接触法制硫酸硫酸是基础化学工业的

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1、接触法制硫酸硫酸是基础化学工业的重要产品。它是许多化学工业的原料，大量的用于制造化肥、农药、医药、染料、炸药、化学纤维等。它还广泛应用于石油炼制、冶金、机械制造、纺织印染等国民经济部门。因此，有人认为硫酸的消费量可视为一个国家工业发达水平的一种标志，可见硫酸工业在国民经济中占有重要的地位。解放前，我国的硫酸工业十分落后，1949年产量只有四万吨。新中国成立后，硫酸工业得到快速发展，目前年产量已达一千多万吨，位居世界前列。　　接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气（含有一定量的SO2）等作原料。世界上主要用硫黄作原料制硫酸，是因为用硫黄作原料成本低，对环境的污染少。我国由

2、于硫黄矿产资源较少，主要用黄铁矿作原料，部分工厂用有色金属冶炼厂的烟气、矿产硫黄或从石油、天然气脱硫获得的硫黄作原料。　　工业制造硫酸的生产过程主要分三个阶段。　　一、造气　　将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使其燃烧，就可以得到SO2。ΔH＝－297kJ／molΔH＝－853kJ／mol　　燃烧黄铁矿是在沸腾炉中进行的。当黄铁矿矿粒燃烧的时候，从炉底通入强大的空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”。因此，人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉（如上图）。由于矿粒在沸腾炉中燃烧得比较完全，从而可提高原料的利用率。　　从燃烧炉中出来的气体叫做

3、炉气。用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有不良影响。因此，在进行下一步氧化反应以前，必须对炉气进行净化和干燥处理。用燃烧硫黄制得的炉气除含有SO2、O2和N2外，杂质较少，不需要经过净化和干燥处理。　　二、接触氧化　　经过净化、干燥的炉气（其成分体积分数分别约为：SO27％，O211％，N282％）进入接触室（见“接触法制硫酸流程图”），发生氧化反应，生成SO3。　　SO2跟O2是在催化剂（如V2O5等）表面上接触时发生反应的，所以，这种生产硫酸的方法叫做接触法。　　SO2接触氧化反

4、应在什么条件下进行最为有利呢？　　1．温度　　SO2接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断可知，此反应在温度较低的条件下进行最为有利。表1列出的一系列实验数据也证明了这一点。表1不同温度下SO2的平衡转化率　　但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益来考虑，对生产不利。在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的平衡转化率（93.5％～99.2％）都比较理想。　　2．压强　　SO2的接触氧化也是一个总体积缩小的气体反应。表2列出了压强对SO2平衡转化率影响的一系列实验数据。　　讨论1根据化学平衡理论和表2的数据，考

5、虑综合经济效益，你认为SO2的接触氧化反应在什么压强下进行最为有利？　　表2的数据说明，增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，而且常压下400℃～500℃时，SO2的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压进行操作，并不加压。　　由于SO2的氧化反应需在400℃～500℃条件下进行，因此，反应前必须把炉气预热到这个温度；又由于此反应是放热反应，随着反应的进行，反应环境的温度会不断升高，这不利于SO3的生成。所以在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器，用来把反应生成的热，传递给进入接触室需要预热的炉气，还可以冷却反应后生

6、成的气体。　　三、三氧化硫的吸收　　从接触室出来的气体，主要是SO3、N2以及剩余的未起反应的O2和SO2。SO3与H2O化合就生成了H2SO4。SO3（g）＋H2O（l）====H2SO4（l）ΔH＝－130.3kJ／mol　　H2SO4虽然是由SO3跟H2O化合制得的，但工业上并不直接用H2O或稀硫酸来吸收SO3。因为那样容易形成酸雾，不利于对SO3的吸收。为了尽可能提高吸收效率，工业上用H2SO4质量分数为98.3％的硫酸作吸收。吸收过程在吸收塔里进行。为了增大SO3跟98.3％的硫酸的接触面积，强化吸收过程，在吸收塔里装填了大量瓷环。吸收操作采取逆流的形式，SO3从吸收塔的下部通入

7、，98.3％的硫酸从吸收塔顶喷下，供稀释用的硫酸从吸收塔底放出。98.3％的硫酸吸收SO3后浓度增大，可用H2O或稀硫酸稀释，制得各种浓度的。　　从吸收塔上部导出的是N2、没有起反应的O2和少量SO2，如果把它们当作尾气直接排入大气，既会造成原料浪费，又会造成环境污染。因此，应将上述气体再次通入接触室，进行第二次氧化，然后再进行一次吸收。这样经过两次氧化和吸收的气体，剩余SO2的含量已经很少了。最后再将这种尾气加以净化回