硫酸工业的知识要点及要求1、工业制硫酸的原理、原料、流程课件.ppt

硫酸工业,硫酸工业的知识要点及要求：1、工业制硫酸的原理、原料、流程及设备。2、每一阶段的最佳工艺条件。掌握如何利用理论知识选择最佳工艺条件。3、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。,硫酸工业复习小结,一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程,黄铁矿(硫磺)、空气,98.3%浓硫酸,-,硫酸工业生产的原理,第一步：,第一步：,氧化剂：,还原剂：,氧化产物：,还原产物：,O2,FeS2,Fe2O3、SO2,Fe2O3、SO2,如果有4摩尔的FeS2参加反应，电子转移为 摩尔。,44,硫酸工业生产的原理,第一步：,第一步：,第二步：,第三步：,硫酸工业生产流程动画,硫酸生产的三大设备,沸 腾 炉,接 触 室,吸 收 塔,沸 腾 炉,黄铁矿(硫磺)、空气,98.3%浓硫酸,矿石粉碎炉气净化,-,矿渣、矿尘、洗涤液,-,一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程,接 触 室,讨论、SO2转化成SO3的反应特点是什么？第二生产阶段的反应条件是什么？为什么采用这个条件呢？,反应条件：,反应特点：可逆反应；正反应为放热的、气体体积缩小的反应,催化剂的活性、反应速率、平衡转化率、设备以及能耗等,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);H=-196.6kJ/mol,催化剂,高温,低温、,高压、,催化剂,400-500、,常压、,练习1、CuFeS2是黄铁矿的另一成分，煅烧时转化为 CuO、Fe2O3 和SO2，由硫酸 厂沸腾炉排出的矿渣中含有CuO、Fe2O3 和CuSO4（CuSO4由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成），其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）,沸腾炉温度/600 620 640 660矿渣中CuSO4的质量分数/%9.3 9.2 9.0 8.4 已知CuSO4在低于660 时不会分解，请用平衡移动原理分析硫酸铜的质量分数随温度升高而降低的原因？,因为SO2转化为SO3的反应是可逆的，随着温度升高，平衡向生成SO2的方向移动，所以升温，SO3的含量减少，CuSO4的含量也随之减少。,黄铁矿(硫磺)、空气,98.3%浓硫酸,矿石粉碎炉气净化,用两层催化剂用热交换器,-,矿渣、矿尘、洗涤液,-,吸 收 塔,黄铁矿(硫磺)、空气,98.3%浓硫酸,铁矿粉碎，炉气净化,用两层催化剂用热交换器,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,-,矿渣、矿尘、洗涤液,尾气,-,硫酸工业生产流程动画,硫酸的工业生产,沸 腾 炉,接 触 室,吸 收 塔,净化,冷 却,练习2、在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因 两者都正确的是：A、硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能沸腾燃烧 B、从沸腾炉出来的气体需要净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应 C、二氧化硫氧化成三氧化硫进需要使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D、三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全,D,一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程,硫酸工业复习小结,二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。,三阶段、三设备、三反应,讨论1：我们从哪几方面来考虑硫酸工业的综合经济效益？,原料、能量、规模、厂址、环保,讨论2、为获得最佳经济效益，只要将三废排出厂外就行了。这种说法对吗？为什么,不对，因随意排放“三废”会污染环境,讨论3、可能会造成哪些具体的污染？,废气会污染大气，导致酸雨；废渣废液会污染水体和土壤,讨论4、硫酸工厂的三废如何综合利用呢？,废气处理：,用氨水吸收，再用硫酸处理,废渣处理：,制水泥的辅料、制砖、用作冶金原料（炼铁）,废液处理：,作劣质硫酸直接使用、制副产品石膏,由于硫酸生产过程中的三个反应都是放热反应，充分利用这些反应放出的热能，不但可以降低生产成本，还可以减少热对环境的污染。,讨论5：硫酸工业生产中能量是如何利用？,FeS2(s)+O2(g)=Fe2O3(s)+2SO2(g);H=-853kJ/molSO2(g)+O2(g)SO3(g);H=-98.3kJ/molSO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l);H=-130.3kJ/mol,据测算：生产1T硫酸约需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。,环保 工艺 原料 成本 能源 规模 年产4万吨以上 原料、水源 厂址 能源、交通 土地供应、市场需求等,练习：某工厂利用废铜屑与浓硫酸反应制硫酸铜，现有两条工艺流程可供选择：浓H2SO4 蒸发结晶ACu CuSO4 硫酸铜晶体 加热 加热 H2SO4 蒸发结晶B。Cu CuO CuSO4 硫酸铜晶体试评价两方案的优劣。,解析；方案A有两点不足：生成的二氧化硫对大气有污染；参加反应的硫酸利用率只有50%，方案B克服了两点不足，故方案B更合理。,练习：某工厂利用废铜屑与浓硫酸反应制硫酸铜，现有两条工艺流程可供选择：浓H2SO4 蒸发结晶ACu CuSO4 硫酸铜晶体 加热 加热 H2SO4 蒸发结晶B。Cu CuO CuSO4 硫酸铜晶体,实验证明铜不能在低温下与氧气反应，也不能与稀硫酸共热反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并通入空气来制取硫酸铜溶液的。,写出铜屑在此状态下被溶解的化学方程式：,2,2,2,2,硫酸工业,一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程 三阶段、三设备、三反应,二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。原料、能量、规模、厂址、环保,三、有关化工生产的计算,H2SO4,SO3,SO2,S,FeS2,SO3+H2O=H2SO4,S+O2=SO2,点燃,催化剂,三个反应原理,2SO2+O2 2SO3,1、SSO2SO3H2SO42、FeS22SO22SO32H2SO4,练习:含FeS280%的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，SO2氧化时损失20%硫，求制取1吨98%的浓硫酸需这种矿石_吨。,解答：,1.写出各步反应的化学方程式,2.根据化学方程式列出关系式,3.根据守恒原理进行计算,FeS2 2H2SO4 120 298,4FeS2+11 O2=2Fe2O3+8SO22SO2+O2 2SO3SO3+H2O=H2SO4,FeS2 2SO2 2SO3 2H2SO4,x80%,(1-5%),(1-20%),1t98%,练习:含FeS280%的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，SO2氧化时损失20%硫，求制取1吨98%的浓硫酸需这种矿石_吨。,解答：,3.根据硫元素守恒得出关系式：,FeS2 2H2SO4,x80%,(1-5%),(1-20%),1t98%,120 298,解答：,3.根据硫元素守恒可得：,S H2SO4,练习：某化工厂设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求：控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料；每天生产98%的硫酸50吨，其中SO2的转化率为80%；求每天消耗含杂质5%的固体硫多少吨？,32 98,x(1-5%)80%,50t98%,练习、黄铜矿（主要成分CuFeS2）是提取铜的主要原料。（1）取12.5g黄铜矿样品，经测定含3.60硫（杂质不含硫），则矿样中CuFeS2的含量为多少？,（2）已知2 CuFeS2+4O2=Cu2S+3SO2+FeO（炉渣），产物Cu2S在1200 高温下继续反应：2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2;2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2,则由2摩尔CuFeS2完全反应生成2摩尔铜时，需消耗氧气的物质的量是：,CuFeS2-2S,184 64,12.5Xg 3.60g,由已知反应方程式可得：2 CuFeS2+5O2=2Cu+4SO2+2FeO,5摩尔,练习4：硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。(1)若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在的郊区（填选项的标号）A、有丰富黄铁矿资源的城市B、风光秀丽的旅游城市C、消耗硫酸甚多的工业城市D、人口稠密的文化、商业中心城市,(2)据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产1吨98%硫酸需消耗3.6105kJ能量。请通过计算判断，若反应：SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g);H=-98.3kJ/mol放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1吨98%硫酸只需外界提供(或可向外界输出)多少千焦能量？,解：根据制硫酸的后二步反应可得：SO2 SO3 H2SO4 放出的热量 98g 98.3kJ 1106g 98%Q Q=9.83105kJ 向外界输出：9.83105kJ-3.6105kJ=6.23105kJ,一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程,二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。原料、能量、规模、厂址、环保,三、有关化工生产的计算,1、三个生产阶段；造气、接触氧化、三氧化硫的吸收。2、三个反应：3、三个设备；沸腾炉、接触室、吸收塔。,总结:,谢谢各位！,