文档介绍：第九章硫酸
引言
在化学工业的十九类分支中,硫酸工业是独立的一种
硫酸曾经被称为“工业之母”-重要的基本化工原料“三酸”之一 应用于国民经济的各个部门
本章内容 硫酸的性质、用途、制备方法 接触法生产硫酸-原理、催化剂、反应器、流程
第一节概述
一、硫酸的性质
1 物理性质
H2SO4 无色透明的油状溶液
工业硫酸以SO3和H2O以一定比例混合的溶液 其中发烟硫酸 SO3/H2O摩尔比大于1
相对密度 硫酸相对密度 - 随着硫酸浓度的增加,硫酸液的密度增大,%时达到最大值,然后减小 发烟硫酸的密度随着所含SO3含量的增加而增加
沸点硫酸水溶液的沸点随着硫酸浓度的增加而增加,%时 存在恒沸点:336℃
工业硫酸的组成
大于恒沸点时的发烟硫酸随着酸浓度的增大,所对应的SO3的分压 增大,沸点反而降低
稀硫酸采用浓缩的方式不能获得100%硫酸
硫酸的蒸汽压 浓硫酸(>90%)平衡水蒸气压远低于同温度下的饱和水蒸气压 应用:浓硫酸广泛用作干燥剂-干燥不与之反应的气体
2 化学性质
硫酸是活泼的无机酸,可与许多物质发生化学反应
与金属的反应制备各种金属盐 eg ZnSO4 锌钡白 Al2(SO4)3 絮凝剂
与氨及其水溶液反应制备化肥
与其它酸盐反应制备较弱、较易挥发的酸 Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 2 H3PO4 + 3CaSO4
硫酸与水发生强烈反应 结合木材、布、纸张、动植物有机体中的水分 浓硫酸甚至能夺取有机物分子中的H和O “炭化”
磺化反应 以-SO3OH基团取代有机化合物中的H C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O
二、硫酸用途
50-60% 用于磷肥、复合肥的生产 20% 冶金工业-钢铁成品的酸洗、有色金属冶炼
化工其它行业 石油精炼-去除石油产品中的不饱和烃和硫化物等杂质 塑料、人造纤维、油漆、制药的原料 农药、除草剂,…. 硝化甘油、硝化纤维、三硝基甲苯 ……
三、硫酸的生产方法
硫酸的工业生产亚硝基法-铅室法、塔式法 接触法(催化法)
1 亚硝基法简介
SO2+NO2=SO3+NO SO3+nH2O=H2SO4+(n-1)H2O 2NO+O2=2NO2 NO2+NO=N2O3 SO2+N2O3+H2O=H2SO4+NO
缺点硫酸产品浓度低 酸中杂质多 消耗大量硝酸或亚硝酸盐
2 接触法(催化法)
在催化剂(V2O5)的存在下,以空气中的O2氧化SO2,三步:
第一步从含硫原料制备SO2
eg S+O2 = SO2 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
第二步 SO2氧化为SO3-需有催化剂的参与才能进行
SO2+1/2O2=SO3
第三步 SO3与H2O化合生产硫酸
nSO3+H2O=H2SO4+(n-1)SO3
评价可制备任意浓度的硫酸及发烟硫酸; 工艺过程简单、稳定; 热能利用率高
四、生产硫酸的原料
生产硫酸的原料:能产生SO2的含硫物质 包括硫铁矿、硫磺、硫酸盐、含H2S的工业废气或冶炼烟气
第二节接触法生产硫酸
小引
接触法生产硫酸主要包括以下环节 原料准备:破碎、筛分、配料或干燥; 硫铁矿焙烧; 炉气净化; 二氧化硫催化氧化; 炉气干燥与三氧化硫吸收; 尾气回收SO2和污水处理
一、二氧化硫炉气的制备
制备原料硫铁矿或浮选尾砂
1 硫铁矿焙烧
反应矿石中的二氧化硫与空气中的氧反应,生成SO2 反应需在600℃以上进行,分为两步
第一步硫铁矿受热分解为一硫化铁和硫磺
2FeS2=2FeS+S2-
第二步氧化反应
S2+2O2=2SO2 + 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2+ 3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2+
总反应 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3+ 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4+
另硫铁矿中所含的Cu、Pb、Co、As等的硫化物以及氟化物,焙烧后 一部分形成氧化物,另一部分生成气态物质
炉气-含硫原料与氧生成的SO2、过量的O2、空气带入的N2和水蒸气以及 其它一些气态物质,是制酸的原料气,称为“炉气”
动力学硫铁矿焙烧属于G-S非均相反应