硫酸的工业制法分析解析

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6．什么是热交换过程？ 6. 什么是热交换过程?
通过热交换器把反应时生 成的热，传递给进入接触 室的需要预热的混合气体， 并冷却反应后生成的气体， 像这样传递热量的过程就 是化学工业上常用的热交 换过程。
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7．吸收SO3为什么不直接用水或 稀硫酸，而是用98.3%的浓硫酸？
因为用水或稀硫酸作吸收 剂时，容易形成酸雾，吸 收速度慢且吸收不充分， 而 用 98.3% 的 浓 硫 酸 作 吸 收剂，则在吸收过程中不 形成酸雾，吸收速度快且 吸收充分，有利于SO3的吸 收。
关于多步反应变一步的计算
步骤： 1.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 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。 3.列出关系式，解出答案。
守恒原则
•计算中可以按照守恒、累积、转化的三原则处 理有关过程及数据以化难为易。 •1.守恒原则：如黄铁矿制硫酸中 S 原子守恒，具 体表现形式为 •FeS2——2H2SO4 或 S——H2SO4
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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？
这是因为矿粒燃烧的时候， 从炉底通入强大的空气流， 把矿粒吹得在炉内一定空 间里剧烈沸腾，好象“沸 腾着的液体”一样。因此， 人们把这种炉子叫沸腾炉。 矿粒在这种沸腾情况下， 跟空气充分接触，燃烧快， 反应完全，提高了原料的 利用率。
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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 的“四率”（即转化率、利用率、产率、损失 率）和纯度。 •物质的纯度=（纯物质/不纯物质）×100% •产率=（实际产量/理论产量）×100% •利用率=（实际利用原料量/实际投入原料总量） ×100% •损失率：1-利用率 •在原料中：转化率=利用率
尾气的净化
用氨水吸收： • SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3 • SO2+NH3+H2O===NH4HSO3 • (NH4)2SO3 +H2SO4==(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
• 2NH4HSO3 +H2SO4==(NH4)2SO4+2SO2↑+H2O
硫酸的工业生产
硫酸工业生产流程动画
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4.大气中SO2的来源？
①煤、石油的燃烧 ②金属矿石的冶炼
5.常见大气污染物有哪些？
①SO2 、 SO3 、 H2S②煤烟③氮的氧化物（ NO 、 NO2 等） ④碳的氧化物（ CO 、 CO2 ）⑤粉尘⑥碳氢化合物等。 注意：大气污染物不一定是有毒气体，如 CO2 是大 气污染物，但CO2无毒。
练习一
例题2 • 2 燃烧 2 吨含硫 48% 的黄铁矿，理论上能生产 98% 的硫酸多少吨？（若还有 2% 的硫留在炉渣 里）
解：设理论上能生产98%的硫酸x吨
S -------------------H2SO4 32 98 2×48%×（1-2%） X×98% 32∶98=2×48%×（1-2%）∶X×98% x=2.94(吨) 答：理论上能生产98%的硫酸2.94吨。
化学反应原理
4 FeS2+ 11 O2===2 Fe2O3+8 SO2 2SO2+O2催化剂 ====2SO3 △
高温
生产过程
二氧化硫的制 取和净化 二氧化硫氧化成 三氧化硫
典型设备
沸腾炉 接触室 吸收塔
SO3+H2O==H2SO4
三氧化硫的吸收 和硫酸的生成
热交换器原理
生产全过程1
全过程详解
接触法制硫酸的“五个三”
练习一
累积原则
2. 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。 例： 1 吨含 FeS280% 的黄铁矿，煅烧 FeS2 时 的利用率为 90% ， SO2 转化为 SO3 的转化率 为96%， H2SO4的吸收率为95%，求可生产 98%的硫酸多少吨？ （1.09t） FeS2------------------------------2H2SO4 120 196
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5．为什么通入接触室 的混合气体必须预先 净化？如何净化？
从沸腾炉出来的炉气中，除 SO2 、 O2 、 N2 外，还 有水蒸气、含砷、硒的化合物杂质及矿尘，杂质 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 触室的混合气体必须预先净化。 炉气净化过程为：首先经过①除尘（除去矿尘）， 然后进行②洗涤（洗去砷、硒等的化合物），最 后进行③干燥（除去水蒸气）。这样处理过的混 合气体主要含有SO2、O2、N2。
沸腾炉
接触室
吸收塔
净 化 冷却
沸腾炉
思考：黄铁 矿为什么要 粉碎？为什 么通入强大 的空气流？ 燃烧黄铁矿 为什么不要 多加燃料？ 空气 思考： 从沸腾炉出 来的气体 SO2 是否纯净？
矿 渣
思考：适宜条件的选择
接 触 室
N2
催化剂：五氧化二矾 （V2O5） 温度：400至500摄氏 度 压强：常压 思考：接触室中热交 换器的作用?从接触 室出来的气体成分是 什么？
•【例题1 】燃烧2吨含FeS280%的黄铁矿，理论上 能生产98%的硫酸多少吨？ 解：设理论上能生产98%的硫酸X吨？ 关系式 FeS2 -------------2H2SO4 120 196 2×80% X×98% 120∶196= 2×80%∶X×98%
x=2.67(吨)
答：理论上能生产98%的硫酸2.67吨
二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了 化学平衡知识？
1、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。 3、选择适宜的反应温度。 4、选择适宜的反应压强。
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三．环境保护
练习
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1．什么是环境？ 2．环境污染包括哪些？ 3．SO2排放到大气中有哪些危害？ 4．大气中SO2的来源? 5．常见大气污染物有哪些？ 6．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？
的 浓 硫 酸 吸 收 SO3 时，
吸收塔中填满瓷环 ，
使液体和气体接触面
积增大，提高吸收率。
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一、“三废”处理
尾气的净化
=(NH4）2SO3
1、尾气吸收 (1) SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2↑+H2O
(2)
SO2+2NH3 +H2O
（NH4)2SO3 +
H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2↑+ H2O 制石膏
2、污水处理 Ca(OH)2 + H2SO4 =CaSO4 + 2H2O 3、废渣处理 二、能量充分利用 “废热”利用：
黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。
（1）在沸腾炉旁设置“废热锅炉”，产生蒸汽发电；
（2）在接触室中设热交换器，预热SO 和O 。
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？
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 量的那种反应物往往是原料中比较 易得和便宜的，因而能使较贵重的 原料能更充分利用。
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4．逆流原理中接触法制硫酸的 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 方法，如：用硫酸的质量分数为 98.3%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 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 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 SO2和O2得以 预热，有利于 SO2 的转化；从接触室里出来 SO3 得 以降温，减少了SO3的分解。
温度：400～500℃催化剂活性较高 压强：设备、成本和能源消耗（增大压强SO2的转化率提高不大）
思考：吸收三
氧化硫为什么不 用水和稀硫酸， 而用98.3%的浓 硫酸？浓硫酸为 什么必须从塔顶 喷下？
吸 收 塔
讨论
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？
1、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。 3、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。 4、采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。 5、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。
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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？
制硫酸的尾气成分：SO2、O2、N2等。 由于尾气中含有SO2，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 前，必9．为什么在吸收塔中填满瓷环？
用 质 量 分 数 为 98.3%
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课后练习
1.近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理SO2 污染的一种新方法，第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2 ； 第二步是加热吸收液，使之重新生成Na2SO3 ，同时得到 含有高浓度SO2水蒸气副产品。写出上述两个反应的化学 方程式。 （1） SO2+ Na2SO3 +H2O==2NaHSO3 △ （2） 2NaHSO3 == SO2↑+ Na2SO3 +H2O 2.90年代初，国际上提出了“预防污染”的新概念。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（ B ） A.处理废弃物 C.减少有毒物 B.杜绝污染源 D.治理污染点 返回
具体内容 三原料 硫铁矿 空气 水 沸腾炉 接触室 吸收塔
三反应
三设备
三原理
三净化
充分接触原理 热交换原理 逆流吸收原理
除尘 洗涤 干燥
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硫酸的工业制法