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【中图分类号】TQ111.16 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）21-0267-01
一 、硫酸的性质
1.物理性质。
酸浓度大于或等于75%为浓酸，小于75%为稀酸。
硫酸为无色透明油状液体，烟酸打开冒蓝色白烟。一般情况下其密度随浓度的增加而增加，到98.3%时，随浓度的增加又逐渐降低。硫酸的粘度与温度成正比。T一定时，硫酸液面上总蒸汽压随浓度的增加而下降，到98.3%时最低，大于98.3%后，因为游离SO3浓度的增加，总蒸汽压随浓度的增加而增加。发烟硫酸的总蒸汽压随浓度的增加而增加。P总=P水+P硫酸+P三氧化硫，当浓度为98.3%时，蒸汽与液体组成相同，达到气液平衡，不能通过加热的方法提高浓度。当浓度小于98.3%时，P水 > P硫酸，无SO3，当浓度大于98.3%时，P硫酸 升高。发烟硫酸中PSO3为主。沸点随硫酸浓度的增加而升高，至98.3%时达到最高为338 ℃，以后继续下降，至100%是为296.2℃。浓度为98.3%时为恒沸，采用加热不能提高浓度。
2.化学性质。
硫酸具有酸的通性，即与金属的反应 硫酸能与氢前面的活泼金属（K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb）反应生成该金属的硫酸盐。稀硫酸与金属氧化物反应生成该金属的硫酸盐。与氨或其水溶液反应生成硫酸铵，利用该反应可以回收焦炉气中的氨。2NH3+H2SO4 = （NH3）2SO4
与其他酸类的盐反应时，能逐出较弱或易挥发的酸，由此可制造很多种类的酸 Ca3（PO4）2+2H2SO4 = 2H3PO4+CaSO4
浓硫酸对水有强烈的结合作用，工业上可作气体脱水、浓缩硝酸及硝化某些有机物（炸药、有机染料）硝化反应：RH+HNO3 = RNO2+H2O，H2O+H2SO4= H2SO4·H2O硫酸也用作脱水、水化、磺化及用作催化剂等。
二、硫磺制硫酸的工艺
硫磺制酸的主要工艺流程图如下：
1.硫磺的焚烧。
硫磺在空气中达到着火点后即引发燃烧，以S+O2=SO2来表示，实际过程较为复杂。燃烧时会有SO2生成，约占SO2的1%～5% 。在1200℃的高温区会产生2SO2+O2=2SO3反应。氮氧化物可引起催化作用，生成SO3和新的氮氧化物。
影响因素，在适量的空气下，影响因素有：温度、焙烧时间、粒度。
①温度：燃烧温度越高，相对SO2浓度高，温度的反应比浓度更明显，从温度就可知道SO2浓度，一般温度在1000℃时，SO2浓度为10%。温度越高，残硫越低，大约900℃时，残硫很低。
②焙烧时间越长，残硫就越低
③粒度越低，燃烧越充分，生成SO2浓度越高。硫的燃烧过程，首先是液硫蒸发，第二步硫蒸汽与空气混合，第三步氧与硫反应生成 SO2（S+O2= SO2），第四步SO2扩散。氧与硫反应放热，由热气流和辐射给液硫传热，使液硫继续蒸发。
2. 强化硫磺燃烧可从以下四方面入手：
a 改善雾化质量 b增大液硫蒸发表面积
c增加空气流的湍动d提高空气温度
2.二氧化硫的转化。
二氧化硫气体转化的物化原理
二氧化硫气体转化反应和反应的平衡：SO2气体的转化反应SO2 + 1/2 O2= SO3+ Q
反应的特点：可逆反应，体积缩小反应，放热反应转化率：已反应的二氧化硫与起始二氧化硫总量的百分比 转化率= 已反应的SO2 / 起始SO2总量 X100%
反应的平衡和平衡转化率：反应平衡：反应进行过程中，SO2、O2的浓度下降，SO3的浓度上升。开始时，正向反应速度大于逆向反应速度，随着反应的不断进行，逆速度增加，达到正向速度等于逆向速度时，反应虽然在进行，但组分不再发生变化，即反应达到平衡。
3.空气干燥与SO3的吸收。
干燥原理
原理 ：从透平主风机送来的空气，在干燥塔内与浓度为98.5%的硫酸充分逆流接触，利用浓硫酸的强吸水性吸收空气中的水分，使干燥后的气体水分含量小于0.1g/Nm3，达到干燥的目的。
空气中的含水量：近期马场坪温度在25℃左右，空气湿度为80%，25℃时水的饱和湿度为27g/m3，含水量G=饱和湿度×相对湿度=27×80%=21.6g/m3
SO3吸收过程的原理
吸收过程的原理
吸收过程是指当气体与液体接触时，混合气体中某种易溶性气体组分选择性地溶解于液体中，并与剩余气体分离的单元操作过程。
吸收过程可分为物理吸收与化学吸收。前者没有化学反应发生，后者伴随有化学反应发生。硫酸的吸收过程中，水吸收SO3生成H2SO4为化学吸收，而H2SO4吸收SO3生成发烟硫酸为物理吸收。当炉气中的SO3分压越高，吸收越容易进行。目前解释SO3吸收过程的理论是双膜理论，其要点是：在气液相相接触时，其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜。一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜的阻力后进行。
根据双膜理论的分析，强化传质过程可以有以下三点：
a提高气液流速，使气、液膜变薄，膜的更新加快。但速度过快，压降增大，且可能产生液泛现象。
b增大气液接触面积，选择比表面大，流体力学性能好的填料。
c增加喷淋量（提高喷淋密度），改善喷淋状况。
4.SO3吸收过程和反应
a SO3吸收反应 nSO3+H2O=H2SO4+（n-1）SO3+Q当n>1时，生成发烟硫酸
当n=1时，生成100%硫酸，当n<1时，生成含水硫酸式中，Q为放出热量，随生成硫酸的浓度而变化。
b吸收过程
SO3吸收过程可以分为以下五步骤：
①气体中SO3 从气相主体中向界面扩散。②穿过界面的SO3在液相中向反应区扩散。③与SO3起反应的水份，在液相主体中向反应区扩散。 ④SO3与水在反应区进行反应。⑤生成的H2SO4向液相主体扩散。
c吸收率
吸收率η= （ a-b/a ） X100%
式中，a、b分别为吸收前、后的SO3数量，mol。一般要求，吸收率大于99.95%，吸收后气体中的SO3含量可小于0.005%。
5.硫酸吸收SO3的影响因素
硫酸吸收SO3的影响因素有：酸浓度、吸收温度、循环酸量、气速及设备结构。
（1） 硫酸浓度。
对SO3的吸收要求有：吸收速度快，吸收完全、产生酸雾要少，成品酸有一定的浓度。要满足这些要求只能用浓硫酸，现选择98.3%的H2SO4。其理由有以下几点：
a 98.3%时H2SO4液面上的PSO3、 PH2SO4最低， >98.3%后，吸收推动下降，吸收率下降。
b 98.3%时H2SO4液面上的PH2O最低，<98.3%时，吸收时易生成酸雾冒白烟。浓度越低，吸收SO3越不完全。
（2） 吸收温度。
吸收温度包括吸收酸的温度和入塔的气体温度。
a 酸温升高，液面上的SO3、 H2O及H2SO4蒸汽平衡分压增高，推动力减小，吸收率降低。
b 酸温升高，水蒸发速度将增大到足以使水汽和SO3结合成酸雾，使吸收停止。如95%的H2SO4，當分压为10133Pa时，在207℃停止吸收。
SO3吸收是否完全，很大程度决定于吸收过程的温度，又主要取决于硫酸的温度。酸温越低，吸收率越高。
【文章编号】2095-3089（2018）21-0267-01
一 、硫酸的性质
1.物理性质。
酸浓度大于或等于75%为浓酸，小于75%为稀酸。
硫酸为无色透明油状液体，烟酸打开冒蓝色白烟。一般情况下其密度随浓度的增加而增加，到98.3%时，随浓度的增加又逐渐降低。硫酸的粘度与温度成正比。T一定时，硫酸液面上总蒸汽压随浓度的增加而下降，到98.3%时最低，大于98.3%后，因为游离SO3浓度的增加，总蒸汽压随浓度的增加而增加。发烟硫酸的总蒸汽压随浓度的增加而增加。P总=P水+P硫酸+P三氧化硫，当浓度为98.3%时，蒸汽与液体组成相同，达到气液平衡，不能通过加热的方法提高浓度。当浓度小于98.3%时，P水 > P硫酸，无SO3，当浓度大于98.3%时，P硫酸 升高。发烟硫酸中PSO3为主。沸点随硫酸浓度的增加而升高，至98.3%时达到最高为338 ℃，以后继续下降，至100%是为296.2℃。浓度为98.3%时为恒沸，采用加热不能提高浓度。
2.化学性质。
硫酸具有酸的通性，即与金属的反应 硫酸能与氢前面的活泼金属（K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb）反应生成该金属的硫酸盐。稀硫酸与金属氧化物反应生成该金属的硫酸盐。与氨或其水溶液反应生成硫酸铵，利用该反应可以回收焦炉气中的氨。2NH3+H2SO4 = （NH3）2SO4
与其他酸类的盐反应时，能逐出较弱或易挥发的酸，由此可制造很多种类的酸 Ca3（PO4）2+2H2SO4 = 2H3PO4+CaSO4
浓硫酸对水有强烈的结合作用，工业上可作气体脱水、浓缩硝酸及硝化某些有机物（炸药、有机染料）硝化反应：RH+HNO3 = RNO2+H2O，H2O+H2SO4= H2SO4·H2O硫酸也用作脱水、水化、磺化及用作催化剂等。
二、硫磺制硫酸的工艺
硫磺制酸的主要工艺流程图如下：
1.硫磺的焚烧。
硫磺在空气中达到着火点后即引发燃烧，以S+O2=SO2来表示，实际过程较为复杂。燃烧时会有SO2生成，约占SO2的1%～5% 。在1200℃的高温区会产生2SO2+O2=2SO3反应。氮氧化物可引起催化作用，生成SO3和新的氮氧化物。
影响因素，在适量的空气下，影响因素有：温度、焙烧时间、粒度。
①温度：燃烧温度越高，相对SO2浓度高，温度的反应比浓度更明显，从温度就可知道SO2浓度，一般温度在1000℃时，SO2浓度为10%。温度越高，残硫越低，大约900℃时，残硫很低。
②焙烧时间越长，残硫就越低
③粒度越低，燃烧越充分，生成SO2浓度越高。硫的燃烧过程，首先是液硫蒸发，第二步硫蒸汽与空气混合，第三步氧与硫反应生成 SO2（S+O2= SO2），第四步SO2扩散。氧与硫反应放热，由热气流和辐射给液硫传热，使液硫继续蒸发。
2. 强化硫磺燃烧可从以下四方面入手：
a 改善雾化质量 b增大液硫蒸发表面积
c增加空气流的湍动d提高空气温度
2.二氧化硫的转化。
二氧化硫气体转化的物化原理
二氧化硫气体转化反应和反应的平衡：SO2气体的转化反应SO2 + 1/2 O2= SO3+ Q
反应的特点：可逆反应，体积缩小反应，放热反应转化率：已反应的二氧化硫与起始二氧化硫总量的百分比 转化率= 已反应的SO2 / 起始SO2总量 X100%
反应的平衡和平衡转化率：反应平衡：反应进行过程中，SO2、O2的浓度下降，SO3的浓度上升。开始时，正向反应速度大于逆向反应速度，随着反应的不断进行，逆速度增加，达到正向速度等于逆向速度时，反应虽然在进行，但组分不再发生变化，即反应达到平衡。
3.空气干燥与SO3的吸收。
干燥原理
原理 ：从透平主风机送来的空气，在干燥塔内与浓度为98.5%的硫酸充分逆流接触，利用浓硫酸的强吸水性吸收空气中的水分，使干燥后的气体水分含量小于0.1g/Nm3，达到干燥的目的。
空气中的含水量：近期马场坪温度在25℃左右，空气湿度为80%，25℃时水的饱和湿度为27g/m3，含水量G=饱和湿度×相对湿度=27×80%=21.6g/m3
SO3吸收过程的原理
吸收过程的原理
吸收过程是指当气体与液体接触时，混合气体中某种易溶性气体组分选择性地溶解于液体中，并与剩余气体分离的单元操作过程。
吸收过程可分为物理吸收与化学吸收。前者没有化学反应发生，后者伴随有化学反应发生。硫酸的吸收过程中，水吸收SO3生成H2SO4为化学吸收，而H2SO4吸收SO3生成发烟硫酸为物理吸收。当炉气中的SO3分压越高，吸收越容易进行。目前解释SO3吸收过程的理论是双膜理论，其要点是：在气液相相接触时，其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜。一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜的阻力后进行。
根据双膜理论的分析，强化传质过程可以有以下三点：
a提高气液流速，使气、液膜变薄，膜的更新加快。但速度过快，压降增大，且可能产生液泛现象。
b增大气液接触面积，选择比表面大，流体力学性能好的填料。
c增加喷淋量（提高喷淋密度），改善喷淋状况。
4.SO3吸收过程和反应
a SO3吸收反应 nSO3+H2O=H2SO4+（n-1）SO3+Q当n>1时，生成发烟硫酸
当n=1时，生成100%硫酸，当n<1时，生成含水硫酸式中，Q为放出热量，随生成硫酸的浓度而变化。
b吸收过程
SO3吸收过程可以分为以下五步骤：
①气体中SO3 从气相主体中向界面扩散。②穿过界面的SO3在液相中向反应区扩散。③与SO3起反应的水份，在液相主体中向反应区扩散。 ④SO3与水在反应区进行反应。⑤生成的H2SO4向液相主体扩散。
c吸收率
吸收率η= （ a-b/a ） X100%
式中，a、b分别为吸收前、后的SO3数量，mol。一般要求，吸收率大于99.95%，吸收后气体中的SO3含量可小于0.005%。
5.硫酸吸收SO3的影响因素
硫酸吸收SO3的影响因素有：酸浓度、吸收温度、循环酸量、气速及设备结构。
（1） 硫酸浓度。
对SO3的吸收要求有：吸收速度快，吸收完全、产生酸雾要少，成品酸有一定的浓度。要满足这些要求只能用浓硫酸，现选择98.3%的H2SO4。其理由有以下几点：
a 98.3%时H2SO4液面上的PSO3、 PH2SO4最低， >98.3%后，吸收推动下降，吸收率下降。
b 98.3%时H2SO4液面上的PH2O最低，<98.3%时，吸收时易生成酸雾冒白烟。浓度越低，吸收SO3越不完全。
（2） 吸收温度。
吸收温度包括吸收酸的温度和入塔的气体温度。
a 酸温升高，液面上的SO3、 H2O及H2SO4蒸汽平衡分压增高，推动力减小，吸收率降低。
b 酸温升高，水蒸发速度将增大到足以使水汽和SO3结合成酸雾，使吸收停止。如95%的H2SO4，當分压为10133Pa时，在207℃停止吸收。
SO3吸收是否完全，很大程度决定于吸收过程的温度，又主要取决于硫酸的温度。酸温越低，吸收率越高。