为什么工业生产要用98．3%的浓硫酸吸收三氧化硫

陶 果 为什幺工业生产要用 98．3 的浓硫酸吸收三氧化硫 为什么工业生产要用 98．3 9／6的 浓硫酸吸收三氧化硫 ． 陶 果 (川北教育学院化生系 四川遂宁 629000) 摘 要 本 文简要讨 论 了硫 酸工 业生 产 中为什 出要用 98，3 的浓硫 酸 来吸 收三氧 化 硫 ，供教学参考。 关键词 硫酸I业 三氧化硫 吸收 化学教材“ 在讲授接触法制硫酸时，都指出不能直接用水或稀硫酸来吸收三氧化硫．这是因 为，用它们做吸收剂时容易形成酸雾．吸收速率慢，且吸收不完全。为此，工业上采用浓度为 98．3 的浓硫酸来吸收三氧化硫 。对于上述提法 ，学生们常常在如下两个方面感到困惑：第一，根据吸收原 理 、吸收推动力越大，吸收速率越快，而以承或稀硫酸作吸收剂时的吸 收推动 力．明显地大于用 98．3 的浓硫酸时的吸收推动力，由此而碍出的结论与教材提法矛盾；第二 ，对酸雾的形成以及形 成酸雾后就不利于三氧化硫的吸收，导致吸收不完全也感到难于理解。’ 对于以上问题 ，笔者认为；(1)理论上讲 ，可以用水或稀硫酸来吸收三氧化硫 ，如实验室就常用 水来吸收 ；(2)在实际工业生产中，由于要考虑环境保护和产品贮存、运输 、使用等问题 ，以及硫酸工 业生产 中对三氧化硫吸收的要求 ；迅速 、完全，以得到浓硫酸或发烟硫酸——即成品硫酸等综合因 素的影响 ，故只能采用 98．3 的浓硫酸来吸收三氧化硫。 本文从以下几个方面来为什么工业生产中必须用 9,8 3 的浓硫酸作吸收剂吸收三氧化 硫 。 l 用水作 吸收剂 由于三氧化硫是用空气中的氧气氧化二氧化硫制得的 ，所以工业三氧化硫气体中含有大量氨 气和少量的氧气。氮气和氧气在水(或硫酸溶液)中的溶解度较小．当它们通过吸收剂时必以气泡的 形式存在着．这就为水的蒸发创造了空问。由于水的蒸气压较大而水跟三氧化硫的反应又是放热过 程，致使水的蒸发 (水以气态进入气泡)速度大大加剧 ，气泡内存在着大量的水蒸气。 当含有三氧化硫的混合气体与水接触时，会有下面两种过程同时进行 ： (1)三氧化硫跟液相水反应生成硫酸，过程如下； (2)--氧化硫跟水蒸气反应生成硫酸蒸气．硫酸蒸气再通过扩散进入漩相．其过程为 ① 收捣 日期：1996—93—25 · ,54 · 桕 相 气 液 9 』 ● ● S 维普资讯 http://www.cqvip.com 1996年 筹 2期 l}北教育 学院 学报(自然科 学扳) ● 总毫 卷期 SO (气)-rH2O(气)- H2SO．(气 )-rQ (2) 1 1扩 1 散 H：SO (液) 前一过程是在气液界面和液体(吸收剂)内部进行的，对三氧化硫的吸收是有利的 后一过程是 在气泡内进行的，由于硫酸分子的生成速率远大于它进入披相中的速率，结果使得气泡内硫酸蒸气 越积越多，导致硫酸蒸气的分压远大于硫酸蒸气的平衡压力而呈过饱和状态，它随即以气泡中微量 的矿尘为核心而凝结成酸雾 ．这就是酸雾形成的原因。 为何形成酸雾就不利于三氧化硫的吸收呢?这是因为构成酸雾的小液滴是很多硫酸分子的聚 集体 ，它悬浮于气泡中，运动速度比单个分子慢得多，再加上酸雾颗粒表面常常带有电荷并吸附大 量的气体，致使它更不容易凝聚或同气泡壁接触。所以酸雾一经形成，就很难再被水完全吸收，结果 绝大部分将随同气泡上升逸出液面．气泡破裂而散失于尾气之中，造成三氧化硫的吸收率降低和带 来环境 污染 。 2 用浓度 低于98．3 的硫酸作吸收剂 此时吸收情形 与用水作吸收剂时的情形相似。吸收酸的浓度愈低 ，液相上水蒸气的分压就愈 大 ，气泡内水蒸气的量就愈多，酸雾生成的机会就越多，三氧化硫就越不易被吸收完全，同样造成硫 的利用率降低和污染环境。 3 用浓度高于98．3 的硫酸作 吸收剂 此时虽然水的蒸气压会减小，气泡内水蒸气的量减少，不利于形成酸雾，有利于三氧化硫的吸 收 ；但硫酸蒸气的平衡分压却随硫酸浓度的增大而增大，且三氧化硫的分压也会随之稍有增加(因 为(1)式和 (2)式的平衡向左移动)，这就会有较多的硫酸蒸气和三氧化硫随同尾气跑掉，导致吸收 率降低、硫的利用度降低和污染环境。 常压下，由于98．3 的硫酸溶液具有最高恒沸点 (611K)，所以 ，在这种浓度时，气液两相的平 衡组成才相等 ，同一温度下溶液的饱和蒸气压 (水蒸气和三氧化硫、硫酸蒸气的分压之和)为鼎小 ， 气泡内水蒸气很少，生成的酸雾少，从而保证 了三氧化硫的吸收较其它浓度酸液吸收的完全。由于 气泡内三氧化硫分子被蛾收 ，气泡内的压强也相应地减小，气泡由太变小，晟后气泡内的气体(大量 的氮气 、少量的氧气和扳微量的三氧化硫 、硫酸蒸气等)自液面逸出成为尾气经进一步处理后放掉。 综上所 述，吸收三氧化硫 既不 能用 水，也不 宜用 浓度 低于 或高 于98．3 的硫酸溶l梭 ，而 以 98—3 的硫酸溶液最合适，这是由硫酸工业生产中对三氧化硫吸收的要求和吸收时的具体情况而 决 定的 。 参考文献 [】]崔慝选 化学工艺学(第二版)．北京 高等教育 出版社 ，l990．157 ， [2]陈五平．无机化工工艺学 (二】．北京化工 出版{土，l 986·142 L3]上海师院 福建师大．化工基础 ：．重 庆人民教育出版 }±．1 983．349 -55· 维普资讯 http://www.cqvip.com