WLC化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題-圖文

高2015級(jí)

wu

liang

cai第一單元

課題一化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題【復(fù)習(xí)回顧】:硫酸的性質(zhì)·

(1)物理性質(zhì)：硫酸是一種無(wú)色，難揮發(fā)，易溶于水的油狀液體?！?/p>

濃硫酸溶于水時(shí)會(huì)放出大量的熱。因此，稀釋硫酸時(shí)應(yīng)該把

濃硫酸

倒

入

水

中，并不斷攪拌·

(2)化學(xué)性質(zhì)：·

濃硫酸具有酸性、

吸

水

性、

脫水

性

和強(qiáng)氧化

性。硫酸的用途復(fù)合肥料硫酸鉀型總蕎分>40%21-6-13凈含量：(50±0.15)kg0811X853c原產(chǎn)國(guó)：挪威生產(chǎn)百：挪威海德魯公司【總結(jié)

】·

硫酸是化學(xué)工業(yè)中的重要產(chǎn)品之一。首先硫酸大

量用于化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)，如每生產(chǎn)1噸的過(guò)磷酸鈣要消耗360公斤硫酸，化肥生產(chǎn)消耗占硫酸產(chǎn)

量的50%以上；

在有機(jī)合成工業(yè)中，硫酸用于各

種磺化反應(yīng)和硝化反應(yīng)，生產(chǎn)醚、酯、有機(jī)酸、也要消耗硫酸；

在無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)中，

HF

、H?PO?

等的生產(chǎn)及K、Fe、Cu、Zn、Al

的硫酸鹽的生產(chǎn)

等，都要消耗硫酸；

在冶金工業(yè)及國(guó)防工業(yè)中，如生產(chǎn)炸藥；石油工業(yè)、染料、人造纖維、食品、

電池、搪瓷、醫(yī)藥、機(jī)械加工工業(yè)等許多部門(mén)，都要用到硫酸。

既然需要這么多硫酸，那么怎樣制取呢?硫酸

的消費(fèi)水平是

一

個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)水平的重要標(biāo)志一

、依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過(guò)程(一)硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理思考：1.自然界中存在的含硫的物質(zhì)有哪些?硫磺、黃鐵礦

(FeS?)2.這些物質(zhì)能直接得到H?SO4

嗎?若不能，那

么要經(jīng)過(guò)哪些中間產(chǎn)物才能變成硫酸?請(qǐng)寫(xiě)出有關(guān)的化學(xué)方程式!以硫磺為原料第一步：造氣S(s)+O?

(g)第二步：催化氧化2SO?(g)+O?(g)第三步：吸收SO?

(g)+

H?O(I)==

H?SO?(I)(一)硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理催化劑、加熱SO?

(g)2SO?(g)點(diǎn)燃第一步：造氣4FeS2(s)+110?(g)

溫第二步：催化氧化2SO?(g)+O?(g)第三步：吸收SO?

(g)+

H?O(I)==

H?SO?(I)生產(chǎn)過(guò)程：造氣—→催化氧化—→

吸收8SO?

(g)+2Fe?O?

(s)2SO?(g)加熱(一)硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理以黃鐵礦

(FeS?)

為原料催化劑、凈化、干燥98%硫酸水稀釋室(二)工業(yè)制硫酸的主要流程催化反應(yīng)室400~500℃常壓、催化劑SO?吸收塔空氣SO?造氣

制

(SO?98%硫酸發(fā)煙硫酸貯存室(1)

、為什么早期我國(guó)是以黃鐵礦為原料制硫酸?早期黃鐵礦儲(chǔ)存量比較大，而天然硫磺資源缺乏，

又難以從國(guó)外購(gòu)進(jìn)，并且那時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)不夠重視。(2)、為什么不主張用黃鐵礦(主要成分FeS

?)

作為原料生產(chǎn)硫酸?硫磺制硫酸比黃鐵礦制硫酸生產(chǎn)流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，

三廢治理量小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，易于設(shè)備大型化，從而降低成本。

、

生

產(chǎn)

中

原

料

的

選

擇1、

硫酸生產(chǎn)中的三種原料：硫磺或黃鐵礦、空氣、水思考：(閱讀教材P7頁(yè)思考與交流)2、

工業(yè)生產(chǎn)硫酸的基本過(guò)程想一想：從生產(chǎn)硫酸的原理看，硫酸廠中的生

產(chǎn)設(shè)備最少應(yīng)分幾部分?(造氣)第二步：2SO,(g)+0,(g)(催化氧化)第三步：

SO?

(g)+H?O(I)=以硫磺為原料：第一步：S(s)+O?

(g)(吸收)

工業(yè)中通常用98%的硫酸溶液代替水來(lái)吸收SO?2SO?(g)加熱H?SO?(I)SO?

(g)催化劑高溫沸騰爐

接觸室

吸收塔3、

硫酸工業(yè)生產(chǎn)的三個(gè)主要設(shè)備卻SO?H?SO?98.3%

H?SO4凈化so硫

鐵

礦躍

混冷思考：黃鐵礦

為什么要粉碎?

為什么要通入

強(qiáng)大空氣流?粉碎黃鐵礦是增硫

鐵大礦石跟空氣的接觸面積，加快反應(yīng)速率并使之充分燃燒；通強(qiáng)大的空流是為了使黃鐵礦充分燃燒，同時(shí)增大廉價(jià)易得的反應(yīng)物濃度，可以是較貴重的原料得以充不純凈，爐氣中除SO?

還含

有O?

、N?、H?O

和一些雜質(zhì)。思考：從沸

騰爐出來(lái)的

SO?

氣

體

是

否純凈?沸騰爐分

利

田思考：

接觸室中熱交換器的作用

是什么?從接觸

室出來(lái)的氣體成

分是什么?熱交換器的作用是在SO?

接觸氧

化時(shí)，用放出的熱

來(lái)預(yù)熱即將進(jìn)入接

觸室發(fā)生反應(yīng)的

SO?

和空氣，這樣

可以充分利用熱能，

節(jié)約燃料。低溫的SO?

、O?接觸室思

考

：

吸

收SO?

為

什么

不

用

水

或

稀

硫

酸

，而

要

用

9

8

.

3

%

的

濃

硫

酸

?

濃

硫

酸

為

什

么

必

須從塔頂噴下?因?yàn)橛盟蛳?SO4溶液做吸收劑容易形成酸

霧且吸收速率慢；液體由上向下流，氣體由下向上升，兩者在逆

流過(guò)程中充分反應(yīng)。SO?H?SO4吸收塔98.3%H?SO4三

、

生

產(chǎn)

中

反

應(yīng)

條

件

的

控

制復(fù)習(xí)回顧：1、

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些?反應(yīng)物濃度、溫度、壓強(qiáng)(對(duì)有氣體參加的反應(yīng))、催化劑2、

什么是化學(xué)平衡?指在一定條件下的可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)混合物中各組分

的濃度保持不變的狀態(tài)。注意：(1)前提是“一定條件下的可逆反應(yīng)”;(2)實(shí)質(zhì)是“正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等”;(3)標(biāo)志是“反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不條件的改變平衡移動(dòng)方向平衡移動(dòng)的結(jié)果增大反應(yīng)物濃度向正反應(yīng)方向移動(dòng)反應(yīng)物濃度減小減小反應(yīng)物濃度向正反應(yīng)方向移動(dòng)生成物濃度增大增大壓強(qiáng)向氣體體積縮小的方

向移動(dòng)體系壓強(qiáng)減小升高溫度向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)體系溫度降低勒夏特列原理：

如果改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)條件

(

濃

度、溫度或壓強(qiáng)等),平衡就會(huì)向著能夠減弱這種改變

的方向移動(dòng)補(bǔ)充：

平衡的移動(dòng)，即改變反應(yīng)條件(濃度、溫度、

壓強(qiáng))對(duì)化學(xué)平衡的影響三、

生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制SO?

接觸氧化的反應(yīng)為：2S0?(g)+0?(g)

催化劑，

2S03(g)加熱注：這是一個(gè)氣體總體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)(1)溫度思考與交流：閱讀P?

表1—

1,

思考溫度較低時(shí),

SO?

的轉(zhuǎn)化率

;

那么是否溫度越低越好呢?不是，雖然溫度較低對(duì)提高SO?

的轉(zhuǎn)化率有利，但

溫度較低時(shí)催化劑活性不高，反應(yīng)速率低。應(yīng)選擇溫度：(1)低溫(400~500℃)注意：工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度的選擇往往還要考慮該溫度下催化劑的

活性。三、

生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制(2)壓強(qiáng)思考與交流：閱讀P6

表1-2,思考?jí)簭?qiáng)的增大，

SO?

的轉(zhuǎn)化率

越高；那么是否壓強(qiáng)越高越好呢?根據(jù)平衡移動(dòng)原理，加壓對(duì)提高SO?

的轉(zhuǎn)化率有利，但在常壓、400~500℃時(shí)，

SO?

的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很

高，加壓對(duì)設(shè)備的要求高，會(huì)增大投資和能量消耗。應(yīng)選擇壓強(qiáng)：(2)常壓注意：

工業(yè)生產(chǎn)中壓強(qiáng)的選擇往往還要考慮成本和能量消耗等問(wèn)題三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制接觸氧化的適宜條件：2S0?(g)+02

(g)

，

2SO?·(1)較高的溫度(400~500℃)·(2)常壓·

(3)催化劑加熱催化劑四、

硫酸工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中三廢的處理1、三廢：廢氣、廢液、廢渣2、

三廢的處理方法：(1)如何處理尾氣中的SO??方法一：石灰水吸收法S

02

CaSO3

4S02

(重新利用)實(shí)驗(yàn)室：

SO?+2NaOH=Na?SO?+H?O方法二：氨水吸收法SO?+2NH?+H?O

=

(NH?)?SO?(NH?)?SO3+H?SO?

(NH?)?SO?+SO?f+H?O

Ca(0H)

2

H?SO四

、硫

酸

工

業(yè)

生

產(chǎn)

過(guò)

程

中

三

廢

的處

理(2)、如何處理廢水中的酸性物質(zhì)?用石灰漿(Ca(OH)2

或石灰石粉中和：Ca(OH)?+H?SO?=

CaSO?+2H?O(3)、如何利用廢渣和生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)生的大量熱能?廢渣：分離后循環(huán)利用，剩下的作鋪路用的瀝青或用于制磚、煉鐵，提煉有色金屬。能量的充分利用硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的

熱能(工廠里把它們叫做“廢熱”)以降低生

產(chǎn)成本。在沸騰爐旁設(shè)置"廢熱"鍋爐，產(chǎn)生蒸汽來(lái)發(fā)電；在接觸室中設(shè)熱交換裝置。據(jù)測(cè)算，

生產(chǎn)1t硫酸約需消耗100kW

·h的電能，而相應(yīng)

量反應(yīng)物在生產(chǎn)過(guò)程中放出的反應(yīng)熱相當(dāng)于200kW

·h的電能。小結(jié)：化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題：·

(1)確定化學(xué)反應(yīng)原理·

(2)選擇原料·

(3)選擇設(shè)備和工藝流程·

(4)三廢處理(環(huán)境保護(hù))·

(5)能源的利用(綜合經(jīng)濟(jì)利益)·

(6)其它問(wèn)題(如廠址，成本，反應(yīng)條件等問(wèn)題)小結(jié)：(本節(jié)課重點(diǎn))·1.工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“五個(gè)三”:·

三種原