化工基础 教学课件 ppt 作者 冷士良 张旭光 主编 陆清 主审第六章.ppt

第六章 无机物化工实例——硫酸的生产,,6.1概述,6.1.1硫酸的性质 6.1.2制造硫酸的原料 6.1.3 硫酸的生产方法 6.1.4 硫酸生产中耐酸材料的选择,6.1.1硫酸的性质,6.1.1.1硫酸的结晶温度 6.1.1.2硫酸的密度 6.1.1.3硫酸的沸点及蒸气组成 6.1.1.4硫酸的粘度,6.1.1.1硫酸的结晶温度,图6-1 H2SO4·H20体系结晶图,表6-1 H2SO4·H20体系结晶化合物,6.1.1.2硫酸的密度,硫酸和发烟硫酸的密度如图6-2所示在工业生产中，往往是利用测定酸的温度与比重，再由图表查出酸的浓度但浓度为90～100%的硫酸，其比重随浓度的变化不显著，因此不能用直接测量比重求浓度的方法求得当酸的浓度大于90％时，常采用双倍稀释比重法来测定双倍稀释比重法是用同体积的水来稀释浓酸，测得比重查出加水后硫酸的浓度再换算出原始硫酸的浓度),图6-2硫酸和发烟硫酸密度,6.1.1.3硫酸的沸点及蒸气组成,6.1.1.4硫酸的粘度,6.1.2制造硫酸的原料,⑴硫铁矿 ⑵硫磺 ⑶有色金属冶炼烟气 ⑷石膏,⑴硫铁矿,⑵硫磺,我国硫磺资源贫乏，不仅天然硫磺很少，而且工业硫磺产量也极少，但是国外的硫磺资源却很丰富。

随着环保要求的提高和技术的进步，硫磺作为工业副产品产量和质量不断提高，生产成本大幅度降低目前，硫磺制酸在硫酸工业中已占主导地位 硫磺有三种同分异构体：斜方硫、单斜硫和塑性硫，斜方硫的熔点为112.6℃，单斜硫的熔点为119.2℃，塑性硫是190℃熔融硫在水中骤冷得到的无定形硫硫磺熔化后，温度继续升高，其粘度逐渐降低，150℃时达到最低点，以后温度继续升高，其粘度逐渐增大⑶有色金属冶炼烟气,⑷石膏,6.1.3 硫酸的生产方法,6.1.3 硫酸的生产方法,6.1.4 硫酸生产中耐酸材料的选择,6.1.4.1耐酸金属材料 6.1.4.2耐酸非金属材料,6.1.4.1耐酸金属材料,⑴钢及铸铁 ⑵不锈钢及硅铁 ⑶铅,⑴钢及铸铁,冷浓硫酸、发烟硫酸与钢及铸铁接触时，在钢或铸表面上生成一层坚固的氧化铁和硫酸盐保护膜，使金属表面“钝化”不再受腐蚀由图6-4可知，温度在40℃以下时，对于浓度为72～78％和90～100%的硫酸，碳钢和铸铁的耐腐蚀性均较好当温度较高时，铸铁比碳钢更耐腐蚀故在生产中，冷硫酸的储罐和管道可以用碳钢和铸铁制造，浓硫酸的冷却器、管道、泵和各种阀门则用铸铁制造对于游离三氧化硫大于25%的发烟硫酸，由于三氧化硫能引起铸铁脱碳而发生晶间腐蚀，所以发烟硫酸的冷却器和管道不能用铸铁而用钢制造。

⑵不锈钢及硅铁,⑶铅,6.1.4.2耐酸非金属材料,⑴耐酸无机材料 ⑵耐酸有机材料,⑴耐酸无机材料,⑵耐酸有机材料,6.2 二氧化硫炉气的制造,6.2.1 反应原理 6.2.2 工艺流程 6.2.3 焚硫炉,6.2.1 反应原理,6.2.2 工艺流程,6.2.2 工艺流程,6.2.3 焚硫炉,目前均采用卧式焚硫炉，其图6-6所示 焚硫炉炉体是由钢板卷制而成的圆柱形筒体，内衬保温砖和耐火砖这种炉子比燃烧容积一般为0.5～1.0米３／(吨硫•日)图6-6 焚硫炉 1-空气进口 2-机械喷嘴 3-旋流叶片 4-二次空气进口 5-折流挡板 6-炉气出口,6.3 炉气的净化与干燥,6.3.1炉气的净化 6.3.2炉气和空气的干燥,6.3.1炉气的净化,6.3.1.1杂质的危害及净化要求 6.3.1.2净化原理 6.3.1.3炉气净化的工艺条件及流程,6.3.1.1杂质的危害及净化要求,6.3.1.1杂质的危害及净化要求,6.3.1.2净化原理,①砷和硒的清除 ②酸雾的形成与清除,①砷和硒的清除,①砷和硒的清除,②酸雾的形成与清除,表6-2 硫酸蒸汽的临界过饱和度,②酸雾的形成与清除,6.3.1.3炉气净化的工艺条件及流程,⑴酸洗流程 ⑵水洗流程 ⑶干法净化流程,⑴酸洗流程,①标准酸洗流程 ②热浓酸洗净化流程 ③其他酸洗流程,①标准酸洗流程,①标准酸洗流程,②热浓酸洗净化流程,③其他酸洗流程,⑵水洗流程,⑶干法净化流程,6.3.2炉气和空气的干燥,6.3.2.1炉气的干燥原理 6.3.2.2工艺条件的选择 6.3.2.3工艺流程,6.3.2.1炉气的干燥原理,6.3.2.2工艺条件的选择,①喷淋酸的浓度 ②喷淋酸的温度 ③气体温度 ④喷淋密度,①喷淋酸的浓度,①喷淋酸的浓度,表6-3干燥后条件中的酸雾与喷淋酸浓度和温度的关系,表6-4 二氧化硫损失与干燥塔喷淋酸的浓度和温度的关系,②喷淋酸的温度,③气体温度,④喷淋密度,6.3.2.3工艺流程,6.4 二氧化硫的催化氧化,6.4.1 二氧化硫氧化的理论基础 6.4.2二氧化硫催化氧化的最适宜条件,6.4.1 二氧化硫氧化的理论基础,6.4.1.1 二氧化硫氧化反应的化学平衡 6.4.1.2 二氧化硫氧化的催化剂 6.4.1.3二氧化硫催化氧化的动力学,6.4.1.1 二氧化硫氧化反应的化学平衡,6.4.1.1 二氧化硫氧化反应的化学平衡,6.4.1.1 二氧化硫氧化反应的化学平衡,6.4.1.1 二氧化硫氧化反应的化学平衡,表6-6 平衡转化率与温度、压力的关系,6.4.1.2 二氧化硫氧化的催化剂,表6-7 S10l型钒催化剂活性与国外钒催化剂活性比较,6.4.1.3二氧化硫催化氧化的动力学,⑴ 二氧化硫氧化反应的机理 ⑵二氧化硫氧化反应过程的接触时间 ⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑴ 二氧化硫氧化反应的机理,⑴ 二氧化硫氧化反应的机理,⑵二氧化硫氧化反应过程的接触时间,⑵二氧化硫氧化反应过程的接触时间,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,⑶二氧化硫催化氧化的动力学,6.4.2二氧化硫催化氧化的最适宜条件,6.4.2.1最适宜温度 6.4.2.2最适宜的二氧化硫起始浓度 6.4.2.3最适宜的最终转化率 6.4.2.4二氧化硫催化氧化的工艺流程与设备,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,表6-8 计算结果汇总表,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.1最适宜温度,6.4.2.2最适宜的二氧化硫起始浓度,⑴二氧化硫浓度与催化剂用量的关系 ⑵生产能力与二氧化硫浓度的关系,⑴二氧化硫浓度与催化剂用量的关系,①定额指标计算 ②理论催化剂用量的计算,①定额指标计算,②理论催化剂用量的计算,②理论催化剂用量的计算,⑵生产能力与二氧化硫浓度的关系,⑵生产能力与二氧化硫浓度的关系,6.4.2.3最适宜的最终转化率,6.4.2.3最适宜的最终转化率,6.4.2.4二氧化硫催化氧化的工艺流程与设备,⑴转化器的类型 ⑵工艺流程,⑴转化器的类型,二氧化硫催化氧化过程是在转化器中进行的。

转化器型式很多，但无论那种型式，都应当保证所需的催化剂量最小，而设备的生产强度最大同时尽可能使反应过程沿最适宜温度曲线进行此外，还要求对气流的阻力小，结构简单，便于制造、安装、检修和操作，投资少⑵工艺流程,①“一转一吸”流程 ②“两转两吸”流程,①“一转一吸”流程,一转一吸流程根据换热或降温方式不同分为两大类，即间接换热式流程和冷激流程四段化间接换热式流程如图6-18所示此流程的主要特点是，只有最后一段转化后的气体换热设在转化器外，其余各段的换热器都装置在转化器内，与转化器成为一体 经过净化后的炉气经鼓风机1，送入换热器3的管间，被管内热的转化气初步加热后，依次进入转化器4的中部和上部换热器管间，继续被管内热转化气加热到440℃左右加热后的炉气由顶部进入转化器，再依次通过第一段催化床层、上部换热管内，第二段催化床层、中部换热器管内、第三段催化床层、下部换热器管内，最后通过第四段催化床层离开转化器，进入换热器3的管内，再经过三氧化硫冷却器2的管内，经冷却后送入吸收工序①“一转一吸”流程,四段转化炉气冷激式示意流程如图6-19所示，炉气分为两路，大部分依次通过换热器1、2、3使温度升高到催化剂起始活性温度以上，然后进入转化器4内的第一段催化床层进行反应，小部分冷炉气直接送到转化器的第一、二段催化床层之间，与第一段转化后的热气混合。

降低温度后的混合气体依次通过第二段催化床层、换热器3、第三段催化床层、换热器2、第四段催化床层、换热器1，最后离开转化工序去吸收目前，为了提高最终转化率，炉气冷激只用于第一、二段之间，而后面各段之间采用间接换热②“两转两吸”流程,两转两吸”流程的基本特点是，二氧化硫炉气在转化器中经过三段转化后，送中间吸收塔吸收三氧化硫，未被吸收的气体返回转化器第四段，将未转化的二氧化硫再次转化，送吸收塔吸收三氧化硫，由于在两次转化之间，除去了三氧化硫，使平衡向生成三氧化硫方向移动，因此最终转化率可提高到99.5%至99.9%6.5 三氧化硫的吸收,6.5.1 三氧化硫的吸收 6.5.2 吸收流程的配置 6.5.3 吸收的主要设备,6.5.1 三氧化硫的吸收,6.5.1.1吸收原理 6.5.1.2硫酸吸收三氧化硫的最适宜条件,6.5.1.1吸收原理,6.5.1.2硫酸吸收三氧化硫的最适宜条件,⑴硫酸的浓度 ⑵硫酸的温度,⑴硫酸的浓度,⑵硫酸的温度,6.5.2 吸收流程的配置,6.5.3．吸收的主要设备,6.5.3.1吸收塔 6.5.3.2 冷却器,6.5.3.1吸收塔,目前国内多数厂还是采用填料塔，其结构如图6-26所示。

塔的外壳用钢板制成，内衬砖塔的下部用耐酸砖砌成一层隔板，隔板有若干孔道气体和酸液通过隔板上堆有填料，使气液更好地分布触在塔的上部设有分酸装置，目的是使淋洒酸在整个面上分布得更均匀分酸装置一般用铸铁制造，但在发烟酸吸收塔中则用碳钢或铸钢制造在分酸装置上面，设有捕沫层用来捕集气体中的酸沫 近年来，为了提高填料塔三氧化硫的吸收效率，不再用拉西环、鲍尔环填料，改用新型的阶梯环填料阶梯环填料的特点是：传质系数高，抗污性能好，压降小，电能消耗低，酸沫夹带少，据实际测定，使用阶梯环其他填料后，吸收塔的能力可增大33%6.5.3.2 冷却器,一般采用排管冷却器和螺旋冷却器螺旋冷却器构造紧凑，占地面积小，冷却效率比排管冷却器高它的缺点是构造复杂，设备费用高，清理和检修较麻烦6.6 硫酸生产中的综合利用和三废治理,6.6.1 热能的回收与利用 6.6.2 烧渣的综合利用 6.6.3 污水处理 6.6.4 从硫酸废泥中提取硒 6.6.5 尾气回收,6.6.1 热能的回收与利用,由硫磺或硫铁矿制造二氧化硫气体及二氧化硫转化为三氧化硫时，均放出大量的反应热量这些反应热除了能满足硫酸生产过程的需要外，还可以对外输出供其他部门使用。

目前，国内废热利用方法主要是采用废热锅炉生产蒸汽对外供热或发电6.6.2 烧渣的综合利用,硫铁矿焙烧后产生大量的烧渣，当矿石含硫为25～35％时，每生产一吨硫酸约副产0.7～0.8吨的烧渣烧渣中除含有较高的铁外，还含有一定数量的钢、铅、锌、钴等有色金属，烧渣中的这些物质必须加以综合利用烧渣中铁含量在60％以上，硫含量在0.5％以下者，可用于炼铁对较低品位硫铁矿则采用磁化焙烧，烧渣进行磁选富集后炼铁含有色金属组分较高的矿料，回收烧渣中的有色金属后，再作为炼铁原料，目前回收烧渣中有色金属采用的主要方法有中温氯化法、高温氯化挥发法、磁化还原法、硫酸化焙烧法、离析法和电热法等较普遍采用的方法是氯化法和硫酸化法6.6.3 污水处理,6.6.3.1污水处理的方法和原理 6.6.3.2污水处理流程和设备 6.6.3.3沉淀渣的利用,表6-9 工业“废水”最高容许排放浓度,6.6.3.1污水处理的方法和原理,6.6.3.1污水处理的方法和原理,6.6.3.1污水处理的方法和原理,6.6.3.2污水处理流程和设备,图6-27为污水处理的。