6.3 化工生产学案2021-2022学年 下学期沪科版(2020)必修第二册

6.3 化工生产学案 [学习目标] 1. 了解工业制硫酸 2. 了解反应条件控制在生产中的应用 3. 树立节约资源、保护环境的可持续发展意识 [知识梳理] 化工生产设计反应原理、物料选择、工艺流环境保护等环节。例如，工业制硫酸的原料、反应原理、生产过程、生产设备如下表： 原料 硫铁矿或硫黄、空气、98.3%的浓 H2SO4 生产过程 造气：SO2 的制取 转化：SO2 的催化氧化 吸收：SO2 的吸收 反应原理 生产设备 接触室（含热交换器） 1. 反应原理 工业制硫酸过程中涉及的三步反应均为放热反应，其中 SO2 的催化氧化是硫酸生产的核心，决定整个制备过程中硫元素利用率的高低。为了提高硫元素的利用率，该反应条件的选择如下： （1） 温度：从实际生产和综合经济效益考虑，选择 400~500℃作为反应温度。同时在这个温度范围内，催化剂的活性和 SO2 的平衡程度都较理想。 （2） 压强：常压时 SO2 的平衡程度已经很高，增大压强后，SO2 的平衡程度提高并不多；同时加压对设备要求高且耗能多，这样将增大投资和能量消耗。故采用常压。 （3） 催化剂： 。 2. 原料选择 ( 原料 生产过程中的利弊 硫铁矿 硫黄 冶炼烟气 )工业制硫酸的主要原料常见的有硫黄、硫铁矿、冶炼烟气等，选用不同原料的利弊如下表： ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 3. 生产过程 （1） 生产流程示意图 （2） 主要设备示意图 【注意】 常采取的工艺措施及其目的如下表： 工艺措施 目的 粉碎硫铁矿 通入过量的空气 热交换器中，冷热两种气体逆向流动 对炉气（主要含 SO2、O2、N2）进行净化 用 98.3%的浓硫酸吸收 SO2 气体 吸收塔里装填了大量空心瓷环 从吸收塔上部导出的尾气通入接触室进行第二次氧化 4. 硫酸工业中热能的合理利用 工艺措施 目的 沸腾炉外设置废热锅炉 把热交换器置于转化器内 5. 硫酸工业中的“三废”处理 “三废” 主要成分 处理方法 废气 SO2、SO3、酸雾、 颗粒物 用氨水吸收富集后导入接触室，实现循环 利用，同时生成副产品(NH4)2SO4 废液 H2SO4 用石灰乳处理 废渣 Fe2O3、FeS2 等 炼铁的原料 【注意】 （1） 用氨水吸收 SO2 气体生成 NH4HSO3，再用 H2SO4 处理生成副产品化肥(NH4)2SO4 的反应原理： ； ； 。 （2） 用石灰乳处理硫酸的反应原理（离子方程式）： 。 （3） 以 Fe2O3 为原料，利用铝热反应炼铁的原理： 。 $