63化工生产能否做到又快又多.pptx

一）工业制硫酸（一）工业制硫酸思考并讨论：思考并讨论：1.请你用倒推法设计生产硫酸的路线。请你用倒推法设计生产硫酸的路线。2.哪些物质可以作为制取哪些物质可以作为制取SO2的原料，哪的原料，哪种更好？种更好？3.我国目前仍采用硫铁矿制取我国目前仍采用硫铁矿制取SO2。4.若以硫铁矿为原料，写出每一步的化学若以硫铁矿为原料，写出每一步的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目。方程式，并标出电子转移的方向和数目。一、工业制硫酸的反应原理一、工业制硫酸的反应原理二、硫酸工业的生产过程二、硫酸工业的生产过程三三阶阶段段SO2的制备的制备SO2的催化氧化的催化氧化SO3的吸收的吸收三三方方程程4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 2SO2+O2 2SO3 SO3+H2OH2SO4 三三设设备备沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔催化剂催化剂加热加热煅烧煅烧沸腾炉炉气SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，、水蒸气以及一些杂质，如如As、Se等的化合物和矿尘等等。等的化合物和矿尘等等。原料粉碎空气4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)+Q煅烧煅烧除除尘尘洗洗涤涤干干燥燥1.二氧化硫的制备二氧化硫的制备2.二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化2SO2+O2=2SO3+196.6kJV2O54500C沸腾炉接触室沸腾炉600C5000C4500C8500C热交换器热交换器催化剂催化剂排出气排出气体的成体的成分？分？3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收接触室沸腾炉吸收塔热热交交换换 1500C98.3%H2SO4SO3+H2O=H2SO4+79.5kJ1450C尾气尾气4.尾气处理尾气处理尾气的组成：尾气的组成：SOSO2 2,O,O2 2,N,N2 2（1 1）碱洗：碱洗：NaNa2 2COCO3 3 Na Na2 2COCO3 3+SO+SO2 2NaNa2 2SOSO3 3+CO+CO2 2(2)(2)氨洗：氨洗：NHNH3 3H H2 2O O 2NH 2NH3 3H H2 2O+SOO+SO2 2(NH(NH4 4)2 2SOSO3 3+H+H2 2O O小结：生产过程及设备小结：生产过程及设备硫硫酸酸三三氧氧化化硫硫水水合合98.3%H98.3%H2 2SOSO4 4SOSO3 3催催化化氧氧化化SOSO2 2硫铁矿硫铁矿热空气热空气矿矿粒粒燃燃烧烧沸腾炉沸腾炉 接触室接触室 吸收塔吸收塔思考与讨论思考与讨论1.1.怎样使硫铁矿充分煅烧？怎样使硫铁矿充分煅烧？(1)(1)将矿石粉碎成很细的粉末将矿石粉碎成很细的粉末(2)(2)具有一定风压的空气从炉底经过风帽进具有一定风压的空气从炉底经过风帽进 入炉膛，使矿粉流态化而成沸腾状入炉膛，使矿粉流态化而成沸腾状从而达到：从而达到：增大反应面积增大反应面积 加快反应速率加快反应速率的目的的目的2.SO2.SO2 2的催化氧化：的催化氧化：2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)2SO(g)2SO3 3(g)+196.7kJ(g)+196.7kJ(1)(1)反应时使用催化剂反应时使用催化剂(V(V2 2O O5 5)的目的？的目的？大大加快反应速率大大加快反应速率(2)(2)在生产中，常通入过量空气的目的？在生产中，常通入过量空气的目的？提高提高SOSO2 2的转化率的转化率V V2 2O O5 5400-500400-500(3)(3)选择反应温度：选择反应温度：400-500400-500的目的？的目的？保证催化剂的活性，并提高反应速率保证催化剂的活性，并提高反应速率4)(4)为何在接触室里装热交换器？为何在接触室里装热交换器？充分利用热能，有利于接触氧化，有充分利用热能，有利于接触氧化，有利于后期吸收三氧化硫利于后期吸收三氧化硫(5)(5)可采用哪些措施来提高可采用哪些措施来提高SOSO2 2的转化率？的转化率？增加空气量，即通入过量空气增加空气量，即通入过量空气 及时分离出产物及时分离出产物SOSO3 3练习练习1 1：用硫铁矿生产硫酸的过程中，对提高：用硫铁矿生产硫酸的过程中，对提高效率不利的因素是（效率不利的因素是（）A A矿石粉碎后送入沸腾炉矿石粉碎后送入沸腾炉 B B使用热交换器预热气体使用热交换器预热气体 C C用水吸收三氧化硫用水吸收三氧化硫 D D使用催化剂使用催化剂C2我国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多，我国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多，采用沸腾炉的好处在于（采用沸腾炉的好处在于（）A增大煤炭燃烧时的燃烧热增大煤炭燃烧时的燃烧热 B减少炉中杂质气体（如减少炉中杂质气体（如SO2等）的形等）的形成成C使得化学平衡发生移动使得化学平衡发生移动 D使得燃料燃烧充分，从而提高燃料的使得燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率利用率D（二）合成氨工业（二）合成氨工业一、合成氨反应的原理一、合成氨反应的原理N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+112.64kJ 假如你是合成氨工厂的技术工程师，假如你是合成氨工厂的技术工程师，对产品的生产效率、成本有何要求对产品的生产效率、成本有何要求?速度要快速度要快速度要快速度要快原料的利用率要高原料的利用率要高原料的利用率要高原料的利用率要高单位时间的产量要高单位时间的产量要高单位时间的产量要高单位时间的产量要高生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素要从反应速要从反应速要从反应速要从反应速率和反应平率和反应平率和反应平率和反应平衡两方面来衡两方面来衡两方面来衡两方面来考虑考虑考虑考虑特点：特点：特点：特点：正反应是一个气体体积减小的放热反应，正反应是一个气体体积减小的放热反应，正反应是一个气体体积减小的放热反应，正反应是一个气体体积减小的放热反应，很难发生。很难发生。很难发生。很难发生。1、压强怎么选？、压强怎么选？压强越大，对设备的要求高、压缩压强越大，对设备的要求高、压缩H2和和N2所需要的动力大，因此所需要的动力大，因此压强也不宜过高压强也不宜过高。速率角度：速率角度：增大压强增大压强平衡角度：平衡角度：增大压强增大压强压强是否越大越好？压强是否越大越好？二、合成氨条件的选择二、合成氨条件的选择 综合以上两点，实际生产中压强一般选择在综合以上两点，实际生产中压强一般选择在综合以上两点，实际生产中压强一般选择在综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20 20 50MPa50MPa之间。之间。之间。之间。2、温度怎么选择？、温度怎么选择？速率角度：升高温度速率角度：升高温度 平衡角度：降低温度平衡角度：降低温度 催催化化剂剂角角度度：要要在在一一定定的的温温度度下下才才能能达到最佳的催化效果。达到最佳的催化效果。综合以上因素，实际生产中温度一般选择综合以上因素，实际生产中温度一般选择在在400500（主要考虑催化剂的活性）左右。（主要考虑催化剂的活性）左右。3、用不用催化剂？、用不用催化剂？实实际际生生产产中中选选用用铁铁为为主主体体的的多多成成分分催催化化剂剂（俗俗称称铁铁触触媒媒），它它在在400500时时活活性较高。性较高。速率角度：需要催化剂速率角度需要催化剂平衡角度：不影响平衡角度：不影响4、浓度怎么定？、浓度怎么定？H2和和N2的比例怎么定？的比例怎么定？速率角度：增大反应物的浓度速率角度：增大反应物的浓度 平衡角度：减小生成物的浓度平衡角度：减小生成物的浓度 实际生产中的处理方法：实际生产中的处理方法：实际生产中的处理方法：实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。使用催化剂：使用催化剂：使用催化剂：使用催化剂：可以大大加快化学反应速率，可以大大加快化学反应速率，可以大大加快化学反应速率，可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；提高生产效率，也提高了经济效益；提高生产效率，也提高了经济效益；提高生产效率，也提高了经济效益；合合成成氨氨的的适适宜宜条条件件选择合适的温度：选择合适的温度：选择合适的温度：选择合适的温度：500500左右，提高反应速左右，提高反应速左右，提高反应速左右，提高反应速率，又是合成氨催化剂的活性温度；率，又是合成氨催化剂的活性温度；率，又是合成氨催化剂的活性温度；率，又是合成氨催化剂的活性温度；选择合适的压强：选择合适的压强：20MPa50MPa，有利于，有利于氨的合成，该压强下进行生产，对动力、氨的合成，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。材料、设备等来说正合适。浓浓度度：将将氨氨气气液液化化后后及及时时分分离离出出来来，所所得得原原料料气气（过过量量N2、H2）循循环环使使用用，并并及及时时补补充充N2、H2例例1工业合成氨时，除采用高压和催化剂外，工业合成氨时，除采用高压和催化剂外，还需要还需要500的高温，作用是（的高温，作用是（）A提高反应速率，缩短达到平衡的时间提高反应速率，缩短达到平衡的时间 B提高氢气的转化率提高氢气的转化率 C提高氨气的百分含量提高氨气的百分含量 D催化剂在催化剂在500时活性最大时活性最大例例2下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（）A加入催化剂有利于合成氨的反应加入催化剂有利于合成氨的反应B高压有利于合成氨的反应高压有利于合成氨的反应C500有利于合成氨的反应有利于合成氨的反应D将混合气体中的氨气液化有利于合成氨反应将混合气体中的氨气液化有利于合成氨反应AD AC（三）有关多步反应的计算（三）有关多步反应的计算例例1用含用含FeS2为为80%的硫铁矿的硫铁矿75 t制硫制硫酸，生产过程中有酸，生产过程中有10%的硫损失，求：的硫损失，求：（1）损失）损失FeS2的百分率是多少？的百分率是多少？（2）原料的利用率是多少？）原料的利用率是多少？（3）最终可生产出）最终可生产出98%的硫酸多少吨的硫酸多少吨？例例2.2.含含FeFeS S2 280%80%的硫铁矿，煅烧时损失硫的硫铁矿，煅烧时损失硫5%5%，S SOO2 2氧化时损失氧化时损失20%20%硫，求制取硫，求制取1 1吨吨98%98%的浓硫酸需这种矿石的浓硫酸需这种矿石_吨吨。解答：解答：解答：解答：1.1.写出各步反应的化学方程式写出各步反应的化学方程式2.2.2.2.根据化学方程式列出关系式根据化学方程式列出关系式根据化学方程式列出关系式根据化学方程式列出关系式3.3.3.3.根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算 FeSFeS2 2 2H2H2 2SOSO4 4 120 298 120 2984FeS4FeS2 2 +11 O +11 O2 2 2Fe 2Fe2 2OO3 3+8SO+8SO2 22SO2SO2 2 +O +O2 2 2SO2SO3 3SOSO3 3+H+H2 2OOHH2 2SOSO4 4FeS2 2SO2 2SO3 2H2SO4x80%(1-5%)(1-20%)1t98%H2SO4SO3SO2S FeS21、SSO2SO3H2SO42、FeS22SO22SO32H2SO4小结：解题原理小结：解题原理解题关键：解题关键：找出起始原料与最终产物之间的定量关系式找出起始原料与最终产物之间的定量关系式解题注意：解题注意：不纯量不纯量应折算为纯量应折算为纯量损失率损失率应换算成转化率应换算成转化率 转化率转化率=1-损失率。损失率。某一物质中：元素的损失率某一物质中：元素的损失率=该物质的损失率；该物质的损失率；中间产物的损失率中间产物的损失率=原料的损失率。原料的损失率。例例3 3 用含用含FeSFeS2 280%80%的硫铁矿生产硫酸，在煅的硫铁矿生产硫酸，在煅烧中损失烧中损失5%5%的硫；的硫；SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3时转化率时转化率为为80%80%；最后；最后SOSO3 3的吸收率为的吸收率为99%99%。则生产。则生产100t 98%100t 98%的浓硫酸，需此硫铁矿多少吨的浓硫酸，需此硫铁矿多少吨？例例4.4.取取1g1g含含SiOSiO2 2的硫铁矿试样，充分灼烧，残的硫铁矿试样，充分灼烧，残 余固体质量是余固体质量是0.84g0.84g。取。取10001000吨这种矿石吨这种矿石 能生产多少吨能生产多少吨98%98%的的H H2 2SOSO4 4？(假设反应过假设反应过 程中硫损失程中硫损失2%)2%)例例5.5.以以NHNH3 3为原料制取为原料制取NHNH4 4NONO3 3。NHNH3 3催化氧化时的利催化氧化时的利 用率为用率为90%90%，NONO氧化为氧化为NONO2 2时的利用率为时的利用率为95%95%，用水吸收用水吸收NONO2 2时损失时损失5%5%。最后合成。最后合成NHNH4 4NONO3 3时，时，HNOHNO3 3和和NHNH3 3又分别损失又分别损失4%4%。求制。求制NHNH4 4NONO3 3时，用时，用 于制于制HNOHNO3 3的的NHNH3 3的质量分数；用于跟的质量分数；用于跟HNOHNO3 3化合化合 的的NHNH3 3的质量分数。的质量分数。练习练习1：用：用2吨的吨的NH3制制HNO3时，由时，由NH3制制NO的转化率为的转化率为95，由，由NO制制HNO3的转化率为的转化率为92，求可生产，求可生产50的的HNO3多少吨？多少吨？练习练习2：用：用NH3制备制备HNO3时，设时，设NH3氧化氧化制制HNO3的转化率是的转化率是92%，NH3被被HNO3吸收利用率为吸收利用率为98，问，问100吨吨NH3怎样分怎样分配，才能使制得的配，才能使制得的NH4NO3最多？最多？