工业上制造硫酸有两种方法:一种叫做接触法,一种叫做铅室法.现在看来,铅室法已经是比较陈旧了,没有多大发展前途.下面我们只介绍接触法生产硫酸的概要情况.
接触法制造硫酸的主要过程有:
(1)二氧化硫的制造;
(2)二氧化硫催化氧化成三氧化硫;
(3)三氧化硫的吸收和硫酸的生成
其中,由二氧化硫催化氧化成三氧化硫是整个生产过程里最主要的部分,
1,二氧化硫的制造前面讲过,二氧化硫可以从燃烧硫黄而制得,但一般以黄铁矿(FES2)为生产二氧化硫的原料。
黄铁矿在特制的燃烧炉里燃烧时,就有二氧化硫气体生,反应的化学方程式是:
4FeS2+1102=2Fe2O3+8S02
黄铁矿燃烧炉(图2-18)是用耐火成的一个巨大的圆简、外包有钢皮,炉内有用甜火醇成的平坦的护供8~9层(图213画t六层),上数第一、三,五等奇数层炉共的中心部分有一个围绕中心的环形开口,第二、四、六等偶数层炉的外围靠近炉壁处有有数个开口,因此,各层是相连通着的,在各层炉拱间都有两个连结在中心转上的铁把,資数层铁把的把齿稍向内斜,偶数层铁把把齿稍向外斜,先压辞的黄铁矿矿石从入口5处加入炉中,被最上层炉拱中的铁的把边(铁把随着中心转轴缓缓地转动)拨到中心开口处而落入第层;然后又技第二层炉拱中的铁把的把齿拨到外围,经边缘开口处落第三层.其后后依次逐层下落.供燃烧用的空气自入口3处送入,和石下落相逆的方向渐次上升(逆流).矿石在炉里一边移动,一边燃烧产生二氧化硫气体(称为炉气),最后由出口4处导出,矿石燃烧后菊下的废矿渣,由出口处排出炉外.燃烧炉中心的转轴和多层铁把的内
部,都用空气来冷却,燃烧炉中部的第四、第五层附近的温度最高,一般控制在850C,最高不应超过900C.炉气出口温度约为500C。
2.二氧化硫催化氧化成三氧化气中,除含有二氧化硫外,还含有没有用尽的空气(氧气和氮疏从燃烧炉出来的帅气)、水蒸气、砷的化合物(碑音“申”,是一种化学元素,在黄铁矿里常含有少量的的化合物,因此炉气里也常有砷的化合物)和灰尘(飞散的黄铁矿粉和炉渣等).为了保证二氧化硫催化氧化的正常进行,必分先经过一系列的精制系统。
(1)除尘:把燃烧炉里出来的炉气经过除尘室①,除去其中大部分的灰尘。
(2)洗涤:经过除尘的炉气,导入洗涤塔用稀硫酸洗涤,洗涤塔是用铅制成的,,里面填充着瓷环,由除尘室出来
①工业上用的除尘器有好多种,例如旋风除尘器、文丘里除尘器、电除尘器等,这些除尘器的结构,要在专门书籍里讨论,此处不作介绍。
的气体从塔底导入,塔顶则有稀硫酸喷下(图2·14).在洗塔里,可以洗去炉气中剩余的微量的灰尘和砷的化合物(它催化剂有毒害作用)。
(3)干燥:从洗涤塔出来的气体,再送入干燥塔干燥,干燥塔是用钢制成的,内対耐酸砖,塔里也填充着瓷环.塔顶用浓硫酸喷下,以吸去气体中的水蒸气。(图214)
炉气经上述一系列的精制系统后,其中有害杂质已大部分除去,这时气体中除含有二氧化硫外,还含有足够多量的空气,先把这种混和气体导入热交换器,把气体预热到大约500C左右,然后再引入接触室,接触室是一个用钢制成的大圆筒(图2-15),筒里有几层水平并列着的多孔搁板,催化剂(由于铂的价钱很贵图2-15接触室简图在工业上一般是用五氧化二钒(V2O3),现做成一段段空心的管状物,称做钒催化剂)就推放在搁板上在接触室里,二氧化硫跟氧气在催化剂的作用下,迅速反应生成三氧化硫:
2S02+O2=(钒催化剂)500度=2S03
这个反应进行时,有大量的热放出.因此,自接触室出来的三氧化硫气体的温度很高,必须经过冷却,然后才能送入吸收塔吸收.三氧化硫气体冷却时放出的热量,一部分可以通过热交换器来预热二氧化硫和空气的混和气体.热交换器的结构如图2·16所示,热的三氧化硫气体从内管流过,把管外自干燥塔导来的二氧化硫和空气的混和气体预热,发生热交换作用.从热交换器出来的三氧化硫气体,温度仍嫌太高,要再经空气冷却器(它的结构和热交换器相同),用冷空气把它进一步冷却,然后导入吸收塔。
3.三氧化硫的吸收经冷却后的三氧化硫气体,导入吸收塔.吸收塔的结构和前述干燥塔相似.
虽然三氧化硫能够直接跟水化合生成硫酸:
SO3+H2O=H2SO4
但在吸收塔里,并不用水来吸收三氧化硫.这是因为在自冷却器导来的三氧化硫气体里,杂有相当多的废气(主要是氮气)如果用水来吸收,三氧化硫跟水剧烈反应,生成许多极其微细的硫酸珠滴(酸雾),随同废气一起上升至塔的上部逸散出去,会造成大量三氧化硫的损失。
工业上是用96~98%的浓硫酸来吸收三氧化硫的,当这样的浓硫酸从塔顶喷下时,除一小部分三氧化硫跟浓硫酸里少量的水分(2~4)化合生成硫酸 外,大部分的三氧化硫溶解于硫酸里,生成发烟硫酸①.稀释发烟硫酸,可以得到各种欲度的纯净硫酸。
由接触法制得的浓硫酸,可以储存干巨大的耐酸铁桶里.
由接触法制造硫酸的生产流程简图,如图2·14所示