生产中原料的选择.doc

化工生产过程中的基本问题教案
一、 教学目标
知识与技能：
1. 以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。
2. 知道生产硫酸的主要原理、原料、流程和意义。
过程与方法：
1. 了解从理论研究成果到现实生产的过程。
2. 学会将所学的知识应用于实际的方法。
情感态度与价值观：
1. 树立合理利用自然资源、节约能源的观点。
2. 培养既会独立思考，又能与人合作的能力。
二、 教学重点
化工生产过程中的基本问题；工业制硫酸的生产原理；平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用
三、 教学难点
化工生产过程中的基本问题；工业制硫酸的生产原理
四、 教学方法
讨论探究 多媒体
五、 课时安排
2课时
六、 教学过程
[课程引入]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、能源消耗、设备结构、工艺流程、环境保护以及综合经济效益等等。本节课我们就以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。
[投影]硫酸可以用来制化肥，如磷肥、氮肥等。可以在金属加工和金属制品电镀以前，除去金属表面的氧化物膜，可以制取许多有实用价值的硫酸盐，如硫酸铜、硫酸亚铁等，还可用于精炼石油，制造炸药、农药、染料等，实验室中常用作干燥剂。
[设疑]硫酸有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识，讨论生产硫酸的原理。
[学生讨论并归纳]生产H2SO4 的主要化学过程可以分为SO2 的生成和SO2转化为SO3两个阶段。
[提问]如果以硫磺为原料制硫酸，你能试着用方程式表示制硫酸的反应原理吗？
[交流讨论并归纳板书]
一.依据化学反应原理确定生产过程：
1. 以硫为原料制备SO2
S(s)+O2(g)﹦ SO2(g) (放热反应)
2. 利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) （放热反应）
3. 三氧化硫转化为硫酸
SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l) （放热反应）
按照上述反应原理，工业制硫酸主要分为造气、催化氧化和吸收三个阶段。
贮存室
98%硫酸

98%硫酸
发烟
硫酸
SO3
SO2

造气
（制SO2）

净化
干燥
空气
催化反应室，400-500℃，常压，催化剂
吸收塔
稀释室
水

[讲述]知道了生产硫酸的原理，那我们就一起学习生产中原料的选择。
[板书]二.生产中的原料选择
[设疑]为什么不主张用黄铁矿作为原料，而要选择硫磺？
[讨论归纳]由于生产过程中产生的废弃物太多，处理成本高，所以选择硫磺、空气和水作为生产硫酸的原料。
[投影]硫酸生产的主要设备
[讲述]在实验室化学反应是在一定条件下进行的，所用仪器比较简单，自动化程度不高，而在我们的工业生产中需要根据实际情况来选择合适的反应条件。现在同学们根据反应原理，阅读教材P6-7思考与交流，然后归纳该生产过程的适宜条件。
[阅读讨论] 1．从表1-1和表1-2可以看出，温度越低、压强越大，越有利于SO2的生成，但压强的影响不是很大。2．思路：低温时有利于SO2的转化，但考虑催化剂活性，温度不能太低。高压有利于SO2的转化，但试验表明增大压强，SO2的转化率提高并不大，而且考虑设备、成本和能源消耗问题，压强不应很高，可以考虑常压。而反应过程中二氧化硫转化为三氧化硫需要氧气，所以应该有充足的空气（对此问题学生可能会有不同的回答，教师可引导学生讨论，最后给出实际结果）
[讲述板书]三.生产中反应条件的控制
硫酸生产中的适宜条件：
(1)低温(400~500℃)
(2)常压
(3)适当过量的空气
[设疑]当一个化学反应完成后，我们还应该注意什么问题？
[学生]要注意保护环境，处理反应中产生的废弃物。
[讲述]很好，现在我们一起来处理该反应产生的三废。首先是尾气处理，应该怎么吸收反应所产生的二氧化硫？
[分析并板书]四.生产中的三废处理：
1.尾气吸收：
ＳＯ２
Ｃa（ＯＨ）２
ＣaＳＯ３
Ｈ２ＳＯ４
ＳＯ２（重新利用）

2.污水处理：用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和酸性废液。Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O。生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。
3.废渣处理：分离后循环利用,剩下的作铺路用的沥青或用于制砖。
[讲述]我们应该注意的是还可以充分利用反应中产生的能量。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。在实际的化工厂生产过程中我们还应该充分考虑其他各方面的因素，如厂址选择、交通、人力等因素。
七、 课堂小结
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：
八、 课后作业：
教材P21
课外拓展：

一.酸雨
（1） 酸雨的定义
一般认为,酸雨是由于燃烧高硫煤排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后,造成局部地区大气中的二氧化硫富集,在水凝结过程中,溶解于水形成亚硫酸,然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的的氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨.酸雨的pH值一般少于5.6.
（2） 酸雨的危害
对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长.破坏土壤、植被、森林.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.
（3） 酸雨的治理
二氧化硫污染大气的罪魁——煤，平均含硫量约为2.5%-3%。为治理煤燃烧时造成的二氧化硫污染，一种办法是事先从煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿（FeS2）的形态存在；这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为1%。大部分的煤中还含有较多的有机硫化合物，这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约40%。
 二．硫酸厂选址的因素

（1）       化工厂选址的因素
一般来说，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择是很复杂的问题，涉及原料、水源、能源、土地供应、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。
化工厂厂址选择一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②是否接近原料供应地；③土地供应是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉价；⑥交通运输是否方便；⑦能否达到环境保护要求。
上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上，着重考虑综合经济效益，即要求最大限度地提高劳动生产率，降低成本，保护生态环境。
（2）       硫酸厂选址的因素
由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少决定；硫酸厂厂址应远离水源和河流的上游，以免工厂的污水污染水源；也不要设置在城镇和居民区盛行风向的上风地带，以免工厂排放的大量烟尘和有害气体污染城镇的水源和大气等。
三.废热利用
硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应，应当充分利用放出的热量，减少能耗。
第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供应硫酸生产使用（如矿石粉碎、运输，气流、液流等动力用电）。
第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔。