化工生产中的基本问题

1、化学与技术化学与技术1、了解化工生产的基本问题。、了解化工生产的基本问题。2、掌握、掌握工业制硫酸工业制硫酸的生产原理。的生产原理。3、平衡移动原理平衡移动原理对化工生产中条件控制的对化工生产中条件控制的意义。意义。4、充分体会合作学习的、充分体会合作学习的乐趣乐趣。找准方向找准方向 明确目标明确目标要求：全体起立，激烈讨论，大要求：全体起立，激烈讨论，大胆发言，感受学习的乐趣。胆发言，感受学习的乐趣。探究探究1：阅读阅读课本工业制硫酸的生产原理，完成导课本工业制硫酸的生产原理，完成导学案中自主学习第（）点的检验核对。学案中自主学习第（）点的检验核对。练习练习1、探究探究2：用平衡移动原理来对

2、化工生产中条件进行：用平衡移动原理来对化工生产中条件进行控制控制 。练习练习2、3、4、6、7、9合作探究（合作探究（8分钟）分钟）知识链接知识链接要求：跑步上台，将展示内容书写在黑要求：跑步上台，将展示内容书写在黑板上，字迹工整，条理清晰板上，字迹工整，条理清晰高效展示高效展示,秀出你的风采秀出你的风采探究探究1：写出各阶段的写出各阶段的设备设备及反应的及反应的化学方程式化学方程式：a.造气造气（1B）b.催化氧化催化氧化（2B） c.吸收吸收（3B）硫酸工业中硫酸工业中“三废三废”的处理的处理废水：废水： （4B）废气：废气： （5B）废渣：废渣： （6B）硫酸工艺中的适宜温度和压强：硫酸

3、工艺中的适宜温度和压强： （1C）硫酸生产过程中为充分利用热能而降低成本的硫酸生产过程中为充分利用热能而降低成本的措施措施（2C）抢答点评，抢答点评，我的地盘我做主我的地盘我做主1、2、3、4、6、7、91.一千多年前的波斯人用煅烧绿矾（一千多年前的波斯人用煅烧绿矾（FeSO4.7H2O)方法制硫酸当方法制硫酸当时的人称之为时的人称之为“绿矾油绿矾油”反应过程可以表示为：反应过程可以表示为：煅烧煅烧2（FeSO4.7H2O)=Fe2O3+SO2+SO3+14H2O2.1740年英国人在陶器中加热硫磺和硝酸的混合物制硫酸后来年英国人在陶器中加热硫磺和硝酸的混合物制硫酸后来在此基础上发展起来的各种

4、方法都叫做在此基础上发展起来的各种方法都叫做硝化法硝化法或或铅室法铅室法。反应。反应过程可以表示为：过程可以表示为：NO2+SO2NO+SO3SO3+H2OH2SO43.1831年英国人又发明了年英国人又发明了接触法接触法。目前，硫酸有。目前，硫酸有80%以上都是以上都是用这种方法生产。用这种方法生产。硫酸生产发展简史和我国硫酸工业的现状硫酸生产发展简史和我国硫酸工业的现状我国在我国在1867年上海建成第一座硫酸厂。到年上海建成第一座硫酸厂。到1949年产仅年产仅4万吨，万吨，而到而到2010年时我国的硫酸产量就已达到年时我国的硫酸产量就已达到7120万吨。万吨。20022006年我国各原料制

5、酸生产能力情况年我国各原料制酸生产能力情况 单位：单位：kt/a项项 目目2002年年2003年年2004年年2005年年2006年年硫磺制酸硫磺制酸1350014600177002330028700硫铁矿制酸硫铁矿制酸 1650016800168001880020700烟气制酸烟气制酸7900830093001100012600其它其它550550550550550总计总计3845040250443505365062550我国的硫酸工业我国的硫酸工业一、接触法制硫酸的化学反应原理一、接触法制硫酸的化学反应原理说明：说明：选择制取硫酸的原料应从实际出发选择制取硫酸的原料应从实际出发,世界上主要

6、用世界上主要用硫磺作原料，而我国主要用黄铁矿作原料。硫磺作原料，而我国主要用黄铁矿作原料。FeSFeS2 2HH2 2SOSO4 4SOSO3 3SOSO2 21.造气造气2.接触氧化接触氧化3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收S+O2SO2点燃点燃SO3+H2OH2SO42SO2+O22SO3催化剂催化剂加加 热热反应原理：反应原理：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2高温高温生产原料：生产原料：硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含二氧化硫烟气二氧化硫烟气、空气、水、空气、水二、接触法制硫酸的生产工艺二、接触法制硫酸的生产工艺【问题问题1 1】为什么

7、要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？】为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？【问题问题2 2】为什么要从炉底通入强大空气流？】为什么要从炉底通入强大空气流？4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2高温高温粉碎的黄铁矿粉碎的黄铁矿鼓入强大空气流鼓入强大空气流沸腾炉沸腾炉流程流程1 1：造气造气【问题问题3】试分析黄铁矿燃烧后从沸腾炉中出来的炉试分析黄铁矿燃烧后从沸腾炉中出来的炉气中含有哪些物质？气中含有哪些物质？SO2、O2、N2、水蒸气以及一些水蒸气以及一些杂质，如杂质，如As、Se等的化合物和矿等的化合物和矿尘等等。尘等等。酸洗酸洗干燥干燥除尘除尘SOSO2 2、OO2 2、N N2 2容易使催化剂中毒

8、容易使催化剂中毒腐蚀设备，影响生产腐蚀设备，影响生产除矿尘除矿尘除除As、Se化合物化合物除除水蒸气水蒸气【讨论】【讨论】根据反应速率和化学平衡理论根据反应速率和化学平衡理论,考虑综合经考虑综合经济效益，你认为采取哪些措施济效益，你认为采取哪些措施(催化剂、浓度、温度、催化剂、浓度、温度、压强压强)可以提高可以提高SO2的利用率的利用率?浓度浓度：增大廉价原料的用量以增大廉价原料的用量以增大增大OO2 2的浓度的浓度，可以提高可以提高SO2的利用率，从而降低生产成本。的利用率，从而降低生产成本。温度温度：从平衡角度看，此反应在较低温度下进行最为有利，从平衡角度看，此反应在较低温度下进行最为有利

9、，但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑，对生产不利。故在实际生产中，选定考虑，对生产不利。故在实际生产中，选定400400500500压强压强：考虑到加压对设备的要求高，投资大和能耗大，且常考虑到加压对设备的要求高，投资大和能耗大，且常压下压下400500时，时，SO2的转化率已经很高，从综合经济的转化率已经很高，从综合经济效益考虑，在实际生产中，通常效益考虑，在实际生产中，通常采用常压操作采用常压操作。并不加压。并不加压。2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H=

10、-196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程2：接触氧化接触氧化接触室接触室热交换器热交换器钒催化剂钒催化剂【问题问题】SO2的接触氧化需在的接触氧化需在400500条件下进行：条件下进行：反应前要把低温的炉气预热到这个温度？反应前要把低温的炉气预热到这个温度？该反应放热，环境温度会升高，不利于该反应放热，环境温度会升高，不利于SO3生成？生成？温度较低气体甲温度较低气体甲热气体乙热气体乙热交换原理热交换原理一种流体在管道内流一种流体在管道内流动，另一种流体在管动，另一种流体在管道外流动。两种流体道外流动。两种流体通过管壁进行热交换通过管壁进行热交换冷的

11、流体被加热；冷的流体被加热；热的流体被冷却热的流体被冷却。冷气体乙冷气体乙温度较高气体甲温度较高气体甲沸腾炉接触室接触室沸腾炉沸腾炉SO2、N2、O2；600C5000C8500CSO3、SO2、N2、O22SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H= -196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程3：三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收SOSO3(g)3(g) + H + H2 2OO(l) (l) = H= H2 2SOSO4(l) 4(l) ; ; HH130.3kJ/mol130.3kJ/mol【问题问题

12、】为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？常用常用98.3%的硫酸作吸收剂！的硫酸作吸收剂！ 三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。吸收塔吸收塔98.3%H2SO4尾气尾气逆流吸收逆流吸收：(SO3从塔从塔的下部通入的下部通入,98.3%的的硫酸从塔顶喷下硫酸从塔顶喷下):增增大大SO3和和H2SO4的接触的接触面积面积,强化吸收过程强化吸收过程. .SOSO3 3、SO2、N2、O2发烟硫酸发烟硫酸【问题】【问题】吸收过程在吸收塔中进行

13、。采取何种方式吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式可以保证可以保证SO3被被98.3%的浓硫酸完全吸收？的浓硫酸完全吸收？吸收吸收塔内填充塔内填充有大量有大量瓷管瓷管，以增大被吸收以增大被吸收气体与吸收液气体与吸收液的的接触面积。接触面积。【问题】【问题】尾气的组成：尾气的组成：SO2、O2、N2。由于含有二。由于含有二氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造成原料的浪费。成原料的浪费。如何处理尾气？如何处理尾气？ 氨水法：氨水法： NHNH3 3HH2 2OO2NH2NH3 3HH2 2O+SOO+SO2 2(NH(NH4 4) )2 2S

14、OSO3 3+H+H2 2OONHNH3 3HH2 2O+SOO+SO2 2NHNH4 4HSOHSO3 31.将尾气再次通入到接触室，进行再次氧化，吸收；将尾气再次通入到接触室，进行再次氧化，吸收；2.将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理；将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理；(NH(NH4 4) )2 2SOSO3 3 + H + H2 2SOSO4 4 = (NH = (NH4 4) )2 2SOSO4 4 + SO+ SO2 2+ H+ H2 2OO黄铁矿黄铁矿空气流空气流矿渣矿渣SO2、O2、N2、水、水蒸气以及一些杂质蒸气以及一些杂质冷的冷的SO2、O2、N2热的热的SO2、O2、N2

15、SO3、SO2、O2、N2SO2、O2、N298.3%硫酸硫酸炉炉具体内容具体内容三原料三原料三反应三反应三设备三设备三原理三原理三净化三净化硫酸工业制法的五个硫酸工业制法的五个“三三”SO3H2OH2SO4V2O54005002SO2O2SO3高温高温4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；黄铁矿、空气、水黄铁矿、空气、水沸腾炉、接触室、吸收塔沸腾炉、接触室、吸收塔充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥三、硫酸工业的三废治理三、硫酸工业的三废治理化工生产必须保护环境，严格治理化工生产必须保护环境，严格治理“三废三废”，并尽可能，并尽可能把把“三废三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。变为有用的副产品，实现原料的综合利用。1.1.尾气吸收：尾气吸收：尾气中少量的尾气中少量的SO2用氨水吸收用氨水吸收SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3(NH4