111-化工生产过程中的基本问题-基础

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1、1.11化工生产过程中的基本问题【学习目标】1、认识工业上生产硫酸的反应原理；2、以硫酸生产为例，了解化工生产过程中的一些基本问题；3、认识平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。【要点梳理】要点一、接触法制硫酸1.化学原理：造气S(s)+02(g)==SO2(g)；AH=-279kJ・mol^4FeS2(s)+1102(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g)；AH=-3412kJ・moL接触氧化2SO2(g)+O2(g)*加热、2SO?(g);A196.6kJ・nioL三氧化硫的吸收SO3(g)+H2O(

2、1)==H2SO4(1);AH=~130.3kJ・mol'12.原料：黄铁矿（主要成分是FeS2）（或者硫）、空气、98.3%的H2SO4<>3.主要设备：①沸腾炉（制取S（）2的设备，用硫作原料不用此设备，我国现在还主要用黄铁矿为原料制H2SO4）;②接触室（制取SO?的设备）；③吸收塔（制取H2SO4的设备）。4.生产工艺流程：要点诠释：硫酸生产过程中三设备的两进两出；每套设备都有两进两出。（1）沸腾炉两进：黄铁矿进口和空气进口。两出：矿渣出口和炉气出口（炉气成分：SO?、02、N2、水蒸气以及一些杂质，碑、硒等的

3、化合物及矿尘等）。（2）接触室两进：冷反应混合气进口（主要成分：S02、02、N2等）和经过预热的热反应混合气进口（主要成分：S02、02、N2等）。两出：经过热交换器预热的热反应混合气出口（主要成分：S02、02、N2等）和反应后混合气岀口（主要成分：SO3、S02、。2、N2等）。（3）吸收塔两进：混合气进口（主要成分：SO3、S02、02、N2等）和98.3%的H2SO4进口。两出：供稀释用硫酸出口（主要成分：H2SO4、SO3）和尾气出口（主要成分：SO?、o?、N2等）。5.SO?接触氧化适宜条件的选择（1）

4、温度：SO?接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断可知，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，从综合经济效益来考虑，对生产不利。在实际生产中，选定400〜500°C作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和SO?的平衡转化率（93.5%~99.2%）都比较理想。（2）压强：SO?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SO?的平衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，而且在常压下，400〜500°C时，SO

5、?的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压进行操作，并不加压。（3）催化剂：主要含五氧化二机（V2O5）,俗称帆触媒。接触氧化适宜条件：温度：400〜500°C（反应速率快，催化剂活性高）；压强：常压（常压下，SO?转化率已很高,无需加压）；催化剂：五氧化二帆（V2O5）a要点诠释：催化剂在使用中会因各种因素而失去活性，其中重要的一个因素就是中毒。催化剂中毒的原因有几种可能，原料中所含的少量杂质，或是强吸附（多为化学吸附）在活性中心上，或是与活性中心起化学作用，变为别的物质，都能使活性中心中毒。另外，反应产物中也

6、可能有这样的毒物；在催化剂的制备过程中，载体内所含的杂质与活性组分相互作用，也可能毒化活性中心。中毒不仅影响催化剂的活性，造成催化剂的活性下降，也影响催化剂的选择性。2.硫酸的用途硫酸是化学工业中重要产品之一，是许多工业生产所用的重要原料。硫酸常列为国家主要重工业产品之一。硫酸的用途十分广泛。主要有下列几方面：化肥工业：硫酸与氨反应生成硫酸镀（肥山粉），与磷矿粉反应生成过磷酸钙，每生产It硫酸鞍要消耗750kg硫酸；1t过磷酸钙要消耗360kg硫酸。近年来，已逐渐用其他氮肥如尿素、碳酸氢锁、氨水、硝酸锁等代替硫酸钱，使

7、硫酸用于生产氮肥的用量有所减少，但硫酸用于磷肥仍在增长。目前化肥工业（主要是磷肥）仍然是硫酸的最大用户，国外化肥用酸约占硫酸总消费量的40%,我国化肥用酸约占60%。有机合成工业：在有机合成工业中要用硫酸生产各种磺化产品、硝化产品，如每生产It锦纶需发烟硫酸L7t；1tTNT消耗360kg硫酸。石油工业：石油产品精炼时要用硫酸除去产品中的不饱和炷等，例如每吨柴油要消耗31kg硫酸。金属工业：金属铜、锌、镉、镰的精炼，其电解液需用硫酸配制；电镀、搪瓷工业需用酸洗去其表面的铁锈和氧化铁。无机盐工业：在无机盐工业中，硫酸作为

8、一种最易大量获得、价格低廉的酸，用以生产各种硫酸盐、磷酸盐、銘酸盐等。原子能工业：大量硫酸用于离子交换法提取铀。要点二、化工生产过程中的基本问题1.依据化学反应原理确定生产过程化工生产是以化学反应原理为依据，以实验室研究为基础的。任何生产的完成都要符合化学反应规律。对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑，