工业化学复习题.doc

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1、第三章、硫酸工业1.阐述硫铁矿为原料制取硫酸的主要工序及焙烧原理，并写出主要化学反应式。（10分）接触法硫酸生产过程⑴选矿：原料破碎、筛分、配料或干燥；⑵硫铁矿焙烧；⑶炉气净化；⑷SO2催化氧化；⑸炉气干燥和SO3吸收；⑹尾气回收SO2和污水处理。焙烧原理第一步是硫铁矿中的有效成分FeS2受热分解（高于400℃）成FeS和单体硫。这一步是吸热反应，温度越高对FeS2分解反应越有利。2FeS2=2FeS＋S2第二步是分解出的单体硫与空气燃烧，生成SO2S2＋2O2=2SO2硫铁矿在释出硫磺后，剩下的硫化铁在氧分压为3.04kPa以上时，生成红棕色的Fe2O3FeS

2、＋7O2=2Fe2O3＋4SO2当氧含量在1％左右时，则生成棕黑色的Fe3O43FeS＋5O2=Fe3O4＋3SO2主要反应总反应方程式：4FeS2＋11O2=8SO2＋2Fe2O33FeS2＋8O2=6SO2＋Fe3O4副反应：2FeS2＋7O2=Fe2(SO4)3＋SO2硫铁矿中所含Cu、Pb、Zn、Co、Cd、As、Se等的硫化物，在焙烧后一部分成为氧化物2.SO2催化氧化工艺条件如何确定？（20分）一、温度放热反应，降低温度，平衡转化率提高。反应速率随温度升高而迅速增大。催化剂有极限温度（起燃温度）和耐热极限温度（活性温度），范围在420℃~600℃。确

3、定SO2转化反应温度的原则：在催化剂活性温度范围内，催化剂床层温度应尽量沿着最佳温度线变化，此时达到同样转化率所需催化剂量最少。这就要求原料气需预热至催化剂的起燃温度，然后随着反应的进行，适当移走多于的反应热，使床层温度尽可能地沿着最佳值变化。特别在反应后期，为了达到高的SO2转化率，反应必须在较低温度下进行。因此SO2转化反应及工业上多数可逆放热反应过程，总是与换热过程联系在一起。二、SO2原始浓度随着SO2浓度增加，O2浓度相应地下降，这两个因素都会使反应速率下降，则达到一定转化率时所需的催化剂用量将增加；另一方面，炉气中SO2浓度高，则生产每吨硫酸所需的原

4、料气量少，对同样设备，系统阻力较小，动力消耗较低，或对同一生产能力的装置，所需设备和管道等的尺寸较小，投资较少，设备折旧费降低。根据硫酸生产总费用最低的原则，可以得到以硫铁矿为原料时，进入SO2转化器的最佳浓度为7％～7.5％。三、压力加压可提高SO2的平衡转化率，还可以减少设备尺寸，提高SO3的吸收速率。但加压增加动力消耗，腐蚀压缩机，对设备结构和操作的要求提高。而在较适宜的条件下，常压操作也可取得很高的转化率，因而目前SO2转化仍以常压操作为主。四、最终转化率提高最终转化率可以减少尾气中SO2含量，减轻对大气的污染，同时也可提高硫的利用率；但最终转化率的增加

5、，将导致催化剂用量和流体阻力增加，设备尺寸增大。最终转化率的最佳值与所采用的工艺流程、设备和操作条件有关。3.如何从热力学和动力学角度确定SO2催化氧化温度条件？（10分）SO2+1/2O2→SO3+Q反应特点：体积缩小,Q>0可逆放热反应SO2转化反应是一个可逆反应，在SO2转化反应中，同时进行着SO2的氧化和SO3的分解反应，当两个反应的速率相等时，反应达到化学平衡状态。SO2转化反应是一个放热反应，降低反应温度会使平衡转化率提高。反应速率随温度的升高而迅速增大；但催化剂有起燃温度，为了保证催化剂的正常使用，应该选择合适的温度；在选择温度指标时，不但要考虑有

6、较高的转化率，还要考虑有较高的反应速率。在工业生产中，可通过分段转化，控制不同的转化温度来实现较高的转化率和较快的反应速率。反应初期宜使气体在较高的温度下转化；反应的后期，宜使气体在较低的温度下转化。2.在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成的原因，以及酸雾怎样清除之。（15分）酸雾的形成在炉气湿法净化过程中，由于炉气被洗涤冷却，大量的水蒸气进入气相，于是炉气中的SO3(g)在气相中发生反应，生成了硫酸蒸气SO3(g)＋H2O(g)=H2SO4(g)当气相中硫酸蒸气压大于洗涤液液面上的饱和蒸气压时，硫酸蒸气就会冷凝。硫酸蒸气在气相中快速冷凝时就会形成酸雾

7、。炉气在洗涤时，冷却速度是很快的，因而必然会生成酸雾液滴。如果存在凝结中心(如杂质微粒)，则生成酸雾粒子就大。所以，伴随着炉气的洗涤、降温过程，矿尘、砷、硒和氟等杂质不断地从气相中被除去，同时产生了酸雾。气相中残余的细小尘粒和砷、硒氧化物悬浮微粒亦成为酸雾的冷凝中心。初形成酸雾雾粒较大，由于气体中悬浮有各种气溶胶粒子，硫酸蒸汽就在它们表面发生冷凝形成直径较大雾粒。用特殊方法清除从分离的角度看，雾不能用普通方法除掉，这是因为⑴细小的微粒(滴)倾向于跟随流体的流线运动，难以通过撞击方式捕捉，使之与气体分离；⑵雾粒直径比分子直径大得多，故不能通过扩散的方式使之进入液相

8、，即不能被体吸收。因而酸