1、硫酸的生产硫酸的生产教学目标v二氧化硫催化氧化的基本原理v工艺影响因素及转化器v三氧化硫的吸收v接触法生产硫酸的工艺流程v硫酸生产中的“三废”处理教学重难点v二氧化硫催化氧化的基本原理难点：v接触法生产硫酸的工艺流程二氧化硫催化氧化的基本原理v二氧化硫氧化的化学平衡二氧化硫氧化的化学平衡 二氧化硫氧化为三氧化硫的反应是在催化剂存在下进行的。二氧化硫氧化为三氧化硫的反应是在催化剂存在下进行的。这这是一个可逆放热和体积缩小的反应，反应达到平衡时的转化是一个可逆放热和体积缩小的反应，反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率。二氧化硫的平衡转化率随原始气体成分、温率称为平衡转化率。二氧化硫的平衡转化率随原
2、始气体成分、温度和压力而变化。降低反应温度、增加压力，会使平衡转化率上度和压力而变化。降低反应温度、增加压力，会使平衡转化率上升；氧浓度升高或二氧化硫浓度下降，使平衡转化率升高。升；氧浓度升高或二氧化硫浓度下降，使平衡转化率升高。二氧化硫氧化的反应速率v温度对反应速率的影响很大。该反应是可逆放热反应，存在最温度对反应速率的影响很大。该反应是可逆放热反应，存在最适宜反应温度。气体组成一定时，反应速率随温度的升高而增适宜反应温度。气体组成一定时，反应速率随温度的升高而增大，达到最大值后，逐渐下降。与最大反应速率相对应的温度大，达到最大值后，逐渐下降。与最大反应速率相对应的温度称为最适宜温度。称为最
3、适宜温度。v反应物起始组成一定时，不同转化率对应不同的气体组成、最反应物起始组成一定时，不同转化率对应不同的气体组成、最适宜温度。最适宜温度可由理论计算。适宜温度。最适宜温度可由理论计算。v从表可见，转化率越低，最适宜温度越高。也就是说，对应一从表可见，转化率越低，最适宜温度越高。也就是说，对应一定的起始组成，反应开始时其最适宜温度最高，随着反应的进定的起始组成，反应开始时其最适宜温度最高，随着反应的进行，其最适宜温度越来越低。行，其最适宜温度越来越低。二氧化硫氧化的催化剂二氧化硫氧化的催化剂 二氧化硫氧化的催化剂普遍采用钒催化剂。钒催二氧化硫氧化的催化剂普遍采用钒催化剂。钒催化剂的活性组分是
4、五氧化二钒，以碱金属（钾、钠）化剂的活性组分是五氧化二钒，以碱金属（钾、钠）的硫酸盐作助催化剂，的硫酸盐作助催化剂，以硅胶、硅藻土、硅酸盐作载以硅胶、硅藻土、硅酸盐作载体。体。钒催化剂的主要毒物有砷、氟、酸雾及矿尘等钒催化剂的主要毒物有砷、氟、酸雾及矿尘等。工艺影响因素1 1、反应温度、反应温度 在最适宜温度下，反应速率最快。实际生产中，在最适宜温度下，反应速率最快。实际生产中，完全按最适宜温度操作并不现实。完全按最适宜温度操作并不现实。工业转化器的温度要求及控制方法是：工业转化器的温度要求及控制方法是：在催化在催化剂的活性温度范围内操作；尽可能接近最适宜温度剂的活性温度范围内操作；尽可能接近
5、最适宜温度进行反应；采用分段操作，使反应过程与换热过程进行反应；采用分段操作，使反应过程与换热过程分开进行，各段在绝热情况下进行，段间进行冷却，分开进行，各段在绝热情况下进行，段间进行冷却，即绝热反应与换热过程依次交替进行，使反应在整体即绝热反应与换热过程依次交替进行，使反应在整体上接近最适宜温度。上接近最适宜温度。工艺影响因素2 2、二氧化硫的起始浓度、二氧化硫的起始浓度 增加炉气中二氧化硫的浓度，就相增加炉气中二氧化硫的浓度，就相应降低了炉气中氧的浓度，这种情况下，反应速率也相应降低应降低了炉气中氧的浓度，这种情况下，反应速率也相应降低。为达到一定的最终转化率，所需要的催化剂量也随之增加。
6、为达到一定的最终转化率，所需要的催化剂量也随之增加。因此因此从减少催化剂用量来看，采用低二氧化硫浓度是有利的。从减少催化剂用量来看，采用低二氧化硫浓度是有利的。但是，降低炉气中的二氧化硫浓度，将使生产每吨硫酸所需要但是，降低炉气中的二氧化硫浓度，将使生产每吨硫酸所需要处理的炉气量增大，这样，在其他条件一定时，就要求增大其处理的炉气量增大，这样，在其他条件一定时，就要求增大其他设备的尺寸，或使系统中各个设备的生产能力降低，从而使他设备的尺寸，或使系统中各个设备的生产能力降低，从而使设备的投资和折旧费用增加。因此，设备的投资和折旧费用增加。因此，应当根据硫酸生产总费用应当根据硫酸生产总费用最低的原
7、则来确定二氧化硫的起始浓度最低的原则来确定二氧化硫的起始浓度。3.3.最终转化率最终转化率 最终转化率是硫酸生产的主要指标之一。提最终转化率是硫酸生产的主要指标之一。提高最终转化率可减少尾气中二氧化硫的含量，减轻环境污染，高最终转化率可减少尾气中二氧化硫的含量，减轻环境污染，提高硫的利用率；但会增加催化剂用量和流体阻力。因此，最提高硫的利用率；但会增加催化剂用量和流体阻力。因此，最终转化率也有个最佳值的问题。终转化率也有个最佳值的问题。最终转化率的最佳值与工艺流程、设备和操作条件有关。最终转化率的最佳值与工艺流程、设备和操作条件有关。转化器 二氧化硫的催化氧化是在多段绝热式转化器中进行的，即二
8、氧化硫的催化氧化是在多段绝热式转化器中进行的，即绝绝热反应与换热过程交替进行热反应与换热过程交替进行。按照中间冷却方式的不同，转化器。按照中间冷却方式的不同，转化器分为分为间接换热式和冷激式间接换热式和冷激式两类。两类。1 1、间接换热式、间接换热式 部分转化的热气体与未反应的冷气体在间壁换部分转化的热气体与未反应的冷气体在间壁换热器中进行换热，达到降温的目的。热器中进行换热，达到降温的目的。2 2、冷激式、冷激式 与间接换热式转化器相同，反应过程在绝热条件下进与间接换热式转化器相同，反应过程在绝热条件下进行。冷激式采用冷气体与反应物直接混合，降低混合气体温度。行。冷激式采用冷气体与反应物直接
9、混合，降低混合气体温度。根据冷激所用气体的不同，分为炉气冷激式和空气冷激式。根据冷激所用气体的不同，分为炉气冷激式和空气冷激式。转化工艺流程v二氧化硫转化的工艺流程种类很多，根据转化的次数有“一转一吸”和“两转两吸”两类。工业上普遍采用的是“两转两吸”流程。三氧化硫的吸收v 催化氧化生成的三氧化硫，采用硫酸水溶液吸收制得硫酸或发烟硫酸。催化氧化生成的三氧化硫，采用硫酸水溶液吸收制得硫酸或发烟硫酸。v 当当n1时，生成发时，生成发烟硫酸。烟硫酸。v 硫酸的规格，通常是硫酸的规格，通常是92.5%或或98%的浓硫酸、含游离三氧化硫的浓硫酸、含游离三氧化硫20%或或65%的发烟硫酸。的发烟硫酸。v可
10、以水吸收三氧化硫。若单用水或稀硫酸做吸收剂，吸收速度慢，因而易生可以水吸收三氧化硫。若单用水或稀硫酸做吸收剂，吸收速度慢，因而易生成酸雾。为避免三氧化硫在吸收过程中变成酸雾，应采用水蒸汽分压低的硫成酸雾。为避免三氧化硫在吸收过程中变成酸雾，应采用水蒸汽分压低的硫酸；为使三氧化硫尽可能吸收完全，应采用三氧化硫分压为零或很低的硫酸酸；为使三氧化硫尽可能吸收完全，应采用三氧化硫分压为零或很低的硫酸。浓度为浓度为98.3%的硫酸是最理想的三氧化硫吸收剂。低于的硫酸是最理想的三氧化硫吸收剂。低于98.3%的硫酸液面的硫酸液面上虽无三氧化硫蒸气，但有水蒸气，而且浓度越低水蒸气越多。高于上虽无三氧化硫蒸气，
11、但有水蒸气，而且浓度越低水蒸气越多。高于98.3%的硫酸液面上虽无水蒸气，但有三氧化硫蒸气，其浓度越大，三氧化硫分压的硫酸液面上虽无水蒸气，但有三氧化硫蒸气，其浓度越大，三氧化硫分压越高。只有越高。只有98.3%硫酸的水及三氧化硫的分压很低。硫酸的水及三氧化硫的分压很低。接触法生产硫酸的工艺流程v接触法生产硫酸的工艺包括二氧化硫炉气制备和净化、二氧接触法生产硫酸的工艺包括二氧化硫炉气制备和净化、二氧化硫的催化氧化和三氧化硫的吸收四个工序。化硫的催化氧化和三氧化硫的吸收四个工序。硫酸生产中的“三废”处理v硫酸生产中排放的污染物，主要是含二氧化硫、三氧化硫和硫酸生产中排放的污染物，主要是含二氧化硫
12、、三氧化硫和酸雾吸收后的尾气，固体烧渣和酸泥，有毒酸性废液、废水酸雾吸收后的尾气，固体烧渣和酸泥，有毒酸性废液、废水等。等。尾气的处理v尾气中有害物质主要是二氧化硫及微量的三氧化硫和酸雾。尾气中有害物质主要是二氧化硫及微量的三氧化硫和酸雾。提高二氧化硫的转化率是减少尾气中二氧化硫含量的根本方提高二氧化硫的转化率是减少尾气中二氧化硫含量的根本方法，实际生产中可采用法，实际生产中可采用“两转两吸两转两吸”流程。未采用流程。未采用“两转两两转两吸吸”流程的尾气仍需处理，国内普遍采用氨流程的尾气仍需处理，国内普遍采用氨-酸处理法。酸处理法。v氨氨-酸法是用氨水吸收尾气中的二氧化硫、三氧化硫及酸雾酸法是
13、用氨水吸收尾气中的二氧化硫、三氧化硫及酸雾，最终生成硫酸铵溶液。氨，最终生成硫酸铵溶液。氨-酸法过程由吸收、分解及中和酸法过程由吸收、分解及中和三个部分组成。三个部分组成。（1）吸收）吸收（2）分解）分解（3）中和）中和尾气的处理还有碱法、金属氧化物法和活性炭法。尾气的处理还有碱法、金属氧化物法和活性炭法。烧渣的综合利用v以硫铁矿（硫铁矿含硫量为35%25%时）为原料每生产1t硫酸，副产0.70.8t的烧渣。v综合利用途径：作为炼铁的原料及生产硫酸亚铁、氯化铁；回收有色金属及贵重金属；为生产水泥的助溶剂；矿渣制砖及铺路等。污水及污酸治理v污水和污酸主要来自净化工序污水和污酸主要来自净化工序v普
14、遍采用碱性、物质中和法处理污水，即用碱性物普遍采用碱性、物质中和法处理污水，即用碱性物质（石灰或电石渣）与污水中的砷、氟、酸等反应质（石灰或电石渣）与污水中的砷、氟、酸等反应生成沉淀，从而将有害物质从污水中分离出来。生成沉淀，从而将有害物质从污水中分离出来。v污酸的处理常用硫化中和法，即利用硫化钠、硫氢污酸的处理常用硫化中和法，即利用硫化钠、硫氢化钠等硫化物与硫酸反应生成硫化氢，污酸中的铜化钠等硫化物与硫酸反应生成硫化氢，污酸中的铜、砷与硫化氢生成沉淀而分离，然后再对溶液进行、砷与硫化氢生成沉淀而分离，然后再对溶液进行中和处理。中和处理。课堂作业接触法生产硫酸的工艺流程接触法生产硫酸的工艺流程
