化学工业中的基本问题20130411.ppt

课题一,化工生产过程中的基本问题,依据化学原理确定生产过程,生产中原料的选择,生产中反应条件的控制,生产中三废的处理,能量的利用,硫酸,工业上如何制取硫酸?,硫酸生产发展简史和我国硫酸工业的现状,我国在1867年上海建成第一座硫酸厂。到1949年产仅4万吨，而到2010年时我国的硫酸产量就已达到7120万吨。,20022006年我国各原料制酸生产能力情况单位：kt/a,我国的硫酸工业,(一)硫酸工业生产的原理,思考:,1.自然界中存在的含硫的物质有哪些?,2.这些物质要经过哪些中间产物才能变成硫酸?,请写出有关的化学方程式!,H2SO4,SO3,SO2,S,FeS2,H2O,O2,O2,O2,黄铁矿的主要成分是FeS2（二硫化亚铁）,第一步：,第二步：,第三步：,以硫磺为原料:,(造气),(催化氧化),(吸收),工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收SO3,因此:工业上制硫酸主要分_个生产过程.,以FeS2为原料,思考:为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS2)作为原料生产硫酸?,因此:硫酸生产中的三种原料:硫磺(或黄铁矿),空气,和水,(二)硫酸工业原料的选择,(三)硫酸工业生产的三个主要设备,沸腾炉,接触室,98.3%H2SO4,SO2O2,SO2O2,SO2O2,吸收塔,接触法制硫酸,1.造气：二氧化硫的制取和净化,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2,高温,+2,-1,0,+3,-2,+4,-2,元素被氧化，是还原剂；元素被还原，是氧化剂。是氧化产物，是还原产物。,铁元素和硫,二硫化亚铁,氧,三氧化二铁和二氧化硫,三氧化二铁和二氧化硫,氧气,44e,FeS2+O2-Fe2O3+SO2,接触法制硫酸,1、造气：二氧化硫的制取和净化,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2,高温,主要反应：,主要设备：,沸腾炉,讨论,为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？,矿粒细小，跟空气接触面积大，燃烧充分，燃烧快。,为什么要从炉底通入强大空气流？,使矿粒与空气接触更充分，燃烧快，反应完全，提高原料的利用率。,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？,SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。,除矿尘,除As、Se化合物,除水蒸气,接触法制硫酸,2.接触氧化：二氧化硫氧化成三氧化硫,主要反应：,主要设备：,接触室（转化器）,（400-500,V2O5催化剂）,SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)；H=-98.3kJ/mol,二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上接触时起反应的，接触室和接触法的名称由此而得。,热交换器,钒催化剂,【问题】SO2的接触氧化需在400500条件下进行：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SO3生成？,热交换原理一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外流动。两种流体通过管壁进行热交换,冷的流体被加热；热的流体被冷却。,SO2、N2、O2；600C,8500C,SO3、SO2、N2、O2,5000C,流程3：三氧化硫的吸收,SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l);H130.3kJ/mol,【问题】为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？,常用98.3%的硫酸作吸收剂！,三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。,吸收塔,逆流吸收：(SO3从塔的下部通入,98.3%的硫酸从塔顶喷下):增大SO3和H2SO4的接触面积,强化吸收过程.,【问题】吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式可以保证SO3被98.3%的浓硫酸完全吸收？,吸收塔内填充有大量瓷管，以增大被吸收气体与吸收液的接触面积。,【问题】尾气的组成：SO2、O2、N2。由于含有二氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造成原料的浪费。如何处理尾气？,氨水法：NH3H2O,2NH3H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O,NH3H2O+SO2NH4HSO3,1.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；,(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O,沸腾炉,接触室,98.3%H2SO4,SO2O2,SO2O2,吸收塔,SO2、O2、N2,矿渣,SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质,冷的SO2、O2、N2,热的SO2、O2、N2,SO3、SO2、O2、N2,三、硫酸工业的三废治理,化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。,1.尾气吸收：,尾气中少量的SO2用氨水吸收,SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2+H2O,(作肥料）,(生产硫酸的原料）,2.污水处理：,Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O,3.废渣的利用：,黄铁矿矿渣一般可作为制造水泥的原料或用于制砖，,含铁品位高的矿渣，经处理后可以炼铁及制取Fe2(SO4)3、Fe2O3红颜料等产品。,可用石灰中和处理,生产中反应条件的控制,结合所学思考、查资料,烟道气二氧化硫的处理、应用,思考压强的增大，SO2的转化率_,越高,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,思考:是否压强越高越好?,硫酸工业生产的三个适宜条件:,应选择压强:(2)常压,生产中反应条件的控制,思考温度较_时,越有利于SO2转化为SO3?,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.,思考:是否温度越低越有利于SO2转化为SO3?,低,应选择温度:(1)低温(4005000C),(1)低温(4005000C)(2)常压(3)适当过量的空气,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),（2010江苏卷）17.（8分）下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理。,方法中氨水吸收燃煤烟气中,的化学反应：,能提高燃煤烟气中,采用方法脱硫，并不需要预先除去燃煤烟气中大量的的原因（用离子方