一、依据化学反应原理确定生产过程
工业生产上制备硫酸的基本原理:
以S为原料制备SO2
化学反应方程式:S(s)+O2(g)===SO2(g),(属放热反应)。
利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3
化学反应方程式:2SO2(g)+O2(g)催化剂△2SO3(g),(属放热反应)。
三氧化硫转化成硫酸
化学反应方程式SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l),(属放热反应)
工业生产硫酸分为几个生产阶段?对应的主要设备是什么?
提示:(1)三个生产阶段:造气、催化氧化、SO3的吸收。
(2)三个主要设备:沸腾炉(造气)、接触室(催化氧化室)、吸收塔。
二、生产中原料的选择
我国生产硫酸需考虑的问题:
从基建投资、加工费用及环保方面考虑,用硫黄制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。
我国天然硫资源缺乏,而且开采条件比较复杂。
我国黄铁矿储量比天然硫黄要大。
硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短,设备简单,三废治理量小,劳动生产率高,易于设备大型化。
由于原料多需进口,硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸高。
三、生产中反应条件的控制
从反应原理分析条件选择
(1)主要反应原理:2SO2+O22SO3 ΔH<0;
(2)反应速率要求:高温、高压、用(填“用”或“不用”)催化剂;
(3)化学平衡要求:低温、高压、不用(填“用”或“不用”)催化剂。
从工业生产实际考虑条件选择
(1)温度应综合考虑反应速率和实际转化率两个方面;同时还要考虑催化剂的最佳活性。
(2)压强除从反应原理考虑外,还要考虑产率、设备条件等。
工业制硫酸的适宜条件
(1)温度:400~500 ℃(兼顾反应速率和转化率,同时又能使催化剂达到最佳活性)
(2)压强:常压(常压下SO2转化率已较高,增压对转化率提高有限)
(3)使用催化剂(尽量加大反应速率)
四、生产中的三废处理
尾气吸收
H2SO4工业的尾气主要是SO2。
SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2O,
CaSO3+H2SO4===CaSO4+SO2↑+H2O。
污水处理
不同化工生产过程产生的污水,所含杂质不同,要根据杂质的性质不同,采用不同的物理化学方法,如酸碱中和法,重金属离子沉淀法等。
废渣的利用
用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中,会排出一些炉渣和矿灰,可作为炼铁的原料;还可用来提炼贵重的有色金属;另外,这些废渣还可作为制造水泥的原料或用于制砖。
五、能量的充分利用
生产1 t硫酸需消耗100 kW·h的电能,硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应, 生产1 t硫酸放出的反应热相当于200 kW·h的电能。这些废热的利用,可以向外界输出大量能量,大大降低生产成本。
可以利用SO2氧化成SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2等。