化学工业相关知识

化学工业相关知识

一、化工生产的基本原则：

1、一个生产工艺的实现，涉及许多问题，如化学反应原理，原料选择，设备结构，工艺流程，环境保护以及综合经济效益。一般而言，应遵循“多、快、好、省”的原则。“多”是指原料的利用率或产物的产率高，一般可以从平衡移动角度选择适宜的条件。“快”是指反应速率快，一般可以从化学反应速率角度选则适宜的条件。“好”是指对环境友好，生产过程体现绿色化学的原则，有效利用资源，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂，从源头上防止污染的产生。“省”是指在选择原料、设备、工艺方面应考虑降低生产成本，充分利用原料与能量。

2、化工生产=

1．系统掌握典型物质的工业制法，

济效益，将理论知识转化为实际应用。

2．根据外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律，综合考虑化工生产的适宜条件的选择。既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性；既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制；既要注意理论生产，又要注意实际可能性。

（1）对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为1.07∶3。

（2）对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的的方向移动。但压强太大，动力消耗，设备要求、成本增高，故必须综合考虑。

（3）对放热反应，升温，提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，故需使用适当的催化剂。

对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。（4）使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。

合成氨适宜条件：500℃、铁触媒、2×107～5×107、循环操作。

根据以上原则，结合合成氨反应的特点即正反应是体积缩小的放热反应分析可知，合成氨的适宜条件是：500℃、铁触媒、2×107～5×107 Pa（20～50MPa），循环操作等。工业上将二氧化硫氧化成三氧化硫的适宜条件是400℃～500℃、催化剂（V2O5），使用过量的空气等。乙醇和乙酸发生酯化反应时，酯化极限为2/3，而常温下达到这个极限（即达到平衡）需要16年，如果温度升到150℃，缩短到只要几天就达到平衡。如果加入适量浓硫酸作催化剂，1～2小时即可达到平衡，但反应进行的程度仍为2/3。实际生产中，可采取两种措施提高这个极限，第一是适当加大廉价原料乙醇的用量，第二是生产过程中利用乙酸乙酯的易挥发性，不断地把生成的乙酸乙酯从反应混合物中分离出去。同时采取这两种措施能又快又多地生产出乙酸乙酯。

二、案例分析

（一）溴与碘的提取

二、（二）工业合成氨的适宜条件

反应条件对提高化学反应

速率的影响

对提高平衡混合物中氨

的体积分数的影响

合成氨

适宜条件的选择

使用催化剂有利无一般选用铁触媒

增大压强有利有利压强越高，对设备、材料的要求也高。一般采用20~50MPa

升高温度有利不利适宜温度，考虑催化剂活性温度范围，一般选择500︒C左右

三原料三阶段三反应（均放热）三设备净化

黄铁矿或S 造气

4FeS2+11O2

高温

→2Fe2O3+8SO2

或S+O2

点燃

→SO2

沸腾炉

除尘

（防止

催化剂

中毒）

空气催化

氧化 2 SO2 + O2 2 SO3

接触室（含热

交换器）

98.3%浓硫酸SO3

吸收

SO3+ H2O →H2SO4 吸收塔

提溴过程反应原理2Br— + Cl2→ Br2 + 2Cl—

提取方法

1、原料：晒盐后的卤水

2、氧化后，通入热空气或高温水蒸气，使溴挥发，冷凝后得到粗

溴，再进行精制得到高纯度的溴

提碘过程反应原理2I— + Cl2→ I2 + 2Cl—

提取方法

1、原料：海带、海藻等

2、步骤：灼烧→浸泡→过滤→氧化→萃取→分液→提取

（四）纯碱工业：氨碱法（索尔维法）和联合制碱法（侯德榜制碱法）。纯碱是一种基本化工原料，用于玻璃、搪瓷、炼钢、炼铝及其他有色金属的冶炼，也用于制皂、造纸、纺织和漂染工业。

反应原理：将饱和的食盐溶液在冷却后通入足量的氨，然后在加压条件下通入二氧化碳，即有下列反应发生：NH3+CO2+H2O→NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl 将析出的碳酸氢钠晶体锻烧，分解得到碳酸钠。

（1）氨碱法：

原料：食盐和石灰石。

反应产物的综合处理：氯化铵溶液加消石灰可回收氨，以便循环使用。

2NH4Cl+Ca(OH)2→2NH3↑+CaCl2+2H2O

上述反应中所用的消石灰和二氧化碳可用煅烧石灰石制取。

CaO+H2O→Ca(OH)2

总结：氨碱法的优点是：原料(食盐和石灰石)便宜，成品的纯度高，副产品氨和部分二氧化碳都可以循环使用，制造步骤简单，适合大规模生产。

氨碱法也有缺点：生成了目前还没有多大用途的氯化钙(CaCl2)。其次，氨碱法中的另一缺点是食盐的利用率低，只有70％，其余30％都随着氯化钙溶液被抛弃了，这是一个很大的损失。

(2)侯德榜制碱法：氨、二氧化碳都直接由合成氨厂供应的。合成氨所需要的原料氢气可以从水煤气制取。

总结：

侯德榜制碱法的优点：母液里存在氯化铵，冷却结晶出来，制成氮肥。由于母液的循环使用，大大地提高了食盐的利用率，应用同量的食盐，能比氨碱法生产出更多量的纯碱。此外，在操作上，在工厂设备上，也都比氨碱法简单。大规模联合生产的优越性，不仅在生产上便于管理，而且降低了产品——纯碱和氮肥的成本。

【基础训练】

1．有关合成氨工业说法中正确的是

A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3%只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用的，总体来说氨的产率很高

C．合成氨反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动

D．合成氨采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大

2．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是

A．使用吸收塔设备B．使用尾气吸收装置C．使用H2作原料D．使用催化剂