51《接觸法制硫酸2》教案(舊人教第三冊(cè))

接觸法制硫酸第二課時(shí)［引言］上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了工業(yè)制硫酸的反響原理并簡單了解了其生產(chǎn)流程。同時(shí)還認(rèn)識(shí)了其中的一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備——沸騰爐。本節(jié)課我們就在此根底上來進(jìn)一步認(rèn)識(shí)工業(yè)生產(chǎn)硫酸的生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程。［板書］第一節(jié)接觸法制硫酸(第二課時(shí))三、生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程［師］上節(jié)所學(xué)沸騰爐中的工藝我們可簡單表示如下：［板書］［過渡］從沸騰爐出來的爐氣經(jīng)凈化、枯燥后便進(jìn)入硫酸生產(chǎn)的第二階段，即氧化階段。下面，我們就來分析一下SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反響條件。［講解］根據(jù)化學(xué)反響原理，二氧化硫的氧化是在催化劑存在條件下進(jìn)行的，目前工業(yè)生產(chǎn)上采用的是釩催化劑。二氧化硫同氧氣在釩催化劑外表上與其接觸時(shí)發(fā)生反響，所以，工業(yè)上將這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法制硫酸。二氧化硫發(fā)生催化氧化的熱化學(xué)方程式為：［提問］SO2的接觸氧化在什么條件下反響可提高SO2的轉(zhuǎn)化率［師］請(qǐng)大家根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行答復(fù)［生］SO2的氧化為一可逆反響。根據(jù)勒夏特列原理，加壓、降溫有利于SO2轉(zhuǎn)化率的提高。［教師評(píng)價(jià)］答復(fù)得很好?。蹎枺輰?duì)于工業(yè)生產(chǎn)來講，假設(shè)原料轉(zhuǎn)化率很高，但反響速率卻很慢，這樣的生產(chǎn)有無意義呢［學(xué)生搖頭］沒有?。蹘煟輳奈覀儎倓偟姆治鼋Y(jié)論可知，SO2的氧化在低溫下進(jìn)行可有利于SO2轉(zhuǎn)化率的提高，但這對(duì)反響的速率將有何影響呢［生］使化學(xué)反響速率減慢?。巯胍幌耄輵?yīng)該怎樣解決上述矛盾［教師提示：可聯(lián)想工業(yè)制NH3的有關(guān)知識(shí)］［生恍然大悟］找一個(gè)折中的方法，即既要使SO2的轉(zhuǎn)化率不太低，又要使反響的速率不太慢。［師］很好，下面是一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)大家分析。［投影］同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率［原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))：SO27%，O211%，N282%；壓強(qiáng)：0.1MPa］［問］你們認(rèn)為溫度控制在什么范圍比較適宜呢說出理由。［學(xué)生各抒己見］［小結(jié)］由大家剛剛的發(fā)言并結(jié)合實(shí)際情況，可知溫度在400℃～500℃的范圍內(nèi)比較適宜，這是因?yàn)椋憾趸虻霓D(zhuǎn)化率在此溫度下已比較理想，且滿足催化劑的活性溫度(為430℃～600℃)，同時(shí)化學(xué)反響的速率又不會(huì)太慢。綜合考慮以上因素，我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中選定400℃～500℃作為操作溫度。［板書］反響條件：溫度400℃～500℃［師］下面是壓強(qiáng)對(duì)SO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響。請(qǐng)大家分組討論，綜合多種因素選擇SO2接觸氧化的適宜壓強(qiáng)。［投影］壓強(qiáng)對(duì)SO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響(原料氣成分同上表)［學(xué)生分組討論，并宣布討論結(jié)果］［小結(jié)］通過剛剛的討論并結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以看出，常壓下400℃～500℃時(shí)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高。加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但加壓需要增加動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)上并不合算，一般工廠都采用常壓法生產(chǎn)。［板書］壓強(qiáng)：常壓［講解］硫酸工業(yè)生產(chǎn)的最正確工藝條件選定后，接下來要考慮的是反響器。反響器是進(jìn)行化學(xué)反響的場所，反響器的結(jié)構(gòu)，操作方式都要盡可能地使反響能在工藝條件所規(guī)定的參數(shù)下進(jìn)行。二氧化硫氧化反響器現(xiàn)在多采用的是接觸室。我們來看一下接觸室的結(jié)構(gòu)。［板書］接觸室［展示］接觸法制硫酸接觸室模型［結(jié)合教具講解］接觸室采用了上下兩層催化劑，中部安裝熱交換器的結(jié)構(gòu)。［板書］結(jié)構(gòu)：上下兩層催化劑中部安裝熱交換器［過渡］我們首先來認(rèn)識(shí)一下熱交換器。［投影］一種熱交換器示意圖及介紹熱交換器是化學(xué)工業(yè)里廣泛應(yīng)用的熱交換設(shè)備，它有多種形式。在多數(shù)熱交換器內(nèi)部，裝有許多平行的管道或蛇管，以擴(kuò)大傳熱面，提高熱交換效果。一種流體在管道內(nèi)流動(dòng)，另一種流體在管道外流動(dòng)。兩種流體通過管壁進(jìn)行熱交換，熱的流體得到冷卻，冷的流體得到加熱。右圖是一種常見的熱交換器。一種熱交換器示意圖［過渡］二氧化硫在接觸室里是如何氧化成三氧化硫的呢［講解］經(jīng)過凈化、枯燥的爐氣，通過接觸室中部的熱交換器被預(yù)熱到400℃～500℃,通過上層催化劑被第一次氧化，因?yàn)槎趸虻拇呋趸欠艧岱错?，隨著反響的進(jìn)行，反響環(huán)境的溫度會(huì)不斷升高，這不利于三氧化硫的生成。接觸室中部安裝的熱交換器正是把反響生成的熱傳遞給接觸室里需要預(yù)熱的爐氣，同時(shí)降低反響后生成氣體的溫度，使之通過下層催化劑被第二次氧化。這是提高可逆反響轉(zhuǎn)化率的一種非常有效的方法。［過渡］二氧化硫在接觸室里經(jīng)過催化氧化后得到的氣體含三氧化硫一般不超過10%，其余為N2、O2及少量二氧化硫氣體。這時(shí)進(jìn)入硫酸生產(chǎn)的第三階段，即成酸階段。其反響的熱化學(xué)方程式為：［板書］SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3kJ/mol［過渡］從反響原理上看，硫酸是由三氧化硫跟水化合制得的。事實(shí)上，工業(yè)上卻是用98.3%的濃H2SO4來吸收SO3的，為什么要這樣操作呢請(qǐng)大家參閱課本。［學(xué)生閱讀課本］［講解］從理論上講，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸有二種途徑：一種是三氧化硫被硫酸水溶液吸收，與水溶液中的水發(fā)生反響生成硫酸。SO3(g)＋H2O(l)H2SO4(l),ΔH＜0,這是一個(gè)可逆放熱反響。在常溫下，這一反響轉(zhuǎn)化率極高，可以認(rèn)為是不可逆的。決定這一反響轉(zhuǎn)化率的實(shí)際上是混合氣體中三氧化硫被硫酸水溶液吸收的吸收率?；旌蠚庵腥趸蚴菤鈶B(tài)，分子運(yùn)動(dòng)速率極快，有足夠的吸收時(shí)機(jī)，使吸收率到達(dá)99.9%。另一途徑是硫酸與水蒸氣發(fā)生反響生成包含雜質(zhì)氣體的酸霧。由于三氧化硫與水的化合是放熱反響，在生產(chǎn)條件下，反響器中有大量水蒸氣。而三氧化硫氣體一旦形成酸霧，它很少有時(shí)機(jī)被液體捕捉，而是隨不溶性氣體一起排到大氣。根據(jù)生產(chǎn)目的，在工藝上促進(jìn)第一種吸收途徑，抑制第二種吸收途徑。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，用98.3%的濃硫酸作為吸收劑吸收三氧化硫。［板書］1.用98.3%的濃H2SO4作吸收劑。［過渡］工業(yè)上為實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)過程，采用的反響器是“吸收塔〞。［板書］3.吸收塔［過渡］我們來看一下吸收塔示意圖［投影］［講解］為增大SO3跟98.3%的濃硫酸的接觸面積，強(qiáng)化吸收過程，在吸收塔中，安裝大量耐酸瓷環(huán)，并采用了逆流的吸收方式，三氧化硫從塔底通入，98.3%的濃硫酸從塔頂噴下，硫酸吸收三氧化硫后，濃度增至98.8%，溫度升高20℃～30℃。然后從塔底排出，經(jīng)冷卻，稀釋，即得成品。［討論］1.從吸收塔里排出的尾氣有哪些成分，能直接排放到空氣中嗎2.尾氣應(yīng)如何處理［學(xué)生答復(fù)，教師總結(jié)］從吸收塔排出的氣體主要有N2、O2，少量二氧化硫，假設(shè)直接排放到空氣中，會(huì)造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)也會(huì)造成原料的浪費(fèi)。因此應(yīng)將上述氣體再次通入接觸室進(jìn)行二次氧化，然后進(jìn)一步吸收。也可用NH3吸收SO2以生產(chǎn)亞硫酸銨，或用堿吸收后，再通過加酸生產(chǎn)高濃度二氧化硫和硫酸銨。［板書］2.尾氣回收利用。［小結(jié)］本節(jié)我們學(xué)習(xí)了接觸法制硫酸的生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程，請(qǐng)××同學(xué)來描述一下從原料到成品硫酸的生產(chǎn)過程。［投影］［學(xué)生答復(fù)］(教師結(jié)合投影糾錯(cuò)、補(bǔ)充)［總結(jié)］從硫酸的工業(yè)生產(chǎn)來看，化學(xué)反響原理是化工生產(chǎn)的根底，生產(chǎn)過程是為實(shí)現(xiàn)化學(xué)反響效勞的，而生產(chǎn)設(shè)備是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程效勞的。這個(gè)邏輯關(guān)系是我們學(xué)習(xí)化工知識(shí)的根本思路。在本節(jié)里，我們討論了如何優(yōu)化工藝條件，到達(dá)生產(chǎn)最正確狀態(tài)，但這僅僅是復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)中很少的一局部，要想進(jìn)一步了解復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，就需要我們現(xiàn)在刻苦學(xué)習(xí)，爭取深造的時(shí)機(jī)。