化工工艺3硫酸与硝酸

第三章 硫酸与硝酸

简答题：

1简述接触法生产硫酸，生产过程通常包括的基本步骤。

2炉气净化的目的如何？为什么炉气中含SO3反而不利？

3分析SO3吸收过程换热器设置的方式及特点简述两次转化两次吸收流程的优点。

4提高硫铁矿焙烧速率的主要途径有哪些?

答:1提高焙烧温度2减少矿石粒度3增加空气与矿粒的相对运动，采用沸腾焙烧炉4提高入炉空气氧体积分数

5简述沸腾焙烧炉的优点和缺点

答：优点：1生产强度大2硫的烧出率高3传热系数高4能得到较高浓度的二氧化硫炉气5适用的原料范围广6结构简单，材料省

缺点：炉气带出炉尘量大，使炉气净制系统的负荷加重，加重了设备的磨损，要增加粉碎系统和高压鼓风机，动力消耗多。

6简述氨氧化化制取硝酸的主要反应和副反应.

7硫酸生产中两转两吸流程的基本特点是什么？

8 SO2催化氧化工艺条件如何确定？

答：1 催化剂——钒催化剂

V2O5 6%～12%，为活性组份。K2O 9%～13% 碱金属盐为助催化剂。SiO2 50%～70%，为载体 。制成环形、球形、或粒状 。

2 温度：Tb—Tm 即催化剂起燃温度与耐热极限温度之间，即活性温度范围内

420-600℃。从t—X*—γ关系曲线可知：存在最佳反应温度Tma（反应速率

最大）

反应温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变化：即先高后低原则

3 SO2原始浓度：根据硫酸生产总费用最少原则，进入SO2转化器浓度存在最

佳浓度：7%～7.5% （P108，图3.14）

4 压力： P↑→X*↑SO2↑，设备尺寸减小。不利条件：加压对设备要求提高，

反应压力最好在常压

5 最佳转化率：转化率提高→提高硫的利用率，减小尾气SO2含量和对大气

污染。不利条件→催化剂用量增加，设备尺寸增大。即存在最佳转化率。工艺上采用两次转化、两次吸流程，转化率99%以上

9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。

答：酸雾的形成：酸雾是指含有粒径小于5μm的液体颗粒的气溶胶

SO3（g）+H2O(g)=H2SO4 (g)，H2SO4 (g) 冷凝 H2SO4 (l),或以杂质微粒为

凝结中心形成酸雾。

2）酸雾的清除：必须要用特殊的方法和设备清除较大的粒子（>2μm）用一般除尘设备除去(如电除雾器、文氏管等装置)较小的粒子（<2μm）采用先

增湿后清除。即增大雾粒直径，再用相应的设备清除。

10阐述制取硫酸中，烟气净化的目的及净化的原则。

目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒

净化原则： 1) 悬浮微粒，应先大后小，先易后难进行分级处理

2) 先重后轻即先固、液，后气(汽)体

3) 不同大小的粒子，选择配套有效的分离设备

11、硫酸工业中，沸腾焙烧得到的炉气中有害杂质有哪些？怎么样除去这些杂质？

答：主要杂质有三氧化硫、水分、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢以及矿尘。

1） 矿尘的清除，依据尘粒的大小，可相应采取不同的净化方法，对于尘粒较大的（10um以上）可采用自由沉降室或旋风分离器等机械除尘设备；对于尘粒较小的（0.1-10um）可采用电除尘器；对于更小颗粒的矿尘（<0.05um）可采用液相洗涤法。

2） 砷和硒的清除，采用湿法净化工艺，用水或者稀硫酸洗涤炉气，在50℃以下可达到较好的净化效果。砷、硒氧化物一部分被洗涤液带走，其余部分呈固体微粒悬浮于气相中，形成酸雾中心。

3） 酸雾的清除，通常是在电除雾器中完成。电除雾器的除雾效率与雾粒直径成正比，为提高电除雾效率，一般采用逐级增大粒径、逐级分离的方法。一是逐级降低洗涤酸浓度，从而使气体被增湿，酸雾吸收水分而增大粒径。二是气体逐级冷却，使酸雾也被冷却，同时气体中的水分在酸雾表面冷凝而增大粒径。此外增加电除雾器的段数，降低气体在电除雾器中的流速，也能达到提高除雾效率的目的。

4） 水分的清除，用浓硫酸干燥。原理为：同一浓度下，硫酸的浓度越高，其液面上水蒸气的平衡分压越小，当炉气中的水蒸气分压大于硫酸液面上的水蒸气分压时，炉气即被干燥。

选择题

1从沸腾炉中出来的炉气中含有能使催化剂中毒的物质是(C )

ASO2 BN2 C砷化物 D水蒸气

2接触法制硫酸的尾气中含有的主要大气污染物是(D )

AH2S BCO2 DSO2 CSO3

3在生产硫酸的过程中，常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为 ( C ) ASO3易溶于浓H2SO4而不易溶于水

B用浓硫酸吸收速率虽慢但损失SO3少

C用水吸收时，易形成酸雾而阻碍SO3再吸收

D用水吸收时得不到纯净的硫酸

4生产浓硫酸时吸收三氧化硫所用的硫酸的浓度为（ C ）

A93% B98.6% C98.3% D发烟硫酸

5“两塔一器两电”酸洗流程里的“一器”指的是(B )

A增湿器 B间接冷凝器 C文丘里洗涤器 D电除雾器

6随二氧化硫催化氧化反应进行，对炉气温度变化轨迹的论述正确的是（ B ） A沿平衡线自高温向低温移动 B沿最适宜温度曲线自高温向低温移动 C沿绝热线自高温向低温移动 D前三项均不正确

7二氧化硫转化采用原料冷激式转化，其过程现象不包括（ C ）

A反应系统降温 B冷激后转化率下降

C三氧化硫浓度增加 D减少换热设备

8硫铁矿焙烧时的主要是设备是（ C ）。

A转化炉 B煤气炉 C沸腾炉 D甲烷化炉

9两转两吸流程通常采用 换热器移去产生的热量（ B ）。

A．内部间接 B．外部间接 C．炉气冷激 D．空气冷激

10二氧化硫催化氧化反应是 反应（ B ）。

A吸热 B放热 C不吸不放热 D不可逆

11接触法生产硫酸的催化剂是（ C ）。

A Fe系 B Cr系 C V系 D Mn系

8下面哪种浓度的硫酸有最高的吸收率（ B ）。

A 97.3% B 98.3% C 99.3% D 100%

9二氧化硫催化氧化转化气经SO3冷凝器后，先经 吸收塔，再经 吸收塔

吸收。（ C ）。(此题P117，图3.25-制造发烟硫酸和浓硫酸的吸收流程)

A 发烟硫酸、发烟硫酸 B 98.3%浓硫酸、发烟硫酸

C 发烟硫酸、98.3%浓硫酸 D 98.3%浓硫酸、98.3%浓硫酸

10 3+1两转两吸流程指第一次转化用 段催化剂，第二次用 段催化剂。（ A ）。

A 三 一 B 二 二 C 一 三 D 一 四

11下列关于煅烧与焙烧的说法正确的是：( C )

A. 焙烧是在高于熔点的高温下进 B. 焙烧是物料分解失去结晶水或挥发组分；

C. 煅烧是物料分解失去结晶水或挥发组分D. 煅烧是在高于熔点的高温下进行。

12接触法制硫酸的生产过程中，下列措施能提高硫酸产率的是 ( B ) A直接把矿石送入沸腾炉 B沸腾炉中通入过量空气

C对炉气进行除尘、洗涤、干燥处理 D接触室内用催化剂

13制取硫酸时，混合气体的组成(体积分数) SO2占7% O2占82% N2占11%，将该

混合气体100L送入接触室反应后，其体积变为97.2L(相同条件下)则此时二氧化硫的转化率为 ( A )

A、 80% B、 90% C、 70% D、 60%

14硫铁矿的主要成分是（ A ）

A、 FeS2 B、FeSO4 C、 FeS D、Fe2S3

15采用硫铁矿为原料接触法制硫酸的工艺中，为了提高硫的烧出率，操作时焙烧温度一般控制在（ B ）

A、900 ℃-1100 ℃ B、850℃-950℃

C、550℃-700℃ D、500℃-600℃

判断题

1、NO氧化制取NO2，随着温度的升高，反应速率加快。（╳）

2、硫酸蒸汽的过饱和程度s=炉气中硫酸蒸汽的分压/同一温度下洗涤酸液面上的饱和蒸汽压。（√）

3、控制炉气的温度下降速率，有助于减少酸雾的形成。（√）

4、焙烧含砷硫铁矿时，焙烧条件是低O2高SO2。（ √ ）(P63)

5、目前SO2炉气在净化过程中主要采用水洗流程。（ ╳ ）(酸洗)

6、硫铁矿焙烧阶段生成SO3对整个硫酸生产没有影响。（ ╳ ）

7、为了降低尾气中SO2的含量，提高硫的利用率，对SO2的转化工艺进行了改进，

最有效的技术是两次转化两次吸收。 （ √ ）

8、接触法制硫酸的过程包括：二氧化硫的制备、二氧化硫在催化剂作用下氧化为三氧化硫以及三氧化硫和水的结合。（ √ ）

填空题

1接触法制硫酸的简单流程，如图5－1所示，试填写：

(1)主要设备的名称：A_______________、B_______________、C_______________、D_______________．

(2)分别写出a→h各主要物质的化学式：a_______________、b_______________、c_______________、d_______________、e_______________、f_______________、g_______________、h_______________．

(3)从设备A中导出的气体若不净化而直接导入B设备，则会使____________，这种现象叫做_______________．

(4)设备D上顶喷入的是_______________而不是_______________，这是因为______________________________．

(5)从设备D上部导出的气体g，工业上叫做_____________，其中的______________用_______________加以回收利用以防止_______________．

答案：(1)A：沸腾炉 B：接触室 C：热交换器 D：吸收塔

(2)a：FeS2 b：空气(O2、N2) c：Fe2O3 d：SO2、O2 e：SO2、O2 f：SO3 g：SO2 h：H2SO4．

(3)从沸腾炉中导出的气体若不净化直接导入接触室，则会使催化剂作用减弱或失去作用，这种现象叫催化剂中毒．

(4)吸收塔上顶喷入的是98.3%的H2SO4，而不是水或稀H2SO4，这是因为用水或稀H2SO4作吸收剂时，容易形成酸雾．

(5)从吸收塔上部导出的气体，工业上叫尾气，其中的SO2需用碱液吸收，

以防大气污染．

2硫铁矿焙烧过程的总反应方程式为

3扩散性沸腾焙烧炉的炉体分为四部分，分别为 ， ， ， 。

答案：风室，分布板，沸腾层，沸腾层上部燃烧空间

4磁性焙烧的目的是使烧渣中的铁绝大部分成为 。

答案：四氧化三铁

5二氧化硫的催化氧化中所用催化剂的活性组分是 。

答案：五氧化二钒

6接触法制硫酸的工序有原料工序、原料气的生产、净化工序、干燥除尘、接触

氧化 和尾气治理。

7工业生产硫酸主要原料是黄铁矿，根据所学知识，用化学方程式写出生产反应

原理并写出所对应的设备：

（1）化学方程式 ；设备 再通入下一装置之前必须通过

处理。

（2）化学方程式 ；设备

（3）化学方程式 ；设备

答案：（1）4FeS2+11O2高温2Fe2O3+8SO2 沸腾炉 净化、干燥

（2）2SO2+O3 接触室

（3）SO3+H224 吸收塔

8、文-泡-冷-电酸洗流程中，文代表了文氏管，其作用在于当炉气在文丘里收缩管端以极高流速喷出时，在喉管引入的水被雾化成细小的滴沫，增加了与炉气的

接触面积，从而达到了冷却、除尘、洗涤之目的。泡代表了泡沫塔，其作用在于

使炉气进一步增湿，同时增大酸雾粒径，便于后续的电除雾器清除酸雾。冷代表

了间接冷却器。 9磁性焙烧的目的是使烧渣中的铁绝大部分成为 。

答案：四氧化三铁 10二氧化硫的催化氧化中所用催化剂的活性组分是 。

答案：五氧化二钒 11二氧化硫催化氧化反应所用催化剂是 五氧化二钒 ，同时需要考虑 反应温度 、 起始浓度 、 最终转化率 3个

方面，以获得最佳工艺条件。

12二氧化硫催化氧化设备根据段间换热方式不同可分为 多段间接换热式换

热器和多段冷激式转化器 。 13接触法制硫酸工业常采用常压条件下进行反应，其理由是 。

14氨-酸法除尾气，包括 吸收 ， 分解 和 中和 ， 3个部分。

简答题：下图是二氧化硫催化氧化时，采用四段原料气冷激式转化器及其操作