化工工艺学3章 硫酸与硝酸.ppt

文档介绍：化工工艺学Chemical engineering technics
化学工程与工艺专业
第3章硫酸与硝酸Vitriolic acid and nitric acid
概述
从硫铁矿制二氧化硫炉气
炉气的净化与干燥
二氧化硫的催化氧化
三氧化硫的吸收
三废治理与综合利用
硫酸
概述Introduction
硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。
硫酸的性质
%。硫酸浓度可大于100%,称为发烟硫酸,其中含溶解在100%硫酸中的游离SO3。
生产方法
塔式法:直接用SO2,H2O,O2反应生成硫酸。
接触法:SO2 SO3 +H2O 硫酸
接触法主要步骤:
含硫原料原料气的制备含二氧化硫炉气
炉气净制净化炉气二氧化硫转化
含三氧化硫气体吸收成酸硫酸
生产硫酸的原料
硫铁矿:主要成份是FeS2。磁硫铁矿:主要成份为Fe7S8。含S量越高,锻烧时放热越多。两种矿含S量相同时,磁硫铁矿锻烧放热量比普通硫铁矿高30%左右。自然开采的硫铁矿都含有很多杂质,使矿呈灰、褐、黄铜等不同颜色。通常含硫量只有30%~50%。
硫磺:使用天然硫磺生产硫酸最好,但我国矿少。
其它原料:硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。
原料气的制备
炉气净制
二氧化硫转化
吸收成酸
从硫铁矿制二氧化硫炉气Making SO2 gases from sulfur-iron ore
硫铁矿的焙烧
1 硫铁矿的焙烧反应
2FeS2 = 2FeS + S2 H>0
S2 + O2 = SO2 H<0
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2 H<0
上述反应的总反应式:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2
H= -3411kJ/mol
若氧气不足,还有生成Fe3O4的反应:
3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 +6SO2
H= -2435kJ/mol
此外,由于Fe2O3的催化作用,SO2可再氧化成SO3,高温下盐类分解成金属氧化物,同时再生成各种硫酸盐的副反应。焙烧阶段生成SO3是有害的,会给后续净化工序产生很多问题。
2 硫铁矿焙烧的焙烧速度
硫铁矿焙烧是非均相反应,反应平衡常数很大,通常认为可进行到底。所以生产中关键是反应速度决定了生产能力。。
1/T
lgk
441 560 727 977
在460~560°C范围为第一阶段,斜率大,活化能大。温度升高,反应速率增加很快。化学反应动力学控制。
560720C范围为过渡阶段,反应速度受温度影响较小。> 720C为第三阶段,反应速度随温度升高再增加,但增加幅度小。
实验证明,焙烧反应第三阶段活化能较小,受氧的扩散控制。
提高焙烧速率的途径:
1. 提高操作温度。但不宜太高,温度太高会使炉内结疤,焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为850950C.
2. 减小硫铁矿粒度。可以减小扩散阻力,增加接触面积,对第三阶段速度增加有利。
3. 增加空气与矿粒的相对运动。
4. 提高入炉空气氧含量。
沸腾焙烧
1 沸腾焙烧炉的结构和操作
。下部为沸腾区,中部为扩散区,上部为焙烧空间。沸腾区耐火砖较厚。而上部耐火砖较薄,这是为了减小炉内与钢壁的温度差,减小二氧化硫在壁上凝结,从而减小腐蚀。沸腾焙烧的空气流速是重要因素,操作速度范围应在uf<u<ut之间。上部面积大是为了降低流速,增加沉降机会。
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2 余热的回收
焙烧时放出大量的热,炉气温度850~950°C,若直接通入净化系统,设备要求高。直接冷却后净化也是能量的极大浪费。通常设置废热锅炉来回收热量,或产蒸汽发电或直接推动动力机械作功。
硫铁矿废热锅炉的特殊性:,不要直接冲击锅炉管,注意炉管排列间距要大,防止积灰。2. 含S量大,腐蚀性强,注意防止SO3在壁内冷凝。所以应采用较高压力以提高SO3露点,防止腐蚀。。。
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