化工生產能否做到又快又多

化工生產能否做到又快又多第1頁/共31頁思考并討論：1.請你用倒推法設計生產硫酸的路線。2.哪些物質可以作為制取SO2的原料，哪種更好？3.我國目前仍采用硫鐵礦制取SO2。4.若以硫鐵礦為原料，寫出每一步的化學方程式，并標出電子轉移的方向和數目。一、工業(yè)制硫酸的反應原理第2頁/共31頁二、硫酸工業(yè)的生產過程三階段SO2的制備SO2的催化氧化SO3的吸收三方程4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2

2SO2+O2

2SO3

SO3+H2O→H2SO4

三設備沸騰爐接觸室吸收塔催化劑加熱煅燒第3頁/共31頁沸騰爐爐氣SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質，如As、Se等的化合物和礦塵等等。原料粉碎空氣4FeS2(s)+11O2(g)→2Fe2O3(s)+8SO2(g)+Q煅燒除塵洗滌干燥1.二氧化硫的制備第4頁/共31頁2.二氧化硫的催化氧化2SO2+O2===2SO3+196.6kJV2O54500C沸騰爐接觸室沸騰爐<600C5000C4500C8500C熱交換器催化劑第5頁/共31頁排出氣體的成分？第6頁/共31頁3.三氧化硫的吸收接觸室沸騰爐吸收塔熱交換1500C98.3%H2SO4SO3+H2O===H2SO4+79.5kJ1450C尾氣第7頁/共31頁4.尾氣處理尾氣的組成：SO2,O2,N2（1）堿洗：Na2CO3Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(2)氨洗：NH3·H2O2NH3·H2O+SO2→

(NH4)2SO3+H2O第8頁/共31頁第9頁/共31頁小結：生產過程及設備硫酸三氧化硫水合98.3%H2SO4SO3催化氧化SO2硫鐵礦熱空氣礦粒燃燒沸騰爐接觸室吸收塔第10頁/共31頁思考與討論1.怎樣使硫鐵礦充分煅燒？(1)將礦石粉碎成很細的粉末(2)具有一定風壓的空氣從爐底經過風帽進入爐膛，使礦粉流態(tài)化而成沸騰狀從而達到：①增大反應面積②加快反應速率的目的第11頁/共31頁2.SO2的催化氧化：

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)+196.7kJ(1)反應時使用催化劑(V2O5)的目的？

大大加快反應速率(2)在生產中，常通入過量空氣的目的？

提高SO2的轉化率V2O5400-500℃(3)選擇反應溫度：400-500℃的目的？

保證催化劑的活性，并提高反應速率第12頁/共31頁(4)為何在接觸室里裝熱交換器？

充分利用熱能，有利于接觸氧化，有利于后期吸收三氧化硫(5)可采用哪些措施來提高SO2的轉化率？

①增加空氣量，即通入過量空氣②及時分離出產物SO3練習1：用硫鐵礦生產硫酸的過程中，對提高效率不利的因素是（）

A．礦石粉碎后送入沸騰爐

B．使用熱交換器預熱氣體

C．用水吸收三氧化硫

D．使用催化劑C第13頁/共31頁2．我國鍋爐燃煤采用沸騰爐逐漸增多，采用沸騰爐的好處在于（）A．增大煤炭燃燒時的燃燒熱B．減少爐中雜質氣體（如SO2等）的形成C．使得化學平衡發(fā)生移動D．使得燃料燃燒充分，從而提高燃料的利用率D第14頁/共31頁化工生產能否做到又快又多（二）合成氨工業(yè)第15頁/共31頁一、合成氨反應的原理N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+112.64kJ

假如你是合成氨工廠的技術工程師，對產品的生產效率、成本有何要求?速度要快原料的利用率要高單位時間的產量要高生產中的消耗能源、原料、設備條件等因素要從反應速率和反應平衡兩方面來考慮特點：正反應是一個氣體體積減小的放熱反應，很難發(fā)生。第16頁/共31頁1、壓強怎么選？

壓強越大，對設備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此壓強也不宜過高。速率角度：增大壓強平衡角度：增大壓強壓強是否越大越好？二、合成氨條件的選擇

綜合以上兩點，實際生產中壓強一般選擇在20~50MPa之間。第17頁/共31頁2、溫度怎么選擇？①速率角度：升高溫度②平衡角度：降低溫度

③催化劑角度：要在一定的溫度下才能達到最佳的催化效果。

綜合以上因素，實際生產中溫度一般選擇在400~500℃（主要考慮催化劑的活性）左右。第18頁/共31頁3、用不用催化劑？

實際生產中選用鐵為主體的多成分催化劑（俗稱鐵觸媒），它在400~500℃時活性較高。速率角度：需要催化劑平衡角度：不影響第19頁/共31頁4、濃度怎么定？H2和N2的比例怎么定？

速率角度：增大反應物的濃度平衡角度：減小生成物的濃度

實際生產中的處理方法：①及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；②及時補充氮氣和氫氣，使其保持一定的濃度。第20頁/共31頁使用催化劑：可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；合成氨的適宜條件選擇合適的溫度：500℃左右，提高反應速率，又是合成氨催化劑的活性溫度；選擇合適的壓強：20MPa~50MPa，有利于氨的合成，該壓強下進行生產，對動力、材料、設備等來說正合適。濃度：將氨氣液化后及時分離出來，所得原料氣（過量N2、H2）循環(huán)使用，并及時補充N2、H2第21頁/共31頁例1．工業(yè)合成氨時，除采用高壓和催化劑外，還需要500℃的高溫，作用是（）

A．提高反應速率，縮短達到平衡的時間

B．提高氫氣的轉化率

C．提高氨氣的百分含量

D．催化劑在500℃時活性最大例2．下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是（）A．加入催化劑有利于合成氨的反應B．高壓有利于合成氨的反應C．500℃有利于合成氨的反應D．將混合氣體中的氨氣液化有利于合成氨反應ADAC第22頁/共31頁化工生產能否做到又快又多（三）有關多步反應的計算第23頁/共31頁例1．用含FeS2為80%的硫鐵礦75t制硫酸，生產過程中有10%的硫損失，求：（1）損失FeS2的百分率是多少？（2）原料的利用率是多少？（3）最終可生產出98%的硫酸多少噸？第24頁/共31頁例2.含FeS280%的硫鐵礦，煅燒時損失硫5%，SO2氧化時損失20%硫，求制取1噸98%的濃硫酸需這種礦石_________噸。解答：1.寫出各步反應的化學方程式2.根據化學方程式列出關系式3.根據守恒原理進行計算

FeS2

～2H2SO41202×984FeS2+11O2

→2Fe2O3+8SO22SO2+O22SO3SO3+H2O→H2SO4FeS2

～2SO2～2SO3

～2H2SO4x×80%×(1-5%)×(1-20%)1t×98%第25頁/共31頁H2SO4SO3SO2SFeS21、S~~SO2~~SO3~~H2SO42、FeS2~~2SO2~~2SO3~~2H2SO4小結：解題原理第26頁/共31頁解題關鍵：找出起始原料與最終產物之間的定量關系式解題注意：①不純量——應折算為純量②損失率——應換算成轉化率

轉化率=1-損失率。③某一物質中：元素的損失率=該物質的損失率；中間產物的損失率=原料的損失率。第27頁/共31頁例3用含FeS280%的硫鐵礦生產硫酸，在煅燒中損失5%的硫；SO2轉化為SO3時轉化率為80%；最后SO3的吸收率為99%。則生產100t98%的濃硫酸，需此硫鐵礦多少噸？第28頁/共31頁例4.取1g含SiO2的硫鐵礦試樣，充分灼燒，殘余固體質量是0.84g。取1000噸這種礦石能生產多少噸98%的H2SO4？(假設反應過程中硫損失2%)例5.以NH3為原料制取NH4NO3。NH3催化氧化時的利用率為90%，NO氧化為NO2時的利用率為95%，用水吸收NO2時損失5%。最后合成NH4NO3時，

HNO3和NH3又分別損失4%。求制NH4NO3時，用于制HNO3的NH3的質量分數；用于跟HNO3化合的NH3的質量分數。第29頁/共31頁練習1：用2噸的NH3