接触法制造硫酸的反应原理和生产过程

接触法制造硫酸的反应原理和生产过程（一）工业生产需从五个方面进行学习1．化学原理：③制H2SO4：SO3+H2O====H2SO42．原料：黄铁矿（主要成分是FeS2）（或者硫）空气、98.3％的浓H2SO43．主要设备：①沸腾炉（制取SO2的设备，用硫作原料不用此设备，我国现在还主要用黄铁矿为原料制H2SO4）②接触室（制取SO3的设备）③吸收塔（制取H2SO4的设备）4．生产工艺流程：①黄铁矿在沸腾炉中燃烧制取SO2②经过净化处理③SO2和O2在接触室中接触五氧化二钒（V2O5），在500℃条件反应生成SO3④SO3在吸收塔中被98.3％的浓H2SO4吸收得到发烟硫酸．5．产品：发烟硫酸（1）溶解SO3的硫酸溶液称为发烟硫酸，这种溶液的溶质是SO3，溶剂是H2SO4．如含20％SO3的发烟硫酸100g，其中含SO3质量：（2）关于“发烟硫酸”名称的来历：因H2SO4中溶解的SO3易挥发，这样挥发出的SO3遇空气中的水蒸气剧烈结合成硫酸的小液滴，就象“发烟”一样，因此我们称溶有SO3的H2SO4溶液为“发烟硫酸”，从前面分析看，在瓶口上方产生的不是“烟”，而是“雾”，所以在学习时不要产生误解．但这个名称长期约定俗成，所以我们现在仍沿用这个名称．（3）得到的发烟硫酸用水或稀H2SO4稀释，便制得各种浓度的硫酸溶液．（二）关于生产过程中的几个问题：1．工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？答：该做法是为了增大反应物之间的接触面积，因为反应物之间的接触面积越大，反应速率就越快，制H2SO4时把黄铁矿石粉碎，并在沸腾炉中燃烧，从而加快反应的进行，燃烧也充分．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？答：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翻腾，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．3．黄铁矿石在沸腾炉里燃烧时，为什么要向炉中鼓入过量的空气（氧气）？答：生产上，常使其一反应物的用量（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且价钱比较便宜的．因而能使较贵重的原料更充分利用．在焙烧黄铁矿石制造硫酸时，采用过量的空气使黄铁矿石充分燃烧，就是一例．4．逆流原理在接触法制硫酸过程中有哪些具体的作用？答：在化工生产中，相互作用的物料，往往采用逆流的方法，如用H2SO4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，气体由下向上，使作用更完全．在热交换中．冷的和热的气体（或液体），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；从接触室里出来的SO3得以降温，减少了SO3的分解．5．为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？答：从沸腾炉里出来的炉气中，除SO2、O2、N2外，还有水蒸气，有如含砷、硒的化合物杂质及矿尘，杂质和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和N2．6．什么是热交换过程？通过热交换器（如图）用来把反应时生成的热，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．7．吸收SO3为什么不直接用水或稀H2SO4，而是用98.3％的浓H2SO4？答：这是因为用水或稀H2SO4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H2SO4作吸收剂，则在吸收过程中不形成酸雾，吸收速率快且吸收充分，有利于SO3的吸收．8．制H2SO4的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气中？答：制H2SO4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，会造成环境污染，所以在尾气排入大气之前，必须经回收，净化处理，防止SO2污染空气并充分利用原料．9．硫酸生产过程中三设备的两进两出．从上图可看出：每套设备都有两进两出．沸腾炉：两进：黄铁矿进口和空气进口．两出：矿渣出口和炉气出口（炉气成分：SO2、O2、N2、水蒸气、砷、硒的化合物及矿尘等）接触室：两进：冷反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）和经过预热的热反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）两出：经过热交换器预热的热反应混合气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）和反应后混合气出口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）吸收塔：两进：混合气进口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）和98.3％的浓H2SO4进口．两出：发烟硫酸出口（主要成分：H2SO4、SO3）和尾气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）10．为什么在吸收塔中填满瓷环？答：用质量分数为98.3％的浓H2SO4吸收SO3时，吸收塔里填满瓷环，使液体和气体接触面积增大，提高吸收率．（把这个关系要作为基本常识应用）11．有关化学计算：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，给初学者造成困难．首先要搞清概念：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=利用率其次：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，这样可化难为易．（1）守恒原则，如黄铁矿制硫酸中S原子守恒具体表现形式：FeS2—2H2SO4S—H2SO4（2）累积原则：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，计算结果不受影响．累积时，习惯上尽量用乘不用除．