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鉛室法

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鉛室法 [1] 硝化法制硫酸的一種方法,硫酸工業發展史上最古老的工業生產方法,因以制的方形空室為主要設備而得名。鉛室法曾作為硫酸的唯一製造法盛行於世,歷時100多年。20世紀起,逐漸被塔式法和接觸法(見硫酸)取代。詞條詳細介紹了鉛室法的原理、生產流程以及被淘汰的原因等,並介紹了改進的硫酸製取方法。
中文名
鉛室法
外文名
lead-chamber process
方    法
硝化法制硫酸的一種方法
地    位
最古老的工業生產方法
主要設備
制的方形空室
創建時間
1746年
用    途
製取硫酸
領    域
能源、化工
學    科
化學

鉛室法簡介

硝化法制硫酸的一種方法 [2]  硫酸工業發展史上最古老的工業生產方法,因以制的方形空室為主要設備而得名。鉛室法曾作為硫酸的唯一製造法盛行於世,歷時100多年。20世紀起,逐漸被塔式法和接觸法(見硫酸)取代。

鉛室法鉛室法原理

鉛室法 鉛室法
鉛室法的基本原理與塔式法相同,實質上是利用高級氮氧化物(主要是三氧化二氮)使二氧化硫氧化並生成硫酸: SO2+N2O3+H2O—→H2SO4+2NO
生成的一氧化氮又迅速氧化成高級氮氧化物: 2NO+O2—→2NO2
NO+NO2—→N2O3
因此,在理論上,氮氧化物僅起着傳遞氧的作用,本身並無消耗。

鉛室法鉛室法生產流程

英國人J.·羅巴克於1746年創建了世界上第一個鉛室法製造硫酸的工廠。至19世紀50年代,鉛室法生產工藝才臻於完善 [2] 
典型的鉛室法的生產流程,是使300~500℃的含二氧化硫氣體(見硫酸原料氣)進入充有填料的脱硝塔,與淋灑的含硝硫酸逆流接觸。由於酸温升高,含硝硫酸中的氮氧化物得以充分脱除。塔頂引出的含二氧化硫、氮氧化物、氧和水蒸氣的混合氣體,依次通過若干個鉛室。在鉛室中,二氧化硫充分氧化而成硫酸。最終通過兩座串聯的填料式吸硝塔,塔內淋灑經過冷卻的脱硝硫酸,以吸收氮氧化物,所得的含硝硫酸送往脱硝塔。
由於部分氮氧化物會隨廢氣和產品帶出,需不斷補充。早期是將硝石加入焚硫爐內使受熱分解,取得二氧化硫和氮氧化物的混合氣體。後來,都是將氧化成氮的氧化物,再將後者引入第一個鉛室,或將硝酸直接補加在含硝硫酸中,用以淋灑脱硝塔。
潮濕的二氧化硫、氮氧化物的混合氣體和濃度在70%以下的稀硫酸具有很強的腐蝕性,設備需用鉛製。在鉛室中,二氧化硫的氧化與成酸反應大部分是在氣相中進行,因而不可避免地會形成大量的硫酸霧。這種氣溶膠狀態的細微顆粒需經較長進間才能凝聚成液滴,墜落至鉛室底部。為此必須擁有很大的反應空間,才能保持較高的生產效率。再者,生產過程中釋放的大量反應熱也須經鉛室表面及時散去。因此,鉛室法工廠往往採用多個串聯的鉛室,耗鉛量大,這是歷史上人們力求革新鉛室法的主要原因。

鉛室法淘汰原因

大部分硫酸從鉛室製得(濃度為 65%H2SO4)。適量的鉛室產品可注入脱硝塔,因多餘的水分被蒸發以及塔內也進行部分成酸反應,從而可由脱硝塔取得濃度達76%H2SO4產品。鉛室法的硫酸濃度低而且往往含有很多雜質,用途受到限制,這也是鉛室法被淘汰的重要因素 [2] 

鉛室法改進方法

鉛室法塔式法

塔式法是硝化法制硫酸的一種方法 [3]  。在硫酸工業發展史上是由於改革鉛室法而獲得成功的。1911年奧地利人C.奧普爾創建了世界上最早的塔式法裝置。塔式法是以填充塔為主要成酸設備,其工藝原理與鉛室法相同。由於塔內的填料提供了巨大的表面,使氣體和液體得以充分接觸,強化了擴散和吸收過程,導致二氧化硫的氧化和進一步的成酸反應絕大部分在液相(含硝硫酸)中迅速完成,所需的反應空間大大減少,與鉛室法相比,用一二個不大的填充塔就足以取代為數較多、體積龐大的鉛室,從而節約了鉛材和投資。隨着塔的殼體改為鋼製,以及其他附屬設施也改用鋼甚至鑄鐵製作,其可靠性和經濟效益不斷得到提高。

鉛室法接觸法

接觸法是一種工業品的生產方法,主要是通過幾種原料的接觸反應的方式實現新物質的生成,最主要的應用是於工業法生產硫酸 [4] 
由於二氧化硫氧氣是在催化劑的表面接觸時起反應轉化成三氧化硫,進而製得硫酸,因而將這種製備硫酸方法稱為接觸法。
一般的主要原料是硫鐵礦(又名黃鐵礦、愚人金。主要成分二硫化亞鐵——FeS2,又名亞硫化亞鐵、過硫化鐵)
參考資料
  • 1.    К.М.Малин, Д.Я.Иткина, 賀紹堯. 硝化法制造硫酸的原理[J]. 化學世界, 1953(12):29-30.
  • 2.    夏定豪. 硫酸工業發展史(《中國大百科全書·化工》條目)[J]. 硫酸工業, 1987(3):53-54+61.
  • 3.    孫師白. 近年來硫酸工藝的發展[J]. 化學世界, 1962(10):3-5.
  • 4.    趙增泰. 接觸法硫酸技術發展動向[J]. 硫酸工業, 1996(1):1-9.