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硫酸工业
同步教学
主讲：黄冈中学教师 陈晓锋
一、一周知识概述
（一）、所讲内容及目的
1、接触法制硫酸的化学反应原理、生产过程和典型设备
2、应用化学反应速率和勒夏特列原理，选择SO2氧化为SO3的适宜条件
3、物质纯度、转化率、产率的计算方法
4、副产品的综合利用、综合经济效益的讨论
二、与前后周的衔接关系
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、机械制造等国民经济部门。因此，有人认为硫酸的产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。学习工业制备H2SO4是非常必要的。
三、重点知识归纳及理解
（一）、接触法制硫酸（FeS2为原料）的原理，过程及典型设备
（二）、接触法制硫酸的生产过程
（三）、应用化学反应速率和勒夏特列原理选择适宜条件
1、催化剂
在通常状况下SO2与O2反应的速率很低，这对生产极不利。已知有几种物质可以作为加快SO2与O2反应的催化剂，其中较为理想的是五氧化二矾(V2O5)，目前工业上都以五氧化二矾作为二氧化硫氧化的催化剂。
2、温度
二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应。根据化学反应速率和化学平衡理论判断，温度对二氧化硫接触氧化的影响是：温度较低有利于提高二氧化硫的平衡转化率，但不利于提高反应速率；温度较低时催化剂的活性不高，不利于发挥催化剂在提高反应速率中的作用。由上述分析可知，对于二氧化硫的接触氧化 ，需要确定一个既有理想的化学反应速率又有理想的二氧化硫平衡转化率的温度数值。在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，因为这个温度范围内，反应速率和二氧化硫的平衡转化率(93.%～99.2%)都比较理想。
3、压强
二氧化硫的接触氧化也是一个气体总体积缩小的可逆反应。根据化学反应速率和化学平衡理论判断，压强对二氧化硫接触氧化的影响是：增大气体压强，既能提高二氧化硫的平衡转化率，又能提高化学反应速率。
但是，增大气体压强以后，二氧化硫的平衡转化率提高得并不多。
考虑到加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量的问题，而且在常压下400℃～500℃时，SO2的平衡转化率已很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作，并不加压。
（四）、环境保护与原料的综合利用
化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。硫酸厂的“三废”经处理后，不仅消除了污染，而且也使SO2和黄铁矿矿渣得到合理利用。
1、尾气吸收（氨水吸收）
SO2＋2NH3＋H2O＝(NH4)2SO3
(NH4)2SO3＋H2SO4＝(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
(作肥料) (作生产硫酸的原料)
2、污水处理（石灰乳中和）
Ca(OH)2＋H2SO4＝CaSO4＋2H2O
3、废渣的作用
黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁品位高的矿渣可以炼铁。
（五）、能量的充分利用
许多化学反应是放热反应。化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。硫酸生产中的反应热得到充分利用后，不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量。而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量。
（六）、生产规模和厂址选择
1、化工厂选址的因素
一般说来，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择，涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的抉择。
2、硫酸厂选址的因素
由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心地区。工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少来决定，硫酸厂址应避开人口稠密的居民区域和环境保护要求高的地区。
四、难点知识剖析
（一）、接触法制硫酸的注意事项
1、依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理 ，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧。
2、采用适当过量的空气使黄铁矿充分燃烧，依据的原理是增大廉价易得的反应物的浓度，使较贵重的原料得以充分利用。
3、通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质。砷、硒等的化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。
4、在接触室里装有热交换器，它的作用是在SO2接触氧化时，用放出的热来加热未起反应的SO2和空气，这样可以充分利用热能，节约燃烧。
5、吸收SO2不能用水或稀H2SO4溶液，而用98.3%的浓硫酸，是因为用水或稀H2SO4溶液作吸收剂容易形成酸雾，吸收速度慢。
6、硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的SO2，如果不加利用而排入空气会严重污染空气，浪费原料。
（二）、物质纯度、转化率、产率的计算方法
4、一种化合物中，一种元素的转化率等于该化合物的转化率，例如在FeS2向SO2转化的过程中，若硫元素的转化率为99%，则FeS2的转化率也为99%。
5、在一种组成固定的混合物中，一种组分的转化率等于该混合物的转化率，例如在含FeS230%的黄铁矿向SO2转化的过程中，若FeS2的转化率为85%，则该黄铁矿石的转化率也为85%。
6、在同一个化学反应或多个相关联的化学反应中，具有个别元素质量守恒关系的反应物和生成物，反应物的转化率等于生成物的产率，例如在FeS2向SO2转化的过程中，FeS2的转化率必等于SO2的产率，在FeS2向H2SO4转化的过程中，FeS2的转化率等于H2SO4的产率。
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