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四川大学工业化学复习题(完整版)

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)

主要工序:(FeS2)选矿→硫铁矿焙烧→炉气净化→SO2催化转化→三氧化硫吸收→尾气回收SO2 和污水处理。焙烧原理:主反应 : 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4

2. SO2催化氧化工艺条件如何确定?(20分)

1)催化剂——钒催化剂

V2O5 5%~9%,为活性组份。K2O 9%~13% NaO 1%~5%,碱金属盐为助催化剂。SO3 10%—20% 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%

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。

?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)见2,2)

热力学:由于反应是SO2的催化氧化是一个放热反应,所以为了让平衡向正方向移动应该降低温度更能够提高转化率;动力学:反应速率随着温度的升高而增大,但是由于催化剂的活性温度在420℃-600℃最大,当再随着温度升高时,反应速率就会下降甚至停止反应。综上所述,从热力学和动力学充分考虑到产率和速率的最优值来确定反应温度。?4. 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)

1)酸雾的形成:酸雾是指含有粒径小于5чm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(>2чm)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(<2чm)采用先增湿后清除。即增大雾粒直径,再用相应的设备清除。

?~5.画出四段间接换热式转化器中SO2转化的t-x图,阐述转化器的工艺过程。(15分)

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