高三化学硫酸的工业制法-总结.ppt

高三化学复习硫酸的工业制法,一、接触法制造硫酸的反应原理,H2SO4,SO3,SO2,S,硫化物如 FeS2,SO3+H2O=H2SO4,二、接触法制造硫酸的生产过程,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,2.二氧化硫氧化成三氧化硫,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,吸收塔,热交换,5000C,1500C,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,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 腾 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,六、掌握多步计算的技能-（相当关系式计算）（原子守恒）,FeS2,2SO2,2SO3,2H2SO4,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,沸腾炉,炉气,原料,粉碎,空气,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,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+SO2=(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+H2O+SO2,3、回收、净化处理尾气，保护环境。,用氨吸收法回收二氧化硫(氨酸法),从吸收塔上部导出的是N2、没有起反应的O2和少量SO2，若直接排放，即浪费又污染环境，需进行尾气处理。尾气处理要经过两个过程：一是进行第二次氧化，即直接将尾气再次通入接触室让其反应；二是两次氧化后的气体加以净化回收处理。(可以用氨或纯碱吸收尾气中的二氧化硫),