硫酸工业流程课件

1、硫酸工业流程1 第一节第一节接触法制硫酸接触法制硫酸 硫酸工业流程2 S SO2 SO3 H2SO4 练习练习 用化学方程式实现下列各物质之间的转化用化学方程式实现下列各物质之间的转化 硫酸工业流程3 阅读提纲阅读提纲 阅读教材并讨论下列问题。阅读教材并讨论下列问题。 1. 1.为什么说硫酸的消费量被视为一为什么说硫酸的消费量被视为一 个国家工业发达水平的一种标志个国家工业发达水平的一种标志? ? 2.2.工业制硫酸的原料是什么工业制硫酸的原料是什么? ? 硫磺、硫磺、 黄铁矿、黄铁矿、 石膏、石膏、 有色金属有色金属 冶炼厂的烟气（含一定量的冶炼厂的烟气（含一定量的SO2气）等气）等. 硫酸

2、工业流程4 世界硫酸生产的原料构成世界硫酸生产的原料构成 硫酸工业流程5 我国硫酸生产的原料构成我国硫酸生产的原料构成 1988198819921992年中国硫酸生产的原料构成年中国硫酸生产的原料构成(%)(%) 硫酸工业流程6 3.3.工业制硫酸分成几个阶段工业制硫酸分成几个阶段? ?每个阶段的每个阶段的 反应原理是什么反应原理是什么? ? (1).造气造气 (2).接触氧化接触氧化 (3).三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收 硫酸工业流程7 硫酸生产反应式 4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温 硫酸工业生产的原理硫酸工业生产的原理 SO3 + H2O H2SO4 第一

3、步：第一步： 第二步：第二步： 第三步：第三步： 2SO2 + O2 2SO3 催化剂催化剂 加加 热热 硫酸工业流程8 阅读教材阅读教材,讨论、回答问题。讨论、回答问题。 1.造气造气 (1)燃烧黄铁矿的设备叫为什么叫沸腾炉燃烧黄铁矿的设备叫为什么叫沸腾炉? (2)黄铁矿燃烧时为什么要粉碎成细小的矿粒黄铁矿燃烧时为什么要粉碎成细小的矿粒, 并且在燃烧炉中通入强大的空气流使之并且在燃烧炉中通入强大的空气流使之“沸沸 腾腾”呢呢? (3)为什么通入接触室的为什么通入接触室的“炉气炉气”必须预先进必须预先进 行净化和干燥行净化和干燥? 硫酸工业流程9 沸腾炉 硫酸工业流程10 (2)(2)根据平衡

4、移动原理根据平衡移动原理, ,反应在较高反应在较高 还是较低的温度下进行更有利还是较低的温度下进行更有利? ? (1)2SO(1)2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g) 2SO(g) 2SO3 3(g);(g); H=-196.6kJ/mol H=-196.6kJ/mol 该反应的特点是什么该反应的特点是什么? ? 催化剂催化剂 2. 2. 接触氧化接触氧化 (3)(3)根据平衡移动原理根据平衡移动原理, ,反应在较高反应在较高 还是较低的压强下进行更有利还是较低的压强下进行更有利? ? 硫酸工业流程11 接触室 接接 触触 室室 硫酸工业流程12 3.3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收:

5、 : (1)吸收剂是什么吸收剂是什么?如果用水或稀硫酸吸如果用水或稀硫酸吸 收收SO3会造成什么后果会造成什么后果? (2)为了更好吸收为了更好吸收SO3 ,采取了哪些措施采取了哪些措施? 硫酸工业流程13 吸收塔 吸吸 收收 塔塔 硫酸工业流程14 硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产 沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室 吸吸 收收 塔塔 净净 化化 冷冷 却却 硫酸工业流程15 4.尾气处理尾气处理 (1)尾气的成分尾气的成分:SO2（少量）、（少量）、O2、N2 （2）尾气处理要经过两个过程：）尾气处理要经过两个过程： 一是进行第二次氧化；一是进行第二次氧化； 二是将两次氧化后的气体加以净

6、化二是将两次氧化后的气体加以净化 后回收处理。后回收处理。 硫酸工业流程16 工业制硫酸的主要工艺及原理工业制硫酸的主要工艺及原理 硫酸工业流程17 1工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内导出的工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内导出的 炉气，要经过净化的理由是（炉气，要经过净化的理由是（ ） B A为了减少对大气的污染为了减少对大气的污染 B防止催化剂中毒防止催化剂中毒 C炉气还含有一些其他有用成分，以炉气还含有一些其他有用成分，以 便综合利用便综合利用 D为了制得更纯的为了制得更纯的H2SO4 硫酸工业流程18 2对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产 操作的

7、主要理由两者都正确的是操作的主要理由两者都正确的是 ( ) A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫 铁矿不能燃烧铁矿不能燃烧 B三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的 是增大其与吸收剂的接触面积是增大其与吸收剂的接触面积 C二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化 剂，这样可以提高二氧化硫的转化率剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D三氧化硫用三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是的浓硫酸吸收，目的是 防止形成酸雾，以便使其吸收完全防止形成酸雾，以便使其吸收完全 BD 硫酸工业流程19 3.在硫酸的工业生

8、产中，为了有利于在硫酸的工业生产中，为了有利于 SO2的转化，且能充分利用热能，采的转化，且能充分利用热能，采 用了中间有热交换器的接触室（见下用了中间有热交换器的接触室（见下 图）。按此密闭体系中气体的流向，图）。按此密闭体系中气体的流向， 则在则在A处流出的气体为（处流出的气体为（ ） C ASO2 BSO3 O2 CSO2 O2 D SO2 SO3 硫酸工业流程20 4. 为防治酸雨，降低煤燃烧时向大为防治酸雨，降低煤燃烧时向大 气排放的气排放的SO2，工业上将生石灰和，工业上将生石灰和 含硫煤混合后使用。请写出燃烧含硫煤混合后使用。请写出燃烧 时，有关时，有关“固硫固硫”（不使含硫化（

9、不使含硫化 合物进入大气）反应的化学方程合物进入大气）反应的化学方程 式。式。 【答案答案】 C a O + S O 2 = C a S O 3 ， 2CaSO3+O2=2CaSO4 硫酸工业流程21 上述方法称为上述方法称为“钙基固硫法钙基固硫法”。这种方法实。这种方法实 际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中，际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中， 再进行燃烧。利用石灰石分解生成的再进行燃烧。利用石灰石分解生成的CaO也也 能吸收能吸收SO2，但因石灰石分解是吸热反应，但因石灰石分解是吸热反应， 所以用所以用CaCO3固硫比用固硫比用CaO固硫多消耗部分固硫多消耗部分 热量。热量。 2CaS

10、O3+O2=2CaSO4这个反应易漏写，在这个反应易漏写，在 有空气存在和高温条件下，有空气存在和高温条件下，CaSO3易被氧化易被氧化 为为CaSO4，这可以得出一条规律：温度高时，这可以得出一条规律：温度高时 ，热稳定性不够好的物质将向热稳定性物质，热稳定性不够好的物质将向热稳定性物质 转化，如本题涉及转化，如本题涉及CaCO3CaSO3CaSO4 的转化。以防漏写其中一个方程式。的转化。以防漏写其中一个方程式。 硫酸工业流程22 5.现有现有1 L含含SO3为为30%的发烟硫酸（密的发烟硫酸（密 度为度为1.95g/cm3），要把它稀释成浓度），要把它稀释成浓度 为为95%的浓硫酸，要加

11、水约为的浓硫酸，要加水约为 ( ) A120 mL B180 mL C240 mL D300 mL C 1L含含SO 3 为为30%的发烟硫酸中含的发烟硫酸中含SO 3 为为 1000cm31.95g/cm330%=585g，与，与SO3反反 应所需水量为应所需水量为 585g/80g/mol18g/mol=131.625g， 硫酸工业流程23 95% H2SO4溶液中溶剂为溶液中溶剂为: 则则H2SO4为为: 1000cm31.95g/cm3+131.625g=2081.625g 95 5 =110 g 2081.625 g 所以，总共需加水为所以，总共需加水为: 131.625 g+110

12、 g=241.625 g 硫酸工业流程24 【解题回顾解题回顾】 本题可用本题可用S原子守恒巧解，原溶液的质原子守恒巧解，原溶液的质 量为量为1950 g，设最终溶液质量为，设最终溶液质量为x 195030%/80+195070%/98=95%x/98 x=2194 则需加水的质量为则需加水的质量为2191-1950=241 硫酸工业流程25 5.某化工厂每小时生产某化工厂每小时生产a t（吨）（吨）98% （质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧， 且在下一步催化氧化时不再补充空气，且在下一步催化氧化时不再补充空气， 要求燃烧后的混合气体中含氧气的体要求燃烧后的混合

13、气体中含氧气的体 积分数为积分数为b%。若空气中氧气的体积分。若空气中氧气的体积分 数为数为21%，且不考虑各生产阶段的物，且不考虑各生产阶段的物 料损失，则（料损失，则（1）该厂每小时消耗标准）该厂每小时消耗标准 状况下空气的体积为状况下空气的体积为 m3。（。（2） 为 满 足 题 设 要 求 ，为 满 足 题 设 要 求 ， b % 的 下 限 等的 下 限 等 于于 。 硫酸工业流程26 【解析解析】（1 1）每小时生产的纯硫酸为）每小时生产的纯硫酸为 (a(a10106 6g g98%)98%)98g/mol=a98g/mol=a10104 4molmol。 生产过程中生成的生产过程

14、中生成的SOSO 2 2 和和SOSO 3 3 也都是也都是 a a10104 4molmol。设每小时消耗空气的体积为。设每小时消耗空气的体积为 V V，则由，则由S+OS+O2 2=SO=SO2 2消耗消耗O O2 2的体积等于生成的体积等于生成 的的SOSO2 2体积，即燃烧前空气的体积等于燃体积，即燃烧前空气的体积等于燃 烧后混合气体的体积，据此可得以下关烧后混合气体的体积，据此可得以下关 系：空气中系：空气中O O2 2的体积的体积= =反应中消耗的反应中消耗的O O2 2的的 体积体积+ +燃烧后混合气体中燃烧后混合气体中O O 2 2的体积，即 的体积，即 V V21%=a21%

15、=a1010 4 4mol mol22.4L/mol22.4L/mol1010 -3-3 m m3 3/L+V/L+Vb%b%，V=22400a/(21-b)V=22400a/(21-b)。 硫酸工业流程27 （2 2）“b b的下限的下限”，其含义是指燃烧后，其含义是指燃烧后 剩余的剩余的O O2 2在第二步催化氧化时恰好完全在第二步催化氧化时恰好完全 反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（ 空气体积的空气体积的21%21%）恰好满足两步反应。因）恰好满足两步反应。因 S+OS+O2 2=SO=SO2 2和和O O2 2+2SO+2SO2 2=2SO=2SO3

16、3两步反应耗两步反应耗O O2 2之之 比为比为2121，故燃烧后（第一步反应后），故燃烧后（第一步反应后） 混合气体中混合气体中O O2 2的体积分数的下限是的体积分数的下限是 b%=(1/3)b%=(1/3)21%=7%21%=7%。 硫酸工业流程28 6.红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计 任务，该厂要求：任务，该厂要求： 第一：为了控制污染和提高生产效率，第一：为了控制污染和提高生产效率， 不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。 第二：改二次送风（鼓入空气）为一次第二：改二次送风（鼓入空气）为一次 送风，即送风后使硫充分燃烧，

17、并在送风，即送风后使硫充分燃烧，并在 下一步催化氧化时不再补充空气。下一步催化氧化时不再补充空气。 第三：每天生产第三：每天生产98% H2SO4 50 t。第四：。第四： 送风机每天输送空气的体积为送风机每天输送空气的体积为5000m3/ 台（标况）台（标况）. 硫酸工业流程29 求：（求：（1）每天消耗含硫）每天消耗含硫95%的固体硫多的固体硫多 少吨？（少吨？（2）理论上应安装多少台送风机？）理论上应安装多少台送风机？ （3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧 气的体积分数气的体积分数(O2)的下限为多少？的下限为多少？ （4）实际安装送风机的台数应略多于理）

18、实际安装送风机的台数应略多于理 论数（不考虑损坏），为什么？能否过论数（不考虑损坏），为什么？能否过 分增加送风机的台数，为什么？（转化分增加送风机的台数，为什么？（转化 过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气 不反应；空气中氧气的体积分数为不反应；空气中氧气的体积分数为21%） 硫酸工业流程30 （1）设每天消耗固体硫的质量为）设每天消耗固体硫的质量为x，根，根 据反应前后硫元素守恒，得：据反应前后硫元素守恒，得： x95%=(5.0107g98%/98g/mol)32 g/ mol x=1.68107g=16.8 t 硫酸工业流程31 （2）每天生产的纯）每天

19、生产的纯H2SO4的物质的量为的物质的量为 5.010798%g/98g/ mol=5.0105 mol ，因而生产过程中生成的，因而生产过程中生成的SO2和和SO3都是都是 5.0105 mol。由于。由于SSO2，SO2SO3 中所需氧元素均由空气提供，根据氧元中所需氧元素均由空气提供，根据氧元 素守恒，每天至少消耗空气的体积为：素守恒，每天至少消耗空气的体积为： V(空气空气) =3/25.0105mol22.4mol/L103m3/ L21%=80000m3 故理论上安装送风机的台数故理论上安装送风机的台数 =80000m3/5000 m3=16台台 硫酸工业流程32 （3）本小题中）

20、本小题中“(O2)的下限的下限”，其含义，其含义 是指燃烧后剩余的是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰在第二步催化氧化时恰 好完全反应，即燃烧前空气中的氧恰好满足好完全反应，即燃烧前空气中的氧恰好满足 S+O2=SO2及及2SO2+O2=2SO3两步反应。因上两步反应。因上 述两步反应的耗述两步反应的耗O2量之比为量之比为2 1，所以燃烧，所以燃烧 后（第一步反应后）混合气体中后（第一步反应后）混合气体中O2的体积下的体积下 限限V=V(空气空气)21%1/3= V(空气空气)7%。 硫酸工业流程33 （4）由于）由于S+O2=SO2是气体体积不变的反应是气体体积不变的反应 ，故燃烧后混合气体的体积与通入的空气体，故燃烧后混合气体的体积与通入的空气体 积积V(空气空气)相等，适当增加送风量（即增加相等，适当增