1、第一单元 走进化学工业,课题1 化工生产过程中的基本问题,一,二,三,四,五,一、依据化学反应原理确定生产过程 1.关于工业制硫酸的反应原理及过程需考虑的因素 (1)分析产品的化学组成,据此确定生产该产品的主要原料。从H2SO4的组成看,原料应该是自然界存在的含硫物质,如硫黄、黄铁矿(主要成分是FeS2)等。 (2)分析产品与生产原料之间关键元素的性质,确定主要生产步骤。H2SO4中S的化合价是+6价,因此先从S或FeS2得到SO3,再由SO3与H2O反应得到H2SO4。 (3)分析生产原料的性质,确定反应原理。生产H2SO4的主要化学过程可以分成SO2的生成和SO2转化为SO3两个阶段。,一
2、,二,三,四,五,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,二、生产中原料的选择 1.在工业生产中,除选择原料依据化学反应原理外,还有许多因素要考虑,如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等。 2.目前,很多国家生产硫酸主要以硫黄为原料,我国早期主要是以黄铁矿为原料制硫酸的。,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,三、生产中反应条件的控制 对二氧化硫的催化氧化: 1.温度条件 选择400500 作为操作温度,因为在这个温度范围内,反应速率和SO2的转化率都比较理想。 2.压强条件 增大气体压强,SO2的平衡转化率提高得并不多,所以,通常采用常压操作。 3.
3、催化剂 催化剂对化学平衡没有影响,但能改变到达平衡所需的时间。,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,五、能量的充分利用 硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应,如果能充分利用这些热量,不但可以由硫酸厂自行提供能量,还可以向外界输出大量的能量,可大大降低生产成本。,一,二,三,四,五,一,二,三,四,五,解析:原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器,吸收热量后由A处流出,再进入催化反应室发生反应,并放出大量的热,而热交换器的作用是把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气,然后由下端流出,进入下一个装置。SO3温度过高不易被吸收,所以下端出来的气体
4、降温后再用浓硫酸吸收。 答案:D,探究一,探究二,探究一,探究二,1.生产硫酸的方法为什么叫接触法? 提示SO2和O2是在催化剂表面接触反应的,主要设备叫接触室。 2.接触室中热交换器的作用是什么?从接触室出来的气体成分是什么? 提示热交换器的作用是在SO2接触氧化时,用放出的热来预热即将进入接触室发生反应的SO2和空气,这样可以充分利用热能,节约燃料。从接触室出来的气体主要是SO3、N2以及剩余的未起反应的O2和SO2。 3.吸收SO3为什么不用水或稀硫酸,而要用98.3%的硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下? 提示因为用水或稀硫酸作吸收剂容易形成酸雾且吸收速率慢;液体由上向下流,气体由下向上
5、升,两者在逆流过程中充分反应。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,请回答下列问题: (1)为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装 (填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管,其作用是 。 (2)为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为 。假设接触室中SO2的转化率为95%,b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为 (空气中氧气的体积分数按20%计)。该尾气的处理方法是 。 (3)与以黄铁矿为原料的生产工艺相比,该工艺的特点是 (可多选
6、)。 A.耗氧量减少 B.二氧化硫的转化率提高 C.产生的废渣减少 D.不需要使用催化剂 (4)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石,可有效减少煤燃烧时SO2的排放,请写出此脱硫过程中反应的化学方程式 。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,解析:二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应,所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。 答案:(1)黄铁矿为原料的生产中产生的废弃
7、物太多,处理成本高 (2)CD (3)净化气体;控制温度在400500 ;增大催化剂与反应气体的接触面积 (4) 在常压和298 K条件下,2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3,放出196 kJ热量。由于该反应为可逆反应,不可能进行完全,又因为反应温度为450 ,所以放出的热量小于196 kJ,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,2.硫酸工业中,常用浓硫酸吸收三氧化硫,而不用水来吸收的原因是( ) A.三氧化硫溶于浓硫酸,不易溶于水 B.用浓硫酸吸收三氧化硫速度虽慢,但损失三氧化硫少 C.用水吸收易形成酸雾,吸收速度慢 D.用水吸收得到的不是纯硫酸 解析:用98%的硫酸吸收SO3可以避免形成酸雾并提高吸收率。 答案:C,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,4.下列关于工业制硫酸的说法正确的是( ) A.生产硫酸的工业尾气可以直接排入大气中 B.进入接触室的气体,必须先经净化、干燥 C.以黄铁矿为原料生产硫酸,从沸腾炉中排出的炉渣可以作为肥料 D.在高温、高压下由SO2和O2合成SO3 解析:硫酸工业的尾气中含有SO2气体,不能直接排入大气,A错误;沸腾炉中排出的炉渣中含有Fe2O3、砷硒化合物等,不能用作肥料,C错误;反应在常压下效果较好,D错误。 答案:B,1 2 3 4 5,
