6.3.1工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程 課件高一下學(xué)期化學(xué)滬科版（2020）必修第二冊

工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程研究化學(xué)反應(yīng)的視角物種質(zhì)量快慢和限度能量概念表示方法影響因素化學(xué)反應(yīng)速率可逆反應(yīng)化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡的影響因素化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)快慢限度調(diào)控化工生產(chǎn)應(yīng)用理論聯(lián)系實(shí)踐

解決實(shí)際問題原料選擇反應(yīng)原理生產(chǎn)流程能源利用環(huán)境保護(hù)硫酸是最重要的化工產(chǎn)品之一。硫酸化肥鋼鐵工業(yè)氟工業(yè)石化輕工紡織冶金如果你持有一家生產(chǎn)硫酸的化工廠，在生產(chǎn)過程中會(huì)考慮哪些問題？反應(yīng)原理、原料選擇、提高產(chǎn)率、降低成本等問題。想一想從H2SO4

的組成、H2SO4

中S的化合價(jià)等角度分析，你會(huì)選擇哪些原料，并通過怎樣的反應(yīng)步驟來得到H2SO4

？通過氧化還原反應(yīng)，將含有低價(jià)態(tài)的S元素的物質(zhì)氧化并轉(zhuǎn)化為H2SO4。SFeS2O2O2SO2O2SO3H2OH2SO4硫黃二硫化亞鐵（硫鐵礦）+4-10+6+6主要步驟反應(yīng)原理第一階段二氧化硫的制備第二階段二氧化硫的催化氧化第三階段三氧化硫的吸收工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程（一）反應(yīng)原理（造氣）（轉(zhuǎn)化）（吸收）4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高溫S+O2═══SO2點(diǎn)燃SO3+H2O═══H2SO42SO2+O22SO3催化劑△若以硫鐵礦（FeS2）為原料制硫酸，你能用化學(xué)方程式表示制硫酸的反應(yīng)原理嗎？早期制硫酸的方法煅燒法15世紀(jì)后半葉起硝化法18~20世紀(jì)NO2+SO2

===NO+SO32NO+O2

===2NO2鉛室法純度65% 塔式法純度76%工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程在工業(yè)生產(chǎn)中，要綜合考慮許多因素，如原料、能源、設(shè)備、工藝流程、儲(chǔ)存運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)效益等。原料生產(chǎn)過程中的利弊綠礬FeSO4·7H2O硫鐵礦FeS2硫黃S冶煉煙氣SO2（二）原料選擇原料來源少，價(jià)格高昂，副產(chǎn)物多，產(chǎn)量小。我國礦產(chǎn)資源豐富；易產(chǎn)生三廢，治理成本較高，能耗較大。生產(chǎn)流程短、三廢治理量小；我國天然硫資源不多。冶煉金屬硫化礦后產(chǎn)生的SO2，回收制備硫酸，變廢為寶，不會(huì)造成直接排放污染環(huán)境。想一想如何才能使化工生產(chǎn)做到又快又多？快改變反應(yīng)速率影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素多改變可逆反應(yīng)的平衡影響化學(xué)平衡的因素由于化學(xué)反應(yīng)中原子守恒，這就形成了化工生產(chǎn)的物料平衡。使原料盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，是生產(chǎn)中提高產(chǎn)量、控制成本、增加效益的關(guān)鍵。（三）生產(chǎn)過程1.造氣階段由于我國的天然硫資源不多，為了提高產(chǎn)量，曾廣泛采用高溫煅燒硫鐵礦的方式生產(chǎn)SO2。如何使礦石煅燒充分？4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高溫粉碎礦石

增大接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率通入足量空氣

燃燒充分，提高原料利用率對(duì)流操作

礦石粉與空氣充分接觸設(shè)備：沸騰爐爐渣爐氣（三）生產(chǎn)過程1.造氣階段4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高溫爐氣的組成較為復(fù)雜，含有SO2、O2、N2、粉塵、水氣、砷化物等物質(zhì)。堵塞管道形成酸霧腐蝕設(shè)備使催化劑性能降低甚至失去催化作用。催化劑中毒除塵凈化干燥爐氣SO2(7%)、O2(11%)、N2(82%)300~350℃35℃（三）生產(chǎn)過程2.轉(zhuǎn)化階段請結(jié)合所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，思考如何更多更快地將SO2轉(zhuǎn)化為SO3？2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）反應(yīng)條件的選擇使SO2更快轉(zhuǎn)化為SO3使SO2更多轉(zhuǎn)化為SO3因素濃度溫度催化劑增大反應(yīng)物濃度升高溫度加入催化劑增大反應(yīng)物濃度降低溫度無影響??????（三）生產(chǎn)過程2.轉(zhuǎn)化階段2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）反應(yīng)條件的選擇——催化劑鉑催化劑1881年起價(jià)格昂貴易中毒，原料氣必須充分凈化靜電捕塵技術(shù)1906年氣體凈化技術(shù)的重要突破釩催化劑1913年價(jià)格較低活性好，不易中毒工業(yè)技術(shù)的發(fā)展相輔相成??????選擇催化劑時(shí)需要考慮哪些因素？想一想Pt：￥382元/克V2O5：￥3.2元/克Fe2O3：￥1.5元/克催化效果催化劑成本活性溫度釩基催化劑的催化效果較鉑催化劑稍差，但成本低廉，活性好，不易中毒。反應(yīng)溫度在400~500℃時(shí)，釩基催化劑的催化效果最佳，催化劑活性最大。2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）??????V2O5（三）生產(chǎn)過程2.轉(zhuǎn)化階段2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）反應(yīng)條件的選擇——溫度V2O5使SO2更多轉(zhuǎn)化為SO3降低溫度使SO2更快轉(zhuǎn)化為SO3升高溫度

反應(yīng)溫度一般選擇475℃，此時(shí)催化劑活性最大。475℃???（三）生產(chǎn)過程2.轉(zhuǎn)化階段2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）反應(yīng)條件的選擇——濃度V2O5475℃通入過量空氣，提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。設(shè)備：轉(zhuǎn)化器反應(yīng)物SO2和O2中，一般過量的物質(zhì)是什么？SO2轉(zhuǎn)化為SO3時(shí)放出熱量，利用熱交換器傳遞熱量，使熱量充分交換。預(yù)熱反應(yīng)前的氣體，冷卻反應(yīng)后的氣體。35℃440℃反應(yīng)物SO2轉(zhuǎn)化為SO3時(shí)會(huì)放出熱量，如何使混合氣體的溫度盡可能保持在催化劑的活性溫度呢？2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）V2O5475℃SO2(7%)、O2(11%)、N2(82%)T/℃α(SO2)/%T/℃α(SO2)/%T/℃α(SO2)/%42098.847096.452091.543098.548095.655086.244098.149094.857081.845097.650093.858079.346097.251092.560073.9600℃440℃二氧化硫的多段催化氧化分段進(jìn)行先在高溫反應(yīng)，利用初始原料濃度高，快速進(jìn)行第一段轉(zhuǎn)化。能量利用通過熱交換器維持混合氣溫度，破壞原有平衡，進(jìn)行第二段轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步提高三氧化硫的產(chǎn)量，同時(shí)預(yù)熱原料氣。多段催化混合氣體的溫度會(huì)不斷降低，反應(yīng)速率也會(huì)隨之減慢，因此段數(shù)有限。2SO2+O22SO3（放熱反應(yīng)）V2O5475℃600℃440℃（三）生產(chǎn)過程3.吸收階段SO3+H2O═══H2SO4吸收在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，SO3從塔底通入，98.3%的硫酸從塔頂噴下，兩者逆流接觸。經(jīng)過吸收可制得發(fā)煙硫酸、濃硫酸等不同產(chǎn)品。使液體和氣體充分接觸，促使其完全吸收。設(shè)備：吸收塔吸收塔內(nèi)為什么要填充空心瓷環(huán)？防止形成酸霧，影響吸收的速率。沸騰爐轉(zhuǎn)化器吸收塔高溫造氣：4FeS2+11O2

═══

2Fe2O3+8SO2↑轉(zhuǎn)化：2SO2+O22SO3V2O5475℃吸收：SO3+H2O═══H2SO4工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程沸騰爐轉(zhuǎn)化器吸收塔工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程特殊設(shè)備原料預(yù)處理加快反應(yīng)速率提高燃燒效率提高產(chǎn)出充分利用原料沸騰爐轉(zhuǎn)化器吸收塔工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過程熱交換器改變反應(yīng)條件熱量充分交換改變反應(yīng)平衡充分利用能量提高產(chǎn)出提高原子利用率沸騰爐轉(zhuǎn)化器吸收塔