第五章-硫酸生产分析课件.ppt

1、 第五章第五章 化工生产分析化工生产分析 5.1 硫酸生产分析硫酸生产分析一、一、概述概述 硫酸是化学工业中重要的产品之一，是许多工硫酸是化学工业中重要的产品之一，是许多工业的重要原料、辅助原料或材料，广泛应用于化肥，业的重要原料、辅助原料或材料，广泛应用于化肥，合成纤维、军工、冶金、石油化工和医药工业等。合成纤维、军工、冶金、石油化工和医药工业等。硫酸的生产硫酸的生产是以含硫矿物质为原料，经过焙烧，是以含硫矿物质为原料，经过焙烧，反应生成含二氧化硫的气体。反应生成含二氧化硫的气体。硫铁矿为原料：硫铁矿为原料：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 硫磺为原料：硫磺为原料：S+O2=SO

2、2 石膏为原料：石膏为原料：2CaSO4+C=2CaO+2SO2+CO2 含二氧化硫的气体净化后再用不同的工艺处理含二氧化硫的气体净化后再用不同的工艺处理(钒触媒接触法等钒触媒接触法等)，将二氧化硫氧化为三氧化硫。，将二氧化硫氧化为三氧化硫。然后用然后用98%的硫酸吸收得到硫酸产品。的硫酸吸收得到硫酸产品。5.1 5.1 硫酸生产分析硫酸生产分析一、一、概述概述 硫酸是许多工业的重要原料，在国民经济中占硫酸是许多工业的重要原料，在国民经济中占有重要地位。在硫酸生产中，有重要地位。在硫酸生产中，分析的主要对象是分析的主要对象是原料矿石（硫铁矿和硫精矿），炉渣，中间气体原料矿石（硫铁矿和硫精矿），

3、炉渣，中间气体及成品硫酸。及成品硫酸。分析的主要项目有：分析的主要项目有：原料矿石中有原料矿石中有效硫和水分的含量，砷、氟的含量，矿渣中有效效硫和水分的含量，砷、氟的含量，矿渣中有效硫含量，净化前后，转化前后以及吸收后气体中硫含量，净化前后，转化前后以及吸收后气体中的二氧化硫，三氧化硫含量，成品硫酸的质量。的二氧化硫，三氧化硫含量，成品硫酸的质量。5.1 5.1 硫酸生产分析硫酸生产分析二、原料矿石和炉渣中硫的测定二、原料矿石和炉渣中硫的测定 硫铁矿（其主要成分为硫铁矿（其主要成分为FeS2）还有少量单质硫在）还有少量单质硫在焙烧时产生二氧化硫，这一部分硫称为焙烧时产生二氧化硫，这一部分硫称为

4、有效硫有效硫。一部分硫以硫酸盐（如一部分硫以硫酸盐（如Fe2(SO4)3）形式存在，不）形式存在，不能生成二氧化硫。能生成二氧化硫。有效硫和硫酸盐中硫之和称为有效硫和硫酸盐中硫之和称为总硫总硫。在硫酸生产分析检验中，主要测定硫铁矿在硫酸生产分析检验中，主要测定硫铁矿及残留于炉渣中的有效硫。及残留于炉渣中的有效硫。由于在焙烧过程中可由于在焙烧过程中可能有部分的有效硫转变为硫酸盐，致使有效硫烧能有部分的有效硫转变为硫酸盐，致使有效硫烧出率的计算结果发生偏差，所以还定期测定总硫出率的计算结果发生偏差，所以还定期测定总硫。(一一)有效硫的测定有效硫的测定 硫铁矿和炉渣中有效硫含量的测定，通常都采用硫铁

5、矿和炉渣中有效硫含量的测定，通常都采用气体气体吸收容量滴定法吸收容量滴定法。方法原理：方法原理：试样在试样在850空气流中燃空气流中燃烧，单质硫和硫化物中硫转变为二氧化硫气体逸出，烧，单质硫和硫化物中硫转变为二氧化硫气体逸出，用过氧化氢溶液吸收并氧化成硫酸，以甲基红用过氧化氢溶液吸收并氧化成硫酸，以甲基红-亚甲基亚甲基兰为混合指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定即可兰为混合指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定即可计算有效硫含量。反应式为：计算有效硫含量。反应式为：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2SO2+H2O2=H2SO4H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O 有效硫含量测定装

6、置示意图有效硫含量测定装置示意图 有效硫的质量分数按下式计算：有效硫的质量分数按下式计算：式中式中 c氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol/L；V氢氧化钠标准滴定溶液消耗体积；氢氧化钠标准滴定溶液消耗体积；mL M(S)硫的摩尔质量，硫的摩尔质量，32.07g/mol；m试料的质量，试料的质量，g。1000(S)21(S)mMVc 方法讨论方法讨论 空气中的酸性气体会使测定结果偏高，应空气中的酸性气体会使测定结果偏高，应用烧碱石棉将空气净化。用烧碱石棉将空气净化。试样粒度、燃烧温度及燃烧时间、气流速试样粒度、燃烧温度及燃烧时间、气流速度等影响测定结果，应按规定严格执行

7、。度等影响测定结果，应按规定严格执行。反应中生成的硫酸，应及时用氢氧化钠标反应中生成的硫酸，应及时用氢氧化钠标准溶液滴定，以免影响吸收效果。准溶液滴定，以免影响吸收效果。用碘标准溶液作吸收剂时，因试样燃烧时用碘标准溶液作吸收剂时，因试样燃烧时产生的高温气体会使碘挥发，导致测定结果偏产生的高温气体会使碘挥发，导致测定结果偏高，因此不能用碘量法测定硫铁矿和炉渣中的高，因此不能用碘量法测定硫铁矿和炉渣中的有效硫含量。有效硫含量。（二）总硫的测定（二）总硫的测定 测定总硫通常采用硫酸钡重量法。分解试样的测定总硫通常采用硫酸钡重量法。分解试样的方法有烧结法和逆王水溶解法。方法有烧结法和逆王水溶解法。1烧

8、结分解烧结分解硫酸钡沉淀重量法硫酸钡沉淀重量法1.1 方法原理方法原理试样中试样中FeS2与烧结剂与烧结剂Na2CO3+ZnO混合，经烧结混合，经烧结后生成硫酸盐，与原来的硫酸盐一起用水浸取后生成硫酸盐，与原来的硫酸盐一起用水浸取后进入溶液。在碱性条件下，用中速滤纸滤除后进入溶液。在碱性条件下，用中速滤纸滤除大部分氢氧化物和碳酸盐。然后在酸性溶液中大部分氢氧化物和碳酸盐。然后在酸性溶液中用氯化钡溶液沉淀硫酸盐，经过滤灼烧后，以用氯化钡溶液沉淀硫酸盐，经过滤灼烧后，以硫酸钡的形式称量。硫酸钡的形式称量。2逆王水溶解法逆王水溶解法 2.1 方法原理方法原理 试样经逆王水溶解试样经逆王水溶解,其中硫

9、化物中的硫被氧化生成其中硫化物中的硫被氧化生成硫酸硫酸,同时硫酸盐被溶解同时硫酸盐被溶解,其反应为：其反应为：FeS2+5HNO3+3HCl2H2SO4+FeCl3+5NO+2H2O 为防止单质硫的析出，溶解时应加入一定量的氧为防止单质硫的析出，溶解时应加入一定量的氧化剂氯酸钾，使单质硫也转化为硫酸。化剂氯酸钾，使单质硫也转化为硫酸。S+KClO3+H2OH2SO4+KCl 用氨水沉淀铁盐后，加入氯化钡使用氨水沉淀铁盐后，加入氯化钡使SO42-离子生成离子生成硫酸钡沉淀，由硫酸钡质量即可计算总硫含量。硫酸钡沉淀，由硫酸钡质量即可计算总硫含量。试样的颗粒愈细，溶解效果愈好。试样的颗粒愈细，溶解效

10、果愈好。试样溶解时，温度过高，逆王水分解反应快，对试样试样溶解时，温度过高，逆王水分解反应快，对试样的溶解和氧化作用会降低。所以，应在不高于室温的的溶解和氧化作用会降低。所以，应在不高于室温的条件下使溶解及氧化反应缓慢进行。如果在短时间激条件下使溶解及氧化反应缓慢进行。如果在短时间激烈的反应后，反应得过于缓慢，可以微微加热以促使烈的反应后，反应得过于缓慢，可以微微加热以促使反应完全。若过分加热，即使有氯酸钾存在，也会有反应完全。若过分加热，即使有氯酸钾存在，也会有单质硫析出（淡黄色，飘浮于溶液表面），一旦有单单质硫析出（淡黄色，飘浮于溶液表面），一旦有单质硫析出，很难被氧化为质硫析出，很难被氧

11、化为SO42离子，试验必须重做离子，试验必须重做 硝酸钡，氯酸钡的溶解度较小，能与硫酸钡形成共沉硝酸钡，氯酸钡的溶解度较小，能与硫酸钡形成共沉淀而干扰测定，产生误差。因此，淀而干扰测定，产生误差。因此，试样溶液必须反复试样溶液必须反复用盐酸酸化和蒸干以除尽用盐酸酸化和蒸干以除尽NO3-离子，还应该控制氯酸离子，还应该控制氯酸钾的加入量。钾的加入量。试样中总硫质量分数按下式计算：试样中总硫质量分数按下式计算：式中式中 m1灼烧后硫酸钡的质量，灼烧后硫酸钡的质量，g；m试料的质量，试料的质量，g；0.1374硫酸钡对硫的换算系数。硫酸钡对硫的换算系数。mm1374.0(S)1三、生产过程中二氧化硫

12、和三氧化硫的测定三、生产过程中二氧化硫和三氧化硫的测定 在硫酸生产过程中，焙烧炉出口气、尾气、厂在硫酸生产过程中，焙烧炉出口气、尾气、厂房空气等气体中都同时存在二氧化硫、三氧化硫房空气等气体中都同时存在二氧化硫、三氧化硫气体。测定焙烧炉气中二氧化硫含量可气体。测定焙烧炉气中二氧化硫含量可检验焙烧检验焙烧炉的运转情况。炉的运转情况。测定转化炉出口气体中的二氧化测定转化炉出口气体中的二氧化硫和三氧化硫的含量，可以计算出二氧化硫的转硫和三氧化硫的含量，可以计算出二氧化硫的转化率，化率，也是检验转化炉运转是否正常的依据。也是检验转化炉运转是否正常的依据。不不同的生产环节，两种气体的含量有较大差异，应同

13、的生产环节，两种气体的含量有较大差异，应视其含量的不同选择不同的测定装置、试剂浓度视其含量的不同选择不同的测定装置、试剂浓度和取样量。和取样量。(一一)二氧化硫浓度的测定二氧化硫浓度的测定碘淀粉溶液吸收法碘淀粉溶液吸收法1方法原理方法原理 气体中的二氧化硫通过定量的含有淀粉指示剂的碘气体中的二氧化硫通过定量的含有淀粉指示剂的碘标准滴定溶液时被氧化成硫酸，反应式为：标准滴定溶液时被氧化成硫酸，反应式为：SO2I22H2O H2SO42HI碘液作用完毕时，淀粉指示碘液作用完毕时，淀粉指示剂的蓝色刚刚消失，即将其剂的蓝色刚刚消失，即将其余气体收集于量气管中，根余气体收集于量气管中，根据碘标准滴定溶液

14、的用量和据碘标准滴定溶液的用量和余气的体积可以算出被测气余气的体积可以算出被测气体中二氧化硫的含量。体中二氧化硫的含量。气样中二氧化硫的体积分数气样中二氧化硫的体积分数(SO2)按下按下式计算：式计算：即（课本公式更直观）即（课本公式更直观）22SO标SO2)SO(VVV89.21760273273)(89.21)(SO0w02cVtppVcV c为碘标准滴定溶液的浓度，为碘标准滴定溶液的浓度，mol/L；V0为碘标准滴定溶液的体积，为碘标准滴定溶液的体积，mL；21.89为二氧化硫的单位标准体积，为二氧化硫的单位标准体积，Lmol；V为测量到的剩余气体体积（湿气），为测量到的剩余气体体积（湿

15、气），mL；VV2V1 p和和t为当时的大气压强，为当时的大气压强，kPa和温度，和温度，；pW为温度为温度t下的氯化钠饱和溶液的饱和蒸气压，下的氯化钠饱和溶液的饱和蒸气压，kPa（与纯水有差异，为减小误差，数值可查表（与纯水有差异，为减小误差，数值可查表)二氧化硫浓度的测定二氧化硫浓度的测定-注意事项：注意事项：焙烧炉出口或接触系统入口气中的二氧化硫含焙烧炉出口或接触系统入口气中的二氧化硫含量较高，应使用较浓的碘溶液，取样量应较少量较高，应使用较浓的碘溶液，取样量应较少。但是对于其它生产气体，则因为二氧化硫含。但是对于其它生产气体，则因为二氧化硫含量较低，应该使用较稀的碘溶液，取样量应较量较

16、低，应该使用较稀的碘溶液，取样量应较多。多。对于温度较高、含粉尘较多的生产气体，必须对于温度较高、含粉尘较多的生产气体，必须冷却、过滤，以免吸收液中的碘因为受热而挥冷却、过滤，以免吸收液中的碘因为受热而挥发损失，或被粉尘沾污浑浊而不易观察颜色的发损失，或被粉尘沾污浑浊而不易观察颜色的转变。转变。(二二)三氧化硫浓度的测定三氧化硫浓度的测定 1 方法原理方法原理 炉气通过润湿的脱脂棉球，三氧化硫和二氧化硫炉气通过润湿的脱脂棉球，三氧化硫和二氧化硫均生成酸雾而被捕集，用水溶解被捕集的酸雾，均生成酸雾而被捕集，用水溶解被捕集的酸雾，用碘标准滴定溶液滴定亚硫酸，再用氢氧化钠标用碘标准滴定溶液滴定亚硫酸

17、，再用氢氧化钠标准滴定溶液滴定总酸量。准滴定溶液滴定总酸量。SO3H2OH2SO4SO2H2OH2SO3H2SO3I2H2O=H2SO42HI2NaOHH2SO4Na2SO42H2OHINaOH=NaI+H2O仪器：三氧化硫测定装置如图仪器：三氧化硫测定装置如图 气样中的二氧化硫的体积按下式计算：气样中的二氧化硫的体积按下式计算：气样中的三氧化硫的体积按下式计算：气样中的三氧化硫的体积按下式计算：气样中三氧化硫的体积分数气样中三氧化硫的体积分数(SO3)按下式计按下式计算：算：1000289.21100024.2223SOSO3)(SOVVtppVV3WSO)273(3.101273)(Vso

18、2=(V1-V1)C1 Vso3=(V2-V2 )C22（V1V1）C1 C1碘标准滴定溶液的浓度，碘标准滴定溶液的浓度，mol/L；V1碘标准滴定溶液体积，碘标准滴定溶液体积，mL；V1空白试验的碘标准滴定溶液的体积，空白试验的碘标准滴定溶液的体积，mol；C2 氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol/L;V2 氢氧化钠标准滴定溶液体积，氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；V2空白试验的氢氧化钠标准滴定溶液的体积，空白试验的氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL;V余气体积，余气体积，L；P余气压力，余气压力，kPa；PW测定时气体中的饱和水蒸气分压，测定时气体中的饱和水蒸气分压，kPa；t 余气温度，余气温度，；22.4标准状态下，标准状态下，1摩尔三氧化硫的体积，摩尔三氧化硫的体积，L；21.89标准状态下，标准状态下，1摩尔二氧化硫的体积，摩尔二氧化硫的体积，L