化工工艺学章硫酸和硝酸
3化工工艺学-第三章 硫酸与硝酸
《化工工艺学》第3章 硫酸与硝酸
(3) 生产硫酸的原料
生产硫酸的原料有三类：硫、金属硫化物、和硫酸盐。 专为生产硫酸开采的有硫矿、硫铁矿、和磁硫铁矿；作为副 生的硫资源有天然气和石油回收硫、含煤硫铁矿、有色金属 冶炼气、硫化氢等；作为工业废弃物的硫资源磷石膏、废脱 硫剂、工业废酸、硫酸亚铁等。 硫铁矿：硫化铁矿物的总称，主要成份是FeS2。 磁硫铁矿：主要成份为Fe7S8。含S量越高，锻烧时放热越 多。两种矿含S量相同时，磁硫铁矿锻烧放热量比普通硫铁矿 高30%左右。 硫磺：天然硫磺生产硫酸最好，但我国硫磺矿极少。 其它原料：硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
Sulfuric Acid and Nitric Acid
《化工工艺学》第3章 硫酸与硝酸
3.1 硫酸 (Sulfuric Acid)
硫酸(H2SO4，分子量98.078)为无色透明油状液体。 三氧化硫(SO3，分子量80.062)有多种聚合体，液体(常压 下温度低于27℃冷凝)三氧化硫也为无色透明油状液体。 在化学意义上，H2SO4是指SO3与H2O在摩尔比为1的化合 物，即100％硫酸，故有时称100％硫酸为SO3的一水合物。 通常指硫酸为SO3与H2O摩尔比小于1的任意比例混合物，当 SO3与H2O摩尔比大于1时，称为发烟硫酸。 在自然界中，游离硫酸存在与某些火山地带的温泉中、 硫化金属矿山的泉水、以及酸雨中。 硫酸是重要的基本化学工业原料。在大宗生产的化学品 中，硫酸的产量居于首位。在化肥、冶金、国防、有机合成、 石油炼制等工业都有广泛用途。
2FeO 0.5O2 Fe2O3 291.2 kJ mol
2FeS2 5.5O2 Fe2O3 2SO2 1655 .8 kJ mol 总反应式为： 可见，硫铁矿焙烧是强烈放热反应，除可供反应自热进 行外，还需要移出反应余热。
4.4 硫酸、硝酸
②浓硫酸有脱水性 浓硫酸有脱水性
——将有机物（含C、H、O）中的 和O 将有机物（ 将有机物 、 、 ）中的H和 原子按 的组成比例（ ： ） 原子按H2O的组成比例（2：1）脱去并生 的组成比例 成水。 炭化） 成水。（炭化） 思考：浓硫酸的吸水性和脱水性有什么区别？ 思考：浓硫酸的吸水性和脱水性有什么区别？
课堂练习： 课堂练习： 作业本 P89-5、P92-18 、
三、硫酸(H2SO4) 硫酸
1、物理性质
可制备易挥发性酸， 可制备易挥发性酸， 如盐酸， 如盐酸，硝酸
纯硫酸是一种无色油状液体 难挥发性（高沸点： 难挥发性（高沸点：338℃） 浓硫酸:98%，18.4mol/L，1.84g/cm3 浓硫酸 ， ， 注：浓硫酸的稀释
－将浓硫酸沿器壁慢慢加入水中，并用玻璃棒搅拌。 将浓硫酸沿器壁慢慢加入水中，并用玻璃棒搅拌。
得4e-
+4
+4
氧化产物
还原产物
——如何用实验方法证明木炭与浓硫 如何用实验方法证明木 2 除去 2 检验SO 除去SO
无水硫酸铜 品红 KMnO4 品红
检验CO2 检验
石灰水
检验SO 检验 2 是否除尽
B、与某些非金属反应 —浓硫酸体现强氧化性 、 浓硫酸体现强氧化性 ①与碳反应
浓H2SO4
+6
+4
SO2
结论2 浓硫酸具有强氧化性（氧化性酸） 结论2：浓硫酸具有强氧化性（氧化性酸）
3、硫酸的主要用途
4、SO42-的检验
丹麦有位叫玻尔的科学家， 岁时他 丹麦有位叫玻尔的科学家，37岁时他 获得了1922年的诺贝尔奖。第二次世界大 年的诺贝尔奖。 获得了 年的诺贝尔奖 战期间， 战期间，玻尔被迫离开即将被德军占领的 祖国，为了表示他一定要返回祖国的决心， 祖国，为了表示他一定要返回祖国的决心， 他决定将诺贝尔奖章留在实验室。 他决定将诺贝尔奖章留在实验室。玻尔把 金奖章溶解在盛有王水的试剂瓶里。后来， 金奖章溶解在盛有王水的试剂瓶里。后来， 纳粹分子窜入玻尔实验室， 纳粹分子窜入玻尔实验室，那个试剂瓶就 在他们的眼皮底下，他们却一无所知。 在他们的眼皮底下，他们却一无所知。战 争结束后，玻尔从王水中把金还原出来， 争结束后，玻尔从王水中把金还原出来， 并重新铸成奖章。 并重新铸成奖章。玻尔配制王水的主要组 成之一是“硝酸” 成之一是“硝酸”。
知识讲解_硫酸和硝酸(基础)
硫酸和硝酸【学习目标】1．以稀硫酸、硝酸为例复习酸的通性；2．理解浓硫酸的吸水性、脱水性以及氧化性等三大特性；3．理解硝酸的强氧化性及硫酸和硝酸的用途。
重点：浓硫酸、硝酸的化学性质难点：浓硫酸和硝酸的氧化性【要点梳理】要点一、稀硫酸要点诠释：稀硫酸中存在着电离方程式：H2SO4=2H+ +SO42-，由于硫酸是强电解质，在水中完全电离，所以在稀硫酸中存在的微粒是H+、SO42-和H2O。
浓硫酸（质量分数为98%）中，几乎不含水，所以在浓硫酸中几乎不存在硫酸的电离，也就几乎不存在H+和SO42-离子，几乎全以硫酸分子形式存在。
所以如果说稀硫酸体现的是H+的性质（只要是酸都能电离出氢离子，所以稀硫酸体现的是酸的通性。
），那么浓硫酸则体现出硫酸分子的性质，也就是具有特性。
稀硫酸具有酸的通性：（1）指示剂变色：石蕊变红；酚酞不变色。
（2）与金属反应：Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑；2Al + 3H2SO4 ==Al2(SO4)3 + 3H2↑（3）与碱的反应：2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O（4）与碱性氧化物反应：CuO +H2SO4 == CuSO4 +H2O（5）与某些盐的反应：BaCl2+H2SO4==BaSO4↓+ 2HCl要点二、浓硫酸【高清课堂：硫酸和硝酸ID：395524#浓硫酸】（一）物理性质（1）纯硫酸：无色、粘稠的油状液体、难挥发（2）98%的浓硫酸的密度为1.84g/cm3（3）沸点高：沸点338℃，高沸点酸能用于制备低沸点酸（4）硫酸与水任意比例混溶；浓硫酸的稀释（酸入水）：将液体沿器壁或沿玻璃棒慢慢加入水中，并不断搅拌使其混合均匀。
（二）浓硫酸的特性浓硫酸的特性有：吸水性、脱水性和强氧化性。
要点诠释：1．吸水性与脱水性的区别浓硫酸吸水是把物质本身中含有的自由H2O分子或结晶水吸收。
浓硫酸脱水是把本身不含水的有机物中的氢元素和氧元素按原子个数比2∶1的形式脱去，C12H22O1112C+11H2O。
第三章硫酸与硝酸
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炉气除尘设备
（一）旋风分离器
气体排出管（不 含矿尘）
进气管(含 尘气体)
筒形外壳
锥体
储灰斗
星形阀
灰尘
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化工工艺学
（二）文丘里管洗涤器
含尘气体
净化气体
喷水嘴
扩张管
收缩管
洗涤水 喉管 旋风分离器 污水
（三）泡沫洗涤塔
气体出口
视镜 水喷头 筛板 气体进口
化工工艺学
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化工工艺学
3.1.3.3 炉气的干燥 1)干燥的原理和工艺条件 (1)吸收酸的浓度
硫酸浓度越高，水蒸 气平衡分压越小。越 有利于干燥。
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3.1.3.3 炉气的干燥
1)干燥的原理和工艺条件
(1)吸收酸的浓度
同一温度下，硫酸浓度越高越利于干燥。但三氧化硫分压大，易形成酸雾。 同一浓度下，温度低，酸雾少。
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硫酸浓度高、温度低，二氧化硫损失大。
综上所述，干燥酸质量分数以93%一95%较为适宜， 这种酸还具有结晶温度较低的优点可避免冬季低温下 ，因硫酸结晶而带来操作和贮运上的麻烦。
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(2)气流速度：0.7~0.9m/s
气速高，增大传质系数，利于干燥，但塔压降增大。
3.1.2.1 硫铁矿的焙烧
(1)硫铁矿的焙烧反应
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配制混酸(硝酸加硫酸)的工艺流程·
知识创造未来
配制混酸（硝酸加硫酸）的工艺流程·
混酸工艺流程通常包括以下步骤：
1. 原料准备：准备硝酸和硫酸作为混酸的原料。
硝酸通常以浓硝酸
的形式使用，而硫酸可以使用浓硫酸或稀硫酸。
2. 搅拌槽：硝酸和硫酸按照一定比例加入搅拌槽中进行混合，搅拌
槽可以用玻璃、塑料或不锈钢材料制成，以确保对酸的腐蚀性。
3. 降温：由于混酸反应是放热反应，需要加入冷却水或其他冷却介
质降低反应温度，防止过热。
4. 分离：混酸反应结束后，将产生的混酸溶液与未反应的溶液分离。
可以通过沉淀、过滤或离心等方法进行分离。
5. 精制：分离后得到的混酸溶液可能含有杂质或有剩余硝酸和硫酸。
可以通过蒸馏、浓缩或中和等方法进行精制，得到纯净的混酸。
需要注意的是，在混酸的配制过程中，应该严格控制反应温度和操
作条件，确保安全。
同时，混酸是一种极具腐蚀性的酸，操作人员
应该佩戴防护设备并遵循相关的安全操作规范。
1。
硫酸和硝酸的性质比较
硫酸和硝酸的性质比较硫酸和硝酸都是常见的无机酸，它们在实验室和工业中具有广泛的应用。
本文将对硫酸和硝酸的性质进行比较，并探讨它们在不同领域的应用。
1. 硫酸的性质硫酸（化学式H2SO4）是一种无色至淡黄色的高度腐蚀性液体。
以下是硫酸的一些主要性质：1.1 酸性：硫酸是一种强酸，具有强烈的腐蚀性，可以与碱反应生成盐和水，并释放出大量的热量。
1.2 溶解性：硫酸可以溶解许多物质，包括金属、碱和盐类等。
1.3 脱水性：硫酸具有很强的脱水性，能够从许多物质中除去水分，导致物质的浓缩和干燥。
1.4 氧化性：硫酸具有一定的氧化性，它可以被还原剂还原为二氧化硫（SO2）或硫（S）。
2. 硝酸的性质硝酸（化学式HNO3）是一种无色至微黄色的液体，也是一种强酸。
下面是硝酸的主要性质：2.1 酸性：硝酸是一种强酸，它可以与碱反应生成相应的盐和水。
和硫酸一样，硝酸也具有强烈的腐蚀性。
2.2 氧化性：硝酸是一种强氧化剂，它能够氧化许多物质，包括金属、非金属和有机物等。
2.3 反应活性：硝酸能够与许多物质发生剧烈的反应，特别是和有机物混合反应时，常常会发生爆炸。
3. 硫酸和硝酸的应用硫酸和硝酸由于其特殊的性质，在许多领域都有重要的应用。
3.1 工业应用：硫酸和硝酸广泛用于化肥、冶金、石油加工、纺织和制药等工业领域。
它们可以被用作原料、反应媒介或者酸洗剂等。
3.2 实验室应用：硫酸和硝酸是实验室中常用的化学试剂，用于调节酸碱平衡、分离化合物和进行化学反应等。
3.3 农业应用：硫酸和硝酸也常用于农业领域，用于土壤酸碱度调节和植物营养补充。
3.4 爆炸物制造：硝酸可以作为火药和炸药的重要成分之一，由于其强氧化性，在军事和爆破工程领域有广泛应用。
综上所述，硫酸和硝酸都是强酸，具有腐蚀性、氧化性和反应活性等相似的性质。
它们在工业和实验室中有广泛的应用，但应使用时需注意安全，避免与皮肤接触和吸入其蒸汽。
同时，由于其强烈的腐蚀性和氧化性，使用时应遵循相应的操作规范，以确保人身和环境的安全。
化工工艺学-_硫酸
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第一章硫酸第3章3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6硫酸绪论从硫铁矿制二氧化硫炉气炉气的净化与干燥二氧化硫的催化氧化三氧化硫的吸收三废治理与综合利用23.1 绪论一、性质二、用途三、生产方法四、硫酸工业发展概况3一、性质纯硫酸（H2SO4）是一种无色透明的油状液体，相对密是一种无色透明的油状液体，度为1.8269，几乎比水重一倍。
工业生产的硫酸系指 3 度为，几乎比水重一倍。
工业生产的硫酸系指SO 以一定比例混合的溶液。
和H2O以一定比例混合的溶液。
以一定比例混合的溶液发烟硫酸是其中SO3和H2O摩尔比大于的溶液。
发烟硫发烟硫酸是其中摩尔比大于1的溶液。
摩尔比大于的溶液酸由于SO 蒸气压较大，暴露在空气中能释放出SO 酸由于 3蒸气压较大，暴露在空气中能释放出 3和空气中的水蒸气迅速结合凝聚成酸雾。
发烟硫酸因而得名。
气中的水蒸气迅速结合凝聚成酸雾。
发烟硫酸因而得名。
硫酸浓度以所含H 的质量分数表示，硫酸浓度以所含 2SO4的质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离SO 或总SO 的质量分数表示. 以所含游离 3或总 3的质量分数表示以其中所含H 的重量百分比来表示，常用有：以其中所含 2SO4的重量百分比来表示，常用有：98%硫硫硫酸（）、20%发烟硫酸酸（98酸）、酸）、100%硫酸（无水硫酸）、硫酸无水硫酸）、发烟硫酸（105酸）。
酸4一、性质（一）物理性质1、结晶温度：浓硫酸中结晶温度最低的是、浓硫酸中结晶温度最低的是93.3％硫酸，结晶温度为℃。
浓硫酸中结晶温度最低的是％硫酸，结晶温度为-38℃高于或低于这个浓度的结晶温度都要提高。
特别应当注意，％高于或低于这个浓度的结晶温度都要提高。
特别应当注意，98％硫酸结晶温度是+0.1℃，99％硫酸结晶温度是晶温度是℃％硫酸结晶温度是+5.5℃，这样的产品酸结晶温度较℃所以，冬季生产时要注意保温防冻，以防浓硫酸结晶，高。
配制混酸(硝酸加硫酸)的工艺流程·
配制混酸（硝酸加硫酸）的工艺流程
工艺概述
混酸是一种含有硝酸和硫酸的混合酸，常用于各种工业生
产过程中。
本文将介绍配制混酸的工艺流程，包括原料准备、酸液配制、混合、贮存等步骤。
原料准备
1.硝酸(Nitric Acid)：纯度不低于98%，数量根据生
产需求确定。
2.硫酸(Sulfuric Acid)：纯度不低于98%，数量根据生
产需求确定。
酸液配制
1.将一定量的硝酸倒入酸液配制槽中。
2.将相应的硫酸缓慢加入酸液配制槽中，并同时搅拌。
3.继续缓慢添加硫酸，直至达到所需的混酸浓度。
4.搅拌酸液，使其均匀混合。
酸液混合
1.确保混酸配制槽的清洁和干燥。
2.将酸液配制槽中的混酸倒入混酸贮存容器中。
3.使用搅拌器轻轻搅拌混酸，使其充分混合。
贮存
1.将混酸贮存容器密封，以防止酸液挥发。
2.将贮存容器放置在室内，远离明火和易燃材料。
3.根据安全要求，将混酸贮存容器放置在酸液储存区域。
安全注意事项
1.在配制和混合酸液时，需佩戴防护眼镜、乳胶手套等个人防护用品。
2.酸液配制和混合的操作应在通风良好的环境下进行，
以避免有害气体的溢出。
3.避免酸液接触皮肤、眼睛和衣物，如不慎接触，立
即用大量清水冲洗，并寻求医生的帮助。
4.混酸贮存容器务必紧闭，防止酸液挥发和泄漏。
结论
通过以上工艺流程，我们可以成功配制出混酸（硝酸加硫酸）。
在进行酸液配制和混合操作时，务必注意安全事项，并妥善贮存混酸，以确保工作场所的安全和人员健康。
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S2 + O2 = SO2
●
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2
● 上述反应的总反应式：
H>0 H<0 H<0
● 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2
●
H= -3411kJ/mol
● 若氧气不足，还有生成Fe3O4的反应：
● 3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
● 4 脱砷焙烧
● 脱砷焙烧主要用于含砷量大的硫铁矿。
● 除了主要反应外，还发生下列反应：
●
H= -2435kJ/mol
● 此外，由于Fe2O3的催化作用，SO2可再氧化成SO3， 高温下盐类分解成金属氧化物，同时再生成各种硫
酸盐的副反应。焙烧阶段生成SO3是有害的，会给 后续净化工序产生很多问题。
● 2 硫铁矿焙烧的焙烧速度
● 硫铁矿焙烧是非均相反应，反应平衡常数很大，通
常认为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决
● 特点：炉气中二氧化硫含量高，三氧化硫含量低，低品位 硫铁矿也可得到较好的炼铁原料。其焙烧温度约900°C左右。
● 3 硫酸化焙烧
● 控制焙烧条件，使钴铜镍等金属生成硫酸盐，然后用水或 稀硫酸浸取焙烧物，分离出硫酸盐，从而获得某种金属。 控制条件：温度(600-700°C), 空气过剩量1.5-2.0%, 获得SO3 组成较高。
● 炉床温度约 800~850°C 炉顶温度 900~950°C
● 炉底压力
10-15kPa
● 出炉气SO2 13%~13.5%
● 2 磁性焙烧
● 控制进氧量，使过量氧较少，反应为
●
3FeS2+8O2 = Fe3O4 + 6SO2
●
3Fe7S8 +38O2 = 7Fe3O4 + 24SO2
● 焙烧后使渣中主要为磁性铁，以作炼铁的原料。
● 4. 提高入炉空气氧含量。
● 3.1.2.2 沸腾焙烧
1 沸腾焙烧炉的结构和操作
一典型沸腾焙烧炉结构如图3.2。
下部为沸腾区，中部为扩散区，
上部为焙烧空间。沸腾区耐火
砖较厚。而上部耐火砖较薄，
这是为了减小炉内与钢壁的温
度差，减小二氧化硫在壁上凝
结，从而减小腐蚀。沸腾焙烧
的空气流速是重要因素，操作
无机化工工艺学 Chemical engineering
technics
应用化工技术专业
第3章 硫酸与硝酸 Vitriolic acid and nitric acid
3.1 硫酸
● 3.1.1 概述 ● 3.1.2 从硫铁矿制二氧化硫炉气 ● 3.1.3 炉气的净化与干燥 ● 3.1.4 二氧化硫的催化氧化 ● 3.1.5 三氧化硫的吸收 ● 3.1.6 三废治理与综合利用
3.1.2.3 几种焙烧方法
● 焙烧方法主要由硫铁矿成份和渣的处理方式决定。一 般硫铁矿多采用氧化焙烧。
● 1 氧化焙烧
● 氧过量，使硫铁矿完全氧化，主要反应为
●
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
● 焙烧过程为：
硫铁●矿＋空气 沸腾焙烧炉 废热锅炉 电除尘 炉气去精制
旋风除尘
● 硫磺：使用天然硫磺生产硫酸最好，但我国矿少。
● 其它原料：硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
3.1.2 从硫铁矿制二氧化硫炉气
Making SO2 gases from sulfur-iron ore
● 3.1.2.1 硫铁矿的焙烧
● 1 硫铁矿的焙烧反应
●
2FeS2 = 2FeS + S2
●
● 实验证明，焙烧反应第三阶段活化能较小，受氧 的扩散控制。
● 提高焙烧速率的途径：
● 1. 提高操作温度。但不宜太高，温度太高会使炉 内结疤，焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围 为850950C.
● 2. 减小硫铁矿粒度。可以减小扩散阻力，增加接 触面积，对第三阶段速度增加有利。
● 3. 增加空气与矿粒的相对运动。
定了生产能力。焙烧反应的反应速率与温度的关系
如图3.1。
在460~560°C范围为第一阶
段，斜率大，活化能大。温 lgk
度升高，反应速率增加很快。
化学反应动力学控制。
Hale Waihona Puke 1/T 441 560 727 977
● 560720C范围为过渡阶段，反应速度受温度影响 较小。> 720C为第三阶段，反应速度随温度升高 再增加，但增加幅度小。
3.1.1 概述 Introduction
● 硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、 国防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
● 硫酸的性质
● 硫酸与水的二组分体系最高恒沸点组成为98.4%。 硫酸浓度可大于100％，称为发烟硫酸，其中含 溶解在100％硫酸中的游离SO3。
● 生产方法
● 塔式法：直接用SO2,H2O,O2反应生成硫酸。
● 接触法：SO2
SO3 +H2O 硫酸
● 接触法主要步骤：
● 含硫原料 原原料料气气的的制制备备 含二氧化硫炉气
● 炉炉气气净净制制
净化炉气
二氧二化氧硫化转硫化转化
● 含三氧化硫气体 吸收吸成收酸成酸 硫酸
● 生产硫酸的原料
● 硫铁矿：主要成份是FeS2。磁硫铁矿：主要成份 为Fe7S8。含S量越高，锻烧时放热越多。两种矿 含S量相同时，磁硫铁矿锻烧放热量比普通硫铁矿 高30%左右。自然开采的硫铁矿都含有很多杂质， 使矿呈灰、褐、黄铜等不同颜色。通常含硫量只 有30%~50%。
速度范围应在uf<u<ut之间。上
部面积大是为了降低流速，增
图 3.2
加沉降机会。
2 余热的回收
● 焙烧时放出大量的热，炉气温度850~950°C，若 直接通入净化系统，设备要求高。直接冷却后净 化也是能量的极大浪费。通常设置废热锅炉来回 收热量，或产蒸汽发电或直接推动动力机械作功。
● 硫铁矿废热锅炉的特殊性：1.含尘量大，不要直 接冲击锅炉管，注意炉管排列间距要大，防止积 灰。2. 含S量大，腐蚀性强，注意防止SO3在壁 内冷凝。所以应采用较高压力以提高SO3露点， 防止腐蚀。3.防止炉气泄漏和空气进入炉内。一 种沸腾焙烧和废热回收流程如图3.3。
图 3.3
● 3 沸腾焙烧炉的特点 ● 生产强度大 ● 硫的烧出率高 ● 传热系数高 ● 产生的炉气二氧化硫浓度高 ● 适用的原料范围广 ● 结构简单、维修方便 ● 不足： ● 炉尘量大，炉尘占总烧渣的60%-70%，除尘净化系
统负荷大。 ● 需将硫铁矿粉碎至较小粒度，需高压鼓风机，动力
消耗大。