硫酸的生产liusuan de shengchan

工业硫酸是把SO₂氧化成SO₃，然后用水吸收制得。生产过程主要由SO₂炉气的制造及净化SO₂催化氧化和SO₃吸收3个工序构成。
SO₂炉气的制造和净化 我国目前主要以硫铁矿为原料，经沸腾式焙烧炉焙烧而制得SO₂炉气，其总反应：

4FeS2+11O₂＝2Fe₂O₃+8SO₂+3411kJ (1)

这是一个强放热反应，反应所需的温度(850～950℃)靠自身放热维持。硫铁矿焙烧制得的炉气，除含有催化氧化所需要的SO₂,O₂及无害惰性气体N₂外，尚含有砷和硒的氧化物以及氟化氢和水蒸气等有害成分，必须预先除净，否则会使催化剂中毒或腐蚀设备。
硫铁矿焙烧炉气的净化方法有多种，图1所示为一种常见的酸洗流程。硫铁矿粉连续加入沸腾式焙烧

图1SO₂炉气的制造和净化流程示意图
1 沸腾焙烧炉 2 旋风除尘器 3 冷却塔4_-155%～70%的稀酸槽 4-₂ 11%～14%的稀酸槽 4₃ 98.3%的浓酸槽 5_-1,5_-2,5_-3循环酸泵 6 洗涤塔7 电除雾器 8 干燥塔

炉中，受从炉底鼓入的空气的作用，如沸腾的液体上下翻滚，矿粉中的FeS₂成分与空气中的O₂充分接触发生式 (1) 的反应。炉气从炉顶导出，经除尘室、废热锅炉 （图中未画出） 和旋风除尘器把大颗粒灰尘除掉，并将温度降到400℃以下，导入冷却塔。在冷却塔中，炉气与55%～70%的稀硫酸逆流接触冷却到90℃以下，并将微细灰尘除掉，导入洗涤塔。炉气在洗涤塔中与11%～14%的稀硫酸逆流接触，使温度降到30℃左右，砷和硒的氧化物变为固态被洗掉。然后导入电除雾器中将雾滴除掉，再导入干燥塔与98.3%的浓硫酸逆流接触除掉水分。净化后的SO₂炉气送去催化氧化。
SO₂催化氧化 净化后的SO₂炉气，在催化剂的作用下与O₂反应生成SO₃，反应式：

这是一个可逆放热反应。在催化剂活性温度范围内 (400～600℃) ,SO₂的转化率随温度降低而增大。为使反应在较低温度下进行，必须把反应热及时移去。目前多采用中间换热式四段转化器，转化流程见图2。

图2 四段转化流程示意图
1 鼓风机 2 四段转化器 3 第一冷却器4 第二冷却器 5 第三冷却器

来自干燥塔的SO₂经鼓风机增压，并由热交换器预热到催化剂的起燃温度 （开始起催化作用的温度） ，进入转化器的第一段进行反应，离开第一段转化器后与冷炉气混合降温，再进入第二段反应。离开第二段后由第一换热器移走反应热，再进入第三段反应。依此类推，经四段转化后转化率可达96%左右。
SO₃的吸收 SO₃易溶于水，但与液面上空的水分子相遇可形成酸雾。这种酸雾受气膜的保护很难溶于水中。98.3%的浓硫酸气压最低，液面上方水分子极少，几乎只有SO₃分子与溶解在酸中的SO₃分子达成动态平衡。所以在生产中SO₃不直接用水吸收，而是用98.3%的浓硫酸或含游离SO₃的发烟硫酸加以吸收，反应如下：
n SO₃+H₂O
＝H₂SO₄+(n-1)SO₃ (3)式中n>1时，制得发烟硫酸； n=1时，制得无水硫酸； n<1时，制得含水硫酸。吸收流程见图3。
转化气同时导入1,2两个吸收塔中，分别用发烟硫酸和98.3%的浓硫酸吸收。随着吸收的进行，循环酸的浓度不断增加。第1塔用控制温度调节发烟硫酸的浓度，第二塔的酸浓度用添加稀酸的办法加以调节。近些年来，已开始采用两次转化、两次吸收的工艺 （简称两转两吸） ，使SO2的最终转化率达99.5%～99.8%，吸收尾气中的SO3含量减少到 (100～200)×10^-6。
工业产品硫酸大都是93%的浓硫酸和含游离SO318.5%～20%的发烟硫酸，因为它们的结晶温度都很低，便于运输和储存。

图3 SO₃吸收流程示意图
1 发烟硫酸吸收塔 2浓硫酸吸收塔
3-₁含SO₃20%的发烟硫酸槽 3-₂ 98.3%的浓硫酸槽4_-1,4-₂循环泵 5稀硫酸添加槽