铅室法 :1746年创立的制取硫酸法

更新时间:2024-09-21 02:30

铅室法是硝化法制硫酸的一种古老方法,以铅制的方形空室为主要设备而得名。这种方法由英格兰发明家John Roebuck于1746年在伯明翰首次使用,曾是硫酸的主要制造法,历时100多年。20世纪起,铅室法逐渐被塔式法接触法取代。铅室法使用一氧化氮二氧化氮作为催化剂,反应生成的硫酸浓度约为70%,但纯度较低,因含有硝酸亚硝酸

原理

铅室法的基本原理与塔式法相同,实质上是利用高级氮氧化物(主要是三氧化二氮)使二氧化硫氧化并生成硫酸: SO2+N2O3+H2O—→H2SO4+2NO;

生成的一氧化氮又迅速氧化成高级氮氧化物: 2NO+O2—→2NO2;

NO+NO2—→N2O3;

因此,在理论上,氮氧化物仅起着传递氧的作用,本身并无消耗。

生产流程

英国人J.·罗巴克于1746年创建了世界上第一个铅室法制造硫酸的工厂。至19世纪50年代,铅室法生产工艺才臻于完善。

典型的铅室法的生产流程,是使300~500℃的含二氧化硫气体(见硫酸原料气)进入充有填料的脱硝塔,与淋洒的含硝硫酸逆流接触。由于酸温升高,含硝硫酸中的氮氧化物得以充分脱除。塔顶引出的含二氧化硫、氮氧化物、氧和蒸汽的混合气体,依次通过若干个铅室。在铅室中,二氧化硫充分氧化而成硫酸。最终通过两座串联的填料式吸硝塔,塔内淋洒经过冷却的脱硝硫酸,以吸收氮氧化物,所得的含硝硫酸送往脱硝塔。

由于部分氮氧化物会随废气和产品带出,需不断补充。早期是将硝石加入焚硫炉内使受热分解,取得二氧化硫和氮氧化物的混合气体。后来,都是将氨氧化成氮的氧化物,再将后者引入第一个铅室,或将硝酸直接补加在含硝硫酸中,用以淋洒脱硝塔。

潮湿的二氧化硫、氮氧化物的混合气体和浓度在70%以下的硫酸具有很强的腐蚀性,设备需用铅制。在铅室中,二氧化硫的氧化与成酸反应大部分是在气相中进行,因而不可避免地会形成大量的硫酸雾。这种气溶胶状态的细微颗粒需经较长进间才能凝聚成液滴,坠落至铅室底部。为此必须拥有很大的反应空间,才能保持较高的生产效率。再者,生产过程中释放的大量反应热也须经铅室表面及时散去。因此,铅室法工厂往往采用多个串联的铅室,耗铅量大,这是历史上人们力求革新铅室法的主要原因。

淘汰原因

大部分硫酸从铅室制得(浓度为 65%H2SO4)。适量的铅室产品可注入脱硝塔,因多余的水分被蒸发以及塔内也进行部分成酸反应,从而可由脱硝塔取得浓度达76%H2SO4产品。铅室法的硫酸浓度低而且往往含有很多杂质,用途受到限制,这也是铅室法被淘汰的重要因素。

改进方法

塔式法

塔式法是硝化法制硫酸的一种方法。在硫酸工业发展史上是由于改革铅室法而获得成功的。1911年奥地利人C.奥普尔创建了世界上最早的塔式法装置。塔式法是以填充塔为主要成酸设备,其工艺原理与铅室法相同。由于塔内的填料提供了巨大的表面,使气体和液体得以充分接触,强化了扩散和吸收过程,导致二氧化硫的氧化和进一步的成酸反应绝大部分在液相(含硝硫酸)中迅速完成,所需的反应空间大大减少,与铅室法相比,用一二个不大的填充塔就足以取代为数较多、体积庞大的铅室,从而节约了铅材和投资。随着塔的壳体改为钢制,以及其他附属设施也改用钢甚至生铁制作,其可靠性和经济效益不断得到提高。

接触法

接触法是一种工业品的生产方法,主要是通过几种原料的接触反应的方式实现新物质的生成,最主要的应用是于工业法生产硫酸

由于二氧化硫氧气是在催化剂的表面接触时起反应转化成三氧化硫,进而制得硫酸,因而将这种制备硫酸的方法称为接触法。

一般的主要原料是云浮广业硫铁矿集团有限公司(又名黄铁矿、愚人金。主要成分二硫化铁——FeS2,又名亚硫化亚铁、过三硫化二铁)。

参考资料

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