【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。??

第二章硫，氧族元素

§2-5硫酸的工業(yè)制法

【01】工業(yè)上制造硫酸有兩種方法：一種叫做接觸法，一種叫做鉛室法?，F(xiàn)在看來(lái)，鉛室法已經(jīng)是比較陳舊了，沒(méi)有多大發(fā)展前途。下面我們只介紹接觸法生產(chǎn)硫酸的概要情況。

【02】接觸法制造硫酸的主要過(guò)程有：

【03】(1)二氧化硫的制造；

【04】(2)二氧化硫催化氧化成三氧化硫；

【05】(3)三氧化硫的吸收和硫酸的生成

【06】其中，由二氧化硫催化氧化成三氧化硫是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程里最主要的部分。

1、二氧化硫的制造

【07】前面講過(guò)，二氧化硫可以從燃燒硫黃而制得，但一般以黃鐵礦為生產(chǎn)二氧化硫的原料。

【08】黃鐵礦在特制的燃燒爐里燃燒時(shí)，就有二氧化硫氣體產(chǎn)生。反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

【山注，4FeS_2+11O_2\mathop{=\!=}\limits^{燃燒}2Fe_2O_3+8SO_2↑，原書(shū)此處沒(méi)有注明條件“燃燒”】

【09】黃鐵礦燃燒爐（圖2-13）是用耐火磚砌成的一個(gè)巨大的圓筒，爐外包有鋼皮，爐內(nèi)有用耐火磚砌成的平坦的爐拱8~9層（圖2-13只畫了六層)，上數(shù)第一、三、五等奇數(shù)層爐拱的中心部分有一個(gè)圍繞中心轉(zhuǎn)軸的環(huán)形開(kāi)口，第二、四、六等偶數(shù)層爐拱的外圍靠近爐壁處有數(shù)個(gè)開(kāi)口，因此，各拱層是相連通著的，在各層爐拱間都有兩個(gè)連結(jié)在中心轉(zhuǎn)軸上的鐵耙，奇數(shù)層鐵耙的耙齒稍向內(nèi)斜，偶數(shù)層鐵耙耙齒稍向外斜.將預(yù)先壓碎的黃鐵礦礦石從入口5處加入爐中，被最上層爐拱中的鐵耙的耙齒（鐵耙隨著中心轉(zhuǎn)軸緩緩地轉(zhuǎn)動(dòng)）撥到中心開(kāi)口處而落入第二層；然后又被第二層爐拱中的鐵耙的耙齒撥到外圍，經(jīng)邊緣開(kāi)口處落入第三層。其后依次逐層下落。供燃燒用的空氣自入口3處送入，和礦石下落相逆的方向漸次上升（逆流）。礦石在爐里一邊移動(dòng)，一邊燃燒產(chǎn)生二氧化硫氣體（稱為爐氣），最后由出口4處導(dǎo)出。礦石燃燒后剩下的廢礦渣，由出口處排出爐外。燃燒爐中心的轉(zhuǎn)軸和多層鐵耙的內(nèi)部，都用空氣來(lái)冷卻。燃燒爐中部的第四、第五層附近的溫度最高，一般控制在850℃左右，最高不應(yīng)超過(guò)900℃。爐氣出口溫度約為500℃。

2、二氧化硫催化氧化成三氧化硫

【10】從燃燒爐出來(lái)的爐氣中，除含有二氧化硫外，還含有沒(méi)有用盡的空氣（氧氣和氮?dú)猓?、水蒸氣、砷的化合物（砷音“申”，是一種化學(xué)元素，在黃鐵礦里常含有少量的砷的化合物，因此爐氣里也常有神的化合物）和灰塵（飛散的黃鐵礦粉和爐渣等）。為了保證二氧化硫催化氧化的正常進(jìn)行，必須先經(jīng)過(guò)一系列的精制系統(tǒng)：

【11】(1)除塵：把燃燒爐里出來(lái)的爐氣經(jīng)過(guò)除塵室，除去其中大部分的灰塵?！竟I(yè)上用的除塵器有好多種，例如旋風(fēng)除塵器、文丘里除塵器、電除塵器等，這些除塵器的結(jié)構(gòu)，要在專門書(shū)籍里討論，此處不作介紹。】

【12】(2)洗滌：經(jīng)過(guò)除塵的爐氣，導(dǎo)入洗滌塔用稀硫酸洗滌。洗滌塔是用鉛制成的，里面填充著瓷環(huán)。由除塵室出來(lái)的氣體從塔底導(dǎo)入，塔頂則有稀硫酸噴下（圖2-14）。在洗滌塔里，可以洗去爐氣中剩余的微量的灰塵和砷的化合物（它對(duì)催化劑有毒害作用）。

【13】(3)干燥：從洗滌塔出來(lái)的氣體，再送入干燥塔干燥。干燥塔是用鋼制成的，內(nèi)襯耐酸磚，塔里也填充著瓷環(huán)。塔頂用濃硫酸噴下，以吸去氣體中的水蒸氣（圖2-14）。

【14】爐氣經(jīng)上述一系列的精制系統(tǒng)后，其中有害雜質(zhì)已大部分除去。這時(shí)氣體中除含有二氧化硫外，還含有足夠多量的空氣。先把這種混和氣體導(dǎo)入熱交換器，把氣體預(yù)熱到大約500℃左右，然后再引入接觸室。接觸室是一個(gè)用鋼制成的大圓筒（圖2-15），筒里有幾層水平并列著的多孔擱板，催化劑（由于鉑的價(jià)錢很貴，現(xiàn)在工業(yè)上一般是用五氧化二釩做成一段段空心的管狀物，稱做釩催化劑）就攤放在擱板上。

【15】在接觸室里，二氧化硫跟氧氣在催化劑的作用下，迅速反應(yīng)生成三氧化硫：

【山注，2SO_2+O_2\mathop{=\!=\!=\!=}\limits^{（釩催化劑）}_{500°C}2SO_3】

【16】這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，有大量的熱放出。因此，自接觸室出來(lái)的三氧化硫氣體的溫度很高，必須經(jīng)過(guò)冷卻，然后才能送入吸收塔吸收。三氧化硫氣體冷卻時(shí)放出的熱量，一部分可以通過(guò)熱交換器來(lái)預(yù)熱二氧化硫和空氣的混和氣體。熱交換器的結(jié)構(gòu)如圖2-16所示，熱的三氧化硫氣體從內(nèi)管流過(guò)，把管外自干燥塔導(dǎo)來(lái)的二氧化硫和空氣的混和氣體預(yù)熱，發(fā)生熱交換作用。從熱交換器出來(lái)的三氧化硫氣體，溫度仍嫌太高，要再經(jīng)空氣冷卻器（它的結(jié)構(gòu)和熱交換器相同），用冷空氣把它進(jìn)一步冷卻，然后導(dǎo)入吸收塔。

?3、三氧化疏的吸收

【17】經(jīng)冷卻后的三氧化硫氣體，導(dǎo)入吸收塔。吸收塔的結(jié)構(gòu)和前述干燥塔相似。

【18】雖然三氧化硫能夠直接跟水化合生成硫酸：

【山注，SO_3+H_2O=H_2SO_4】

【19】但在吸收塔里，并不用水來(lái)吸收三氧化硫。這是因?yàn)樵谧岳鋮s器導(dǎo)來(lái)的三氧化硫氣體里，雜有相當(dāng)多的廢氣（主要是氮?dú)猓?，如果用水?lái)吸收，三氧化硫跟水劇烈反應(yīng)，生成許多極其微細(xì)的硫酸珠滴（酸霧），隨同廢氣一起上升至塔的上部逸散出去，會(huì)造成大量三氧化硫的損失。

【20】工業(yè)上是用96~98%的濃硫酸來(lái)吸收三氧化硫的，當(dāng)這樣的濃硫酸從塔頂噴下時(shí)，除一小部分三氧化硫跟濃硫酸里少量的水分(2~4%)化合生成硫酸外，大部分的三氧化硫溶解于硫酸里，生成發(fā)煙硫酸。稀釋發(fā)煙硫酸，可以得到各種濃度的純凈硫酸。【溶解有三氧化硫的硫酸，會(huì)在空氣里發(fā)“煙”（實(shí)際上是其中三氧化硫揮發(fā)出來(lái)后，跟空氣中的水蒸氣化合形成的一種酸霧），所以叫做發(fā)煙硫酸】

【21】由接觸法制得的濃硫酸，可以儲(chǔ)存于巨大的耐酸鐵桶里。

【22】由接觸法制造硫酸的生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖，如圖2-14所示。

習(xí)題2-5

1、繪圖說(shuō)明熱交換器的結(jié)構(gòu)和熱交換原理。

2、在接觸法制硫酸的生產(chǎn)過(guò)程里，哪些地方應(yīng)用了逆流原理？

3、二氧化硫爐氣的精制包括哪些步驟？為什么要凈化？

4、為什么三氧化硫在被吸收以前要先經(jīng)過(guò)冷卻？

5、為什么濃硫酸的儲(chǔ)酸桶是用鐵制的？