硫酸的工业制法PPT课件

化学课堂演示,设计制作 潘 珑,原理,流程,问题,环保,计算,退出,1,一、接触法制硫酸的反应原理,反应原理是：,燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫，使二氧化硫在适当的温度和催化作用下氧化成三氧化硫，再使三氧化硫和水化合生成硫酸。,H2SO4,H2O,SO3,SO2,FeS2,S,O2,O2,返回,2,接触法制硫酸的反应原理和生产过程,化学反应原理,生产过程,典型设备,SO3+H2O=H2SO4,二氧化硫的制取和净化,沸腾炉,二氧化硫氧化成三氧化硫,接触室,三氧化硫的吸收和硫酸的生成,吸收塔,生产全过程1,热交换器原理,4,11,2,8,全过程详解,3,接触法制硫酸的“五个三”,三原料,三反应,三设备,三原理,三净化,硫铁矿 空气 水,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,除尘 洗涤 干燥,具体内容,返回,4,第一步：,第二步：,硫酸的工业制法,第三步：,返回,5,接触室,返回,6,吸收塔,返回,7,沸腾炉,返回,8,关于生产过程中的几个问题,1工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？,2为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？,3黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为什么要向沸腾炉鼓入过量的空气或氧气？,4逆流原理中接触法制硫酸的过程中有哪些具体的作用？,5为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？,6什么是热交换过程？,7吸收SO3为什么不直接用水或稀硫酸，而是用98.3%的浓硫酸？,8制硫酸的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气中？,9为什么在吸收塔中填满瓷环,返回,9,1.工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？,为了增大反应物之间的接触面积，因为反应物之间的接触面积越大，反应速率就越快，制硫酸时把黄铁矿石粉碎，并在沸腾炉中燃烧，从而加快反应的进行，燃烧也充分。,返回,10,2为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？,这是因为矿粒燃烧的时候，从炉底通入强大的空气流，把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈沸腾，好象“沸腾着的液体”一样。因此，人们把这种炉子叫沸腾炉。矿粒在这种沸腾情况下，跟空气充分接触，燃烧快，反应完全，提高了原料的利用率。,返回,11,3黄铁矿石中沸腾炉里燃烧时，为什么要向沸腾炉鼓入过量的空气或氧气？,生产上，常使其中一种反应物的用量（浓度）超过反应所需的量，过量的那种反应物往往是原料中比较易得和便宜的，因而能使较贵重的原料能更充分利用。,返回,12,4逆流原理中接触法制硫酸的过程中有哪些具体的作用？,在化工生产中，相互作用的原料，往往采用逆流的方法，如：用硫酸的质量分数为98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫，液体和气体的流向是相反的，液体由吸收塔顶部淋下，气体又下向上，使作用更完全。在热交换中，冷的和热的气体（液体），都是采用逆流的方法进行热量交换的。硫酸工业中，接触室内使用热交换器，使未进入接触室的SO2和O2得以预热，有利于SO2的转化；从接触室里出来SO3得以降温，减少了SO3的分解。,返回,13,5为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？,从沸腾炉出来的炉气中，除SO2、O2、N2外，还有水蒸气、含砷、硒的化合物杂质及矿尘，杂质及矿尘会使催化剂失去活性而中毒，水蒸气会跟SO2、SO3形成酸雾，腐蚀管道设备，因此通入接触室的混合气体必须预先净化。炉气净化过程为：首先经过除尘（除去矿尘），然后进行洗涤（洗去砷、硒等的化合物），最后进行干燥（除去水蒸气）。这样处理过的混合气体主要含有SO2、O2、N2。,返回,14,6什么是热交换过程？,通过热交换器把反应时生成的热，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后生成的气体，像这样传递热量的过程就是化学工业上常用的热交换过程。,6.什么是热交换过程?,返回,15,7吸收SO3为什么不直接用水或稀硫酸，而是用98.3%的浓硫酸？,因为用水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢且吸收不充分，而用98.3%的浓硫酸作吸收剂，则在吸收过程中不形成酸雾，吸收速度快且吸收充分，有利于SO3的吸收。,返回,16,8制硫酸的尾气中含哪些成分？为什么尾气不能直接排入大气中？,制硫酸的尾气成分：SO2、O2、N2等。由于尾气中含有SO2，如果直接排入大气，会造成大气污染，所以在尾气排入大气之前，必须先回收，净化处理防止SO2污染空气并充分利用原料。,返回,17,9为什么在吸收塔中填满瓷环？,用质量分数为98.3%的浓硫酸吸收SO3时，吸收塔中填满瓷环，使液体和气体接触面积增大，提高吸收率。,返回,18,一、“三废”处理 1、尾气吸收 (1) SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O (2) SO2+2NH3 +H2O =(NH4）2SO3 （NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2+ H2O 2、污水处理 Ca(OH)2 + H2SO4 =CaSO4 + 2H2O 制石膏 3、废渣处理 黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。二、能量充分利用 “废热”利用： （1）在沸腾炉旁设置“废热锅炉”，产生蒸汽发电；（2）在接触室中设热交换器，预热SO2和O2 。,尾气的净化,19,尾气的净化,用氨水吸收：SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3SO2+NH3+H2O=NH4HSO3(NH4)2SO3 +H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O2NH4HSO3 +H2SO4=(NH4)2SO4+2SO2+H2O,20,硫酸工业生产流程动画,硫酸的工业生产,沸 腾 炉,接 触 室,吸 收 塔,净化,冷 却,21,空气,炉气,思考：从沸腾炉出来的气体 SO2是否纯净？,矿渣,思考：黄铁矿为什么要粉碎？为什么通入强大的空气流？燃烧黄铁矿为什么不要多加燃料？,沸腾炉,22,思考：适宜条件的选择,N2,接 触 室,思考：接触室中热交换器的作用?从接触室出来的气体成分是什么？,催化剂：五氧化二矾（V2O5）温度：400至500摄氏度压强：常压,温度：400500催化剂活性较高,压强：设备、成本和能源消耗（增大压强SO2的转化率提高不大）,23,吸 收 塔,思考：吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸，而用98.3%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？,24,讨论,一、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学反应速率知识？,1、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。,2、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。,3、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。,4、采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。,5、三氧化硫的吸收采用逆流原理。,6、在吸收中填入了大量瓷环。,25,二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学平衡知识？,1、经过净化、干燥的炉气中，氧气的含量相对要多。,2、SO2、O2、SO3被冷却后，进一步在催化剂表面反应。,3、选择适宜的反应温度。,4、选择适宜的反应压强。,26,三环境保护,1什么是环境？2环境污染包括哪些？3SO2排放到大气中有哪些危害？4大气中SO2的来源?5常见大气污染物有哪些？6消除大气污染的方法有哪些？7防止水和土壤污染的途径有哪些？,练习,首页,27,1 什么是环境？,大气、土地、水、矿产、森林、生物以及风景游览区、自然保护区、生活居住区等构成了人类生存的环境,环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等，此外还包括固体废弃物，放射性噪声等污染。,返回,2 环境污染包括哪些？,28,3.SO2排放到大气中有哪些危害？,人吸入SO2会发生呼吸道疾病，浓度高达一定程度时，会使人死亡。如果SO2与空气中的飘尘接触，或跟氮的氧化物接触，会部分被氧化为SO3，危害跟严重，这些硫的氧化物能直接伤害植物叶片，浓度高时，会使植物枯死。降水时，硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，即所谓的“酸雨”。酸雨可使湖泊水质酸化，毒害鱼类和其它水生生物；使土壤酸化、破坏农田、损害农作物、森林；酸雨还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。,返回,29,4.大气中SO2的来源？,SO2、SO3、H2S煤烟氮的氧化物（NO、NO2等）碳的氧化物（CO、CO2）粉尘碳氢化合物等。注意：大气污染物不一定是有毒气体，如CO2是大气污染物，但CO2无毒。,煤、石油的燃烧金属矿石的冶炼,5.常见大气污染物有哪些？,返回,30,6.消除大气污染的方法有哪些？,减少污染物的排放，如硫酸厂、化工厂、冶炼厂等的尾气在排放前要进行回收处理，对城市中机动车的排放加以限制等。多植树、种草等吸收SO2、CO2等有毒有害气体，以消除污染。,主要控制有害物的排放。工业三废（废水、废气、废渣）要经过净化处理，回收有用成分后再排放，要不断提高综合治理水平。农业生产要控制化学农药的使用合理施用化肥。,7.防止水和土壤污染的途径有哪些？,返回,31,课后练习,1.近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理SO2污染的一种新方法，第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2 ；第二步是加热吸收液，使之重新生成Na2SO3 ，同时得到含有高浓度SO2水蒸气副产品。写出上述两个反应的化学方程式。（1） SO2+ Na2SO3 +H2O=2NaHSO3（2） 2NaHSO3 = SO2+ Na2SO3 +H2O,B,2.90年代初，国际上提出了“预防污染”的新概念。绿色化学”是预防污染的基本手段，下列各项中属于。绿色化学”的是（ ）A.处理废弃物 B.杜绝污染源C.减少有毒物 D.治理污染点,返回,32,三有关化学计算,几个概念：化学计算中涉及到工业生产实际中的“四率”（即转化率、利用率、产率、损失率）和纯度。物质的纯度=（纯物质/不纯物质）100%产率=（实际产量/理论产量）100%利用率=（实际利用原料量/实际投入原料总量）100%损失率：1-利用率在原料中：转化率=利用率,33,关于多步反应变一步的计算,步骤：1.写出多步反应的化学方程式；2.找出主要原料和最终产物之间的物质的量的对应关系。即找出主要原料和最终产物中所含关键原子个数关系。3.列出关系式，解出答案。,34,守恒原则,计算中可以按照守恒、累积、转化的三原则处理有关过程及数据以化难为易。1.守恒原则：如黄铁矿制硫酸中S原子守恒，具体表现形式为FeS22H2SO4 或 SH2SO4,【例题1 】燃烧2吨含FeS280%的黄铁矿，理论上能生产98%的硫酸多少吨？解：设理论上能生产98%的硫酸X吨？关系式 FeS2 -2H2SO4120 196280% X98%120196= 280%X98%x=2.67(吨)答：理论上能生产98%的硫酸2.67吨,练习一,35,例题2,2 燃烧2吨含硫48%的黄铁矿，理论上能生产98%的硫酸多少吨？（若还有2%的硫留在炉渣里）解：设理论上能生产98%的硫酸x吨S -H2SO432 98248%（1-2%） X98%3298=248%（1-2%）X98%x=2.94(吨)答：理论上能生产98%的硫酸2.94吨。,练习一,36,累积原则,2.工业生产中间过程中各步的转化率、产率可累积到原料或产物上。,例：1吨含FeS280%的黄铁矿，煅烧FeS2时的利用率为90%，SO2转化为SO3的转化率为96%， H2SO4的吸收率为95%，求可生产98%的硫酸多少吨？,（1.09t）,FeS2-2H2SO4120 1961 80% 90% 96% 95% 98%X,练习二,37,转化原则：,3.转化原则：原料或中间产物中某元素的损失率可转化为原料的损失率、中间产物的利用率、产率、转化率、损失率也可按一定方式转化为原料的利用率。例：利用含FeS280%的黄铁矿1000吨生产硫酸，生产过程中，FeS2焙烧时硫元素损失2%，SO2转化为SO3时损失率为4% ，SO3吸收率为97%。求最多可生产98%的硫酸多少吨？,（1216.77t）,练习三,38,练习一,1. 运输浓硫酸的铁槽车每辆可装运硫酸的质量分数为98%的浓硫酸28吨，计算生产一车浓硫酸需含杂质10%的硫铁矿石多少吨?,(1. 47t),（18.67t),2.工业上用接触法制硫酸时，若所用硫铁矿含硫48%，且生产过程中有2%的硫留在炉渣里，试计算燃烧1吨硫铁矿，理论上能生产多少吨98%的硫酸。,首页,39,练习 二,例：1吨含FeS270%的黄铁矿，煅烧时损失5%的硫，SO2转化为SO3的转化率为98%， SO3吸收率为9