《硫酸工业》教案3

1、硫酸工业教案本讲主要内容.掌握接触法制硫酸的生产过程、反应原理、主要设备。.用平衡移动原理理解 SO2氧化的条件选择。. 了解环境保护及资源的综合利用。学习指导(一)工业制法一般思路系统学习研究某一种物质的工业制法，一般要从以下角度去分析理解。,所用原料：考虑其来源是否丰富、经济、环保等情况，尽量因地制宜化学反应：考虑反应难易程度、操作可行性、安全性、转化率高低等 适宜条件：从反应速率和提高产量等因素考虑条件的选择生产过程：从原料到产物出考虑必要的反应过程外，还应原料的处理、 中间过程的进化、“三废”处理等环保措施主要设备：掌握设备的作用、构造、原理、名称及先后顺序 工环境保护：消除污染的主要

2、方法之一是减少污染物的排放(二)接触法制硫酸生产过程：SO2的制取和净化(造气)SO2氧化成SO3SO3的吸收反应原理：4FeS2+11O2 .温2Fe2O3+8SO2催化剂2SO2+O2 2SO3 TOC o 1-5 h z SO3+ H2O= H2SO4 或 S+ O2SO2主要设备：沸腾炉、接触室、吸收塔小结：接触法制硫酸中几个重要的兰”：1、三种原料：硫铁矿或硫、空气、98.3%的浓硫酸2、三种净化：除尘、洗涤、干燥。沸腾炉出来的炉气成分：SO2、。2、N2、H2O(g)、矿尘、神、硒化合物除尘一 SO2、。2、N2、H2O(g)、神、硒化合物洗涤SO2、。2、H2O(g)干燥SO2、

3、02、N2。目的：防止催化剂中毒、减缓对设备的腐蚀。3、三个反应：造气、氧化、吸收4、三种设备：沸腾炉、接触室、吸收塔逆流原理5、三种原理热父换原理 循环原理请思考并回答下列问题：.矿石粉碎并从上口投入加料、而空气从下鼓入，为何？提示：矿石粉碎得较小，且与空气逆向相遇，仿佛呈沸腾状，跟空气接触面更大、燃烧更充分、更迅速，提高了原料的利用率。.为什么叫接触法制硫酸？提示：经净化后的炉气进入催化层在催化剂表面发生接触性反应。.为什么从吸收塔出来的气体要循环使用？提示：，提高了资源的利用率.有利于降低生产成本，保护环境；.为什么用浓硫酸（98.3%）来吸收S03?提示：水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成

4、酸雾，吸收速度慢，吸收不充分，不利于尽可能把三氧化硫吸收干净。故用浓硫酸（98.3%）来吸收 S03,吸收塔底放出的硫酸成分为H2SO4 nS03,（三）综合经济效益问题.环境保护与综合利用原理（1）污染大气的有害物质有：硫的氧化物、粉尘、煤烟、氮的氧化物、碳的氧化物、碳氢化合物等。思考：通常硫酸工业上是用氨水来吸收S02,其目的是什么？废水、废渣又该作何处理和利用？提示：二氧化硫和空气中的飘尘接触或跟氮的氧化物接触，部分会被氧化成三氧化硫。硫的氧化物以及硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，这就是所谓的酸雨”。工业上是用氨水来吸收S02, 一方面就是从环保角度考虑。另一方面经硫酸处理后得到二氧化硫气体

5、含量更高，返回车间作硫酸生产的原料，也可足其它作为化工原料，硫酸钱溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸俊肥料。其反应式为：SO2+2NH 3 H20=(NH 4)2SO3 + H2O, (NH 4)2SO3+SO2 + H2O=2NH 4HSO3,当吸收液中亚硫酸氢俊达到一定浓度后，再跟浓硫酸反应，放出二氧化硫气体， 同时得到硫酸钱溶液。反应式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2 T +2HO+(NH 4”SO4,(NH4)2SO3+H2SO4=SO2 T +HO+(NH 4)2SO4。(2)废水处理：废水主要呈酸性，可用石灰乳中和。反应为：Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O

6、(3)废渣处理：含铁量高的可用于炼铁，其它的可用于制水泥、砖头等。.化工生产与环境(1)提倡清洁生产和发展 绿色工艺(2)清洁生产是指采用清洁无毒的能源和原材料，通过清洁的生产过程，制造出清洁的产品。其目的是在于通过减少污染物的产生，从而保护环究和生态。(3)绿色工艺”，是指工业生产中对污染物低排放(或零排放)的生产工艺。1)展闭路循环生产，把有可能造成污染的物质封闭在生产系统内，不徘出污染物，无废 水排出。2)研究和应用无污染或少污染的新工艺3)回收副产品中的有用原料(4)尽量使流失在三废(废气、废水、废渣)中的副产品(原料或成品)加以分离，就地回 收，既可降低主产成本，增加经济效益，又可大

7、大降低废水中物质浓度和数量，减轻污水处理负担。即废弃物处置的减量化、资源化和无害化.能量的充分利用思考：为什么接触室中要用热交换器？催化齐I、提示：接触室中发生反应2SO2+O2- 2SO3该反应为放热反应。经净化后的炉气(管外)和经过接触层长生的气体 (管内)两种流体在热交换器中逆向流动通过管壁进行热量的传递，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，并冷却反应后的气体。利用热交换器的目的：催化剂、从反应本身看：可逆反应2SO2+O2-2SO3进行时，温度的控制对催化剂的活性、 反应速率、平衡移动等均很重要。从原理上看，气体的流向采用了逆流原理，有利于提高热传递效率；提高了能源的利

8、用率.其实硫酸生产过程重的三个反应都是放热反应,而很多机器设备的开动、其实硫酸生产过程重的三个反应都是放热反应,而很多机器设备的开动、维持接触氧化适宜的温度都需要电能或热能，充分利用废热来降低生产成本。 催化剂SO2氧化的条件选择：2SO2+ O2 k”SO3该反应具有下列特征:正反应方向为放热反应，正反应方向气体体积减少从平衡移动角度看，降温、加压有利于正向移动从反应速率提高角度看，高温、加压、使用催化剂有利。500 c左右活但对动力设备思考：实际为什么不采用高压、低温的反应条件500 c左右活但对动力设备原因：若低温，反应速率过低，且催化剂的活性有一定的温度范围，它在性最佳。该反应在常压下

9、就有较高的转化率，虽然高压更有利于 SO3的生成,也有更高的要求。故采用常压、加热、使用催化剂这样的反应条件。.生产规模和厂址的选择原料能源交通运输水源环保原料能源交通运输水源环保市场需求土地资源市场需求典型例题及点拨例1.在氧气中充分燃烧1克含杂质的硫铁矿试样，得到残余固体0.76克（假设杂质不参加反应），问生产10吨98%的浓硫酸需要这种矿石多少吨？（反应过程中硫损失 2%）解：设硫铁矿样品中 FeS2的纯度为X,生产10吨98%浓硫酸需该矿石质量为 Y 高温4FeS2+11O24FeS2+11O22Fe2O3+8SO2Am480克320克160克1克X480克320克160克1克X480

10、克160克1 克.X =0.24 克FeS22H2SO41201961 克-0.76 克=0.24 克X=72%Y -72%X(1-2%) 10 吨 X98%Y=8.5 吨答：需1如T石8.5吨。例2. SO2和。2按以下两种投料方式,SO2或。2的转化率是否相等？（容器容积V、温度T 一定）2SO2 +。2 = 2SO3始 12mol 1mol0缢始 24mol 2mol002解析：思维方法T 一定：等效压缩过渡态平衡正移过渡态平衡正移cd=a 22.【变式】请判断以下三种反应，从左侧开始投料比分别相等， 但均增大一倍后，转化率怎样改变?A.H2(g)+I2(g)? 2HI(g)B.2NO2? N2O4C.2NH 3? 3H2+N2答案：A.转化率不变.B.转化率增大C.转化率减小结论：相同倍数增加各种反应物的浓度，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况.例 3.气体反应 2SO2+O2? 2SO3 +Q在密闭容器中进行反应在200 C,无催化剂时 SO2的浓度随时间 变化的曲线如右图所示.试在图中画出在反