硫酸的工业制法

1、化学课堂演示化学课堂演示设计制作设计制作 潘潘 珑珑原理原理流程流程问题问题环保环保计算计算退出退出一、接触法制硫酸的反应原理反应原理是：反应原理是： 燃烧硫或金属硫化物等原料来燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫，使二氧化硫在制取二氧化硫，使二氧化硫在适当的温度和催化作用下氧化适当的温度和催化作用下氧化成三氧化硫，再使三氧化硫和成三氧化硫，再使三氧化硫和水化合生成硫酸。水化合生成硫酸。H2SO4H2OSO3SO2FeS2SO2O2返回接触法制硫酸的反应原理和生产过程接触法制硫酸的反应原理和生产过程化学反应原理化学反应原理生产过程生产过程典型设备典型设备 FeS2+ O2= Fe2O3+ S

2、O2高温高温SO3+H2O=H2SO4二氧化硫的制二氧化硫的制取和净化取和净化沸腾炉沸腾炉二氧化硫氧化成二氧化硫氧化成三氧化硫三氧化硫接触室接触室三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收和硫酸的生成和硫酸的生成吸收塔吸收塔2SO2+O2=2SO3催化剂催化剂生产全过程1热交换器原理41128全过程详解接触法制硫酸的接触法制硫酸的“五个三五个三”三原料三原料三反应三反应三设备三设备三原理三原理三净化三净化硫铁矿硫铁矿 空气空气 水水沸腾炉沸腾炉 接触室接触室 吸收塔吸收塔充分接触原理充分接触原理 热交换原理热交换原理 逆流吸收原理逆流吸收原理除尘除尘 洗涤洗涤 干燥干燥具体内容具体内容返回4FeS2 +11

3、 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温第一步：第一步：第二步：第二步：硫酸的工业制法硫酸的工业制法第三步：第三步：SO3 + H2O H2SO4返回2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热接触室接触室返回吸收塔吸收塔返回沸腾炉返回关于生产过程中的几个问题关于生产过程中的几个问题1工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？2为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？3黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为什么要向沸腾炉鼓入过量的空气或氧气？黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为什么要向沸腾炉

4、鼓入过量的空气或氧气？4逆流原理中接触法制硫酸的过程中有哪些具体的作用？逆流原理中接触法制硫酸的过程中有哪些具体的作用？5为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？6什么是热交换过程？什么是热交换过程？7吸收吸收SO3为什么不直接用水或稀硫酸，而是用为什么不直接用水或稀硫酸，而是用98.3%的浓硫酸？的浓硫酸？8制硫酸的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气中制硫酸的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气中？ 9为什么在吸收塔中填满瓷环为什么在吸收塔中填满瓷环返回1.工业上接触法制硫酸工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿中

5、为什么要先将黄铁矿粉碎？粉碎？为了增大反应物之间的接触面积，为了增大反应物之间的接触面积，因为反应物之间的接触面积越大，因为反应物之间的接触面积越大，反应速率就越快，制硫酸时把黄反应速率就越快，制硫酸时把黄铁矿石粉碎，并在沸腾炉中燃烧，铁矿石粉碎，并在沸腾炉中燃烧，从而加快反应的进行，燃烧也充从而加快反应的进行，燃烧也充分。分。返回2为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？炉？为什么用这种炉子？这是因为矿粒燃烧的时候，这是因为矿粒燃烧的时候，从炉底通入强大的空气流，从炉底通入强大的空气流，把矿粒吹得在炉内一定空把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈沸腾，好象间

6、里剧烈沸腾，好象“沸沸腾着的液体腾着的液体”一样。因此，一样。因此，人们把这种炉子叫沸腾炉。人们把这种炉子叫沸腾炉。矿粒在这种沸腾情况下，矿粒在这种沸腾情况下，跟空气充分接触，燃烧快，跟空气充分接触，燃烧快，反应完全，提高了原料的反应完全，提高了原料的利用率。利用率。返回3黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为什么要向沸腾炉鼓入过量的空气或什么要向沸腾炉鼓入过量的空气或氧气？氧气？生产上，常使其中一种反应物的用生产上，常使其中一种反应物的用量（浓度）超过反应所需的量，过量（浓度）超过反应所需的量，过量的那种反应物往往是原料中比较量的那种反应物往往是原料中比较易得和便宜的，因而

7、能使较贵重的易得和便宜的，因而能使较贵重的原料能更充分利用。原料能更充分利用。返回4逆流原理中接触法制硫酸的逆流原理中接触法制硫酸的过程中有哪些具体的作用？过程中有哪些具体的作用？在化工生产中，相互作用的原料，往往采用逆流的在化工生产中，相互作用的原料，往往采用逆流的方法，如：用硫酸的质量分数为方法，如：用硫酸的质量分数为98.3%的浓硫酸吸的浓硫酸吸收三氧化硫，液体和气体的流向是相反的，液体由收三氧化硫，液体和气体的流向是相反的，液体由吸收塔顶部淋下，气体又下向上，使作用更完全。吸收塔顶部淋下，气体又下向上，使作用更完全。在热交换中，冷的和热的气体（液体），都是采用在热交换中，冷的和热的气体

8、（液体），都是采用逆流的方法进行热量交换的。硫酸工业中，接触室逆流的方法进行热量交换的。硫酸工业中，接触室内使用热交换器，使未进入接触室的内使用热交换器，使未进入接触室的SO2和和O2得以得以预热，有利于预热，有利于SO2的转化；从接触室里出来的转化；从接触室里出来SO3得得以降温，减少了以降温，减少了SO3的分解。的分解。返回5为什么通入接触室为什么通入接触室的混合气体必须预先的混合气体必须预先净化？如何净化？净化？如何净化？从沸腾炉出来的炉气中，除从沸腾炉出来的炉气中，除SO2、O2、N2外，还外，还有水蒸气、含砷、硒的化合物杂质及矿尘，杂质有水蒸气、含砷、硒的化合物杂质及矿尘，杂质及矿尘

9、会使催化剂失去活性而中毒，水蒸气会跟及矿尘会使催化剂失去活性而中毒，水蒸气会跟SO2、SO3形成酸雾，腐蚀管道设备，因此通入接形成酸雾，腐蚀管道设备，因此通入接触室的混合气体必须预先净化。触室的混合气体必须预先净化。炉气净化过程为：首先经过炉气净化过程为：首先经过除尘（除去矿尘），除尘（除去矿尘），然后进行然后进行洗涤（洗去砷、硒等的化合物），最洗涤（洗去砷、硒等的化合物），最后进行后进行干燥（除去水蒸气）。这样处理过的混干燥（除去水蒸气）。这样处理过的混合气体主要含有合气体主要含有SO2、O2、N2。返回6什么是热交换过程？什么是热交换过程？通过热交换器把反应时生通过热交换器把反应时生成的热

10、，传递给进入接触成的热，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，室的需要预热的混合气体，并冷却反应后生成的气体，并冷却反应后生成的气体，像这样传递热量的过程就像这样传递热量的过程就是化学工业上常用的热交是化学工业上常用的热交换过程。换过程。6.什么是热交换过程什么是热交换过程?返回7吸收吸收SO3为什么不直接用水或为什么不直接用水或稀硫酸，而是用稀硫酸，而是用98.3%的浓硫酸？的浓硫酸？因为用水或稀硫酸作吸收因为用水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成酸雾，吸剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢且吸收不充分，收速度慢且吸收不充分，而用而用98.3%的浓硫酸作吸的浓硫酸作吸收剂，则在吸收过程中不收剂，则在吸收

11、过程中不形成酸雾，吸收速度快且形成酸雾，吸收速度快且吸收充分，有利于吸收充分，有利于SO3的吸的吸收。收。返回8制硫酸的尾气中含哪些成分？制硫酸的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气为什么尾气不能直接排入大气中？中？制硫酸的尾气成分：制硫酸的尾气成分：SO2、O2、N2等。等。由于尾气中含有由于尾气中含有SO2，如果直接排入大气，如果直接排入大气，会造成大气污染，所以在尾气排入大气之会造成大气污染，所以在尾气排入大气之前，必须先回收，净化处理防止前，必须先回收，净化处理防止SO2污染空污染空气并充分利用原料。气并充分利用原料。返回9为什么在吸收塔中填满瓷环？为什么在吸收塔中填满瓷环？用

12、质量分数为用质量分数为98.3%的浓硫酸吸收的浓硫酸吸收SO3时，时，吸收塔中填满瓷环吸收塔中填满瓷环，使液体和气体接触面使液体和气体接触面积增大，提高吸收率。积增大，提高吸收率。返回一、一、“三废三废”处理处理 1、尾气吸收、尾气吸收 (1) SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O (2) SO(2) SO2 2+2NH+2NH3 3 +H +H2 2O =(NHO =(NH4 4）2 2SOSO3 3 （NHNH4 4) )2 2SOSO3 3 + H+ H2 2SOSO4 4 = (NH= (NH4 4) )2 2SOSO4 4 +

13、 SO+ SO2 2+ H+ H2 2O O 2、污水处理、污水处理 Ca(OH)2 + H2SO4 =CaSO4 + 2H2O 制石膏制石膏 3、废渣处理、废渣处理 黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。二、能量充分利用二、能量充分利用 “废热废热”利用：利用： （1）在沸腾炉旁设置）在沸腾炉旁设置“废热锅炉废热锅炉”，产生蒸汽发电；，产生蒸汽发电；（2）在接触室中设热交换器，预热）在接触室中设热交换器，预热SO2和和O2 。尾气的净化尾气的净化尾气的净化尾气的净化用氨水吸收：用氨水吸收： SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 SO2+NH3+H

14、2O=NH4HSO3 (NH4)2SO3 +H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O 2NH4HSO3 +H2SO4=(NH4)2SO4+2SO2+H2O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 却却空气空气 炉气炉气思考：思考：从沸腾炉出从沸腾炉出来的气体来的气体 SO2是否纯净？是否纯净？矿渣思考：思考：黄铁黄铁矿为什么要矿为什么要粉碎？为什粉碎？为什么通入强大么通入强大的空气流？的空气流？燃烧黄铁矿燃烧黄铁矿为什么不要为什么不要多加燃料？多加燃料？沸腾炉沸腾炉思考：适宜条件的选择思考：适宜条件的选择N2接接 触触 室室思考：思

15、考：接触室中热交接触室中热交换器的作用换器的作用?从接触从接触室出来的气体成分是室出来的气体成分是什么？什么？催化剂：催化剂：五氧化二矾五氧化二矾（V2O5）温度：温度：400至至500摄氏摄氏度度压强：压强：常压常压温度：温度：400500催化剂活性较高催化剂活性较高压强：设备、成本和能源消耗（增大压强压强：设备、成本和能源消耗（增大压强SO2的转化率提高不大）的转化率提高不大）吸吸 收收 塔塔思考：思考：吸收三吸收三氧化硫为什么不氧化硫为什么不用水和稀硫酸，用水和稀硫酸，而用而用98.3%的浓的浓硫酸？浓硫酸为硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶什么必须从塔顶喷下？喷下？讨论讨论一、在硫酸工业生产

16、中哪些地方涉及到了一、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学反应速率知识？化学反应速率知识？1、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。2、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。3、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。4、采用、采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。的浓硫酸吸收三氧化硫。5、三氧化硫的吸收采用逆流原理。、三氧化硫的吸收采用逆流原理。6、在吸收中填入了大量瓷环。、在吸收中填入了大量瓷环。二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学平衡知识？化学平衡知识？1、经过净化

17、、干燥的炉气中，氧气的含量相对要多。、经过净化、干燥的炉气中，氧气的含量相对要多。2、SO2、O2、SO3被冷却后，进一步在催化剂表面反应。被冷却后，进一步在催化剂表面反应。3、选择适宜的反应温度。、选择适宜的反应温度。4、选择适宜的反应压强。、选择适宜的反应压强。三环境保护三环境保护 1什么是环境？什么是环境？ 2环境污染包括哪些？环境污染包括哪些？ 3SO2排放到大气中有哪些危害？排放到大气中有哪些危害？ 4大气中大气中SO2的来源的来源? 5常见大气污染物有哪些？常见大气污染物有哪些？ 6消除大气污染的方法有哪些？消除大气污染的方法有哪些？ 7防止水和土壤污染的途径有哪些？防止水和土壤污

18、染的途径有哪些？练习练习首页首页1 什么是环境？什么是环境？大气、土地、水、矿产、森林、生物以大气、土地、水、矿产、森林、生物以及风景游览区、自然保护区、生活居住及风景游览区、自然保护区、生活居住区等构成了人类生存的环境区等构成了人类生存的环境环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等，此外还包括固体废弃物，污染、食品污染等，此外还包括固体废弃物，放射性噪声等污染。放射性噪声等污染。返回返回2 环境污染包括哪些？环境污染包括哪些？3.SO2排放到大气中有哪些危害？排放到大气中有哪些危害？ 人吸入人吸入SOSO2 2会发生呼吸道疾病，浓度高达一定

19、程会发生呼吸道疾病，浓度高达一定程度时，会使人死亡。度时，会使人死亡。 如果如果SOSO2 2与空气中的飘尘接触，或跟氮的氧化物与空气中的飘尘接触，或跟氮的氧化物接触，会部分被氧化为接触，会部分被氧化为SOSO3 3，危害跟严重，这些硫，危害跟严重，这些硫的氧化物能直接伤害植物叶片，浓度高时，会使的氧化物能直接伤害植物叶片，浓度高时，会使植物枯死。植物枯死。 降水时，硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸降水时，硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，即所谓的盐随雨雪降到地面，即所谓的“酸雨酸雨”。酸雨可。酸雨可使湖泊水质酸化，毒害鱼类和其它水生生物；使使湖泊水质酸化，毒害鱼类和其它水生生

20、物；使土壤酸化、破坏农田、损害农作物、森林；酸雨土壤酸化、破坏农田、损害农作物、森林；酸雨还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。返回返回4.大气中大气中SO2的来源？的来源？SOSO2 2、SOSO3 3、H H2 2S S煤烟氮的氧化物（煤烟氮的氧化物（NONO、NONO2 2等）等）碳的氧化物（碳的氧化物（COCO、COCO2 2）粉尘碳氢化合物等。）粉尘碳氢化合物等。注意：注意：大气污染物不一定是有毒气体，如大气污染物不一定是有毒气体，如COCO2 2是是大大气污染物，但气污染物，但CO2无毒。无毒。煤、石油的燃烧煤、石油的燃烧金属矿石的冶炼金属矿石

21、的冶炼5.常见大气污染物有哪些？常见大气污染物有哪些？返回返回6.消除大气污染的方法有哪些？消除大气污染的方法有哪些？ 减少污染物的排放，如硫酸厂、化工厂、冶炼减少污染物的排放，如硫酸厂、化工厂、冶炼厂等的尾气在排放前要进行回收处理，对城市中厂等的尾气在排放前要进行回收处理，对城市中机动车的排放加以限制等。机动车的排放加以限制等。 多植树、种草等吸收多植树、种草等吸收SOSO2 2、COCO2 2等有毒有害等有毒有害气体，以消除污染。气体，以消除污染。主要控制有害物的排放。工业三废（废水、废主要控制有害物的排放。工业三废（废水、废气、废渣）要经过净化处理，回收有用成分后气、废渣）要经过净化处理

22、，回收有用成分后再排放，要不断提高综合治理水平。农业生产再排放，要不断提高综合治理水平。农业生产要控制化学农药的使用合理施用化肥。要控制化学农药的使用合理施用化肥。7.防止水和土壤污染的途径有哪些？防止水和土壤污染的途径有哪些？返回返回课后练习课后练习1.近闻美国和日本正在研究用近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理吸收法作为治理SO2污染的一种新方法，第一步是用污染的一种新方法，第一步是用Na2SO3水溶液吸收水溶液吸收SO2 ；第二步是加热吸收液，使之重新生成第二步是加热吸收液，使之重新生成Na2SO3 ，同时得到，同时得到含有高浓度含有高浓度SO2水蒸气副产品。写出上述两个反

23、应的化学水蒸气副产品。写出上述两个反应的化学方程式。方程式。（1） SO2+ Na2SO3 +H2O=2NaHSO3（2） 2NaHSO3 = SO2+ Na2SO3 +H2OB2.90年代初，国际上提出了年代初，国际上提出了“预防污染预防污染”的新概念。绿色化的新概念。绿色化学学”是预防污染的基本手段，下列各项中属于。绿色化学是预防污染的基本手段，下列各项中属于。绿色化学”的是（的是（ ）A.处理废弃物处理废弃物 B.杜绝污染源杜绝污染源C.减少有毒物减少有毒物 D.治理污染点治理污染点返回返回三有关化学计算三有关化学计算几个概念：化学计算中涉及到工业生产实际中几个概念：化学计算中涉及到工业

24、生产实际中的的“四率四率”（即（即转化率转化率、利用率利用率、产率产率、损失损失率率）和）和纯度纯度。物质的物质的纯度纯度=（纯物质（纯物质/不纯物质）不纯物质）100%产率产率=（实际产量（实际产量/理论产量）理论产量）100%利用率利用率=（实际利用原料量（实际利用原料量/实际投入原料总量）实际投入原料总量）100%损失率损失率：1-利用率利用率在原料中：在原料中：转化率转化率=利用率利用率关于多步反应变一步的计算关于多步反应变一步的计算步骤：步骤：1.写出多步反应的化学方程式；写出多步反应的化学方程式；2.找出主要原料和最终产物之间的物质的找出主要原料和最终产物之间的物质的量的对应关系。

25、即找出主要原料和最终产量的对应关系。即找出主要原料和最终产物中所含关键原子个数关系。物中所含关键原子个数关系。3.列出关系式，解出答案。列出关系式，解出答案。守恒原则守恒原则计算中可以按照计算中可以按照守恒守恒、累积累积、转化转化的三原则处的三原则处理有关过程及数据以化难为易。理有关过程及数据以化难为易。1.守恒原则守恒原则：如黄铁矿制硫酸中：如黄铁矿制硫酸中S原子守恒，具原子守恒，具体表现形式为体表现形式为FeS22H2SO4 或或 SH2SO4【例题例题1 1 】燃烧燃烧2 2吨含吨含FeSFeS2 280%80%的黄铁矿，理论上的黄铁矿，理论上能生产能生产98%98%的硫酸多少吨？的硫酸

26、多少吨？解：设理论上能生产解：设理论上能生产98%98%的硫酸的硫酸X X吨？吨？关系式关系式 FeSFeS2 2 -2H -2H2 2SOSO4 4120 196120 1962 280% X80% X98%98%120196= 2 280%80%X X98%98%x=2.67(x=2.67(吨吨) )答：理论上能生产答：理论上能生产98%98%的硫酸的硫酸2.672.67吨吨练习一练习一例题例题2 2 2 燃烧燃烧2 2吨含硫吨含硫48%48%的黄铁矿，理论上能生产的黄铁矿，理论上能生产98%98%的硫酸多少吨？（若还有的硫酸多少吨？（若还有2%2%的硫留在炉渣的硫留在炉渣里）里）解：设理

27、论上能生产解：设理论上能生产98%98%的硫酸的硫酸x x吨吨S -HS -H2 2SOSO4 432 9832 982 248%48%（1-2%1-2%） X X98%98%323298=298=248%48%（1-2%1-2%）X X98%98%x=2.94(x=2.94(吨吨) )答：理论上能生产答：理论上能生产98%98%的硫酸的硫酸2.942.94吨。吨。练习一练习一累积原则累积原则2.工业生产中间过程中各步的转化率、产工业生产中间过程中各步的转化率、产率可累积到原料或产物上。率可累积到原料或产物上。例：例：1吨含吨含FeS280%的黄铁矿，煅烧的黄铁矿，煅烧FeS2时时的利用率为的

28、利用率为90%，SO2转化为转化为SO3的转化率的转化率为为96%， H2SO4的吸收率为的吸收率为95%，求可生产，求可生产98%的硫酸多少吨？的硫酸多少吨？（1.09t）FeS2-2H2SO4120 1961 80% 80% 90% 90% 96% 96% 95% 95% 98%X 98%X练习二练习二转化原则：转化原则：3.转化原则转化原则：原料或中间产物中某元素的损失率可：原料或中间产物中某元素的损失率可转化为原料的损失率、中间产物的利用率、产率、转化为原料的损失率、中间产物的利用率、产率、转化率、损失率也可按一定方式转化为原料的利用转化率、损失率也可按一定方式转化为原料的利用率。率。例：利用含例：利用含FeS280%的黄铁矿的黄铁