Question

求工业制硫酸详解

Answer 1

一、煅烧：将硫黄或黄铁矿在空气中燃烧或焙烧，以得到二氧化硫气体。（国内以黄铁矿为主）
二、催化氧化：将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键，其反应为：　　2SO2+O2→2SO3
　　这个反应在室温和没有催化剂存在时，实际上不能进行。根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同，制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒V2O5作催化剂，将二氧化硫转化成三氧化硫。硝化法是用氮的氧化物作递氧剂，把二氧化硫氧化成三氧化硫：
　　SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO
　　根据所采用设备的不同，硝化法又分为铅室法和塔式法，现在铅室法已被淘汰；塔式法生产的硫酸浓度只有76％；而接触法可以生产浓度98％以上的硫酸；采用最多。
　　接触法生产工艺：接触法的基本原理是应用固体催化剂，以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其生产过程通常分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。
　　二氧化硫的制备和净化：
　　以硫铁矿等其他原料制成的原料气，含有矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质，需经过净化，使原料气质量符合转化的要求。为此，经回收余热的原料气，先通过干式净化设备（旋风除尘器、静电除尘器）除去绝大部分矿尘，然后再由湿法净化系统进行净化。
　　经过净化的原料气，被水蒸气所饱和，通过喷淋93％硫酸的填料干燥塔，将其中水分含量降至0.1g/m3以下。
　　二氧化硫的转化：二氧化硫于转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化：
　　SO2+（1/2）O2 SO3 ΔH=-99.0kJ
　　钒催化剂是典型的液相负载型催化剂，它以五氧化二钒为主要活性组分，碱金属氧化物为助催化剂，硅藻土为催化剂载体，有时还加入某些金属或非金属氧化物，以满足强度和活性的特殊需要。通常制成直径4～6mm、长5～15mm柱状颗粒。近年来，丹麦、美国和中国相继开发了球状、环状催化剂，以降低催化床阻力，减少能耗。
　　钒催化剂须在某一温度以上才能有效地发挥催化作用，此温度称为起燃温度，通常略高于400℃。近年来，研制成功的低温活性型钒催化剂，其起燃温度降低到370℃左右，因而提高了二氧化硫转化率。转化器进口的原料气温度保持在钒催化剂的起燃温度之上，通常为410～440℃。
　　由于原料气经过湿法净化系统后降温至40℃左右，所以必须通过换热器，以转化反应后的热气体间接加热至反应所需温度，再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量，使催化剂层温度升高，二氧化硫平衡转化率随之降低，如温度超过650℃，将使催化剂损坏。为此，将转化器分成3～5层，层间进行间接或直接冷却，使每一催化剂层保持适宜反应温度，以同时获得较高的转化率和较快的反应速度。
　　现代硫酸生产用的两次转化工艺，是使经过两层或三层催化剂的气体，先进入中间吸收塔，吸收掉生成的三氧化硫，余气再次加热后，通过后面的催化剂层，进行第二次转化，然后进入最终吸收塔再次吸收。由于中间吸收移除了反应生成物，提高了第二次转化的转化率，故其总转化率可达99.5％以上，部分老厂仍采用传统的一次转化工艺，即气体一次通过全部催化剂层，其总转化率最高仅为98％左右。
三、吸收：三氧化硫的吸收：转化工序生成的三氧化硫经冷却后在填料吸收塔中被吸收。吸收反应虽然是三氧化硫与水的结合，即：　　SO3+H2O→H2SO4 ΔH=-132.5kJ
　　但不能用水进行吸收，否则将形成大量酸雾。工业上采用98.3％硫酸作吸收剂，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低，故吸收效率最高。出吸收塔的硫酸浓度因吸收三氧化硫而升高，须向98.3％硫酸吸收塔循环槽中加水并在干燥塔与吸收塔间相互串酸，以保持各塔酸浓度恒定。成品酸由各塔循环系统引出。
　　吸收塔和干燥塔顶设有金属丝网除沫器或玻璃纤维除雾器，以除去气流中夹带的硫酸雾沫，保护设备，防止环境污染。两次转化工艺的最终吸收塔出口尾气中的二氧化硫浓度小于500×10-6，尾气可直接排入大气；而一次转化工艺的吸收塔尾气中的二氧化硫浓度高达2000×10-6～3000×10-6，故须设置尾气处理工序，以使排气符合环境保护法规。氨水吸收法是应用最广的尾气处理方法。

Answer 2

工业制硫酸：
（1）铅室法：取硫化铁或硫，置于特制炉中烧灼，导其所生之二氧化硫气体，和以水蒸气、空气及氧化氮而入铅室。氧化氮制自氨之氧化成以硫酸分解智利硝石而得。在铅室中之作用，最初一步为二氧化硫、氧化氮、氧气、水蒸气的结合，生成氮，氮氨基酸。，因水分的存在，立即分解为硫酸，重新放出氧化氮。二氮化硫所以变为二氧化硫者，乃二氧化硫与氮的各种氧化物作用而来，继即硝基硫酸及氮氧基硫酸。由此法所得的铅室酸须再用铅，铂，瓮，耐酸饯，熔制石英，耐酸砖等材料所制的器具蒸浓之。
铅室法原理　　铅室法的基本原理与塔式法相同，实质上是利用高级氮氧化物（主要是三氧化二氮）使二氧化硫氧化并生成硫酸： SO2+N2O3+H2O—→H2SO4+2NO

　　生成的一氧化氮又迅速氧化成高级氮氧化物： 2NO+O2—→2NO2

　　NO+NO2—→N2O3

　　因此，在理论上，氮氧化物仅起着传递氧的作用，本身并无消耗。
铅室法生产流程　　英国人J.·罗巴克于1746年创建了世界上第一个铅室法制造硫酸的工厂。至19世纪50年代，铅室法生产工艺才臻于完善。
　　典型的铅室法的生产流程，是使300～500℃的含二氧化硫气体（见硫酸原料气）进入充有填料的脱硝塔，与淋洒的含硝硫酸逆流接触。由于酸温升高，含硝硫酸中的氮氧化物得以充分脱除。塔顶引出的含二氧化硫、氮氧化物、氧和水蒸气的混合气体，依次通过若干个铅室。在铅室中，二氧化硫充分氧化而成硫酸。最终通过两座串联的填料式吸硝塔，塔内淋洒经过冷却的脱硝硫酸，以吸收氮氧化物，所得的含硝硫酸送往脱硝塔。
　　由于部分氮氧化物会随废气和产品带出，需不断补充。早期是将硝石加入焚硫炉内使受热分解，取得二氧化硫和氮氧化物的混合气体。后来，都是将氨氧化成氮的氧化物，再将后者引入第一个铅室，或将硝酸直接补加在含硝硫酸中，用以淋洒脱硝塔。
　　潮湿的二氧化硫、氮氧化物的混合气体和浓度在70%以下的稀硫酸具有很强的腐蚀性，设备需用铅制。在铅室中，二氧化硫的氧化与成酸反应大部分是在气相中进行，因而不可避免地会形成大量的硫酸雾。这种气溶胶状态的细微颗粒需经较长进间才能凝聚成液滴，坠落至铅室底部。为此必须拥有很大的反应空间，才能保持较高的生产效率。再者，生产过程中释放的大量反应热也须经铅室表面及时散去。因此，铅室法工厂往往采用多个串联的铅室，耗铅量大，这是历史上人们力求革新铅室法的主要原因。
大部分硫酸从铅室制得(浓度为 65%H2SO4)。适量的铅室产品可注入脱硝塔，因多余的水分被蒸发以及塔内也进行部分成酸反应,从而可由脱硝塔取得浓度达76%H2SO4产品。铅室法的硫酸浓度低而且往往含有很多杂质，用途受到限制，这也是铅室法被淘汰的重要因素（见硫酸工业发展史）。
（2）接触法:主要的原料为燃硫或硫化铁来制二氧化硫，及空气中的氧，使二氧化硫氧化而为三氧化硫，吸收于水中，即可得任何浓度的硫酸。由于二氧化硫和氧气是在催化剂的表面接触时起反应的，因而将这种制备硫酸的方法称为接触法。一般的主要原料是硫铁矿（主要成分二硫化亚铁——FeS2，又名二硫化铁、过硫化铁）
　　分三步进行
　　（1）造气阶段　4FeS2+11O2=高温=2Fe2O3+8SO2
　　（2）接触氧化阶段
　　2SO2+O2===[可逆]=500℃左右高温、V2O5催化剂===2SO3
　　（3）三氧化硫的吸收阶段
　　用98.3%的硫酸吸收，再用92.5%的硫酸稀释
　　H2SO4+SO3==H2S2O7
　　H2S2O7+H2O==2H2SO4

Answer 3

主要三个步骤
1造气：在 沸腾炉!中煅烧含硫的矿石`，一般是硫铁矿
2接触氧化：得到大量的二氧化硫气体通过五氧化二钒催化氧化为三氧化硫
3吸收： !吸收塔! 中用98%的浓硫酸吸收三氧化硫`然后剩下的气体回流到热交换器中继续氧化。
请参考书籍《硫酸及其工业制法 》
也可以看百度书库http://wenku.baidu.com/view/5a180a08581b6bd97f19eaf1.html

Answer 4

工业制硫酸的原理

Answer 5

工业制硫酸方法：
方法一：
生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。
1.制取二氧化硫（沸腾炉）
燃烧硫或高温处理黄铁矿，制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2
4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3
2.接触氧化为三氧化硫（接触室）
2SO2+O2=五氧化二钒催化并加热=2SO3（可逆反应）
3.用98.3%硫酸吸收
SO3+H2SO4=H2S2O7（焦硫酸）
4.加水
H2S2O7+H2O=2H2SO4
5.提纯
可将工业浓硫酸进行蒸馏，便可得到浓度95%－98%的商品硫酸。
二水法磷酸反应后，利用磷石膏，工业循环利用，使用二水法制硫酸。

方法二：
1、制取二氧化硫（沸腾炉）
燃烧硫或高温处理黄铁矿，制取二氧化硫S+O2=点燃=SO2
4FeS2+11O2=高温=8SO2+2Fe2O3
2、将二氧化硫溶于水变成亚硫酸。
3、亚硫酸氧化得硫酸。