利于 热交换充分。 1SO3的吸收 吸收过程是在吸收塔里进行的。从接 触室出来的气体，主要是SO3、N2以及未起 反应的O2和SO2。SO3与H2O化合生成 H2SO4。H2SO4虽然由SO3跟H2O化合制得 的，但工业上并不直接用H2O或稀H2SO4来 吸收SO3。 98.3%H2SO4 吸收塔 尾气 发烟 H2SO4 SO3 O2、SO2、N2 由于反应SO3+H2O= H2SO4是一个放热 反应，如果用水或稀硫酸吸收SO3，放出的 热量会使溶液形成大量的酸雾，不利于SO3 的吸收，所以工业上用98.3%的浓酸吸收 SO3，然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸，制 得各种浓度的硫酸产品。 不用水或稀硫酸吸收! 三氧化硫跟水化合生成硫酸 发生的反应：SO3H2O = H2SO4 用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 生产设备：吸收塔 吸收塔里装填了大量瓷环，目的是增大 接触面积，吸收操作采取逆流形式也是为 了让SO3气体和98.3%浓硫酸充分接触，有 利于吸收充分。 2NH3 + H2O + SO