工業(yè)生產(chǎn)硫酸教案

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1、一、依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程[來源:學(xué)科網(wǎng)]硫酸是化學(xué)工業(yè)中的重要產(chǎn)品之一。首先硫酸大量用于化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)；在有機(jī)合成工業(yè)中，硫酸用于各種磺化反應(yīng)和硝化反應(yīng)，生產(chǎn)醚、酯、有機(jī)酸、也要消耗硫酸；在無機(jī)化學(xué)工業(yè)中，HF、H3PO4等的生產(chǎn)及K、Fe、Cu、Zn、Al的硫酸鹽的生產(chǎn)等，都要消耗硫酸；在冶金工業(yè)及國防工業(yè)中，如生產(chǎn)炸藥；石油工業(yè)、染料、人造纖維、食品、電池、搪瓷、醫(yī)藥、機(jī)械加工工業(yè)等許多部門，都要用到硫酸。接觸法制硫酸1．生產(chǎn)硫酸主要化學(xué)過程可分為造氣、催化氧化和吸收三個(gè)階段。2．化學(xué)原理（以化學(xué)

2、反應(yīng)方程式表示）造氣：4FeS2(S)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)或S（S）＋O2（g）SO2（g）[二氧化硫的催化氧化：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)三氧化硫的吸收：SO3(g)+H2O()=H2SO4()[來源:學(xué)

3、科

4、網(wǎng)]注意：工業(yè)上是用98.3%的濃硫酸來吸收SO3的，而不是直接用水或稀硫酸作吸收劑，原因是用后者吸收時(shí)容易形成酸霧，吸收速率慢。3．工業(yè)制硫酸主要生產(chǎn)流程造氣→凈化、干燥→催化反應(yīng)室→吸收塔→稀釋室→貯存室另外，還需要考慮原料的凈化、適宜反應(yīng)條件及設(shè)備的選擇

5、、廢熱的利用等。二、生產(chǎn)中原料的選擇1．我國生產(chǎn)硫酸需考慮的問題（1）從基建投資、加工費(fèi)用及環(huán)保方面考慮，用硫磺制硫酸優(yōu)于用黃鐵礦制硫酸。[來源:學(xué).科.網(wǎng)Z.X.X.K]（2）我國天然硫資源缺乏，而且開采條件比較復(fù)雜。（3）我國黃鐵礦儲(chǔ)量比天然硫要大。（4）硫制硫酸比黃鐵礦制硫酸生產(chǎn)流程短,設(shè)備簡單、三廢治理量小，效率高，易于設(shè)備大型化。（5）由于原料多需進(jìn)口，硫黃制硫酸成本比黃鐵礦制硫酸略高等等方面。2．以FeS2為原料第一步4FeS2(S)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)[來源:學(xué)科網(wǎng)]

6、第二步2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)第三步SO3(g)+H2O()=H2SO4()3、以硫磺為原料:第一步S（S）＋O2（g）SO2（g）第二步2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）第三步SO3（g）＋H2O（）=H2SO4（）硫和黃鐵礦相比，后者產(chǎn)生廢棄物太多，處理成本高，因此目前硫酸生產(chǎn)中的三種原料為硫磺,空氣,和水。4、生產(chǎn)規(guī)模和廠址的選擇現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)一般要求有較大的規(guī)模，便于采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，便于“廢熱”利用，便于環(huán)境保護(hù)，成本低。根據(jù)以上原則和我國國情，我國硫酸工業(yè)宜

7、發(fā)展年產(chǎn)在4萬噸以上的制硫酸裝置。三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制反應(yīng)方程式2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），屬放熱的可逆反應(yīng)。1．選擇溫度：低溫(400~500C)，因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)，反應(yīng)速度和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率都比較高。但應(yīng)注意:工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度的選擇往往還要考慮該溫度下催化劑的活性。2．選擇壓強(qiáng):常壓。原因是增大氣壓，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高并不多，但卻大大增大了動(dòng)力和設(shè)備的要求，增大了生產(chǎn)成本和能量消耗。所以硫酸廠通常采用常壓操作。（注意:工業(yè)生產(chǎn)中壓強(qiáng)的選擇，往往還要考慮成本和能量消耗等問題。）四、

8、生產(chǎn)中三廢的處理1．廢氣的組成：SO2,O2,N2。其中的SO2是形成酸雨的主要因素。常用的處理方法———氨水吸收法（1）SO2+2NH3+H2O==（NH4）2SO3（2）（NH4）2SO3+H2SO4==（NH4）2SO4+SO2+H2O或用NH3·H2O書寫：[來源:學(xué)科網(wǎng)ZXXK]2NH3·H2O+SO2===(NH4)2SO3+H2O(NH4)2SO3+SO2+H2O=NH4HSO3[來源:Zxxk.Com]或用堿液（Na2CO3）吸收法：Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2Na2SO3+S

9、O2+H2O===2NaHSO3處理后的產(chǎn)品也可進(jìn)一步利用：（NH4）2SO4作化肥；SO2可循環(huán)利用，可作它用。2．廢水的處理———石灰乳中和法污水常含有硫酸等酸性雜質(zhì)，一般用石灰乳中和處理：H2SO4+Ca（OH）2=CaSO4+2H2O3．廢渣的利用硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程中黃鐵礦的礦渣一般用作制造礦渣水泥和礦渣磚，含鐵品位高的礦渣，經(jīng)處理后可用于煉鐵，如：Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2，有的也可分離后循環(huán)利用，提煉貴重的有色金屬，剩下的作鋪路用的瀝青。五、能量的充分利用1．生產(chǎn)1t硫酸需消耗100kw·

10、h的電能，硫酸生產(chǎn)的三個(gè)過程都是放熱反應(yīng)，生產(chǎn)1t硫酸放出的反應(yīng)熱相當(dāng)于200kw·h的電能。這些廢熱的利用，可以向外界輸出大量的能量，能大大降低生產(chǎn)成本。2可以利用SO2氧化成SO3時(shí)，放出的熱量用來預(yù)熱即將參加反應(yīng)的SO2和O2。3．硫酸工業(yè)的能量循環(huán)（理論：放熱大于吸熱）開動(dòng)機(jī)器設(shè)備——電能維持接觸室400-500度----熱能4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2吸熱2S