生产中原料的选择-(2)VIP专享VIP免费

走进化学工业如果没有化学工业的化肥和农药，世界粮食产量将减半，即地球上人要饿死一半；如果没有各种化学合成纤维，地球上将有一半人穿不上衣服；如果没有医药为人们和细菌、病毒和疾病作斗争，人们的寿命只有现在的一半。化学科学是现代科学技术发展的重要基础学科。化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。————著名化学家徐光宪硫酸的用途化肥（50%以上）药物蓄电池军事工业化工化学纤维硫酸——化学工业之母自然界中有没有天然的硫酸？工业上如何制取硫酸?思考:一、原料的选择及生产过程的确定自然界中存在的含硫的物质主要有哪些?单质硫、硫化物、硫酸盐第一节化工生产过程中的基本问题硫酸最古老的生产方法是把绿矾装入反应器中加强热2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2+SO3+14H2O在公元650~683年(唐高宗时)，炼丹家孤刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着"炼石胆取精华法"，即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。CuSO4·5H2OCuO+SO3+5H2O高温高温用硫磺与硝石（主要成分为KNO3）混合加热也能产生硫酸，基本过程可表示为：SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO2NO+O2=2NO2从基建投资、加工费用及环境保护等方面考虑，用硫磺制硫酸的装置优于用黄铁矿制硫酸的装置；我国的天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂；我国黄铁矿储量比天然硫要大；硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化；由于原料多需进口，硫磺价格受国际市场影响较大；近年来，随着建筑业的发展以及人们对于硫铁矿中铁资源的重新认识，硫铁矿制酸后的矿渣作为水泥添加剂和炼铁原料，使硫铁矿制酸焕发出新的生机；随着有色金属行业的快速发展，冶炼有色金属产生的含二氧化硫的烟气成为了新的制硫酸的原料。……4FeS2+11O2====2Fe2O3+8SO2高温1.二氧化硫的制取和净化二、生产过程中反应条件的控制S+O2====SO2工业上把硫铁矿粉碎成细小颗粒再放在沸腾炉中焙烧，从炉底鼓入强大空气流，将矿石小颗粒扬起，成沸腾状燃烧氧化。沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行。——逆流原理炉气SO2O2N2水蒸气砷和硒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、干燥反应原料中含有的微量杂质使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失的现象。从沸腾炉中出来的气体是纯的SO2吗？2SO2（9）＋O2（g）⇌2SO3(g)△H=-196kJ/mol△V2O5二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。2.二氧化硫的催化氧化【思考】催化氧化是硫酸生产的核心环节，为了提高生产效率，提高反应物的转化率，请从化学反应原理角度去分析，应该采用怎样的条件？表1.气体组分与平衡转化率的关系（400℃）SO2浓度%5677.5891012O2浓度%13.912.41110.598.16.755.5SO2转化率%99.399.399.299.199.098.898.490.91.接触室里SO2和O2的比例对SO2转化率有什么影响？你能解释原因吗？表2.压强对SO2的平衡转化率的影响2.SO2的催化氧化反应什么压强条件下有利于SO3的生成？你能解释原因吗？（一个大气压=0.1MPa）【实际问题】加压对设备与安全要求高，同时会增加成本和能耗。压强/Mpa转化率/%温度/℃0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4表3.不同温度下SO2的平衡转化率温度/℃400450475500525550575600650转化率/%99.399.399.299.199.098.898.490.958.53.SO2的催化氧化反应什么温度条件下有利于SO3的生成？你能解释原因吗？温度过低，催化剂活性不高，反应速率低；温度过高，催化剂结构容易发生变化，甚至失活。而且温度太高，反应物的转化率会下降。【思考】实际生产中我们应该怎么选择SO2的催化氧化温度？常压、400-500℃、SO2和O2的投料比约为7:11反应原理条件控制产率速率安全经济环保3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成SO3+H2O=H2SO4主要反应：98%浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。——逆流原理为什么不用水来吸收三氧化硫？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。SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2OCaSO3＋H2SO4===CaSO4...