WLC化工生产过程中的基本问题-图文

高2015级

wu

liang

cai第一单元

课题一化工生产过程中的基本问题【复习回顾】: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

浓硫酸

倒

入

水

中，并不断搅拌·

(2)化学性质：·

浓硫酸具有酸性、

吸

水

性、

脱水

性

和强氧化

性。硫酸的用途复合肥料硫酸钾型总荞分>40%21-6-13净含量：(50±0.15)kg0811X853c原产国：挪威生产百：挪威海德鲁公司【总结

】·

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，如每生产1吨的过磷酸钙要消耗360公斤硫酸，化肥生产消耗占硫酸产

量的50%以上；

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

、H₃PO₄

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。

既然需要这么多硫酸，那么怎样制取呢?硫酸

的消费水平是

一

个国家工业发达水平的重要标志一

、依据化学反应原理确定生产过程(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?硫磺、黄铁矿

(FeS₂)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?请写出有关的化学方程式!以硫磺为原料第一步：造气S(s)+O₂

(g)第二步：催化氧化2SO₂(g)+O₂(g)第三步：吸收SO₃

(g)+

H₂O(I)==

H₂SO₄(I)(一)硫酸工业生产的原理催化剂、加热SO₂

(g)2SO₃(g)点燃第一步：造气4FeS2(s)+110₂(g)

温第二步：催化氧化2SO₂(g)+O₂(g)第三步：吸收SO₃

(g)+

H₂O(I)==

H₂SO₄(I)生产过程：造气—→催化氧化—→

吸收8SO₂

(g)+2Fe₂O₃

(s)2SO₃(g)加热(一)硫酸工业生产的原理以黄铁矿

(FeS₂)

为原料催化剂、净化、干燥98%硫酸水稀释室(二)工业制硫酸的主要流程催化反应室400~500℃常压、催化剂SO₃吸收塔空气SO₂造气

制

(SO₂98%硫酸发烟硫酸贮存室(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)、为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS

₂)

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。

、

生

产

中

原

料

的

选

择1、

硫酸生产中的三种原料：硫磺或黄铁矿、空气、水思考：(阅读教材P7页思考与交流)2、

工业生产硫酸的基本过程想一想：从生产硫酸的原理看，硫酸厂中的生

产设备最少应分几部分?(造气)第二步：2SO,(g)+0,(g)(催化氧化)第三步：

SO₃

(g)+H₂O(I)=以硫磺为原料：第一步：S(s)+O₂

(g)(吸收)

工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收SO₃2SO₃(g)加热H₂SO₄(I)SO₂

(g)催化剂高温沸腾炉

接触室

吸收塔3、

硫酸工业生产的三个主要设备却SO₃H₂SO₄98.3%

H₂SO4净化so硫

铁

矿跃

混冷思考：黄铁矿

为什么要粉碎?

为什么要通入

强大空气流?粉碎黄铁矿是增硫

铁大矿石跟空气的接触面积，加快反应速率并使之充分燃烧；通强大的空流是为了使黄铁矿充分燃烧，同时增大廉价易得的反应物浓度，可以是较贵重的原料得以充不纯净，炉气中除SO₂

还含

有O₂

、N₂、H₂O

和一些杂质。思考：从沸

腾炉出来的

SO₂

气

体

是

否纯净?沸腾炉分

利

田思考：

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。低温的SO₂

、O₂接触室思

考

：

吸

收SO₃

为

什么

不

用

水

或

稀

硫

酸

，而

要

用

9

8

.

3

%

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。SO₃H₂SO4吸收塔98.3%H₂SO4三

、

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、

什么是化学平衡?指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分

的浓度保持不变的状态。注意：(1)前提是“一定条件下的可逆反应”;(2)实质是“正反应和逆反应速率相等”;(3)标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不条件的改变平衡移动方向平衡移动的结果增大反应物浓度向正反应方向移动反应物浓度减小减小反应物浓度向正反应方向移动生成物浓度增大增大压强向气体体积缩小的方

向移动体系压强减小升高温度向吸热反应方向移动体系温度降低勒夏特列原理：

如果改变影响化学平衡的一个条件

(

浓

度、温度或压强等),平衡就会向着能够减弱这种改变

的方向移动补充：

平衡的移动，即改变反应条件(浓度、温度、

压强)对化学平衡的影响三、

生产中反应条件的控制SO₂

接触氧化的反应为：2S0₂(g)+0₂(g)

催化剂，

2S03(g)加热注：这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应(1)温度思考与交流：阅读P₆

表1—

1,

思考温度较低时,

SO₂

的转化率

;

那么是否温度越低越好呢?不是，虽然温度较低对提高SO₂

的转化率有利，但

温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。应选择温度：(1)低温(400~500℃)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。三、

生产中反应条件的控制(2)压强思考与交流：阅读P6

表1-2,思考压强的增大，

SO₂

的转化率

越高；那么是否压强越高越好呢?根据平衡移动原理，加压对提高SO₂

的转化率有利，但在常压、400~500℃时，

SO₂

的转化率已经很

高，加压对设备的要求高，会增大投资和能量消耗。应选择压强：(2)常压注意：

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三、生产中反应条件的控制接触氧化的适宜条件：2S0₂(g)+02

(g)

，

2SO₃·(1)较高的温度(400~500℃)·(2)常压·

(3)催化剂加热催化剂四、

硫酸工业生产过程中三废的处理1、三废：废气、废液、废渣2、

三废的处理方法：(1)如何处理尾气中的SO₂?方法一：石灰水吸收法S

02

CaSO3

4S02

(重新利用)实验室：

SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O方法二：氨水吸收法SO₂+2NH₃+H₂O

=

(NH₄)₂SO₃(NH₄)₂SO3+H₂SO₄

(NH₄)₂SO₄+SO₂f+H₂O

Ca(0H)

2

H₂SO四

、硫

酸

工

业

生

产

过

程

中

三

废

的处

理(2)、如何处理废水中的酸性物质?用石灰浆(Ca(OH)2

或石灰石粉中和：Ca(OH)₂+H₂SO₄=

CaSO₄+2H₂O(3)、如何利用废渣和生产过程中的产生的大量热能?废渣：分离后循环利用，剩下的作铺路用的沥青或用于制砖、炼铁，提炼有色金属。能量的充分利用硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，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。在沸腾炉旁设置"废热"锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置。据测算，

生产1t硫酸约需消耗100kW

·h的电能，而相应

量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kW

·h的电能。小结：化工生产过程中应考虑的问题：·

(1)确定化学反应原理·

(2)选择原料·

(3)选择设备和工艺流程·

(4)三废处理(环境保护)·

(5)能源的利用(综合经济利益)·

(6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题)小结：(本节课重点)·1.工业上接触法制硫酸概括为“五个三”:·

三种原