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1、6.3化工生產(chǎn)能否做到又快又多,二、硫酸的工業(yè)制法,一、工業(yè)合成氨,一、合成氨工業(yè)簡介,1909年德國化學(xué)家哈伯成功建立了第一套合成氨的實(shí)驗(yàn)裝置，產(chǎn)量80g/小時(shí)。在此基礎(chǔ)上1913年德國化學(xué)工程專家波施建立了第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的合成氨工廠，產(chǎn)量為7000噸/年，所以合成氨的方法又叫做哈伯-波施法。 目前，全球氨產(chǎn)量約為650萬噸/年。近年來，合成氨裝置大型化是世界合成氨發(fā)展的主流趨勢?，F(xiàn)世界最大單系列合成氨裝置為阿根廷Profertil公司的2050噸/天裝置；而3000噸/天(約100萬噸/年)的單系列合成氨裝置將于2005年投產(chǎn)，4000噸/天規(guī)模的裝置也已完成初步設(shè)計(jì)。,目前我國合成氨年
2、產(chǎn)量已居世界第1位，但是，單系列裝置規(guī)模較小，已經(jīng)無法適應(yīng)世界合成氨的發(fā)展趨勢。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國合成氨平均規(guī)模為5萬噸/年。而俄羅斯的平均規(guī)模為40萬噸/年；美國為30萬噸/年以上。,假如你自己就是一個(gè)合成氨工廠的廠長，你最關(guān)心的是什么？對整個(gè)生產(chǎn)過程會(huì)有怎樣的要求？,提高單位工作時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品的產(chǎn)量,好的經(jīng)濟(jì)效益,一個(gè)正反應(yīng)為放熱、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)。,2、針對反應(yīng)特點(diǎn)，分別從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)方面思考，討論并完成下表。,高壓,高溫,使用,無影響,高壓,低溫,增大濃度,增大反應(yīng)物濃度； 減小生成物濃度,是一個(gè)正反應(yīng)為放熱、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)。,合成氨反應(yīng) N2+3H
3、2 2NH3,(1)既然增大壓強(qiáng)能提高反應(yīng)速率和氨的產(chǎn)量，那是否工業(yè)上采用的壓強(qiáng)越大越好？,(3)催化劑對化學(xué)平衡并沒有影響，那為何工業(yè)上還要使用催化劑？,(2)降低溫度有利于生成氨，那是否溫度越低越好？,使用催化劑時(shí),應(yīng)考慮哪些因素?,,二、工業(yè)合成氨的適宜條件,1.壓強(qiáng)：,3.催化劑：,2.溫度：,4.濃度：,20MPa50MPa(受動(dòng)力、材料、設(shè)備等實(shí)際條件的影響),500左右(溫度過低,速率慢,不經(jīng)濟(jì);還應(yīng)考慮催化劑的活性對溫度的要求),N2、H2的再循環(huán)并及時(shí)補(bǔ)充N2和H2 增大反應(yīng)物的濃度 及時(shí)將氨冷卻并從平衡氣體中分離降低生成物的濃度,鐵觸媒(加快反應(yīng)速率,大大縮
4、短到達(dá)平衡的時(shí)間),合成氨生產(chǎn)示意圖,,【小結(jié)】,合成氨的方程式(補(bǔ)充條件)：,Fe、500 20MPa50MPa,合成氨工廠,,3.既要注意--------上的要求，又要注意--------操作中的可能性。,三、選擇適宜化工生產(chǎn)條件的原則：,1.既要考慮外界條件對-----------------和-----------影響的-----------，又要考慮外界條件對兩者影響的-----------。,2.既要注意--------、---------對化學(xué)反應(yīng)速率影響的一致性，又要注意溫度對---------------的影響。,化學(xué)反應(yīng)速率,化學(xué)平衡,矛盾性,一致性,溫度,催化劑,催化劑活
5、性,理論,實(shí)際,催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人認(rèn)為：由于催化劑在反應(yīng)前后的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量不變，一但制成催化劑之后，便可以永遠(yuǎn)地使用下去。實(shí)際上許多催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達(dá)到正常水平，這就是催化劑的成熟期。接著催化劑在一段時(shí)間里保持穩(wěn)定，然后再逐漸下降，直至不能再使用。催化劑催化活性保持穩(wěn)定的時(shí)間即為催化劑的壽命，其長短因催化劑的制備方法和使用條件而異。,催化劑中毒,催化劑在穩(wěn)定活性期間，往往因接觸少量的雜質(zhì)而使活性明顯下降甚至被破壞，這種現(xiàn)象稱為催化劑中毒。一般認(rèn)為是由于催化劑表面的活性中心被雜質(zhì)占據(jù)而引起中毒。中毒分為暫時(shí)性中毒和永久性中毒兩種。例如，對于合成氨反應(yīng)
6、中的鐵觸媒催化劑，氧氣、二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣都能使催化劑中毒，但利用純凈的氫氮混合氣體通過中毒的催化劑時(shí)，催化劑的活性又能恢復(fù)，因此這種中毒是暫時(shí)性的中毒。相反，含磷、硫、砷的化合物則可使催化劑永久失去催化活性。催化劑永久性中毒后，往往完全失去活性，這時(shí)即使再用純凈的氮、氫混合氣體處理，活性也很難恢復(fù)。,催化劑中毒會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，工業(yè)生產(chǎn)中為了防止催化劑中毒，要把反應(yīng)物原料加以凈化，以除去有毒物質(zhì)，這樣就要增加設(shè)備，提高成本。因此，研制具有較強(qiáng)抗毒能力的新型催化劑，是一個(gè)重要的課題。,,二、硫酸的工業(yè)制法,,,思考：怎樣制取硫酸？,H2SO4,SO3,SO2,S,FeS2,,,
7、,,H2O,O2,O2,O2, 二氧化硫氣體的制備,二氧化硫的催化氧化,催化劑,三氧化硫的吸收,SO3 H2O H2SO4,一、硫酸的工業(yè)制法-----接觸法,,二氧化硫的制取和凈化,發(fā)生的反應(yīng),生產(chǎn)設(shè)備 沸騰爐,2、硫酸生產(chǎn)過程簡介,黃鐵礦,空氣,礦渣,SO2、O2、 N2,為什么要將黃鐵礦粉碎成細(xì)小礦粒？,為什么要從爐底通入強(qiáng)大空氣流？,討 論,,二氧化硫氧化成三氧化硫,生產(chǎn)設(shè)備：接觸室,發(fā)生的反應(yīng)：2SO2O2 2SO3 + Q,V2O5,,接觸氧化的三個(gè)適宜條件： 壓強(qiáng)用常壓； 溫度為 400500； 催化劑主要為V2O5。,經(jīng)凈化的 SO2、O2,SO2、O2,SO
8、3,接觸室,三氧化硫跟水化合生成硫酸,發(fā)生的反應(yīng)：SO3H2O H2SO4,用98.3%濃硫酸吸收三氧化硫,生產(chǎn)設(shè)備：吸收塔,98.3%H2SO4,吸收塔,尾氣,發(fā)煙 H2SO4,SO3,O2、SO2、N2,黃鐵礦(硫磺)、空氣,98.3% 濃硫酸,鐵礦粉碎， 爐氣凈化,用兩層催化劑 用熱交換器,用98.3%的濃硫酸吸收SO3,-----------,接 觸 法 制 硫 酸 小 結(jié),接觸氧化的三個(gè)適宜條件： 壓強(qiáng)用常壓； 溫度為 400500；催化劑主要為V2O5。,【例】含二氧化硅的黃鐵礦樣品10g 在空氣中充分燃燒，最后剩余8g 殘?jiān)堅(jiān)胁缓蛟兀Ｓ种诮佑|法制硫酸的生產(chǎn)中，有2%的硫受損失混入爐渣。用上述黃鐵礦150 t ,可制得98%的濃硫酸多少噸？,解：設(shè) 10g 黃鐵礦中 FeS2 的質(zhì)量為 x,4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2,4120g,2160g,x,10g 8g = 2 g,x = 6 g,黃鐵礦中FeS2% = 610100% = 60%,固體減重,480g-320g = 160g,設(shè)150 t 含F(xiàn)eS2 60 %的硫鐵礦可制得98% 的濃硫酸的質(zhì)量為 y,FeS2,2H2SO4,,120,196,15060%98%,98%y,y = 147 t,答：可制得98%的濃硫酸147 噸,
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