《化学与技术》课件(人教版) 课题1.1 化工生产过程中的基本问题

课题1 课题
学习目标
化工生产过程中的基本问题
1.了解生产硫酸的基本流程。 了解生产硫酸的基本流程。 了解生产硫酸的基本流程 2.了解生产中原料的选择。 了解生产中原料的选择。 了解生产中原料的选择 3.了解化学科学实验与化工生产的区别。 了解化学科学实验与化工生产的区别。 了解化学科学实验与化工生产的区别 4.注意生产中的三废处理，防止环境污染。 注意生产中的三废处理，防止环境污染。 注意生产中的三废处理
SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3 SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3 2NH4HSO3 ＋ H2SO4===(NH4)2SO4 ＋ 2SO2↑ ＋ 2H2O (NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O 废水用石灰乳中和： 废水用石灰乳中和 ： Ca(OH)2 ＋ H2SO4===CaSO4 ＋2H2O 废渣可用于制砖、制水泥、 废渣可用于制砖 、 制水泥 、 回收有色金属等综合 利用。 利用。
3．厂址的选择：硫酸是一种强腐蚀性液体，不 ．厂址的选择：硫酸是一种强腐蚀性液体， 宜大量的贮存和长途运输；生产设备易腐蚀， 宜大量的贮存和长途运输；生产设备易腐蚀， 寿命较短，同时废渣、废液、废气排放量大， 寿命较短，同时废渣、废液、废气排放量大， 污染环境。 污染环境。因此厂址宜靠近原料供应地和产品 销售地，有充足的水源保证和热能供应， 销售地，有充足的水源保证和热能供应，靠近 交通运输线，不要建在人口密集的居民区，旅 交通运输线，不要建在人口密集的居民区， 游景点和文物保护区，地震、 游景点和文物保护区，地震、洪水等自然灾害 多发区。 多发区。 4．废气、废水、废渣的利用：尾气中的 2用 ．废气、废水、废渣的利用：尾气中的SO 氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环 作化肥， 氨水吸收，生成的 利用。 利用。
思考感悟 是否温度越低越有利于SO 转化为SO 是否温度越低越有利于 2转化为 3? 提示】 【 提示 】 工业生产中反应温度的选择往往 还要考虑该温度下催化剂的活性， 还要考虑该温度下催化剂的活性 ， 所以应选 择温度为低温(400～500 ℃)。 ～ 择温度为低温 。
3． 阅读课本 6 表 1－ 2， 从中可看出压强增大时 ， ． 阅读课本P － ， 从中可看出压强增大时， SO2的转化率增大。 的转化率增大。 注意： 注意：工业生产中压强的选择往往还要考虑成本 和能量消耗等问题。 和能量消耗等问题。 四、生产中的三废处理 1．尾气吸收 工业的尾气主要是SO H2SO4工业的尾气主要是 2。 SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O， ， CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。 。
硫铁矿的主要成分是FeS2，硫铁矿在燃烧前需 硫铁矿的主要成分是 粉碎，增大和氧气的接触面积， 粉碎，增大和氧气的接触面积，使燃烧速率加 快且更充分，提高原料利用率。 快且更充分，提高原料利用率。 该反应在沸腾炉中进行， 该反应在沸腾炉中进行，从炉内出来的气体叫 炉气，成分为SO 及矿尘， 炉气，成分为 2、O2、N2、H2O及矿尘，砷、 及矿尘 硒化合物等。其中砷、硒化合物和矿尘能使催 硒化合物等。其中砷、 化剂中毒，可通过除尘、洗涤等方法除去； 化剂中毒，可通过除尘、洗涤等方法除去；水 蒸气对设备和生产有不良影响， 蒸气对设备和生产有不良影响，可通过干燥除 去。 (2)SO2的催化氧化： 的催化氧化：
化学反应方程式SO 化学反应方程式 3(g)＋ H2O(l)===H2SO4(l)， ＋ ， 放热 反应 反应)。 属_____反应 。 3．工业制硫酸主要生产流程 ．
二、生产中原料的选择 我国生产硫酸需考虑的问题： 我国生产硫酸需考虑的问题： 1．从基建投资 、 加工费用及环保方面考虑 ， 用 ． 从基建投资、加工费用及环保方面考虑， _______制硫酸优于用 黄铁矿制硫酸。 制硫酸优于用_______制硫酸 制硫酸。 硫黄 制硫酸优于用 缺乏 2 ． 我 国 天 然 硫 资 源 ______ ， 而 且 开 采 条 件 比较复杂 。 _________。 3．我国黄铁矿储量比天然硫黄要 大 ．我国黄铁矿储量比天然硫黄要_______。 。 4．硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程 短 ， ．硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程_____， 设备_______， 三废_________少 设备 简单 ， 三废 治理量 少 ， 劳动生产率 高 ，易于设备________。 _____，易于设备 大型化 。
有一定的SO 有一定的 2 和 O2 ， 再通过一定措施将这部分 气体送回接触室， 提高原料利用率， 气体送回接触室 ， 提高原料利用率 ， 同时减少 废气排放。 废气排放。
特别提醒： 特别提醒 ： ① 在生产中常用过量空气是为了 增大O 的浓度，提高SO 的转化率。 增大 2的浓度，提高 2的转化率。 ②常用浓H2SO4而不用水吸收SO3，是由于水 常用浓 而不用水吸收 反应易形成酸雾，吸收速度慢， 与SO3反应易形成酸雾，吸收速度慢，且腐蚀 设备。 设备。
变式训练1 在接触法制硫酸的工业生产中 ， 下列 在接触法制硫酸的工业生产中， 变式训练 生产操作与说明这些操作的主要原因都正确的是 ( D ) A．黄铁矿煅烧前需要粉碎，因为大块黄铁矿不能 ．黄铁矿煅烧前需要粉碎， 燃烧 B．从沸腾炉出来的炉气需要净化， 这样可以提高 ．从沸腾炉出来的炉气需要净化， 产品的纯度 C．SO2氧化为 3时需使用催化剂，这样可以提高 氧化为SO 时需使用催化剂， ． 反应速率和SO 反应速率和 2的转化率 D． 用质量分数为 的硫酸吸收SO ． 用质量分数为98.3%的硫酸吸收 3 ， 目的是 的硫酸吸收 防止形成酸雾，以便使SO 防止形成酸雾，以便使 3吸收完全 析：炉气净化的目的是防止炉气中的杂质和矿尘使催 化剂中毒、失效。 化剂中毒、失效。
1 －1 SO2(g)＋ O2(g) SO3(g)；∆H＝－ ＝－98.3 kJ·mol ＋ ； ＝－ 2 此反应是一个可逆反应， 此反应是一个可逆反应，正反应是气体体积缩小的 放热反应，由化学平衡理论可知， 放热反应，由化学平衡理论可知，在较低温度下进 行有利， 但温度低时催化剂活性不高， 反应速率低， 行有利， 但温度低时催化剂活性不高， 反应速率低， 实际生产中选择常压下 400 ℃～500 ℃进行， 化学反 平衡转化率都比较理想。 应速率和 SO2 平衡转化率都比较理想。
核心要点突破 一、化学原理与硫酸工业生产流程
二、化学原理在化工生产中的应用 1．增大反应速率的措施 (1)升高温度；(2)使用催化剂；(3)在沸腾炉中燃 升高温度； 使用催化剂 使用催化剂； 在沸腾炉中燃 升高温度 料燃烧时，使原料粉碎，增大与空气的接触面积。 料燃烧时，使原料粉碎，增大与空气的接触面积。 2．逆流原理的应用 沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入， 沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入， 使原料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分； 使原料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分； 吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片 ， 吸收塔中使用大量耐酸瓷环 片)，浓硫酸从塔顶 喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。 喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。
3．热交换原理的应用 由于2SO2＋O2 由于 2SO3是放热反应，在接触室 是放热反应，
内使用热交换器，用反应后热的气体预热接触室 内使用热交换器， 的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。 的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。
4．循环操作原理的应用 由于2SO2＋O2 由于 2SO3是可逆反应，尾气中还 是可逆反应，
2．污水处理 ． 不同化工生产过程产生的污水，杂质不同， 不同化工生产过程产生的污水，杂质不同，要 根据杂质的性质不同， 根据杂质的性质不同，采用不同的物理化学方 如酸碱中和法，重金属离子沉淀法等。 法，如酸碱中和法，重金属离子沉淀法等。 3． 3．废渣的处理 根据废渣的成分进行综合利用。 根据废渣的成分进行综合利用。如硫酸工业的 废渣可用来作为炼铁的原料， 废渣可用来作为炼铁的原料，提炼贵重的有色 金属，作水泥原料或用于建筑材料。 金属，作水泥原料或用于建筑材料。
在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器， 在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器， 把反应生成的热传递给进入接触室需要预热的炉 同时冷却反应后生成的气体。 气，同时冷却反应后生成的气体。 (3)SO3的吸收： 的吸收： SO3(g) ＋ H2O(l)===H2SO4(l) ； ∆H ＝ － 130.3 kJ·mol－1 工业上并不直接用水吸收三氧化硫， 工业上并不直接用水吸收三氧化硫，而是用质量 分数为98%的硫酸做吸收剂，因为三氧化硫与水 的硫酸做吸收剂， 分数为 的硫酸做吸收剂 蒸气容易形成酸雾， 蒸气容易形成酸雾，从而降低了三氧化硫的吸收 同时采用逆流吸收，硫酸从塔底放出。 率。同时采用逆流吸收，硫酸从塔底放出。
(1)以S为原料制备 2 以 为原料制备 为原料制备SO 化学反应方程式S(s)＋O2(g)===SO2(g)，(属______ ＋ 化学反应方程式 ， 属 放热 反应)。 反应 。 (2)利用催化氧化反应将 2氧化成 3 利用催化氧化反应将SO 氧化成SO 利用催化氧化反应将 化学反应方程式2SO2(g)＋O2(g) 化学反应方程式 ＋ (属_____反应 。 属 放热 反应 反应)。 (3)三氧化硫转化成硫酸 三氧化硫转化成硫酸 2SO3(g)， ，
5．由于原料多需进口 ， 硫黄制硫酸成本比黄铁 ． 由于原料多需进口， 矿制硫酸_____。 矿制硫酸 高 。 三、生产中反应条件的控制 1． 硫酸工业生产的三个主要设备是 沸腾炉 、 ． 硫酸工业生产的三个主要设备是________、 接触室 、 吸收塔 。 ________、_________。 2．阅读课本 6表1－1，从中可看出温度较 低 ．阅读课本P － ，从中可看出温度较_____ 有利于SO 转化为SO 时，有利于 2转化为 3。 二氧化硫催化氧化的反应方程式2SO2＋O2 二氧化硫催化氧化的反应方程式 放热 反应 2SO3，属______反应。 反应。