工業制取硫酸分爲三個階段:
第一階段:含硫礦物燃燒産生SO2
原料與設備:硫磺或黃鐵礦(FeS2);沸騰爐
反應特點:設備提供高溫條件引發(fā)反應,礦粉中的硫元素與空氣中的氧氣反應産生SO2,由于該反應放熱,反應一旦被(bèi)引發(fā),不需要再額外提供熱量維持反應的進(jìn)行;
將(jiāng)含硫礦物充分粉碎,預熱後(hòu)從上口投入沸騰爐,熱空氣以一定流速從設備底部通入,將(jiāng)礦粉吹起(qǐ)翻騰,使空氣與礦粉充分接觸,以提高反應速率以及原料轉化率。
第二階段:SO2催化氧化産生SO3
原料與設備:第一階段産生的SO2并投入催化劑V2O5;接觸室
反應特點:該反應爲可逆反應且正向(xiàng)放熱,反應較慢且轉化率低;
通過(guò)熱交換將(jiāng)反應放出的熱量帶出,一方面(miàn)降低溫度使平衡正向(xiàng)移動提高原料的轉化率,另一方面(miàn)這(zhè)部分熱量對(duì)通入的原料氣體進(jìn)行預熱提高反應速率,因此該設備也不需要額外提供熱量
第三階段:吸收SO3生成(chéng)硫酸
原料與設備:第二階段産生的SO3并投入濃硫酸;吸收塔
反應特點:非氧化還(hái)原反應,反應放熱;
由于SO3與水反應生成(chéng)硫酸明顯放熱,若用水吸收會(huì)産生酸霧腐蝕設備,濃硫酸沸點高且難揮發(fā),因此使用濃硫酸吸收SO3生成(chéng)發(fā)煙硫酸。SO3氣體從下口通入,濃硫酸從上口噴淋,通過(guò)對(duì)流使SO3氣體被(bèi)充分吸收
該工業流程的思考
工業制硫酸的各階段反應均爲放熱反應,反應一旦引發(fā),反應放出的熱量可以維持反應持續進(jìn)行,減少了熱量的消耗;
向(xiàng)設備中投入原料時氣體從下口通入,另一原料從上口投入,通過(guò)對(duì)流使反應更快更充分;
生産過(guò)程中會(huì)産生酸性氣體SO2或SO3,需要用堿液吸收尾氣以免氣體洩漏引起(qǐ)環境污染。