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(精)课件.ppt

1、硫酸工业的知识要点及要求：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。、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、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。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。、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。硫酸工业复习小结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一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程 生产阶段生产阶段SO2的制取和的制取和净化净化SO2氧化成氧化成SO3吸收吸收SO3生成生成硫酸硫酸主要原料主要原料主要化学主要化学反应反应主要设备主要设备工

2、艺要求工艺要求主要排放主要排放黄铁矿黄铁矿(硫磺硫磺)、空气空气98.3% 浓硫酸浓硫酸-硫酸工业生产的原理硫酸工业生产的原理第一步：第一步：第一步：第一步：4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温氧化剂：氧化剂：还原剂：还原剂：氧化产物：氧化产物：还原产物：还原产物：O2FeS2Fe2O3 、SO2Fe2O3 、SO2如果有如果有4摩尔的摩尔的FeS2参加反应，电子转移为参加反应，电子转移为 摩尔。摩尔。44硫酸工业生产的原理硫酸工业生产的原理第一步：第一步：SO3 + H2O H2SO4第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：4FeS2 +11 O2 2Fe

3、2O3 + 8SO2 高高 温温2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂高温高温硫酸工业生产流程动画 硫酸生产的三大设备沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔生产阶段生产阶段SO2的制取和的制取和净化净化SO2氧化成氧化成SO3吸收吸收SO3生成硫生成硫酸酸主要原料主要原料主要化学主要化学反应反应 高温高温4FeS2 +11 O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 催化剂催化剂2SO2+O2 2SO3 400-500 SO3 +H2O =H2SO4主要设备主要设备沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔工艺要求工艺要求主要排放主要排放黄铁矿黄铁矿(硫硫磺磺)、空气、空气98.3% 浓硫酸浓

4、硫酸矿石粉碎矿石粉碎炉气净化炉气净化-矿渣、矿尘、矿渣、矿尘、洗涤液洗涤液-一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程 接接 触触 室室讨论、讨论、 SO2转化成转化成SO3的反应特点是什么？第二的反应特点是什么？第二生产阶段的反应条件是什么？为什么采用这个条件呢？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：反应条件：反应特点：可逆反应；正反应为放热的、反应特点：可逆反应；正反应为放热的、气体体积缩小的反应气体体积缩小的反应催化剂的活性、反应速率、平衡转化率、催化剂的活性、反应速率、平衡转化率、设备以及能耗等设备以及能耗等2SO2(g) + O2(

5、g) 2SO3(g);H=- 196.6kJ/mol催化剂催化剂高温高温低温、低温、高压、高压、 催化剂催化剂400-500、常压常压、练习练习1、CuFeS2是黄铁矿的另一成分，煅烧时转化为是黄铁矿的另一成分，煅烧时转化为 CuO 、Fe2O3 和和SO2，由硫酸，由硫酸 厂沸腾炉排出的矿渣中含有厂沸腾炉排出的矿渣中含有CuO 、Fe2O3 和和CuSO4（ CuSO4由由CuO与与SO3在沸腾炉中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）变化（见下表）沸腾炉温度沸腾炉温度/ 600 620 640 660矿渣

6、中矿渣中CuSO4的的质量分数质量分数/% 9.3 9.2 9.0 8.4 已知已知CuSO4在低于在低于660 时不会分解，请用平时不会分解，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降低的原因 ？ 因为因为SO2转化为转化为SO3的反应是可逆的，随着温度升高，的反应是可逆的，随着温度升高，平衡向生成平衡向生成SO2的方向移动，所以升温，的方向移动，所以升温， SO3的含量减少，的含量减少， CuSO4的含量也随之减少。的含量也随之减少。生产阶段生产阶段SO2的制取和的制取和净化净化SO2氧化成氧化成SO3吸收吸收SO3生成硫生成硫酸

7、酸主要原料主要原料主要化学主要化学反应反应 高温高温4FeS2 +11 O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 催化剂催化剂2SO2+O2 2SO3 400-500 SO3 +H2O =H2SO4主要设备主要设备沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔工艺要求工艺要求主要排放主要排放黄铁矿黄铁矿(硫硫磺磺)、空气、空气98.3% 浓硫酸浓硫酸矿石粉碎矿石粉碎炉气净化炉气净化用两层催化剂用两层催化剂用热交换器用热交换器 -矿渣、矿尘、矿渣、矿尘、洗涤液洗涤液-吸吸 收收 塔塔生产阶段生产阶段SO2的制取和的制取和净化净化SO2氧化成氧化成SO3吸收吸收SO3生成硫生成硫酸酸主要原料主要原料主要化学主要

8、化学反应反应 高温高温4FeS2 +11 O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 催化剂催化剂2SO2+O2 2SO3 400-500 SO3 +H2O =H2SO4主要设备主要设备沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔工艺要求工艺要求主要排放主要排放黄铁矿黄铁矿(硫硫磺磺)、空气、空气98.3% 浓硫酸浓硫酸铁矿粉碎，铁矿粉碎，炉气净化炉气净化用两层催化剂用两层催化剂用热交换器用热交换器 用用98.3%的浓的浓硫酸吸收硫酸吸收SO3 -矿渣、矿尘、矿渣、矿尘、洗涤液洗涤液尾气尾气-硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却练习练习2、在

9、硫酸的工业制法中，下列生产、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操作与说明生产操作的主要原因 两者都正两者都正确的是：确的是： A、硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫、硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能沸腾燃烧铁矿不能沸腾燃烧 B、从沸腾炉出来的气体需要净化，因为炉、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、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催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D、三氧化硫用、三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的的浓硫酸吸收，目的是防止形

10、成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全是防止形成酸雾，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 硫酸工业复习小结硫酸工业复习小结二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。 三阶段三阶段 、三设备、三反应、三设备、三反应讨论讨论1：我们从哪几方面来考虑硫酸工业的综合：我们从哪几方面来考虑硫酸工业的综合经济效益？经济效益？ 原料、能量、规模、厂址、环保原料、能量、规模、厂址、环保 讨论讨论2、为获得最佳经济效益，只要将三废排、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？为什么出厂外就行了。这种说法对吗？为

11、什么 不对，因随意排放不对，因随意排放“三废三废”会污染环境会污染环境讨论讨论3、可能会造成哪些具体的污染？、可能会造成哪些具体的污染？ 废气会污染大气，导致酸雨；废渣废液废气会污染大气，导致酸雨；废渣废液会污染水体和土壤会污染水体和土壤讨论讨论4、硫酸工厂的三废如何综合利用呢？、硫酸工厂的三废如何综合利用呢？废气处理：废气处理：用氨水吸收，再用硫酸处理用氨水吸收，再用硫酸处理废渣处理：废渣处理：制水泥的辅料、制砖、制水泥的辅料、制砖、用作冶金原料（炼铁）用作冶金原料（炼铁）废液处理：废液处理：作劣质硫酸直接使用、作劣质硫酸直接使用、制副产品石膏制副产品石膏 由于硫酸生产过程中的三个反应都是放

12、热反应，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。成本，还可以减少热对环境的污染。讨论讨论5：硫酸工业生产中能量是如何利用？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：生产据测算：生产1T硫酸约需硫酸约需100kw .h的电能

13、，的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于当于200kw.h的电能。的电能。 1141212 环保环保 工艺工艺 原料原料 成本成本 能源能源 规模规模 年产年产4万吨以上万吨以上 原料、水源原料、水源 厂址厂址 能源、交通能源、交通 土地供应、市场需求等土地供应、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：铜，现有两条工艺流程可供选择： 浓浓H2SO4 蒸发结晶蒸发结晶ACu CuSOu CuSO4 4 硫酸铜晶体硫酸铜晶体 加热加热 加热加热 H2SO4 蒸发结晶

14、蒸发结晶B B。Cu CuOCu CuO CuSO CuSO4 4 硫酸铜晶体硫酸铜晶体试评价两方案的优劣。试评价两方案的优劣。解析；方案解析；方案A有两点不足：生成的二氧化硫有两点不足：生成的二氧化硫对大气有污染；参加反应的硫酸利用率只对大气有污染；参加反应的硫酸利用率只有有50%，方案，方案B克服了两点不足，故方案克服了两点不足，故方案B更合理。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：艺流程可供选择： 浓浓H2SO4 蒸发结晶蒸发结晶ACu CuSOu CuSO4 4 硫酸铜晶体硫酸铜晶体 加热加

15、热 加热加热 H2SO4 蒸发结晶蒸发结晶B B。Cu CuOCu CuO CuSO CuSO4 4 硫酸铜晶体硫酸铜晶体 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。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：写出铜屑在此状态下被溶解的化学方程式：2 22 22 22 2Cu + OCu + O2 2 + H + H2 2SOSO4 4 CuSO CuSO4 4 + H + H2 2O O 硫酸工

16、业硫酸工业一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程 三阶段三阶段 、三设备、三反应、三设备、三反应 二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。 原料、能量、规模、厂址、环保原料、能量、规模、厂址、环保 三、有关化工生产的计算三、有关化工生产的计算H2SO4SO3SO2S FeS2SO3 + H2O=H2SO4S+O2=SO2点燃催化剂4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2高温三个反应原理三个反应原理2SO2+O2 2SO31、SSO2SO3H2SO42、FeS22SO22SO32H2SO4 FeS2 2H2SO4 120 2

17、120 298984FeS2 +11 O2 = 2Fe2O3 + 8SO22SO2 + O2 2SO3SO3 + H2O =H2SO4FeS2 2SO2 2SO3 2H2SO4x80%(1-5%)(1-20%)1t98% FeS2 2H2SO4x80%(1-5%)(1-20%)1t98%120 2120 29898 S H2SO4练习：某化工厂设计院承担某硫酸厂的设计任练习：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；每天生产使用黄铁矿，改用固体硫为原料；每天生产98%的硫酸的硫酸50吨，其

18、中吨，其中SO2的转化率为的转化率为80%；求每天消；求每天消耗含杂质耗含杂质5%的固体硫多少吨？的固体硫多少吨？ 32 98 32 98x x(1-5%)(1-5%)80%80%50t98%练习、黄铜矿（主要成分练习、黄铜矿（主要成分CuFeS2 ）是提取）是提取铜的主要原料。铜的主要原料。（1）取）取12.5g黄铜矿样品，经测定含黄铜矿样品，经测定含3.60硫硫（杂质不含硫），则矿样中（杂质不含硫），则矿样中CuFeS2的含量为的含量为多少？多少？ （2）已知）已知2 CuFeS2 +4O2=Cu2S+3SO2+FeO（炉渣），产物（炉渣），产物Cu2S在在1200 高温下继续反应：高温下

19、继续反应：2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2 ;2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2 ,则由则由2摩尔摩尔CuFeS2完全反应生成完全反应生成2摩摩尔铜时，需消耗氧气的物质的量是：尔铜时，需消耗氧气的物质的量是：CuFeS2 - 2S 184 64184 64 12.5Xg 3.60gXg 3.60g由已知反应方程式可得：由已知反应方程式可得： 2 CuFeS2 +5O2=2Cu+4SO2+2FeO5摩尔摩尔练习练习4：硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。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，你认为厂址宜选在座

20、硫酸厂，你认为厂址宜选在的的郊区（填选项的标号）郊区（填选项的标号）A、有丰富黄铁矿资源的城市、有丰富黄铁矿资源的城市B、风光秀丽的旅游城市、风光秀丽的旅游城市C、消耗硫酸甚多的工业城市、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、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，若反应据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生热都未被利用，则每生产产1吨吨98%硫酸需消硫酸需消耗耗3.63.610105 5kJkJ能量。请通过计算判断，若反应：能量。请通过计算判断，若反应：SOSO2 2(g) + 1/2O(g) + 1/2O2 2(g) SO(g) S

21、O3 3 (g); (g);H=- 98.3kJ/molH=- 98.3kJ/mol放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 1吨吨98%98%硫酸硫酸只需外界提供只需外界提供( (或可向外界输出或可向外界输出) )多少千焦能量？多少千焦能量？ 解：根据制硫酸的后二步反应可得：解：根据制硫酸的后二步反应可得：SO2 SO3 H2SO4 放出的热量放出的热量 98g 98.3kJ 1106g 98% Q Q= 9.83105kJ 向外界输出：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。二、关于硫酸工业综合经济效益的讨论。 原料、能量、规模、厂址、环保原料、能量、规模、厂址、环保三、有关化工生产的计算三、有关化工生产的计算 1、三个生产阶段；、三个生产阶段； 造气、接触氧化、三氧化硫的吸收。造气、接触氧化、三氧化硫的吸收。 2、三个反应：、三个反应： 3、三个设备；沸腾炉、接触室、吸收塔。、三个设备；沸腾炉、接触室、吸收塔。 总结总结: