化工生产过程中的基本问题

走进化学工业课题1化工生产过程中的基本问题硫酸的性质(1)物理性质：硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把______倒到______中,并_____.(2)化学性质：浓硫酸具有酸性,______性,______性和______性.浓硫酸水不断搅拌吸水脱水强氧化复习回顾：一、依据化学反应原理确定生产过程工业生产硫酸1、原料？（1）自然界中存在的含硫的物质有哪些?（2）这些物质能直接得到H2SO4吗?若不能，那么要经过哪些中间产物才能变成硫酸?硫磺、黄铁矿（FeS2）2、反应原理？以硫磺为原料S(s)+O2(g)SO2(g)点燃2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂加热SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂加热SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)高温4FeS2（s）+11O2（g）8SO2（g）+2Fe2O3（s）以黄铁矿（FeS2）为原料造气（制SO2）净化、干燥催化反应室400~500℃常压、催化剂吸收塔稀释室贮存室SO3空气SO2发烟硫酸98%硫酸98%硫酸水3、工业制硫酸的主要流程三阶段：造气催化氧化吸收沸腾炉接触室吸收塔4、三个主要设备SO2O298%硫酸黄铁矿沸腾炉矿渣空气思考：从沸腾炉出来的SO2气体是否纯净？思考：黄铁矿为什么要粉碎？为什么要通入强大空气流？增大矿石跟空气的接触面积，加快反应速率并使之充分燃烧；为了使黄铁矿充分燃烧，同时增大廉价易得的反应物浓度，使得较贵重的原料得以充分利用。不纯净，炉气中除SO2还含有O2、N2、H2O和一些杂质。接触室低温的SO2、O2思考：接触室中热交换器的作用是什么？从接触室出来的气体成分是什么？热交换器的作用是在SO2接触氧化时，用放出的热来预热即将进入接触室发生反应的SO2和空气，这样可以充分利用热能，节约燃料。思考：吸收SO3为什么不用水或稀硫酸，而要用98%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？因为用水或稀H2SO4溶液做吸收剂容易形成酸雾且吸收速率慢；液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。吸收塔SO398%课题1化工生产过程中的基本问题第二课时二、生产中原料的选择硫酸生产中的原料：思考与交流（5P）（1）为什么早期我国是以黄铁矿为原料制硫酸？早期黄铁矿储存量比较大，而天然硫磺资源缺乏，又难以从国外购进，并且那时对环境保护不够重视。（2）从世界目前的状况来看，为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS2)作为原料生产硫酸?硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化，从而降低成本。三、生产中反应条件的控制复习回顾：1、影响化学反应速率的因素有哪些？反应物浓度、温度、压强（对有气体参加的反应）、催化剂2、改变反应条件（浓度、温度、压强）对化学平衡的影响？勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件，平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动工业生产硫酸反应条件的控制：思考与交流（阅读P6）你认为二氧化硫的催化氧化反应在什么温度和压强下有利于三氧化硫的生成？表1—1，温度越低，SO2的转化率_____；那么是否温度越低越好呢？越高不是，虽然温度越低越有利于提高SO2的转化率，但温度太低时催化剂活性不高，反应速率低。(应选择温度：400~5000C)注意:工业生产中反应温度的选择不仅要考虑温度对速率和反应物转化率的影响，还应该考虑该温度下催化剂的活性。（1）温度2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂加热△H0阅读P6表1-2,压强越大，SO2的转化率_____；（2）压强越高那么是否压强越高越好呢？不是，因为高压对设备的要求高，会增大投资和能量消耗，且在常压、400~500℃时，SO2的转化率已经很高。（应选择压强：常压）注意：工业生产中压强的选择不仅考虑速率、反应物的转化率，往往还要考虑成本和能量消耗等问题(1)温度(400~5000C)(2)常压(3)催化剂2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂加热工业制硫酸中催化氧化反应的适宜条件：△H0四、生产中三废的处理1、三废：废气、废液、废渣2、三废的处理方法：（1）尾气吸收方法一：石灰水吸收法ＳＯ２Ｃa（ＯＨ）２ＣaＳＯ３Ｈ２ＳＯ４ＳＯ２（重新利用）方法二：氨水吸收法SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2+H2O尾气的成分？（2）废液的处理（3）废渣的利用用石灰乳Ca(OH)2中和：废渣：黄铁矿为原料的炉渣可用于炼铁还可用于制水泥的原料或用于制砖。Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O五、能量的充分利用可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。这些废热不仅可以为硫酸厂自行提供能量，还可以向外界输出大量的能量。S(s)+O2(g)SO2(g)点燃2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g)催化剂加热SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)（放热反应）（放热反应）（放热反应）以硫磺为原料化工生产过程中应考虑的问题：•(1)选择原料•(2)确定化学反应原理•(3)选择工艺流程和设备•(4)生产条件的控制•(5)三废处理(环境保护)•(6)能源的利用(综合经济利益)•(7)其它问题(如厂址，成本等问题）小结：小结：(本节课重点)•1.工业上接触法制硫酸概括为“四个三”：三反应：三阶段：三设备：三条件：•2.硫酸生产中的三废的处理和废热的利用。造气、催化氧化、吸收沸腾炉、接触室、吸收塔(1)400~5000C(2)常压(3)催化剂1、在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是（）A、硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料B、炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应C、SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可提高SO2的转化率D、接触室的反应温度控制在400~500℃，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的转化率都比较理想，且催化剂的活性也较高D2、下列对硫酸生产中化学反应原理的分析正确的是（）A、硫酸生产中涉及的三个化学反应因原料的不同可能全部是氧化还原反应B、硫酸生产中涉及的三个化学反应都是放热反应C、硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要使用催化剂D、硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要在较高温度条件下进行B3、关于接触法制硫酸的叙述中，不正确的是（）A、从沸腾炉出来的炉气必须净化，主要目的是防止催化剂中毒B、之所以叫“接触法”是因为SO2被氧化成SO3时反应是在催化剂表面进行的C、黄铁矿粉碎成细小矿粒，在沸腾炉中燃烧快、反应完全，提高了原料的利用率D、SO3用稀硫酸吸收而不用水吸收，可防止形成酸雾并使SO3吸收完全D4、硫酸最古老的生产方法是把绿矾（FeSO4•7H2O）装入反应器中加强热，会流出油状液体，并放出有刺激性气味的气体（SO2），反应器中的固体变成了红色。写出这种方法中绿矾转化为硫酸的两个化学方程式：（1）（2）SO3+H2OH2SO42FeSO4•7H2OFe2O3+SO3+SO2+14H2O高温作业利用黄铁矿(含FeS284%)生产硫酸，黄铁矿的利用率为96%，SO2的转化率为95%，SO3的吸收率为98.5%，求1t黄铁矿可生产98%的浓硫酸多少吨。1.26吨沸腾炉接触室吸收塔三设备SO2O298%硫酸黄铁矿