《化工生产过程中的基本问题》.ppt

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1、第一单元 走进化学工业化工生产过程中的基本问题化工生产过程中的基本问题工业设计的一般步骤：工业设计的一般步骤：1、提出各种可能的方案、提出各种可能的方案2、对各种方案进行可行性评估、对各种方案进行可行性评估3、确立方案、确立方案4、制作出项目计划书、制作出项目计划书（需包括各方面细节，如工艺流程、能源问题、（需包括各方面细节，如工艺流程、能源问题、环保问题、其他产品的生产的开发、提高经环保问题、其他产品的生产的开发、提高经济效益的具体措施等。济效益的具体措施等。硫酸的性质硫酸的性质v(1)物理性质物理性质:v硫酸是一种无色硫酸是一种无色,难挥发难挥发,易溶于水的油状液体。易溶于水的油状液体。v

2、浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫稀释硫酸时应该把酸时应该把_倒到倒到_中中,并并_.v(2)化学性质化学性质:v浓硫酸具有酸性浓硫酸具有酸性,_性性,_性和性和_性性.浓硫酸浓硫酸水水不断搅拌不断搅拌吸水吸水脱水脱水强氧化强氧化硫酸的用途硫酸的用途思考思考:自然界中有没有天然的硫酸，若无，自然界中有没有天然的硫酸，若无，硫的存在形式有哪些？硫的存在形式有哪些？工业上如何制取硫酸工业上如何制取硫酸?以硫磺或黄铁矿（主要成分是以硫磺或黄铁矿（主要成分是FeS2）为）为主要原料制取硫酸主要原料制取硫酸S(s)+O2(g)SO2(g)燃烧燃烧硫酸工业生产的原

3、理硫酸工业生产的原理SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：以硫磺为原料以硫磺为原料:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂催化剂 加加 热热(造气造气)(催化氧化催化氧化)(吸收吸收)工业中通常用工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收的硫酸溶液代替水来吸收SO3制取硫酸制取硫酸流程图流程图H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2V2O5概括为：三个阶段，三个方程，三个设备概括为：三个阶段，三个方程，三个设备第一步第一步第二步第二步第三步第三步4FeS2+11O2 =8SO2+2Fe2O3硫酸工业生产的流程图硫酸工业生产的流

4、程图硫酸工业生产的三个主要设备硫酸工业生产的三个主要设备98.3%H98.3%H2 2SOSO4 4SOSO3 3 SO SO2 2 O O2 2SOSO2 2 O O2 2SOSO2 2 O O2 2主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：沸腾炉沸腾炉1.1.SO2的制取和净化的制取和净化炉炉气气SO2 O2 N2水蒸气水蒸气 As和和Se的化合物的化合物矿尘矿尘使催化剂中毒使催化剂中毒对设备和生产有不良影响对设备和生产有不良影响净化措施：净化措施：除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥废渣的利用：废渣的利用：炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属黄黄黄黄铁铁铁铁矿矿

5、矿矿空气空气空气空气炉渣炉渣炉渣炉渣炉气炉气炉气炉气4FeS2+11O2 =8SO2+2Fe2O32.2.SO2氧化成氧化成SO3接触室接触室催化剂催化剂加热加热2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：二氧化硫与氧气是在催化剂二氧化硫与氧气是在催化剂二氧化硫与氧气是在催化剂二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上接触时起反应的，接触的表面上接触时起反应的，接触的表面上接触时起反应的，接触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。室和接触法的名称由此而得。室和接触法的名称由此而得。室和接触法的名称由此而得。3.SO3的吸收和硫酸的生成的吸收和硫酸的生成

6、吸收塔吸收塔SO3+H2O=H2SO4 三氧化硫与水化合时，放出大量热三氧化硫与水化合时，放出大量热,易易形成酸雾，形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收。不利于三氧化硫的吸收。主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：工业中通常用工业中通常用98%的硫酸溶液代的硫酸溶液代替水来吸收替水来吸收SO3为什么不用水来吸收三氧化硫？为什么不用水来吸收三氧化硫？3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成三氧化硫的吸收和硫酸的生成SO398%的的H2SO4发烟发烟H2SO4尾气处理尾气处理Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+H2O+SO2循环利用循环利用用石灰水吸收用石灰水吸收SO2

7、 O2 N2黄黄铁铁矿矿空气流空气流矿渣矿渣SO2、O2、N2、水、水蒸气以及一些杂质蒸气以及一些杂质冷的冷的SO2、O2、N2热的热的SO2、O2、N2SO3、SO2、O2、N2SO2、O2、N298.3%硫酸硫酸炉炉注意注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性度下催化剂的活性.选择温度选择温度:400500硫酸工业生产的硫酸工业生产的适宜条件适宜条件:三三.生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制v思考：思考：v1.采取哪些措施能加快反应速率？采取哪些措施能加快反应速率？v2.采取哪些措施能提高采取哪些措施能提高SO2的转化率？

8、的转化率？v3.温度升高温度升高,SO2的转化率的转化率_降低降低低温下催化剂的活性不高，反应速率较低低温下催化剂的活性不高，反应速率较低2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)2SO(g)2SO3 3(g)(g)H0催化剂催化剂加热加热v思考：思考：v1.压强的增大压强的增大,SO2的转化率的转化率_v2.是否压强越高越好是否压强越高越好?提高提高应选择压强：应选择压强：常压常压压强增大，对设备要求高，成本和能量消耗提高压强增大，对设备要求高，成本和能量消耗提高三三.生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制思考：选择适宜的催化剂，是否可以提高思考：选择适宜的催化剂，是否可以提高SO

9、SO2 2的的转化率？转化率？(填填“是是”或或“否否”)，是否可以，是否可以增大该反应所放出的热量？增大该反应所放出的热量？(填填“是是”或或“否否”)；否否否否v(1)4005000Cv(2)常压常压v(3)催化剂：催化剂：V2O5v适当过量的空气适当过量的空气三三.生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制硫酸工业生产的硫酸工业生产的适宜条件适宜条件:1.如何处理尾气中的如何处理尾气中的SO2?2.如何处理废水中的酸性物质如何处理废水中的酸性物质?3.如何利用废渣和生产过程中的产生的大量热能如何利用废渣和生产过程中的产生的大量热能?工业：工业：a（）（）a（循（循环利用）利用）实验室：实验

10、室：aa用石灰浆用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和或石灰石粉中和.废渣废渣:分离后循环利用分离后循环利用,剩下的作铺路用的沥剩下的作铺路用的沥青或用于制砖青或用于制砖四四.生产中的三废处理生产中的三废处理五五.能量的能量的充分充分利用利用 硫酸生产过程中的三个化学反应硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能应放出的热能(工厂里把它们叫做工厂里把它们叫做“废废热热”)以降低生产成本。以降低生产成本。如在催化反应室中设置热交换装置，利如在催化反应室中设置热交换装置，利用用SO2氧化成氧化成SO3时放出的热量的来预热即时放出的热量的

11、来预热即将参加反应的将参加反应的SO2和和O2接触室接触室热交换器钒催化剂【问题问题】SO2的接触氧化需在的接触氧化需在400500条件下进行：条件下进行：反应前怎样把低温的炉气预热到这个温度？反应前怎样把低温的炉气预热到这个温度？该反应放热，环境温度会升高，不利于该反应放热，环境温度会升高，不利于SO3生成？生成？温度较低气体甲温度较低气体甲热气体乙热气体乙热交换原理热交换原理一种流体在管道内流一种流体在管道内流动，另一种流体在管动，另一种流体在管道外流动。两种流体道外流动。两种流体通过管壁进行热交换通过管壁进行热交换冷的流体被加热；冷的流体被加热；热的流体被冷却。热的流体被冷却。冷气体乙冷

12、气体乙温度较高气体甲温度较高气体甲具体内容具体内容三原料三原料三反应三反应三设备三设备三原理三原理三净化三净化硫酸工业制法的硫酸工业制法的五个五个“三三”SO3H2O H2SO4 V2O54005002SO2O2 SO3S +O2 SO2 ；黄铁矿、空气、水黄铁矿、空气、水沸腾炉、接触室、吸收塔沸腾炉、接触室、吸收塔充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥小结小结v1.工业上接触法制硫酸概括为工业上接触法制硫酸概括为“五个三五个三”:v三种原料三种原料:v三个反应三个反应:v三个生产过程三个生产过程:v三个主要设备三个主要设备:v硫酸工业生产的硫酸工业生产的三个适宜条件三个适宜条件:v2.硫酸生产中的废气及废液的处理方法硫酸生产中的废气及废液的处理方法.造气造气,催化氧化催化氧化,吸收吸收沸沸 腾腾 炉炉,接接 触触 室室,吸收塔吸收塔(1)低温低温(4005000C)(2)常压常压(3)适当过量的空气适当过量的空气硫磺硫磺(或黄铁矿或黄铁矿),空气空气,和水和水