2013709/15

14:422020/5/7第一扁硫酸生產工藝2020/5/7第一章

概述第一節硫酸的性質硫酸是指三氧化硫

(SO?)

和水(H?O)

以任何比例化合的物質。純硫酸

(H?SO?)

是一種無色透明的油狀液

體，相對密度為1.8269,分子量為98.08。工業生產的硫酸系指SO?

和H?O

以一定

比例化合的溶液，而發煙硫酸是其中

SO?

和H?O

摩爾比大于1的溶液。2020/5/7相對密度是指物質的密度與參考物質的密度在各自規定的

條件下之比。

一般參考物質為空氣或水。當以水作為參考密度時，即1g/cm3作為參考密的密度)時，過去稱為比重(specific

gravity)。相對密度一般是把

●

水在4℃的時候的密度當作1來使用，

另一種物質的密度跟它相除得到的。相對密度只是沒有單位而已，數值上與實際密度是相同的。根據某些物質的相對密度，可推測其某種消防特性，采取

相應消防措施。如相對密度<1的易燃和可燃液體發生火災不

應用水撲救，因為它會浮在水面上，非但救不滅，反而隨水

流散，擴大了損失。因此應使用泡沫、干粉滅火。又如相對密度<1的易燃氣體和蒸氣，容易擴散和空氣形成爆炸性混合物，容易沿地面、溝渠遠距離流動，如遇明火，會發生返燃。

在確定車間、庫房通風口位置時，

比空氣輕的氣體，通風口

應設在空間的上方；比空氣重的氣體，通風口應設在空間的

下方。2020/5/7硫酸濃度是以所含H?SO?

重量的百分數表。

示。如98%硫酸，就是指其中含有98%的

硫

酸和2%重量的水。習慣上把濃度≥75%

的

硫

酸叫濃硫酸，而把75%以下的硫酸叫稀硫酸

。硫酸的結晶溫度特性：

硫酸從液體轉變為固體時的溫度稱為結晶溫度，它隨濃度不同而變化，其變化過程是不規則的，但是，知道幾種常見的結晶溫度，對搞好硫

酸生產、儲存、運輸等是很有幫助的：2020/5/7水的反常膨脹現象一般物質由于溫度影響，其體積為熱脹冷縮。

但也有少數

熱縮冷脹的物質，如水、銻、鉍、液態鐵等，在某種條件下恰好與上面的情況相反。實驗證明，對0℃的水加熱到4℃時，

其體積不但不增大，反而縮小。當水的溫度高于4℃

時，它的

體積才會隨著溫度的升高而膨脹。因此，水在4℃時的體積最

小，密度最大。湖泊里水的表面，當冬季氣溫下降時，若水

溫在4℃以上時，上層的水冷卻，體積縮小，密度變大，于是

下沉到底部，而下層的暖水就升到上層來。這樣，上層的冷

水跟下層的暖水不斷地交換位置，整個的水溫逐漸降低。這

種熱的對流現象只能進行到所有水的溫度都達到4℃時為止。

當水溫降到4℃以下時，上層的水反而膨脹，密度減小，于是

冷水層停留在上面繼續冷卻，

一直到溫度下降到0℃時，上面

的冷水層結成了冰為止。以上階段熱的交換主要形式是對流。

當冰封水面之后，水的冷卻就完全依靠水的熱傳導方式來進行熱傳遞。由于水的導熱性能很差，因此湖底的水溫仍保持

在

4

℃

左

右。

這

種水的

反

常

膨

脹

特

性，保

證

了水

中

的

動

植

物，能在寒冷季節內生存下來。這里還應注意到，冰在冷卻時與

一般物質相同，也是縮小的。受熱則膨脹，只有在0℃到4℃

的范圍內的水才顯示出反常膨脹的現象來。2020/5/793%:-27℃

98.5%:

1.8℃100%:10.371℃硫酸是強酸之一，不僅具有強酸的通性，而且還有它的特性，例如98

%H?SO?

具有脫水、氧化、吸水等性能。2020/5/7表5-2-275～100%濃度的硫酸結晶溫度(濃

度%結品溫度C固

相濃

度%結品混度筆圓

相7576777879808182838484.5858687—41.0-28.1-19.4-13.6-8.2-3.6+1.5+4.8+7.0+8.0+8.3+7.9+6.6+4.1共

熔H?SO,

·2H,O+H?SO?

·H?OH?SO?H?O88899091929393.3949696979899100+0.5-4.3-10.2-17.3-26.6-35.05-37.85—30.8—21.8-13.6-6.3+0.1+5.7+10.45H?SO?

·H,O共

路HSO

·H?Q+H,SO.H?SO?2020/5/7一可以任何比例溶解于水，伴隨大量

的熱

產生。純凈的硫酸是清澈、無色透明的油

狀液體，但不純時為棕色或灰白色液體，無氣味但有明顯的酸味。(1)硫酸的密度

隨著濃度和溫度的變化

而不同。當酸濃小于98.3%時硫酸的水溶液

的密度隨著硫酸濃度的增加而增大，

于98.3%時達到最大值，當酸濃在98.3%至100%時隨著酸濃增大而下降。發煙硫酸隨著其中游離的SO?含量增加而增大，游離SO362%時為最大值，過后則逐漸減小。

2020/5/7硫酸是最重要的無機強酸之一，濃硫酸具有強酸

性、強氧化性、強的吸水性等。當加熱到30℃以上

放出蒸氣，加熱到200℃以上，散發出三氧化硫。1.

硫酸是一種強酸，具有酸的特

性，它的化學性質非?；顫?，根據硫酸的濃度和溫度及金屬的種

類不同，而生成H?、H?S、SO?

、S及金屬的硫化物和

硫酸鹽。a、稀硫酸能與金屬直接反應，放出氫氣，所以它對金屬具有強烈的腐蝕性。2020/5/7Fe+H?SO?

=FeSO?

+3H?

↑b、

與金屬氧化物作用，生成硫酸鹽。Fe?O?

+3H?SO?

=Fe?

(SO?

)?

+3H?O2.濃硫酸具有強的氧化性。Cu+2H?SO?

(濃)=CuSO?+SO?

1+2H?O2020/5/73.濃硫酸具有強的吸水性。濃硫酸對水有大的親和力，吸收大氣水分，從有機物中提取水份導致碳化。利用

其這一性質可用來作干燥劑，如硫酸生產中用其干燥濕的SO?爐氣。濃硫酸不僅能夠吸收游離水份，而且可以把碳水化合物中的氫和氧按2:1的比例以水的形式脫下，這是硫酸傷人的主要途徑。2020/5/7通常指其水溶液具有酸味，使紫色石蕊變紅，能與堿作用生成

鹽，能溶解許多金屬的物質。分類和命名根據酸在水溶液中電離度的大小，分為強酸和弱酸；

根據酸中可電離氫離子的數目，分為一元酸(如HCI、CHCOOH)、

二

元酸(如HCO、HSO)

和三元酸(如HPO)等；根據酸中含氧與否，分為

含氧酸和無氧酸。無氧酸稱氫某酸，其中除氫氯酸HCI(鹽酸)、

氫溴酸HBr和氫碘酸HI外都是弱酸，如氫氟酸HF和氫硫酸H2S等。含氧酸的命名：對於分子中只含一個成酸元素的簡單含氧酸，將

其較為常見的一種稱某酸，其他含氧酸按成酸元素的氧化數較某

酸高、低或有無過氧—0-0—結構而命名。例如氯酸HClO(氯的氧

化數為+5)、

高氯酸HClO(氧化數+7)、

亞氯酸HClO(氧化數為+3)、

次氯酸HClO(氧化數+1);又如HSO、HSO8

中含有一0-0—鍵，稱

過氧一硫酸、

過氧二硫酸。兩個簡單含氧酸縮去一分子水后生成

的酸稱焦酸(或稱一縮某酸),例如：2020/5/7第二節硫酸的用途硫酸用量最大的是生產化學肥料，主要是用于生產磷銨、重過磷酸鈣、硫銨

等。在化學工業中，硫酸的三大特性：

吸水性、脫水性、氧化性得到充分的利用為了明顯顏色差異化，我們特意在暗光環境下拍攝，效果很明顯，左側天然寧夏構杞紅中發紫，右側則鮮紅靚麗，為硫磺熏制構杞，購買時要千萬小心呦!天然優質枸杞

硫磺熏制椅杞VS濃硫酸的性質(三大特性)a

、吸水性濃H?SO?吸收水形成水合硫酸分子(H?SO?

·nH?O),并放出大量熱，所以濃硫酸通常用作干燥劑.b、脫水性

濃硫酸可將有機化合物中的氫原子和氧原子按水分子的構成(H:O=2:1)

奪取而使有機物脫水碳化.紙，木柴，衣服等遇

濃硫酸變黑，這就是因為濃硫酸的脫水性使

其碳化的緣故.2020/5/7思考：如果不慎在皮膚上沾上了濃硫酸，

·

●應該怎么辦?C、強氧化性在濃硫酸溶液中大量存在的是H?SO?分子而不是H1,H?SO?分子具強氧化性.濃硫酸可使金屬活動性順序表氫后面的一些金屬溶解，可將C,S等非金屬單質氧化，而濃

硫酸本身還原成SO?

.2020/5/7鈍化：常溫下，濃硫酸能使某些金屬(如鐵、鋁

等)

表面生成一層致密

的氧化物保護膜，從而阻止內部的金屬繼續跟硫酸起反應，此現象稱為“"鈍

化"。

所以可以用鐵制的或是鋁制的容器來盛裝濃硫酸2020/5/7第三節生產硫酸用的原料制酸原料，是指能夠產生二氧化硫的含硫物質。

·

●如硫化物礦、硫磺、硫酸鹽、含硫化氫的工業廢

氣

，

以及冶煉煙氣等。一、硫鐵礦主要成分為FeS?二、

硫磺硫磺是制造硫酸使用最早且又最好的原料，硫在通常情況下為固體。硫是活潑的化學元素之一，除了鉑、金和惰性氣體外，硫幾乎與其他的化學元素化合組成化合物。2020/5/7(一)硫磺的物化特性硫磺在通常情況下為固體。硫幾乎不溶于水，●但少量的溶于汽油、甲苯、丙酮等有機溶劑及二氧化碳。為淡黃色晶體。化學性質比較活潑，能與氧、金屬、氫氣、鹵素(除碘外)及已知的大多數元素化合。它存在正

氧化態，也存在負氧化態，可形成離子化合物、共

價化合成物和配位共價化合物。硫的燃點：244～266℃。2020/5/7中國的湖南石門，世界最大的雄黃礦。美國的內華達州紅

德堡區、猶它州圖爾區、加利福尼亞州克恩區、華盛頓；瑞

士的比內索；羅馬尼亞藥用價值編輯[藥物]為礦物雄黃的礦石。產于甘肅、陜西、湖南、貴州、

云南、四川等地。全年可采，雄黃在礦中質軟如泥，見空氣即變堅硬，可用

竹刀取其熟透部分，除去雜質泥土，精選后碾細，生用。[藥化]含硫化砷As4S4,

雜有少量鎂、鐵等鹽類。[藥理](1)有抗腫瘤作用，能抑制移植性小鼠肉瘤S-180

的生長，并對細胞有腐蝕作用。化學成分：

As

70.1%,S

29.9%雄磺2020/5/7當硫磺粉塵在空氣中的含量≥35g/m3時，接觸到火源能引起爆炸。最小引燃能量為15mJ,

最大爆炸壓力為27.36×104Pa。長期在硫粉塵環境中工作的人員，必須穿戴好防護用品，否則將引起呼吸系統疾病，經常接觸硫的人，也會引起皮炎等癥。2020/5/7粉塵是指分散的固體物質。粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火●花等火源時發生的爆炸現象。條件：

可燃粉塵爆炸應具備三個條件，即粉塵本身具有爆炸性，粉塵必須懸浮在空氣

中并與空氣混合到爆炸濃度，有足以引起粉

塵爆炸的火源。2020/5/7什么樣的粉塵有可能發生爆炸?最常見的粉塵爆炸有煤粉、淀粉、面粉、茶葉、木粉、●

糖粉、可可粉塵，玉米粉、土豆粉、

干

奶粉、鋁粉、鋅粉、鎂粉、硫磺粉、硬橡膠粉、

牛藥材加工廠的鋸屑、藥材粉塵，谷物加工廠

和糧食倉庫的糧食粉塵等。這粉塵必須呈懸浮狀態。這些粉塵與空氣混合后，就如同可燃氣體或易燃液體的蒸氣與空氣混合一樣，

達到一定的濃度遇火源才會發生爆炸。2020/5/7粉塵爆炸2020/5/7火山口的硫磺2020/5/7Baido百科2020/5/72020/5/7二、硫的熔點硫的溫度達到熔點時，硫將熔融成具有流動性質的液體硫。硫的熔點：110～120℃

。正交晶系硫在98.35℃以下穩定，98.4℃轉變

為單斜晶系硫，轉變熱為12.53J/g,

堆積密度

2.07g/ml。單斜硫在98.35～115.207℃間穩定，115.207℃以上則變為液體，熔化熱為53.59J/h,堆積密度1.96g/ml。2020/5/7(三)硫的粘度熔融硫的粘度隨溫度而變化，

一般是初熔時的粘度隨溫度升高而下降，當溫

度超過159℃后，

粘度隨溫度升高而急

劇

增大。當繼續提高溫度達190℃

時，硫的

粘度達到極大值，當溫度超過190℃后，粘度又恢復到初熔時的特性。當溫度升高到250℃

以后，又引起硫的粘度急劇下降。

2020/5/7(四)硫磺的組成及常見的雜質1.可熔性的雜質：有機烴類物質、砷、硒、碲等。2.不可熔性的雜質：泥土、灰渣、硫鐵

礦、磷礦等。3.液體硫磺中的水份(≤0.1%)、酸度(≤0.005%

04.硫磺的純度：99.5%。2020/5/7四

、硫酸的生產方法按二氧化硫的氧化方法不同，可把硫酸生產分成兩類。一類是接觸法。10.5%左右的二氧化硫

(SO?)

進入轉化器，在釩觸媒

(V?O?)

的催化氧化作用下與氧氣在一定溫度下反應生成三氧化硫

(SO?),

其反應方程式為：2SO?(g)+0?(g)→2SO?(g)+Q此反應有三個特點：

放熱反應、可逆反應、體積縮

小的反應2020/5/7另一類是亞硝基法(又稱硝化法)硝化法：

SO?

+N?O?

+H?O=H

?SO?

+2NO2NO+1/2O?

=N?O?我國目前接觸法制酸，主要有硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫化氫制酸。開磷合資及礦肥公司現都是采用硫磺生產硫酸。2020/5/7作業：1、硫酸有哪三大特性?2

、掌握硫酸的結晶溫度對硫酸的生產有什么作用?3

、如果不慎在皮膚上沾上了濃硫酸，應該

怎樣做?4、

為了便于液體硫磺的輸送，溫度為什么

控制在135℃到145℃之間?2020/5/7如果你只被滴了一滴或少量硫酸在手上，灼燒面積不會太大，迅速用大量的水沖洗，可減少硫酸灼燒的時間，能有效地去除濃硫酸，且濃硫酸稀釋放出的熱量會很快被水帶

走，不會造成更嚴重的灼燒。但是如果是大

面積灼燒，不能立即用水沖洗。應用干布擦

拭再用大量水沖，再涂少量碳酸氫鈉。這取

決于濃硫酸稀釋過程中放出的熱量的散去程度。2020/5/7第二章硫酸生產的基本原理第一節硫的燃燒硫磺在空氣中燃燒，產生有刺激性氣味氣體，放出熱量，發出明亮的藍紫色

火焰，生成二氧化硫物質，硫磺的燃燒

反應通常可以用下式表示：S+O?=SO?

。硫

磺燃燒氣體中還有SO?,

其量約相當SO?

的1～5%2020/5/7發生燃燒必須具備三個基本條件：

一是要有可燃物，二是要有

助燃物質；三是要有一定溫度，

稱為燃燒三要素，當這三個要素同時具備并相互作用時就會產生

燃燒。2020/5/7第二節轉化工藝操作條件轉化工藝操作條件主要有：轉化反應的操作溫度、轉化反應的進氣濃度及轉化器的通氣量一、轉化反應的操作溫度二氧化硫氣體在觸媒里反應放出的熱量，既沒有移走，也沒有損失，全部用于加熱觸媒和反

應氣體本身，這個過程一般稱為絕熱反應過程2020/5/7例：第一段觸媒層，進氣二氧化硫濃度為8.0%,進口溫度為430℃,出口溫度為580℃,

求該段轉化率是多少?SO?濃度/%4.05.06.07.08.09.0

10.0轉化率變化1%的溫升值/℃1.171.451.732.002.26

2.522.78該段出口溫度-該段進口溫度

溫升值某段轉化率=2020/5/7上面介紹了知道溫差如何求轉化率的方法。反過來，如果知道轉化率就可求出溫差數。知道了溫差數，再給出一段出口溫度(不得超過

600℃的界限),就可算出一段進口的最高允許溫度，這對生產控制來說是很有實用價值的。580-430×1%

=

66

.4%2.26解：查表得溫升值為2.26:則轉化率

三2020/5/7在使用溫度(400~600℃)下，載體表面上的V205—K2SO4

組分處于熔融狀態，催化反應實際上是在熔融液層中進行觸媒的失活及再生1、失活的原因(1)、水酸霧和礦塵的影響單純的水蒸汽對催化劑影響不

大，但若與SO3。

結合，生成酸霧，再與礦塵作用，會生成硫酸鐵而結

皮，增加通氣阻力。水和酸霧還可能使催化劑組分中堿金屬鉀鹽

作用析出，生成一種低熔點混合物，也會出現結塊現象，導致系統阻

力增加，影響轉化效率。水份、酸霧凈化指標應按原化工部的規

定，即進轉化：水份<0.1克/m3;

酸霧<0.005克/m3

(二級電霧流程)

或0.03克/m3

(一級電霧或文氏管除霧流程);礦塵凈化指標建議

控制在不超過1毫克/m32020/5/7(2)、

砷、氟的影響爐氣中砷含量高，可使催化劑中毒，活性下降。爐氣中氟含量高，會使催化劑粉化，破壞機械強度，同

時氟會腐蝕設備，降低設備使用壽命。砷凈化指標，建議控制

在1毫克/m3

以下；氟凈化指標，建議控制在不超過5毫克/m32

、催化劑再生硫酸工業生產中所用的釩催化劑在轉化器中，經過一定時間的運行，飽受水份及SO2氣體的沖擊，其

強度逐漸降低，以至碎裂，導致床層阻力逐漸加大，轉化率

下降，終于難以維持生產，必須更換新催化劑。而棄掉的催

化劑中據化學分析，除了活性組分V205;

含量減少外(仍含V205,3～5%),

其它重要成分K2SO4和SiO2含量基本符臺要

求，如能通過重新制造出再生釩催化劑，并達到同新催化劑

基本相同的效果，則每噸廢