第7章无机化学工艺学硫酸.pptVIP

第62页，共91页，星期日，2025年，2月5日3.沸腾焙烧工艺流程与工艺条件第63页，共91页，星期日，2025年，2月5日工艺条件为获得稳定有一定浓度的SO2炉气，并得到高的硫烧出率，操作时控制好炉温、炉底压力及矿石投量。一般炉温850~950℃，炉底压力9~12kPa，炉气含SO212~14%左右，气体停留时间一般10s，颗粒停留时间为1~2h.第64页，共91页，星期日，2025年，2月5日因此，t↑，化学反应速度↑扩撒速度的增加，所以焙烧属于气体扩撒控制。故要提高FeS的氧化速度即需要加大扩撒速度。工业上采取的措施为：提高反应温度。可加快扩散速率。减少矿料粒度。可减少内扩散阻力，增加空气与矿石的接触面积。这一措施对氧扩散控制焙烧速率最有效。提高气体与矿粒运动速度。减小外扩散阻力。提高炉气体的氧含量。氧浓度高，氧的外扩散和内扩散推动力大，扩散速率高，再者氧含量高有利于SO2转化。第30页，共91页，星期日，2025年，2月5日（四）SO2的催化氧化化学平衡（SO2的转化）及动力学由焙烧炉出来的SO2气经净化后，需转化为SO3再去制备硫酸。SO2氧化成SO3只有在有催化剂存在下才能有效的进行，反应的规律要从化学平衡、反应动力学等方面来综合讨论。1）SO2氧化反应的化学平衡SO2氧化为SO3的反应是一个可逆，放热及体积减小的化学反应。第31页，共91页，星期日，2025年，2月5日平衡常数可表示为：式中的压力均为平衡分压在400~700℃范围内，平衡常数与温度的关系为：Kp随T的↓而↑，因为为放热反应，所以平衡常数是温度的函数与浓度无关。第32页，共91页，星期日，2025年，2月5日第33页，共91页，星期日，2025年，2月5日工业上关心的是平衡转化率，按定义为：在一定条件下，反应达到平衡的转化率。即反应进行达到极限程度。以分压表示为用Kp推导出关键取决平衡时氧的分压第34页，共91页，星期日，2025年，2月5日例，假若以a，b分别表示混合气体SO2，O2的初始浓度（体积%）或mol含量，p表示总压力（MPa），当100体积的混合气反应平衡时，被氧化的SO2体积为axT，所消耗的氧体积为0.5axT，O2的剩余体积b-0.5axT，平衡时气体混合物总体积为100-0.5axT，故氧的平衡分压可表示为：将此式代入上式第35页，共91页，星期日，2025年，2月5日t↑Kp↓XT↓（吸合，查里德里原理）由式看出p↑XT↑在t,p,原料相同下,O2含量(b)↑和SO2(a)↓XT↑提高平衡转化率，采取降低反应温度、提高系统压力和使用富氧焙烧等。或把SO3除去。第36页，共91页，星期日，2025年，2月5日2）SO2氧化反应动力学（转化反应速度）二氧化硫在钒催化剂上的催化氧化是一个复杂的过程，对这一机理过程的认识，虽然经历了长期大量的研究工作，目前仍众说纷纭。总的倾向上，从经典的气-固相催化理论走向气-液相催化理论。基于人们对工作状态下钒催化剂活性组分呈熔融的认识，提出了许多反应机理。①O2向催化剂表面扩散，在催化剂作用下生成O-。?②SO2被催化剂表面吸附，并跟O2-反应。?③生成的三氧化硫在催化剂表面解吸。总的反应方程式是第37页，共91页，星期日，2025年，2月5日上叙步骤中以第一步氧的吸附为最慢，因为整个催化氧化过程的其动力学受O2吸附速度的控制。国际上众多学者对SO2在V2O5催化剂上氧化反应动力学进行过系统研究，但由于所用V2O5的催化剂的结构，载体，特性和研究实验条件不同，因而各自的动力学方程也不相同，比较认可的为Γ·K·波列斯科夫方程。第38页，共91页，星期日，2025年，2月5日国内学者向德辉考虑到逆反应速度的影响，提出动力学方程式，从形式上看和波列斯可夫动力学模型一样。从以上的动力学方程可以看出，该反应的两个反应物和一个产物均对反应速率有影响。O2、SO2的分压越大，反应速率越高；在距离平衡尚远时，SO3分压对反应速率有明显的阻滞作用，并与比值有关。第39页，共91页，星期日，2025年，2月5日针