测量硫酸浓度(化学科普系列之化学与技术：硫酸生产的方法)

Posted 2023-05-31

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测量硫酸浓度(化学科普系列之化学与技术：硫酸生产的方法)

图1 硫酸生产厂

生产硫酸最古老的方法是用绿矾为原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸。在煅烧过程中，绿矾发生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝，便可得到硫酸。

图2 绿矾制备硫酸的反应方程式

在18世纪40年代以前，这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”，就是由于采用了这种制造方法的缘故。

二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但这一反应在通常情况下很难进行。后来人们发现，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。

硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中铅室法在1746年开始采用，反应是在气相中进行的。由于这个方法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，且成品为稀硫酸，所以，这个方法后来逐渐地被淘汰。

在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于20世纪初期。1907年在奥地利建成了世界上第一个塔式法制硫酸的工厂，其制造过程同样是使氮的氧化物起氧的传递作用，从而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是该过程在液相中进行，生产成本及产品质量都大大优于铅室法。塔式法制出的硫酸浓度可达76%左右，目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。

硝化法的反应历程较复杂，但可用简单的化学方程式表示如下：

图3 消化发制备硫酸的反应历程

反应中所需的NO由硝酸供给，氧气来自空气。接触法是目前广泛采用的方法，它创始于1831年，在20世纪初才广泛用于工业生产。到20世纪20年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产。

接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应，结合成三氧化硫，然后用98.3%的硫酸吸收为成品酸。这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物），但炉气的净化和精制比较复杂。

图4 硫酸工业流程