依据化学反应原理确定生成过程教学设计及课堂实录

走进化学工业

课题1 化工生产过程中的基本问题

复习回顾：

硫酸的性质

(1)物理性质：硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。

浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把______倒到______中,并_____. (2)化学性质：

浓硫酸具有酸性,______性,______性和______性. 浓硫酸

水

不断搅拌

吸水

脱水

强氧化

硫酸的消费水平是一个国家工业发达水平的重要标志

一、依据化学反应原理确定生产过程

（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? 硫磺、黄铁矿（FeS2）

2. 这些物质能直接得到H2SO4吗?若不能，那么要经过哪些中间产物才能变成硫酸? 请写出有关的化学方程式! 幻灯片6 （二）硫酸工业生产的原理

以硫磺为原料

第一步：造气

第二步：催化氧化

第三步：吸收

（二）硫酸工业生产的原理

以黄铁矿（FeS2）为原料

第一步：造气

第二步：催化氧化

第三步：吸收

二、生产中原料的选择

1、硫酸生产中的三种原料：

硫磺或黄铁矿、空气、水

思考：

（1）、为什么早期我国是以黄铁矿为原料制硫酸？

早期黄铁矿储存量比较大，而天然硫磺资源缺乏，又难以从国外购进，并且那时对环境保护不够重视。

（2）、为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS2) 作为原料生产硫酸? 硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化，从而降低成本。

2、工业生产硫酸的基本过程

硫酸生产反应式

想一想:从生产硫酸的原理看,硫酸厂中的生

产设备最少应分几部分?

3、硫酸工业生产的三个主要设备

SO2

O2

沸腾炉 接触室 吸收塔

思考：黄铁矿为什么要粉碎？为什么要通入强大空气流？

粉碎黄铁矿是增大矿石跟空气的接触面积，加快反应速率并使之充分燃烧；

通强大的空气流是为了使黄铁矿充分燃烧，同时增大廉价易得的反应物浓度，可以是较贵重的原料得以充分利用。

不纯净，炉气中除SO2 还含有O2、N2、H2O和一些杂质。

思考：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？

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。

思考：吸收SO3为什么不用水或稀硫酸，而要用98.3%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？

因为用水或稀H2SO4溶液做吸收剂容易形成酸雾且吸收速率慢；

液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。

幻灯片15 三、生产中反应条件的控制

复习回顾：

1、影响化学反应速率的因素有哪些？

反应物浓度、温度、压强（对有气体参加的反应）、催化剂

2、什么是化学平衡？

指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

注意：

（1）前提是“一定条件下的可逆反应”；

（2）实质是“正反应和逆反应速率相等”；

（3）标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”。

幻灯片16 补充：平衡的移动，即改变反应条件（浓度、温度、压强）对化学平衡的影响

条件的改变

平衡移动的结果

平衡移动方向

向正反应方向移动

增大反应物浓度

反应物浓度减小

减小反应物浓度

生成物浓度增大

向正反应方向移动

向气体体积缩小的方

向移动

增大压强

体系压强减小

体系温度降低

升高温度

向吸热反应方向移动

勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件（浓度、温度或压强等），平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动

幻灯片17 三、生产中反应条件的控制

SO2接触氧化的反应为：

注：这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应

（1）温度

思考与交流：

阅读P6 表1—1，思考温度较低时

，SO2的转化率_____；那么是否温度越低越好呢？

越高

不是，虽然温度较低对提高SO2的转化率有利，但温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。

应选择温度：(1)低温(400~5000C) 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。

三、生产中反应条件的控制

（2）压强

思考与交流：

阅读P6表1-2,思考压强的增大，SO2的转化率_____；

越高

那么是否压强越高越好呢？

根据平衡移动原理，加压对提高SO2的转化率有利，但在常压、400~500℃时，SO2的转化率已经很高，加压对设备的要求高，会增大投资和能量消耗。

应选择压强：(2)常压

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

三、生产中反应条件的控制

接触氧化的适宜条件：

(1)较高的温度(400~5000C) (2)常压

(3)催化剂

四、硫酸工业生产过程中三废的处理

1、三废：废气、废液、废渣

2、三废的处理方法：

（1）如何处理尾气中的SO2？

方法一：石灰水吸收法

方法二：氨水吸收法

四、硫酸工业生产过程中三废的处理

（2）、

如何处理废水中的酸性物质? 用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和：

（3）、如何利用废渣和生产过程中的产生的

大量热能? 废渣：分离后循环利用，剩下的作铺路用的

沥青或用于制砖

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，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。

在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置。据测算，生产1t硫酸约需消耗100kW·h的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kW·h的电能。

小结：

化工生产过程中应考虑的问题：



(1)确定化学反应原理



(2)选择原料



(3)选择设备和工艺流程



(4)三废处理(环境保护) 

(5)能源的利用(综合经济利益) 

(6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）

幻灯片24 小结：(本节课重点) 

1. 工业上接触法制硫酸概括为“五个三”

：



三种原料：



三个反应：



三个生产过程：



三个主要设备：



硫酸工业生产的三个适宜条件：









2. 硫酸生产中的废气及废液的处理方法。

硫磺(或黄铁矿)、空气和水

造气、催化氧化、吸收

沸

腾

炉、接

触

室、吸收塔

(1)低温(400~5000C) (2)常压

(3)适当过量的空气