選修二第一單元課題1化學生產(chǎn)過程中的基本問題課件

1、走進化學工業(yè)日本作家日本作家 原田正純原田正純 1 1 、“水俁病水俁病”于于19531953年首先在年首先在日本日本九州九州熊本縣水俁鎮(zhèn)熊本縣水俁鎮(zhèn)發(fā)生發(fā)生，當時由于病因不明，當時由于病因不明，故稱之為水俁??！故稱之為水俁??！2 2、病因：由化工生產(chǎn)排放污水所致、病因：由化工生產(chǎn)排放污水所致 ，人，人或其他動物食用了含有甲基汞或無機汞或其他動物食用了含有甲基汞或無機汞污染的魚貝類，侵入腦神經(jīng)細胞污染的魚貝類，侵入腦神經(jīng)細胞而引起的一種綜合性疾病，是世界上最而引起的一種綜合性疾病，是世界上最典型的典型的公害病公害病之一。之一。一一 、該該 書書 寫寫 作作 背背 景景1、輕者：口齒不清、視覺喪

2、失、手輕者：口齒不清、視覺喪失、手足變形。足變形。2、重者：神經(jīng)失常、或興奮、身體重者：神經(jīng)失常、或興奮、身體彎弓高叫，直至死亡。彎弓高叫，直至死亡。二、該二、該 病病 臨臨 床床 表表 現(xiàn)現(xiàn)1.1化工生產(chǎn)過程中的化工生產(chǎn)過程中的基本問題基本問題請思考：硫酸有哪些用途？請思考：硫酸有哪些用途？ 化肥化肥 、農(nóng)藥、農(nóng)藥、 醫(yī)藥醫(yī)藥、 鋼鐵鋼鐵工業(yè)工業(yè) 、梯恩梯梯恩梯、 鉛蓄電池鉛蓄電池2 2、工業(yè)上如何制取硫酸、工業(yè)上如何制取硫酸? ?請思考：請思考：1 1、自然界中有沒有天然的、自然界中有沒有天然的硫酸硫酸? ?1 1 從硫酸的從硫酸的組成組成看，原料應該是自看，原料應該是自然界中存在的含然界

3、中存在的含 物質(zhì)，如硫物質(zhì)，如硫磺磺、黃鐵礦（黃鐵礦（FeSFeS2 2其中硫元素為其中硫元素為-1-1價）等。價）等。一一、2 2 從從價態(tài)分析價態(tài)分析角度看，不能從硫磺角度看，不能從硫磺或黃鐵礦直接得到硫酸，所以必須或黃鐵礦直接得到硫酸，所以必須經(jīng)過中間步驟，生產(chǎn)硫酸的主要化經(jīng)過中間步驟，生產(chǎn)硫酸的主要化學反應過程可以分成學反應過程可以分成 和和 兩個階段。兩個階段。 二、工業(yè)制硫酸的基本生產(chǎn)原理二、工業(yè)制硫酸的基本生產(chǎn)原理可概括為：可概括為： “ 四個四個 三三 ”即，三種原料即，三種原料、三個主要反應三個主要反應、 三個設備三個設備、 三個階段三個階段 三個主要反應（均放熱）？三個主要

4、反應（均放熱）？ 2SO2 + O2 2SO3 催化劑催化劑2SO2SO2 2 + O+ O2 2 2SO 2SO3 3催化劑加熱SO3 + H2O = H2SO4或或 4FeS4FeS2 2 + 11O + 11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3 3 + 8SO + 8SO2 2 高溫高溫三種原料三種原料 ？硫磺硫磺 (或黃鐵礦或黃鐵礦) 、空氣、水、空氣、水 三三 個個 設備設備 三三 個個 階階 段段 ？1 造氣造氣2 催化氧化催化氧化3 吸收吸收三三、 生產(chǎn)硫酸工業(yè)流程圖生產(chǎn)硫酸工業(yè)流程圖造氣造氣（制制 SO2）凈化凈化、干燥干燥催化反應室催化反應室吸收塔吸收塔稀釋室稀釋室發(fā)煙硫酸

5、發(fā)煙硫酸SO3水水貯存室貯存室98硫酸硫酸四、硫酸生產(chǎn)過程中應注意的問題四、硫酸生產(chǎn)過程中應注意的問題 我國早期以黃鐵礦為原料，但產(chǎn)生我國早期以黃鐵礦為原料，但產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高。黃鐵礦的廢棄物太多，處理成本高。黃鐵礦儲量比天然硫大，但也存在供不應求儲量比天然硫大，但也存在供不應求的趨勢。我國天然硫資源缺乏，多需的趨勢。我國天然硫資源缺乏，多需進口制硫酸，成本略高于黃鐵礦制硫進口制硫酸，成本略高于黃鐵礦制硫酸，但是它生產(chǎn)流程短，設備簡單三酸，但是它生產(chǎn)流程短，設備簡單三廢治理量小，易于設備大型化，可降廢治理量小，易于設備大型化，可降低成本，所以當前以硫磺為原料生產(chǎn)低成本，所以當前以硫

6、磺為原料生產(chǎn)硫酸為主。硫酸為主。1 1、原料應該如何選擇？、原料應該如何選擇？2 2 、在沸騰爐內(nèi)、在沸騰爐內(nèi)SOSO2 2氣體如何制取呢？氣體如何制取呢？ 將黃鐵礦粉碎成細小的礦粒從沸騰爐上向?qū)ⅫS鐵礦粉碎成細小的礦粒從沸騰爐上向下落，空氣由下往上升，即采取逆流原理使下落，空氣由下往上升，即采取逆流原理使其充分燃燒。其充分燃燒。3 3、從沸騰爐里出來的氣體，在進、從沸騰爐里出來的氣體，在進入接觸室之前為什么要凈化呢？入接觸室之前為什么要凈化呢？ 因從沸騰爐里出來爐氣含有因從沸騰爐里出來爐氣含有SOSO2 2 、 N N2 2 、 水蒸氣水蒸氣 礦塵及一些雜質(zhì)如砷礦塵及一些雜質(zhì)如砷 硒等化合物，

7、硒等化合物，雜質(zhì)和礦塵都會使催化劑作用減弱或失去作雜質(zhì)和礦塵都會使催化劑作用減弱或失去作用這種現(xiàn)象叫催化劑中毒，水蒸氣對設備和用這種現(xiàn)象叫催化劑中毒，水蒸氣對設備和生產(chǎn)也產(chǎn)生不良影響，因此在進行氧化反應生產(chǎn)也產(chǎn)生不良影響，因此在進行氧化反應前爐氣必須通過除塵前爐氣必須通過除塵、 冷卻冷卻、 干燥等操作。干燥等操作。低溫低溫(400(400500500）、常壓、）、常壓、V V2 2O O5 5做催化劑做催化劑4、在在SOSO2 2轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為SOSO3 3的過程里，需要的過程里，需要什么樣的反應條件什么樣的反應條件？ 為什么？為什么？該反應為放熱反應，使生產(chǎn)成本增加。該反應為放熱反應，使生產(chǎn)成

8、本增加。根據(jù)平衡移動原理，高溫使轉(zhuǎn)化率降低。根據(jù)平衡移動原理，高溫使轉(zhuǎn)化率降低。選擇此溫度范圍，是因為反應速率和選擇此溫度范圍，是因為反應速率和SOSO2 2平衡轉(zhuǎn)化率都比較高；增大氣體壓平衡轉(zhuǎn)化率都比較高；增大氣體壓強強SOSO2 2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多卻增的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多卻增加了生產(chǎn)成本，所以通常采用常壓操作。加了生產(chǎn)成本，所以通常采用常壓操作。5 5、工業(yè)上用、工業(yè)上用9898的硫酸來吸收的硫酸來吸收SOSO3 3，而不是直接用水或稀硫酸做吸收劑，而不是直接用水或稀硫酸做吸收劑，為什么？為什么？為避免形成酸霧并提高吸收率。為避免形成酸霧并提高吸收率。6、為保護環(huán)境，三廢如何處

9、理呢？、為保護環(huán)境，三廢如何處理呢？、尾氣吸收：、尾氣吸收： 硫酸生產(chǎn)的尾氣中硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量含有少量SOSO2 2，用石灰水或氨水吸收，用石灰水或氨水吸收再用硫酸處理，這樣得到的再用硫酸處理，這樣得到的SOSO2 2含量含量較高，可返回用作原料或它用。較高，可返回用作原料或它用。石灰水吸收法石灰水吸收法SOSO2 2 + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 = CaSO = CaSO3 3 + H + H2 2O OCaSOCaSO3 3 + H + H2 2SOSO4 4 = CaSO = CaSO4 4 + SO + SO2 2 + H + H2 2O OSOSO2 2 + 2

10、NH + 2NH3 3 + H + H2 2O = (NHO = (NH4 4) )2 2SOSO3 3(NH(NH4 4) )2 2SOSO3 3 + H + H2 2SOSO4 4 = (NH = (NH4 4) )2 2SOSO4 4 + SO + SO2 2 + + H H2 2O O氨水水吸收法氨水水吸收法污水處理污水處理硫酸工業(yè)廢水中含有硫酸，常用石灰乳中和：硫酸工業(yè)廢水中含有硫酸，常用石灰乳中和：Ca(OH)2 +H2SO4 = CaSO4 + H2O、廢渣的利用、廢渣的利用 廢渣可作為制造水泥的原料或用于制廢渣可作為制造水泥的原料或用于制磚還可用來提煉貴重的有色金屬磚還可用來提

11、煉貴重的有色金屬7 7、能量的充分利用、能量的充分利用由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學反應都是由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學反應都是放熱反應，據(jù)測算生產(chǎn)放熱反應，據(jù)測算生產(chǎn)1t1t硫酸大約消耗硫酸大約消耗100100kWhkWh的電能，生產(chǎn)的電能，生產(chǎn)1t1t硫酸放出的熱量相當于硫酸放出的熱量相當于200kWh200kWh的電能，能量還有剩余請的電能，能量還有剩余請討論討論如何如何利用這些剩余能量呢？利用這些剩余能量呢？、在接觸室中設置熱交換器，目的是一方面在接觸室中設置熱交換器，目的是一方面預熱反應原料氣，另一方面使接觸氧化后的預熱反應原料氣，另一方面使接觸氧化后的SO3氣體降溫到適宜溫度，便于吸收。

12、氣體降溫到適宜溫度，便于吸收。 、在沸騰爐旁設置蒸汽鍋爐進行發(fā)電在沸騰爐旁設置蒸汽鍋爐進行發(fā)電 、在接在接觸室附近建造洗浴中心創(chuàng)造經(jīng)濟效益，提高觸室附近建造洗浴中心創(chuàng)造經(jīng)濟效益，提高勞動者福利。勞動者福利?；どa(chǎn)工藝流程的確定化工生產(chǎn)工藝流程的確定1 1 依據(jù)化學反應原理確定生產(chǎn)過程依據(jù)化學反應原理確定生產(chǎn)過程2 2 選擇原料選擇原料3 3 選擇設備和工藝流程選擇設備和工藝流程4 4 三廢處理三廢處理( (環(huán)境保護環(huán)境保護) )5 5 能源的利用能源的利用( (綜合經(jīng)濟利益綜合經(jīng)濟利益) )6 6其它問題其它問題( (如廠址，成本，反應條如廠址，成本，反應條件等問題）件等問題）8 如何進行硫

13、酸生產(chǎn)廠址的選擇？如何進行硫酸生產(chǎn)廠址的選擇？ 一般要對原料一般要對原料 水源水源 能源能源 土地供土地供應市場需求應市場需求 交通交通 環(huán)境保護等因素進環(huán)境保護等因素進行綜合性和系統(tǒng)性的研究。行綜合性和系統(tǒng)性的研究。 硫酸是一種強腐蝕性液體，不能硫酸是一種強腐蝕性液體，不能像普通液體那樣可以大量保存，需要像普通液體那樣可以大量保存，需要隨產(chǎn)隨銷而且硫酸本身價格不高，但隨產(chǎn)隨銷而且硫酸本身價格不高，但運輸價格比較貴，硫酸廠不能單獨建運輸價格比較貴，硫酸廠不能單獨建立，應考慮綜合建廠例如與化肥廠立，應考慮綜合建廠例如與化肥廠、 電池廠電池廠、醫(yī)藥廠等聯(lián)合辦廠。醫(yī)藥廠等聯(lián)合辦廠。案例：在以下條件下

14、你認為案例：在以下條件下你認為M M城市該城市該不該建硫酸廠？不該建硫酸廠？1、 M城市郊區(qū)有豐富的黃鐵礦資源 水源 能源充足交通便利。2、 M城市消耗硫酸的工業(yè)不多，而遠離它的N城市是一個消耗硫酸很多的城市。3、M城市是一個美麗的旅游城市，對環(huán)境保護要求高土地價格貴，可以考慮在N城市建廠。答案：不應該在答案：不應該在A A城市建硫酸廠。城市建硫酸廠。綜合分析M城市的三個條件，旅游城市對環(huán)保要求高，而且當?shù)赝恋貎r格業(yè)較貴，如果在該地建廠會污染環(huán)境必然造成旅游資源的破壞，得不償失。 小小 結結 ( (本節(jié)課重點本節(jié)課重點) )工業(yè)上接觸法制硫酸概括為工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“四個三四個三” ”

15、: :三種原料三種原料: :三個反應三個反應: :三個生產(chǎn)過程三個生產(chǎn)過程: :三個主要設備三個主要設備: :v硫磺硫磺(或黃鐵礦或黃鐵礦) 空氣和水空氣和水造氣造氣,催化氧化催化氧化,吸收吸收沸沸 騰騰 爐爐、接接 觸觸 室室、吸收塔吸收塔1治理治理“三廢三廢”，保護環(huán)境最主要的方法是，保護環(huán)境最主要的方法是( () )A A減少污染嚴重的工廠減少污染嚴重的工廠B B把把“三廢三廢”深埋深埋C C提高認識提高認識D D變廢為寶，綜合利用變廢為寶，綜合利用課堂隨堂練習課堂隨堂練習A2 2(2011(2011年泰安月考年泰安月考) )接觸法制硫酸的沸騰爐出來接觸法制硫酸的沸騰爐出來的爐氣必須經(jīng)過凈化處理，其正確過程是的爐氣必須經(jīng)過凈化處理，其正確過程是( () )A A洗滌、