第一单元氨的合成第三单元硫酸工业课件.ppt

第一单元氨的合成第三单元硫酸工业第1页，此课件共18页哦第一单元第一单元 氨的合成氨的合成 了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，知道催化剂在研制对化学工业发展的重大意义，认识实际知道催化剂在研制对化学工业发展的重大意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产上的从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产上的具体应用，认识化学科学发展对化工生产技术进步的促进具体应用，认识化学科学发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。第2页，此课件共18页哦一、氮的固定一、氮的固定1、定义：、定义：2、类别：、类别：人工固定：合成氨等。人工固定：合成氨等。天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、雷雨天产生雷雨天产生NO气体；气体；将游离态氮转化为化合态氮的过程将游离态氮转化为化合态氮的过程第3页，此课件共18页哦合成氨反应合成氨反应使氨生成的使氨生成的快快(从化学反应速率分析从化学反应速率分析)使氨生成的使氨生成的多多(从化学平衡分析从化学平衡分析)压压 强强温温 度度是是 否否 要要 用用催催 化化 剂剂N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)2NH(g)2NH3 3(g)+92.4kJ(g)+92.4kJ分析分析角度角度反应要求反应要求外界条件外界条件高高 温温高高 压压高高 压压低低 温温使使 用用不不 影影 响响二、工业合成氨二、工业合成氨1、反应原理：、反应原理：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4kJ/mol一定条件一定条件2、反应条件的选择：、反应条件的选择：分别从分别从化学反应速率化学反应速率和和化学平衡化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。两个角度分析合成氨的合适条件。第4页，此课件共18页哦使用催化剂：使用催化剂：铁触媒（以铁触媒（以Fe为主体的多成分催化剂）为主体的多成分催化剂）这这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；了经济效益；选择合适的温度：选择合适的温度：450左右左右，该温度是为合成氨催，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；化剂的活性温度；选择合适的压强：选择合适的压强：20MPa50MPa，该压强下进行生，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。产，对动力、材料、设备等来说正合适。浓度：浓度：使用过量的氮气。使用过量的氮气。N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3 铁触媒铁触媒 450 450202050MPa50MPa合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件第5页，此课件共18页哦 问题一问题一 设计方法从空气中获得设计方法从空气中获得氮气氮气？问题二问题二 写出工业上制取水煤气的化学方程式。现代工业常写出工业上制取水煤气的化学方程式。现代工业常用石油工业中的碳氢化合物与水在催化剂作用下制取氢气，用石油工业中的碳氢化合物与水在催化剂作用下制取氢气，试写出丙烷与水反应的化学反应方程式。试写出丙烷与水反应的化学反应方程式。C+HC+H2 2O CO+HO CO+H2 2 CO+HCO+H2 2O COO CO2 2+H+H2 2CHCH4 4+H+H2 2O=CO+3HO=CO+3H2 2 C C3 3H H8 8+3H+3H2 2O=3CO+7HO=3CO+7H2 23、原料选择、原料选择工业合成氨时工业合成氨时N2源于哪里源于哪里?H2又来源于哪里又来源于哪里?(1)(1)物理方法：物理方法：(2)(2)化学方法：化学方法：(1)(1)物理方法：液化空气，再利用物理方法：液化空气，再利用N N2 2的沸点比的沸点比O O2 2低，蒸馏出低，蒸馏出N N2 2-氮气的沸点低先汽化。氮气的沸点低先汽化。(2)(2)化学方法：将空气依次通过化学方法：将空气依次通过NaOHNaOH溶液、浓硫酸、灼热的溶液、浓硫酸、灼热的铜网，除去铜网，除去COCO2 2、水和、水和O O2 2，得到较纯净的，得到较纯净的N N2 2。第6页，此课件共18页哦想一想想一想:制取原料气的过程中常混有的杂质气体？制取原料气的过程中常混有的杂质气体？CO,CO2 和和H2S(如何净化)四个生产过程四个生产过程:造气造气,净化，合成，分离净化，合成，分离二、工业合成氨二、工业合成氨4、生产过程、生产过程第7页，此课件共18页哦5、工业流程、工业流程原料气的制备原料气的制备净化净化压缩压缩(防止催化剂中毒防止催化剂中毒)合成合成分离分离液氨液氨N N2 2、H H2 2多级压缩机多级压缩机合成塔合成塔分离器分离器循环压缩机循环压缩机第8页，此课件共18页哦合成氨的实地照片合成氨的实地照片第9页，此课件共18页哦1、氮、氢混合气在合成塔中的、氮、氢混合气在合成塔中的流向？为什么原料气从塔底流流向？为什么原料气从塔底流经外筒环隙进入？为什么气体经外筒环隙进入？为什么气体在反应前后都要通过热交换器在反应前后都要通过热交换器？2、合成塔从上到下将催化剂分成、合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混合，请问的原料气）和反应气混合，请问这样设计的原因是什么？这样设计的原因是什么？冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在度控制在5000C左右，使每一层的催化剂左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用都能起到最大的催化作用进行热交换，预热原料气，加进行热交换，预热原料气，加快反应速率；充分利用反应放快反应速率；充分利用反应放出的热量，节约能源出的热量，节约能源 阅读书本阅读书本23，完成完成P24的观察与思考的观察与思考第10页，此课件共18页哦第三单元第三单元 硫酸工业硫酸工业学习目标：学习目标：1 1、掌握接触法制硫酸的化学原理，能写出各阶段的化学反、掌握接触法制硫酸的化学原理，能写出各阶段的化学反应方程式和需要控制的反应条件，能依据反应的各个阶段应方程式和需要控制的反应条件，能依据反应的各个阶段说明生产中反应物与生成物之间的数量关系。说明生产中反应物与生成物之间的数量关系。2 2、了解接触法制硫酸的生产工艺，了解各阶段的主要设、了解接触法制硫酸的生产工艺，了解各阶段的主要设备、工艺要求，结合反应原理理解各阶段生产条件控制备、工艺要求，结合反应原理理解各阶段生产条件控制的必要性与方法。的必要性与方法。第11页，此课件共18页哦制取硫酸反应原理制取硫酸反应原理:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2高温高温SO3+H2O=H2SO42SO2+O22SO3催化剂催化剂硫磺硫磺愚人金愚人金接触法制硫酸的化学原理接触法制硫酸的化学原理 问题一问题一 工业上以硫或硫铁矿（工业上以硫或硫铁矿（FeSFeS2 2）为原料制取硫酸，试）为原料制取硫酸，试写出有关化学反应方程式。并分别说明三个反应分别在什写出有关化学反应方程式。并分别说明三个反应分别在什么设备中进行。么设备中进行。第12页，此课件共18页哦工业上制备硫酸的三个三工业上制备硫酸的三个三三阶段三阶段三反应三反应三设备三设备造气造气接触氧化接触氧化SO3的吸收的吸收SO2的制取的制取SO3的生成的生成硫酸的生成硫酸的生成沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却第13页，此课件共18页哦硫酸的生产工艺硫酸的生产工艺 问题二问题二 硫铁矿在炉内燃烧硫铁矿在炉内燃烧,要先粉碎并采用沸腾焙烧，这对硫要先粉碎并采用沸腾焙烧，这对硫铁矿的燃烧有什么好处？铁矿的燃烧有什么好处？粉碎矿石，通过强空气流使矿石处于沸腾状态，增大粉碎矿石，通过强空气流使矿石处于沸腾状态，增大硫铁硫铁矿与氧气矿与氧气的接触面积，加快反应速度。的接触面积，加快反应速度。沸腾炉沸腾炉第14页，此课件共18页哦 思考思考 在工业上制硫酸时存在以下反应在工业上制硫酸时存在以下反应,分析合成分析合成SOSO3 3适宜的适宜的生产条件？生产条件？2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)2SO(g)2SO3 3(g);(g);H0 H0 理论分析：理论分析：与合成氨类似与合成氨类似-增大反应物的浓度、合适的压增大反应物的浓度、合适的压强、合适的温度、使用合适的催化剂强、合适的温度、使用合适的催化剂实际生产：实际生产：工业上合成工业上合成SOSO3 3通常是在通常是在常压下常压下，而不用加压的方法，而不用加压的方法,因为因为SOSO2 2与与O O2 2的反应比氮气与氢气的反应容易的反应比氮气与氢气的反应容易(考虑动力、材料、设备）考虑动力、材料、设备）合成合成SOSO3 3通常使用通常使用过量空气过量空气的方法的方法,但合成氨气不用过量的但合成氨气不用过量的空气空气,主要是为了防止氢气与氧气化合发生爆炸。主要是为了防止氢气与氧气化合发生爆炸。实际生产温度通常控制在实际生产温度通常控制在4504500 0C C左右左右(此温度下转化率已经比较此温度下转化率已经比较高高)硫酸的生产工艺硫酸的生产工艺接触室接触室第15页，此课件共18页哦硫酸的生产工艺硫酸的生产工艺 问题三问题三 接触室中接触室中O O2 2的体积分数约是的体积分数约是SOSO2 2的的1.51.5倍，这样做倍，这样做的原因是什么？的原因是什么？增大氧气的浓度，提高二氧化硫的转化率增大氧气的浓度，提高二氧化硫的转化率 问题五问题五 在硫酸生产工艺的接触室中使用了热交换器，其作用是什在硫酸生产工艺的接触室中使用了热交换器，其作用是什么？在合成氨塔中也使用了热交换器两者作用相同吗么？在合成氨塔中也使用了热交换器两者作用相同吗?把反应时生成的热，传递给需要预热的气体，并冷却反应后把反应时生成的热，传递给需要预热的气体，并冷却反应后生成的气体生成的气体 接触室接触室第16页，此课件共18页哦硫酸的生产工艺硫酸的生产工艺 问题六问题六 从接触室中出来的气体一般用什么吸收，为什么不从接触室中出来的气体一般用什么吸收，为什么不用水吸收？吸收用水吸收？吸收SOSO3 3的液体一般从塔顶喷下来，为什么的液体一般从塔顶喷下来，为什么?用用98.3%98.3%的浓硫酸的浓硫酸吸收吸收不用水来吸收三氧化硫是不用水来吸收三氧化硫是为了避免产生酸雾从而降低吸收效率。为了避免产生酸雾从而降低吸收效率。吸收塔吸收塔第17页，此课件共18页哦硫酸工业的三废治理硫酸工业的三废治理 问题七问题七 沸腾炉中出来的炉渣主要含有沸腾炉中出来的炉渣主要含有FeFe2 2O O3 3，请你设计如，请你设计如何利用？何利用？问题九问题九 洗涤沸腾炉所产生的废水中含有微量硫酸和洗涤沸腾炉所产生的废水中含有微量硫酸和FeFe3+3+，如，如何处理？写出相应的化学反应方程式。何处理？写出相应的化学反应方程式。问题八问题八 从吸收塔排放的气体如果直接排入大气，会造成什从吸收塔排放的气体如果直接排入大气，会造成什么危害？工业上一般用氨水处理，试写出有关化学反应方程么危害？工业上一般用氨水处理，试写出有关化学反应方程式。式。炼铁、制造硫酸铁、氧化铁红颜料等产品炼铁、制造硫酸铁、氧化铁红颜料等产品 用石灰处理用石灰处理造成酸雨造成酸雨第18页，此课件共18页哦