《硫酸工業(yè)》教案3

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1、《硫酸工業(yè)》教案 本講主要內(nèi)容 1 .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。 2 .用平衡移動(dòng)原理理解 SO2氧化的條件選擇。 3 . 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)

2、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： ①SO2的制取和凈化(造氣) ②SO2氧化成SO3 ③SO3的吸收 反應(yīng)原理： 4FeS2+11O2 .溫2Fe2O3+8SO2 催化劑 2SO2+O2 " 2SO3 △ SO3+ H2O= H2SO4 或 S+ O2"SO2 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)、

3、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、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： 1 .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。 2 .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

4、發(fā)生接觸性反應(yīng)。 3 .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； 4 .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 1 .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衔锏取? 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

5、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，

6、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=Ca SO4+2H2O (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。 2 .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

7、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 3 .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)

8、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、 ⑴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。 ⑵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)、 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

9、選擇：2SO2+ O2 k”SO3該反應(yīng)具有下列特征: ①正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，②正反應(yīng)方向氣體體積減少 從平衡移動(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? 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。 4 .生產(chǎn)規(guī)模和廠址的選擇 原料 能源 交通運(yùn)輸 水源 環(huán)保 市場(chǎng)需求

10、 土地資源 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)?？（反?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+11O2 2Fe2O3+8SO2 Am 480克 320克 160克 1克X 480克 160克 1 克.X =0.24 克 FeS2 2H2SO4 120 196 1 克-0.76 克=0.24 克 X=72% Y -72%X(1-2%) 10 噸 X98%

11、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 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?? N2O4 C.2NH 3?? 3H2+N2 答案：A.轉(zhuǎn)化率不變.B.轉(zhuǎn)化率增

12、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 變化的曲線如右圖所示.試在圖中畫(huà)出在反應(yīng)起始濃度不變的做 200 c 情況下: SO2的濃度隨時(shí)間變化的曲線。 (1)保持200C,但反應(yīng)在適當(dāng)催化劑條件下進(jìn)行時(shí), (2)在無(wú)催化劑彳!反應(yīng)在 500c進(jìn)行時(shí)，SO2的濃度隨時(shí)間的變化曲線。 提示：根據(jù)催化劑和溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響(可用達(dá)到 平衡所需的時(shí)間長(zhǎng)短判斷)，另根據(jù)低溫更有利于反應(yīng)的正 向進(jìn)行，SO2濃度講的更低，即平臺(tái)位置更下