《硫酸工業(yè)》教案3

1、硫酸工業(yè)教案本講主要內(nèi)容.掌握接觸法制硫酸的生產(chǎn)過(guò)程、反應(yīng)原理、主要設(shè)備。.用平衡移動(dòng)原理理解 SO2氧化的條件選擇。. 了解環(huán)境保護(hù)及資源的綜合利用。學(xué)習(xí)指導(dǎo)(一)工業(yè)制法一般思路系統(tǒng)學(xué)習(xí)研究某一種物質(zhì)的工業(yè)制法，一般要從以下角度去分析理解。,所用原料：考慮其來(lái)源是否豐富、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等情況，盡量因地制宜化學(xué)反應(yīng)：考慮反應(yīng)難易程度、操作可行性、安全性、轉(zhuǎn)化率高低等 適宜條件：從反應(yīng)速率和提高產(chǎn)量等因素考慮條件的選擇生產(chǎn)過(guò)程：從原料到產(chǎn)物出考慮必要的反應(yīng)過(guò)程外，還應(yīng)原料的處理、 中間過(guò)程的進(jìn)化、“三廢”處理等環(huán)保措施主要設(shè)備：掌握設(shè)備的作用、構(gòu)造、原理、名稱(chēng)及先后順序 工環(huán)境保護(hù)：消除污染的主要

2、方法之一是減少污染物的排放(二)接觸法制硫酸生產(chǎn)過(guò)程：SO2的制取和凈化(造氣)SO2氧化成SO3SO3的吸收反應(yīng)原理：4FeS2+11O2 .溫2Fe2O3+8SO2催化劑2SO2+O2 2SO3 TOC o 1-5 h z SO3+ H2O= H2SO4 或 S+ O2SO2主要設(shè)備：沸騰爐、接觸室、吸收塔小結(jié)：接觸法制硫酸中幾個(gè)重要的蘭”：1、三種原料：硫鐵礦或硫、空氣、98.3%的濃硫酸2、三種凈化：除塵、洗滌、干燥。沸騰爐出來(lái)的爐氣成分：SO2、。2、N2、H2O(g)、礦塵、神、硒化合物除塵一 SO2、。2、N2、H2O(g)、神、硒化合物洗滌SO2、。2、H2O(g)干燥SO2、

3、02、N2。目的：防止催化劑中毒、減緩對(duì)設(shè)備的腐蝕。3、三個(gè)反應(yīng)：造氣、氧化、吸收4、三種設(shè)備：沸騰爐、接觸室、吸收塔逆流原理5、三種原理熱父換原理 循環(huán)原理請(qǐng)思考并回答下列問(wèn)題：.礦石粉碎并從上口投入加料、而空氣從下鼓入，為何？提示：礦石粉碎得較小，且與空氣逆向相遇，仿佛呈沸騰狀，跟空氣接觸面更大、燃燒更充分、更迅速，提高了原料的利用率。.為什么叫接觸法制硫酸？提示：經(jīng)凈化后的爐氣進(jìn)入催化層在催化劑表面發(fā)生接觸性反應(yīng)。.為什么從吸收塔出來(lái)的氣體要循環(huán)使用？提示：，提高了資源的利用率.有利于降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境；.為什么用濃硫酸（98.3%）來(lái)吸收S03?提示：水或稀硫酸作吸收劑時(shí)，容易形成

4、酸霧，吸收速度慢，吸收不充分，不利于盡可能把三氧化硫吸收干凈。故用濃硫酸（98.3%）來(lái)吸收 S03,吸收塔底放出的硫酸成分為H2SO4 nS03,（三）綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題.環(huán)境保護(hù)與綜合利用原理（1）污染大氣的有害物質(zhì)有：硫的氧化物、粉塵、煤煙、氮的氧化物、碳的氧化物、碳?xì)浠衔锏?。思考：通常硫酸工業(yè)上是用氨水來(lái)吸收S02,其目的是什么？廢水、廢渣又該作何處理和利用？提示：二氧化硫和空氣中的飄塵接觸或跟氮的氧化物接觸，部分會(huì)被氧化成三氧化硫。硫的氧化物以及硫酸和硫酸鹽隨雨雪降到地面，這就是所謂的酸雨”。工業(yè)上是用氨水來(lái)吸收S02, 一方面就是從環(huán)保角度考慮。另一方面經(jīng)硫酸處理后得到二氧化硫氣體

5、含量更高，返回車(chē)間作硫酸生產(chǎn)的原料，也可足其它作為化工原料，硫酸錢(qián)溶液經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥后制成固體硫酸俊肥料。其反應(yīng)式為：SO2+2NH 3 H20=(NH 4)2SO3 + H2O, (NH 4)2SO3+SO2 + H2O=2NH 4HSO3,當(dāng)吸收液中亞硫酸氫俊達(dá)到一定濃度后，再跟濃硫酸反應(yīng)，放出二氧化硫氣體， 同時(shí)得到硫酸錢(qián)溶液。反應(yīng)式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2 T +2HO+(NH 4”SO4,(NH4)2SO3+H2SO4=SO2 T +HO+(NH 4)2SO4。(2)廢水處理：廢水主要呈酸性，可用石灰乳中和。反應(yīng)為：Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O

6、(3)廢渣處理：含鐵量高的可用于煉鐵，其它的可用于制水泥、磚頭等。.化工生產(chǎn)與環(huán)境(1)提倡清潔生產(chǎn)和發(fā)展 綠色工藝(2)清潔生產(chǎn)是指采用清潔無(wú)毒的能源和原材料，通過(guò)清潔的生產(chǎn)過(guò)程，制造出清潔的產(chǎn)品。其目的是在于通過(guò)減少污染物的產(chǎn)生，從而保護(hù)環(huán)究和生態(tài)。(3)綠色工藝”，是指工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)污染物低排放(或零排放)的生產(chǎn)工藝。1)展閉路循環(huán)生產(chǎn)，把有可能造成污染的物質(zhì)封閉在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)，不徘出污染物，無(wú)廢 水排出。2)研究和應(yīng)用無(wú)污染或少污染的新工藝3)回收副產(chǎn)品中的有用原料(4)盡量使流失在三廢(廢氣、廢水、廢渣)中的副產(chǎn)品(原料或成品)加以分離，就地回 收，既可降低主產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，又可大

7、大降低廢水中物質(zhì)濃度和數(shù)量，減輕污水處理負(fù)擔(dān)。即廢棄物處置的減量化、資源化和無(wú)害化.能量的充分利用思考：為什么接觸室中要用熱交換器？催化齊I、提示：接觸室中發(fā)生反應(yīng)2SO2+O2- 2SO3該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。經(jīng)凈化后的爐氣(管外)和經(jīng)過(guò)接觸層長(zhǎng)生的氣體 (管內(nèi))兩種流體在熱交換器中逆向流動(dòng)通過(guò)管壁進(jìn)行熱量的傳遞，反應(yīng)時(shí)生成的熱傳遞給進(jìn)入接觸室的需要預(yù)熱的混合氣體，并冷卻反應(yīng)后的氣體。利用熱交換器的目的：催化劑、從反應(yīng)本身看：可逆反應(yīng)2SO2+O2-2SO3進(jìn)行時(shí)，溫度的控制對(duì)催化劑的活性、 反應(yīng)速率、平衡移動(dòng)等均很重要。從原理上看，氣體的流向采用了逆流原理，有利于提高熱傳遞效率；提高了能源的利

8、用率.其實(shí)硫酸生產(chǎn)過(guò)程重的三個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng),而很多機(jī)器設(shè)備的開(kāi)動(dòng)、其實(shí)硫酸生產(chǎn)過(guò)程重的三個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng),而很多機(jī)器設(shè)備的開(kāi)動(dòng)、維持接觸氧化適宜的溫度都需要電能或熱能，充分利用廢熱來(lái)降低生產(chǎn)成本。 催化劑SO2氧化的條件選擇：2SO2+ O2 k”SO3該反應(yīng)具有下列特征:正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，正反應(yīng)方向氣體體積減少?gòu)钠胶庖苿?dòng)角度看，降溫、加壓有利于正向移動(dòng)從反應(yīng)速率提高角度看，高溫、加壓、使用催化劑有利。500 c左右活但對(duì)動(dòng)力設(shè)備思考：實(shí)際為什么不采用高壓、低溫的反應(yīng)條件500 c左右活但對(duì)動(dòng)力設(shè)備原因：若低溫，反應(yīng)速率過(guò)低，且催化劑的活性有一定的溫度范圍，它在性最佳。該反應(yīng)在常壓下

9、就有較高的轉(zhuǎn)化率，雖然高壓更有利于 SO3的生成,也有更高的要求。故采用常壓、加熱、使用催化劑這樣的反應(yīng)條件。.生產(chǎn)規(guī)模和廠(chǎng)址的選擇原料能源交通運(yùn)輸水源環(huán)保原料能源交通運(yùn)輸水源環(huán)保市場(chǎng)需求土地資源市場(chǎng)需求典型例題及點(diǎn)撥例1.在氧氣中充分燃燒1克含雜質(zhì)的硫鐵礦試樣，得到殘余固體0.76克（假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng)），問(wèn)生產(chǎn)10噸98%的濃硫酸需要這種礦石多少?lài)崳浚ǚ磻?yīng)過(guò)程中硫損失 2%）解：設(shè)硫鐵礦樣品中 FeS2的純度為X,生產(chǎn)10噸98%濃硫酸需該礦石質(zhì)量為 Y 高溫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 噸 X98%Y=8.5 噸答：需1如T石8.5噸。例2. SO2和。2按以下兩種投料方式,SO2或。2的轉(zhuǎn)化率是否相等？（容器容積V、溫度T 一定）2SO2 +。2 = 2SO3始 12mol 1mol0縊始 24mol 2mol002解析：思維方法T 一定：等效壓縮過(guò)渡態(tài)平衡正移過(guò)渡態(tài)平衡正移cd=a 22.【變式】請(qǐng)判斷以下三種反應(yīng)，從左側(cè)開(kāi)始投料比分別相等， 但均增大一倍后，轉(zhuǎn)化率怎樣改變?A.H2(g)+I2(g)? 2HI(g)B.2NO2? N2O4C.2NH 3? 3H2+N2答案：A.轉(zhuǎn)化率不變.B.轉(zhuǎn)化率增大C.轉(zhuǎn)化率減小結(jié)論：相同倍數(shù)增加各種反應(yīng)物的濃度，相當(dāng)于增大體系壓強(qiáng)，根據(jù)平衡移動(dòng)方向來(lái)確定轉(zhuǎn)化率的變化情況.例 3.氣體反應(yīng) 2SO2+O2? 2SO3 +Q在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)在200 C,無(wú)催化劑時(shí) SO2的濃度隨時(shí)間 變化的曲線(xiàn)如右圖所示.試在圖中畫(huà)出在反