第一单元氨的合成第三单元硫酸工业

第一单元氨的合成第三单元硫酸工业第1页，共18页，2023年，2月20日，星期一第一单元氨的合成了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，知道催化剂在研制对化学工业发展的重大意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产上的具体应用，认识化学科学发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。第2页，共18页，2023年，2月20日，星期一一、氮的固定1、定义：2、类别：②人工固定：合成氨等。①天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、雷雨天产生NO气体；将游离态氮转化为化合态氮的过程第3页，共18页，2023年，2月20日，星期一合成氨反应使氨生成的快(从化学反应速率分析)使氨生成的多(从化学平衡分析)压强温度是否要用催化剂N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+92.4kJ分析角度反应要求外界条件高温高压高压低温使用不影响二、工业合成氨1、反应原理：N2(g)

+3H2(g)

2NH3

(g)

△H=-92.4kJ/mol一定条件2、反应条件的选择：分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。第4页，共18页，2023年，2月20日，星期一使用催化剂：铁触媒（以Fe为主体的多成分催化剂）这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：450℃左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；选择合适的压强：20MPa~50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。浓度：使用过量的氮气。N2+3H22NH3

铁触媒450℃20～50MPa合成氨的适宜条件第5页，共18页，2023年，2月20日，星期一[问题一]设计方法从空气中获得氮气？[问题二]写出工业上制取水煤气的化学方程式。现代工业常用石油工业中的碳氢化合物与水在催化剂作用下制取氢气，试写出丙烷与水反应的化学反应方程式。C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2CH4+H2O=CO+3H2C3H8+3H2O=3CO+7H23、原料选择工业合成氨时N2源于哪里?H2又来源于哪里?(1)物理方法：(2)化学方法：(1)物理方法：液化空气，再利用N2的沸点比O2低，蒸馏出N2----氮气的沸点低先汽化。(2)化学方法：将空气依次通过NaOH溶液、浓硫酸、灼热的铜网，除去CO2、水和O2，得到较纯净的N2。第6页，共18页，2023年，2月20日，星期一想一想:制取原料气的过程中常混有的杂质气体？CO,CO2和H2S(如何净化)四个生产过程:造气,净化，合成，分离二、工业合成氨4、生产过程第7页，共18页，2023年，2月20日，星期一5、工业流程原料气的制备净化压缩(防止催化剂中毒)合成分离液氨N2、H2多级压缩机合成塔分离器循环压缩机第8页，共18页，2023年，2月20日，星期一合成氨的实地照片第9页，共18页，2023年，2月20日，星期一1、氮、氢混合气在合成塔中的流向？为什么原料气从塔底流经外筒环隙进入？为什么气体在反应前后都要通过热交换器？

2、合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混合，请问这样设计的原因是什么？冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在5000C左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用进行热交换，预热原料气，加快反应速率；充分利用反应放出的热量，节约能源阅读书本Ｐ23，完成P24的观察与思考第10页，共18页，2023年，2月20日，星期一第三单元硫酸工业学习目标：1、掌握接触法制硫酸的化学原理，能写出各阶段的化学反应方程式和需要控制的反应条件，能依据反应的各个阶段说明生产中反应物与生成物之间的数量关系。2、了解接触法制硫酸的生产工艺，了解各阶段的主要设备、工艺要求，结合反应原理理解各阶段生产条件控制的必要性与方法。第11页，共18页，2023年，2月20日，星期一制取硫酸反应原理:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2高温SO3+H2O=H2SO42SO2+O22SO3催化剂硫磺愚人金接触法制硫酸的化学原理[问题一]工业上以硫或硫铁矿（FeS2）为原料制取硫酸，试写出有关化学反应方程式。并分别说明三个反应分别在什么设备中进行。第12页，共18页，2023年，2月20日，星期一工业上制备硫酸的三个三三阶段三反应三设备造气接触氧化SO3的吸收SO2的制取SO3的生成硫酸的生成沸腾炉接触室吸收塔沸腾炉接触室吸收塔净化冷却第13页，共18页，2023年，2月20日，星期一硫酸的生产工艺[问题二]硫铁矿在炉内燃烧,要先粉碎并采用沸腾焙烧，这对硫铁矿的燃烧有什么好处？

粉碎矿石，通过强空气流使矿石处于沸腾状态，增大硫铁矿与氧气的接触面积，加快反应速度。沸腾炉第14页，共18页，2023年，2月20日，星期一[思考]在工业上制硫酸时存在以下反应,分析合成SO3适宜的生产条件？2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H<0理论分析：与合成氨类似-----增大反应物的浓度、合适的压强、合适的温度、使用合适的催化剂实际生产：①工业上合成SO3通常是在常压下，而不用加压的方法,因为SO2与O2的反应比氮气与氢气的反应容易(考虑动力、材料、设备）②合成SO3通常使用过量空气的方法,但合成氨气不用过量的空气,主要是为了防止氢气与氧气化合发生爆炸。③实际生产温度通常控制在4500C左右(此温度下转化率已经比较高)硫酸的生产工艺接触室第15页，共18页，2023年，2月20日，星期一硫酸的生产工艺[问题三]接触室中O2的体积分数约是SO2的1.5倍，这样做的原因是什么？增大氧气的浓度，提高二氧化硫的转化率[问题五]在硫酸生产工艺的接触室中使用了热交换器，其作用是什么？在合成氨塔中也使用了热交换器两者作用相同吗?

把反应时生成的热，传递给需要预热的气体，并冷却反应后生成的气体

接触室第16页，共18页，2023年，2月20日，星期一硫酸的生产工艺[问题六]从接触室中出来的气体一般用什么吸收，为什么不用水吸收？吸收SO3的液体一般从塔顶喷下来，为什么?用98.3%的浓硫酸吸收—不用水来吸收三氧化硫是为了避免产生酸雾从而降低吸收效率。吸收塔第17页，共18页，2023年，2月20日，星期一硫酸工业的三废治理[问题七]沸腾炉中出来的炉渣主要含有Fe2O3，请你设计如何利用