第一章：走进化学工业

《第一章：走进化学工业》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章：走进化学工业　　　　　　　　　　　　　　撰稿：陈建斌　　审稿：祝鑫　　责编：宋　杰【知识网络】　　　　　　　　　【重点聚焦】　　化工生产虽多种多样，但大多遵循的思路是：反应原理→反应条件及原料的选择→“三废”处理及能量利用。硫酸生产、工业合成氨及纯碱的生产都体现出该思路。一、工业生产硫酸1、生产原理　　(1)生产原理分析　　H2SO4中的S元素可由自然界中含硫的物质(硫磺、硫铁矿等)来提供。S或FeS2生成H2SO4，从化合价角度分析，需要被氧化；从元素角度分析，需O元素、H元素。根据物质的化学性质可知，应是S或FeS2被氧化为SO2，SO2再氧化为S

2、O3，SO3被H2O吸收生成H2SO4。　　(2)有关反应　　由原理分析知，工业制H2SO4分造气、氧化、吸收三个阶段。　　i：造气阶段　　　主要是硫磺燃烧或硫铁矿煅烧生成SO2，反应分别为：　　　S(s)＋O2(g)SO2(g);ΔH＝－297kJ/mol　　　FeS2(s)＋O2(g)Fe2O3(s)＋2SO2(g)；ΔH＝－853kJ/mol　　ii：SO2的催化氧化　　　　S或FeS2与O2只能生成SO2，SO2只有在催化剂作用下才生成大量的SO3。　　　　SO2(g)＋O2(g)SO3(g)；ΔH＝－98.3kJ/mol　　iii：H2SO4的生成　

3、　　　SO3溶于H2O生成H2SO4，同时放出大量热，反应为：　　　　SO3(g)＋H2O(l)＝H2SO4(l)；ΔH＝－130.3kJ/mol　　　　该阶段能放出大量热量，易形成酸雾，不利于SO3的吸收。为了尽可能提高吸收效率，工业上用　　　　H2SO4质量分数为98.3％的浓H2SO4作吸收剂。2、生产原料　　根据化学反应原理可选择原料，但工业生产要考虑成本和综合经济效益，必须多种角度考虑，如厂址选择、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等。　　目前，我国主要有硫磺制H2SO4和硫铁矿制H2SO4两种方法。　　(1)、硫磺制硫酸和硫

4、铁矿制硫酸的比较：　　①硫磺制硫酸比硫铁矿的优点：　　A、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简单。　　B、硫磺制硫酸的生产流程短、劳动产率高。　　②硫铁矿制硫酸的优点：　　A、我国黄铁矿储量比天然硫磺大，原料易得。　　B、硫铁矿制硫酸成本略低于硫磺，特别是设备大型化可降低成本。　　(2)、硫酸厂厂址的选择　　化工厂厂址选择是一个复杂的问题，它涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素。应对这些因素全面综合地考虑，权衡利弊，才能作出正确的选择。　　硫酸厂厂址的选择是一个典型的例子。硫酸是一种腐蚀性液体，不能像

5、普通固体化工产品那样可以较多地贮存，需要随产随销。硫酸的运输费用比较高。据估算：1tH2SO4的运价约为同质量黄铁矿矿石的三倍。这样就决定了硫酸厂靠近消费中心比靠近原料产地更为有利。因此，考虑到综合经济效益，硫酸厂厂址离硫酸消费中心不能太远。在决定建厂规模时，可以考虑在消费中心建厂规模大些，在边远或硫酸用量不多的地区，建厂规模小些。3、生产过程简析　　工业生产并不是实验室制取物质的简单放大，必须根据实际情况来选择合适的条件和设备。　　(1)、造气阶段　　将硫磺或经过粉碎的黄铁矿，放在专门设计的燃烧炉(叫沸腾炉)中，利用空气中的氧气使其燃烧。　　(2)、SO2的

6、催化氧气阶段　　SO2和O2生成的SO3的反应为可逆反应，而且需在催化剂作用下进行。为使平衡尽可能正向移动，提高SO3的产率，需控制温度和压强。　　A、温度　　SO2接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断，此反应在温度较低的条件下进行最为有利。但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑，对生产不利。在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的平衡转化率(93.5％～99.2％)都比较理想。　　B、压强　　SO2的接触氧化也是一个总体积缩小的气体反应。增大气体压强，能相应提高SO2的平

7、衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压对设备的要求高，增大投资和能量消耗；而且常压下400℃～500℃时，SO2的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作，并不加压。　　(3)SO3生成H2SO4，反应原理为SO3与H2O生成H2SO4。但由于该反应放出大量热，形成酸雾，吸收效率低。故实际进行的条件是用98.3％的浓H2SO4代替水吸收SO3。4、“三废”处理及能量利用　　以黄铁矿为原料制硫酸对环境污染较大，故目前世界上许多国家都限制黄铁矿制硫酸。既便如此，生产过程中产生的废气、废液、废渣也要进行处理，尽可能地把“三废”变成有用的副产品，实行综合利用。对

8、硫酸生产中产生的“三废”，一般按以下方