《化工生产过程中的基本问题》

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一单元,走进化学工业,化工生产过程中的基本问题,工业设计的一般步骤：,1,、提出各种可能的方案,2,、对各种方案进行可行性评估,3,、确立方案,4,、制作出项目计划书,（需包括各方面细节，如工艺流程、能源问题、环保问题、其他产品的生产的开发、提高经济效益的具体措施等。,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,硫酸的用途,思考,:,自然界中有没有天然的硫酸，若无，硫的存在形式有哪些？,工业上如何制取硫酸,?,以硫磺或黄铁矿（主要成分是,FeS,2,）为主要原料制取硫酸,S (s)+ O,2,(g) SO,2,(g),燃烧,硫酸工业生产的原理,SO,3,(g)+ H,2,O(l) H,2,SO,4,(l),第一步：,第二步：,第三步：,以硫磺为原料,:,2SO,2,(g) + O,2,(g) 2SO,3,(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,SO,3,制取硫酸,流程图,H,2,SO,4,SO,3,SO,2,S,FeS,2,H,2,O,O,2,O,2,O,2,V,2,O,5,概括为：三个阶段，三个方程，三个设备,第一步,第二步,第三步,4FeS,2,+ 11O,2,= 8SO,2,+ 2Fe,2,O,3,硫酸工业生产的流程图,黄铁矿,空气流,矿渣,SO,2,、,O,2,、,N,2,、水蒸气以及一些杂质,冷的,SO,2,、,O,2,、,N,2,热的,SO,2,、,O,2,、,N,2,SO,3,、,SO,2,、,O,2,、,N,2,SO,2,、,O,2,、,N,2,98.3%,硫酸,炉,硫酸工业生产的三个主要设备,98.3%H,2,SO,4,SO,3,SO,2,O,2,SO,2,O,2,SO,2,O,2,主要反应：,主要设备：,沸腾炉,1.,SO,2,的制取和净化,一,.,反应原理及生产过程,炉,气,SO,2,O,2,N,2,水蒸气,As,和,Se,的化合物,矿尘,使催化剂中毒,对设备和生产有不良影响,净化措施：,除尘、洗涤、干燥,废渣的利用：,炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属,黄铁矿,空气,炉渣,炉气,4FeS,2,+ 11O,2,= 8SO,2,+ 2Fe,2,O,3,2.,SO,2,氧化成,SO,3,接触室,催化剂,加热,2SO,2,(g) + O,2,(g),2SO,3,(g),主要反应：,主要设备：,一,.,反应原理及生产过程,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。,3 .,SO,3,的吸收和硫酸的生成,吸收塔,SO,3,+ H,2,O = H,2,SO,4,三氧化硫与水化合时，放出大量热,易,形成酸雾，,不利于三氧化硫的吸收。,主要反应：,主要设备：,一,.,反应原理及生产过程,工业中通常用,98%,的硫酸溶液代替水来吸收,SO,3,为什么不用水来吸收三氧化硫？,3 .,三氧化硫的吸收和硫酸的生成,SO,3,98%,的,H,2,SO,4,发烟,H,2,SO,4,尾气处理,Ca(OH),2,+ SO,2,= CaSO,3,+H,2,O,CaSO,3,+H,2,SO,4,=CaSO,4,+H,2,O+,SO,2,循环利用,用石灰水吸收,一,.,反应原理及生产过程,SO,2,O,2,N,2,黄铁矿,空气流,矿渣,SO,2,、,O,2,、,N,2,、水蒸气以及一些杂质,冷的,SO,2,、,O,2,、,N,2,热的,SO,2,、,O,2,、,N,2,SO,3,、,SO,2,、,O,2,、,N,2,SO,2,、,O,2,、,N,2,98.3%,硫酸,炉,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,.,选择温度,:400500,硫酸工业生产的,适宜条件,:,三,.,生产中反应条件的控制,思考：,1.,采取哪些措施能加快反应速率？,2.,采取哪些措施能提高,SO,2,的转化率？,3.,温度升高,SO,2,的转化率,_,降低,低温下催化剂的活性不高，反应速率较低,2SO,2,(g) + O,2,(g) 2SO,3,(g),H0,催化剂,加热,思考：,1.,压强的增大,SO,2,的转化率,_,2.,是否压强越高越好,?,提高,应选择压强：,常压,压强增大，对设备要求高，成本和能量消耗提高,三,.,生产中反应条件的控制,思考：选择适宜的催化剂，是否可以提高,SO,2,的转化率？,(,填,“,是,”,或,“,否,”,),，是否可以增大该反应所放出的热量？,(,填,“,是,”,或,“,否,”,),；,否,否,(1)400500,0,C,(2),常压,(3),催化剂：,V,2,O,5,适当过量的空气,三,.,生产中反应条件的控制,硫酸工业生产的,适宜条件,:,1.,如何处理尾气中的,SO,2,?,2.,如何处理废水中的酸性物质,?,3.,如何利用废渣和生产过程中的产生的大量热能,?,工业：,a,（）,a,（循环利用）,实验室：,a,a,用石灰浆,(Ca(OH),2,或石灰石粉中和,.,废渣,:,分离后循环利用,剩下的作铺路用的沥青或用于制砖,四,.,生产中的三废处理,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，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。,如在催化反应室中设置热交换装置，利用,SO,2,氧化成,SO,3,时放出的热量的来预热即将参加反应的,SO,2,和,O,2,接触室,热交换器,钒催化剂,【,问题,】,SO,2,的接触氧化需在,400,500,条件下进行： 反应前怎样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,SO,3,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,沸腾炉,接触室,沸腾炉,SO,2,、,N,2,、,O,2,；,60,0,C,500,0,C,850,0,C,SO,3,、,SO,2,、,N,2,、,O,2,2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),H= -196.6kJ/mol,V,2,O,5,具体内容,三原料,三反应,三设备,三原理,三净化,硫酸工业制法的,五个“三”,SO,3,H,2,O H,2,SO,4,V,2,O,5,400500,2SO,2,O,2,SO,3,S,+ O,2,SO,2,；,黄铁矿、空气、水,沸腾炉、接触室、吸收塔,充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理,除尘、洗涤、干燥,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,.,造气,催化氧化,吸收,沸 腾 炉,接 触 室,吸收塔,(1),低温,(400500,0,C),(2),常压,(3),适当过量的空气,硫磺,(,或黄铁矿,),空气,和水,