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化学工业中的基本问题课件.pptx

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化学工业 中的 基本 问题 课件
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课题一 硫酸 工业上如何制取硫酸 ? 1.一千多年前的波斯人用煅烧绿矾( FeSO4.7H2O)方法制硫酸 当时的人称之为“绿矾油”反应过程可以表示为: 煅烧 2( FeSO4.7H2O) ==Fe2O3 + SO2 + SO3 + 14H2O 2.1740年英国人在陶器中加热硫磺和硝酸的混合物制硫酸后来 在此基础上发展起来的各种方法都叫做 硝化法 或 铅室法 。反应 过程可以表示为: NO2 +SO2 NO + SO3 SO3 + H2O H2SO4 3.1831年英国人又发明了 接触法 。目前,硫酸有 80%以上都是 用这种方法生产。 硫酸生产发展简史和我国硫酸工业的现状 我国在 1867年上海建成第一座硫酸厂。到 1949年产仅 4万吨,而到 2010年时我国的 硫酸产量就已达到 7120万吨。 2002 2006年我国各原料制酸生产能力情况 单位: kt/a 项 目 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 硫磺制酸 13500 14600 17700 23300 28700 硫铁矿制酸 16500 16800 16800 18800 20700 烟气制酸 7900 8300 9300 11000 12600 其它 550 550 550 550 550 总计 38450 40250 44350 53650 62550 我国的硫酸工业 (一 )硫酸工业生产的原理 思考 : 1. 自然界中存在的含硫的物质有哪些 ? 2. 这些物质要经过哪些中间产物才能变成硫酸 ? H2SO4 SO3 SO2 S FeS2 H2O O2 O2 O2 黄铁矿的主要成分是 FeS2 (二硫化亚铁) S (s)+ O2 (g) SO2(g) 高 温 SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l) 第一步: 第二步: 第三步: 以硫磺为原料 : 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) 催化剂 加 热 (造气 ) (催化氧化 ) (吸收 ) 工业中通常用 98%的硫酸溶液代替水来吸收 SO3 因此 :工业上制硫酸主要分 _________个生产过程 . 4FeS2(S) +11 O2 (g) 2Fe2O3 (s)+ 8SO2(g) 高 温 第一步: SO3 (g) + H2O(l) H2SO4(l) 2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g) 催化剂 加 热 第二步: 第三步: 以 FeS2为原料 思考 : 为什么不主张用黄铁矿 (主要成分 FeS2)作为原料生产硫酸 ? 因此 :硫酸生产中的三种原料 :硫磺 (或黄铁矿 ), 空气 ,和水 (二 )硫酸工业 原料的选择 (三 )硫酸工业生产的三个主要设备 沸 腾 炉 接 触 室 98.3%H2SO4 SO2 O2 SO2 O2 SO2 O2 吸收塔 接 触 法 制 硫 酸 1 .造气: 二氧化硫的制取和净化 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 高温 +2 -1 0 +3 -2 +4 -2 元素被氧化, 是还原剂; 元素被还原, 是氧化剂。 是氧化产物, 是还原产物。 铁元素和硫 二硫化亚铁 氧 三氧化二铁和二氧化硫 三氧化二铁和二氧化硫 氧气 44 e FeS2 + O2 ------- Fe2O3 + SO2 接 触 法 制 硫 酸 1、造气: 二氧化硫的制取和净化 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 高温 主要反应: 主要设备: 沸腾炉 讨 论 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒? 矿粒细小,跟空气接触面积大,燃烧 充分,燃烧快。 为什么要从炉底通入强大空气流? 使矿粒与空气接触更充分,燃烧快, 反应完全,提高原料的利用率。 试 分析黄铁矿燃烧后从沸腾炉中出来的炉气中含有 哪些物质? SO2、 O2、 N2、 水蒸气以及一些 杂质,如 As、 Se 等的化合物和矿 尘等等。 酸 洗 干燥 除 尘 SO2、 O2、 N2 容易使催化剂中毒 腐蚀设备,影响生产 除矿尘 除 As、 Se化合物 除 水蒸气 接 触 法 制 硫 酸 2 .接触氧化: 二氧化硫氧化成三氧化硫 主要反应: 主要设备: 接触室 (转化器) ( 400-500 , V2O5催化剂) SO2(g) +1/2 O2 (g) SO3 (g) ; H=-98.3 kJ/mol 二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上接触时起反应的, 接触室和接触法的名称由此而得。 热交换器 钒催化剂 【 问题 】 SO2的接触氧化需在 400 500 条件下进行: 反应前要把低温的炉气预热到这个温度? 该反应放热,环境温度会升高,不利于 SO3生成? 温度较低气体甲 热气体乙 热交换原理 一种流体在管道内流 动,另一种流体在管 道外流动。两种流体 通过管壁进行热交换 冷的流体被加热; 热的流体被冷却 。 冷气体乙 温度较高气体甲 SO2、 N2、 O2 ; <600C 8500C SO3、 SO2、 N2、 O2 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g) H= -196.6kJ/mol V2O5 5000C 流程 3: 三氧化硫的吸收 SO3(g) + H2O(l) = H2SO4(l) ; H 130.3kJ/mol 【 问题 】 为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫? 常用 98.3%的硫酸作吸收剂!!! 三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时,易形 成酸雾,吸收速度减慢,不利于三氧化硫的吸收。 吸收塔 98.3%H2SO4 尾气 逆流吸收 : (SO3从塔 的下部通入 ,98.3%的 硫酸从塔顶喷下 ): 增 大 SO3和 H2SO4的接触 面积 ,强化吸收过程 . SO3、 SO2、 N2、 O2 发烟硫酸 【 问题 】 吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式可 以保证 SO3被 98.3%的浓硫酸完全吸收? 吸收 塔内填充 有大量 瓷管 , 以增大被吸收 气体与吸收液 的 接触面积。 【 问题 】 尾气的组成: SO2 、 O2 、 N2。 由于含有二氧 化硫,如直接排入大气,会造成污染;同时也会造成 原料的浪费。 如何处理尾气? 氨水法: NH3H2O 2NH3H2O+SO2 (NH4)2SO3+H2O NH3H2O+SO2 NH4HSO3 1.将尾气再次通入到接触室,进行再次氧化,吸收; 2.将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理; (NH4)2SO3 + H2SO4 == (NH4)2SO4 + SO2+ H 2O 沸 腾 炉 接 触 室 98.3%H2SO4 SO2 O2 SO2 O2 吸收塔 SO2、 O2、 N2 矿渣 SO2、 O2、 N2、水蒸气以 及一些杂质 冷的 SO2、 O2、 N2 热的 SO2、 O2、 N2 SO3、 SO2、 O2、 N2 三、硫酸工业的三废治理 化工生产必须保护环境,严格治理“三废”,并尽可能把“三废”变为有用 的副产品,实现原料的综合利用。 1.尾气吸收: 尾气中少量的 SO2 用氨水吸收 SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + SO2+ H2O (作肥料) (生产硫酸的原料) 2.污水处理: Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O 3.废渣的利用: 黄铁矿矿渣一般可作为制造水泥的原料或用于制砖, 含铁品位高的矿渣,经处理后可以炼铁及制取 Fe2(SO4)3、 Fe2O3红颜料等产 品。 可用石灰中和处理 思考压强的增大, SO2的转化率 _____ 越高 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 思考 :是否压强越高越好 ? 硫酸工业生产的 三个适宜条件 : 应选择压强 :(2)常压 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 10MPa 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 思考温度较 ____时 ,越有利于 SO2转化为 SO3? 注意 :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 . 思考 :是否温度越低越有利于 SO2 转化为 SO3 ? 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) 放热 催化剂 低 应选择温度 :(1)低温 (4005000C) (1)低温 (4005000C) (2)常压 (3)适当过量的空气 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) 3 2 2 4 2 32 ( )N H SO H O N H SO 4 2 3 2 2 4 3( ) 2N H SO H O N H H SO 2SO 2CO ( 2010江苏卷) 17.( 8分)下表列出了 3种燃煤烟气脱硫方法的原理。 方法 中氨水吸收燃煤烟气中 的化学反应: 能提高燃煤烟气中 采用方法 脱硫,并不需要预先除去燃煤烟气中大量的 的原因 ( 用离子方程式表示) 2SO 去除率的措施有 3HSO42SO (填字母)。 A增大氨水浓度 B.升高反应温度 C.使燃煤烟气与氨水充分接触 D. 通入空气使 转化为 方法 重要发生了下列反应: 222 ( ) ( ) ( ) 2 ( )C O g SO g S g C O g 18.0 JH k m ol 2 2 2( ) ( ) ( ) 2 ( )g SO g S g H O g 190.4 Jk m ol 222 ( ) ( ) 2 ( )C O g O g C O g 1566.0 JH k m ol 2 2 2( ) ( ) 2 ( )H g H O g1483.6 Jk ol 的热化学程式为 。 ()Sg2()Og2()SO g 与 反应生成 方法 中用惰性电极电解 溶液的装置 如右图所示。 阳极区放出气体的成分为 。 (填化学式)
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