辽宁省沈阳铁路实验中学高三化学复习 第一章 课题1 工业生产硫酸.doc

辽宁省沈阳铁路实验中学高三化学复习：第一章 课题1 工业生产硫酸一、依据化学反应原理确定生产过程硫酸是化学工业中的重要产品之一。首先硫酸大量用于化肥和农药的生产；在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应，生产醚、酯、有机酸、也要消耗硫酸；在无机化学工业中，hf、h3po 4等的生产及k、fe、cu、zn、al的硫酸盐的生产等，都要消耗硫酸；在冶金工业及国防工业中，如生产炸药；石油工业、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业等许多部门，都要用到硫酸。接触法制硫酸1生产硫酸主要化学过程可分为造气、催化氧化和吸收三个阶段。2化学原理（以化学反应方程式表示）造气：4fes2(s) +11 o2 (g) 2fe2o3 (s)+ 8so2(g) 或s（s）o2（g）so2（g） 二氧化硫的催化氧化：2so2(g) + o2 (g) 2so3(g)三氧化硫的吸收：so3 (g) + h2o() = h2so4()注意：工业上是用98.3%的浓硫酸来吸收so3的，而不是直接用水或稀硫酸作吸收剂，原因是用后者吸收时容易形成酸雾，吸收速率慢。3工业制硫酸主要生产流程造气 净化、干燥催化反应室吸收塔稀释室 贮存室另外，还需要考虑原料的净化、适宜反应条件及设备的选择、废热的利用等。二、生产中原料的选择 1我国生产硫酸需考虑的问题（1）从基建投资、加工费用及环保方面考虑，用硫磺制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。（2）我国天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂。（3）我国黄铁矿储量比天然硫要大。（4）硫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，效率高，易于设备大型化。（5）由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸略高等等方面。2以fes2为原料第一步4fes2(s) +11 o2 (g) 2fe2o3 (s)+ 8so2(g) 第二步2so2(g) + o2 (g) 2so3(g) 第三步so3 (g) + h2o() = h2so4()3、以硫磺为原料: 第一步s（s）o2（g）so2（g） 第二步2 so2（g）o2（g）2 so3（g） 第三步so3（g）h2o（）= h2 so4（）硫和黄铁矿相比，后者产生废弃物太多，处理成本高，因此目前硫酸生产中的三种原料为硫磺, 空气,和水。4、生产规模和厂址的选择现代化工业生产一般要求有较大的规模，便于采用先进的技术和设备以提高劳动生产率，便于“废热”利用，便于环境保护，成本低。根据以上原则和我国国情，我国硫酸工业宜发展年产在4万吨以上的制硫酸装置。三、生产中反应条件的控制反应方程式2 so2（g）o2（g）2 so3（g），属放热的可逆反应。1选择温度：低温(400500c)，因为在此温度范围内，反应速度和so2的平衡转化率都比较高。但应注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性。2选择压强:常压。原因是增大气压，so2的平衡转化率提高并不多，但却大大增大了动力和设备的要求，增大了生产成本和能量消耗。所以硫酸厂通常采用常压操作。（注意:工业生产中压强的选择，往往还要考虑成本和能量消耗等问题。）四、 生产中三废的处理1废气的组成：so2,o2,n2。其中的so2是形成酸雨的主要因素。常用的处理方法氨水吸收法（1）so2+2nh3+h2o=（nh4）2so3 （2）（nh4）2so3+h2so4=（nh4）2so4+so2+h2o或 用nh3h2o 书写： 2nh3h2o+so2 =(nh4)2so3+h2o (nh4)2so3 +so2+h2o=nh4hso3 或用碱液（na2co3）吸收法：na2co3+so2=na2so3+co2 na2so3+so2+h2o=2nahso3处理后的产品也可进一步利用：（nh4）2so4作化肥 ； so2可循环利用，可作它用。2废水的处理石灰乳中和法污水常含有硫酸等酸性杂质，一般用石灰乳中和处理：h2so4+ca（oh）2=caso4+2h2o3废渣的利用 硫酸工业生产过程中黄铁矿的矿渣一般用作制造矿渣水泥和矿渣砖，含铁品位高的矿渣，经处理后可用于炼铁，如： fe2o3+3co=2fe+3co2，有的也可分离后循环利用，提炼贵重的有色金属，剩下的作铺路用的沥青。五、能量的充分利用1生产1t硫酸需消耗100kwh的电能，硫酸生产的三个过程都是放热反应，生产1t硫酸放出的反应热相当于200kwh的电能。这些废热的利用，可以向外界输出大量的能量，能大大降低生产成本 。2可以利用so2氧化成so3时，放出的热量用来预热即将参加反应的so2和o2 。3硫酸工业的能量循环（理论：放热大于吸热）开动机器设备电能维持接触室400-500度-热能 4fes 2+11o 2=2fe 2o3+8so 2 吸热2so 2+o 2=2so3 放热so3+h 2o=h 2so4 放热 思考：你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？提示：（1