高中化学工业生产制作原理PPT资料.ppt

1、我国的天然硫资源很少，自从能从煤和石油的加工中回收硫磺后，陆续建立利用硫磺生产硫酸的工厂。冶炼废气是冶炼有色金属时的废气，特别是硫化矿中的废气含有二氧化硫，含量可达5%以上。1、硫铁矿的焙烧：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2沸腾炉2、二氧化硫的催化氧化：钒催化剂2SO2+O2 2 SO3 400500 （放热的、体积缩小的可逆反应）接触室3、SO3的吸收：吸收塔SO3+H2O H2 SO4高温 硫铁矿粉碎鼓入强大空气流矿粉燃烧沸腾炉SO2O2净化处理催化氧化接触室SO3热交换器水 合吸收塔98.3%硫酸高浓度硫酸稀释成成品品硫硫酸酸硫酸厂要排放大量的废渣、废水、废气，严重污染环境。

2、近20年来，对三废的治理已采取了一些有效的措施：利用废渣作建筑材料；采用封闭式流程，控制废水的排放；提高二氧化硫的转化率，达99.7%以上，防止吸收塔排放的尾气对空气的污染，等等。硫酸生产过程中的几个主要反应都是放热的。包括硫铁矿的焙烧、二氧化硫氧化、三氧化硫吸收，每生产1吨硫酸，合计放热7.2*106kJ,折合电力2000度。19141914年，第一次世界大战一开始，英国就从海年，第一次世界大战一开始，英国就从海上封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德上封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德国得不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂国得不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停产，那么

3、德国最迟在也将停产，那么德国最迟在19151915年或年或19161916年便要自年便要自动投降，可是动投降，可是19161916年过去了，德国还在顽强的战斗，年过去了，德国还在顽强的战斗，农田照样一派浓绿，前线的炮火反而更加猛烈。农田照样一派浓绿，前线的炮火反而更加猛烈。原来原来德国以哈伯为首的一批化学家克服了当德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题时的世界化学难题以廉价的空气、水和煤炭以廉价的空气、水和煤炭合成了重要的化工原料合成了重要的化工原料:氨氨（NHNH3 3）哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150150年的时间。德国科学家哈伯在10 10年的

4、时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2 2年间他们就进行了多达65006500次试验，测试了25002500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于19181918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。氨的合成以氮、氢两种气体为原料。燃料（煤、焦碳、液态石油烃、天然气、石油炼厂气）空气、水CO、氢气氮气氢气、氮气二氧化碳氢气、氮气勒沙特列勒沙特列（Le Chatelier）原理原理（平衡移动原理）（平衡移动原理）如果改变如果改变 任一个影响任一个影响平衡的条件（平衡的条件（eg.ceg.c、p p、T T e

5、tc.etc.），平衡就向着能够削），平衡就向着能够削弱这种改变的方向移动。弱这种改变的方向移动。Henri Le Chatelier合成氨反应合成氨反应使氨生成的快使氨生成的快（从化学反应速率分析从化学反应速率分析）使氨生成的多使氨生成的多（从化学平衡分析从化学平衡分析）压压 强强温温 度度是是 否否 要要 用用催催 化化 剂剂N N2 2（g）+3H（g）+3H2 2（g）2NH（g）2NH3 3（g）+92.4kJ（g）+92.4kJ分析分析角度角度反应要求反应要求外界条件外界条件高高 温温高高 压压高高 压压低低 温温使使 用用不不 影影 响响合成氨合成氨1.1.合成氨的适宜条件：合成

6、氨的适宜条件：（1 1）压强：）压强：202050MPa50MPa（2 2）温度：）温度：500500（3 3）催化剂：）催化剂：铁触媒（以铁触媒（以FeFe为主体的多成分催化剂）为主体的多成分催化剂）N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3 铁触媒铁触媒 500500202050MPa50MPa合成氨工业简述：合成氨工业简述：空气空气压缩压缩降温降温液态空气液态空气蒸发蒸发N N2 2（先逸出）（先逸出）炭炭COCO2 2N N2 2除去除去COCO2 2N N2 2H H2 2O（g）O（g）赤热炭赤热炭或其他燃料或其他燃料COCOH H2 2H H2 2O（g）O（g）催化剂

7、催化剂COCO2 2H H2 2除去除去COCO2 2H H2 2原料：原料：空气、水、燃料空气、水、燃料C CH H2 2O（g）COO（g）COH H2 2高温高温COCOH H2 2O（g）COO（g）CO2 2H H2 2催化剂催化剂原料气的制备原料气的制备净化净化压缩压缩（防止催化剂中毒防止催化剂中毒）合成合成分离分离液氨液氨N N2 2、H H2 2智利硝石智利硝石（NaNO3）缺氮的棉花缺氮的棉花 是植物体内蛋白质、核是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成元素。蛋酸和叶绿素的组成元素。蛋白质是细胞原生质的重要成白质是细胞原生质的重要成分，核酸是合成蛋白质的必分，核酸是合成蛋白质的必

8、要成分。在植物生长发育过要成分。在植物生长发育过程中，细胞分裂和新细胞的程中，细胞分裂和新细胞的形成必须要有蛋白质；而光形成必须要有蛋白质；而光合作用则离不开叶绿素。因合作用则离不开叶绿素。因此，在此，在缺氮缺氮的情况下，由于的情况下，由于新细胞形成受阻，新细胞形成受阻，植物的生植物的生长发育会迟缓或停滞长发育会迟缓或停滞；如果如果叶绿素含量下降，则直接叶绿素含量下降，则直接影影响光合作用的响光合作用的速率和光合作速率和光合作用产物的形成。同时，蛋白用产物的形成。同时，蛋白质含量的下降使质含量的下降使作物的品质作物的品质降低降低。氮氮氮的固定氮的固定：把大气中的氮转化为氮的化合物叫做氮的固定。

9、包括：自然固定：豆科植物固氮、雷雨天产生自然固定：豆科植物固氮、雷雨天产生NONO气体；气体；人工固定：合成氨等。在17世纪，人们用硫酸分解硝石来生产硝酸。NaNO3+H2SO4 NaHSO4+HNO320世纪初，曾利用电弧产生的高温模拟闪电，使空气中的氮和氧合成一氧化氮，再冷却吸收生成硝酸。1913年后，由于合成氨的工业化，用氨为原料生产硝酸成为主要方法。1、氨的催化氧化 PtRh4NH3+5O2 4NO+6H2O 800C2、一氧化氮的氧化：2NO+O2 2NO2 二氧化氮的吸收：3NO2+H2O 2HNO3+NO（这是一个放热的、气体体积缩小的可逆反应，降温、加压对反应有利。补充空气可使

10、二氧化氮充分被水吸收。）4NO2+O2+2H2O 4HNO3设备：吸收塔设备：吸收塔 设备：设备：氧化炉氧化炉 生产浓硝酸（98%）可用浓缩法：使浓硫酸和稀硝酸混合（如49份50%的硝酸和51份98%的硫酸混合），在精馏塔内精馏，从塔顶可得到浓硝酸，塔底得到稀硫酸。稀硫酸蒸发浓缩后能循环使用。若蒸馏过程中HNO3、H2SO4、H2O均无损耗，则蒸馏后得到的稀硫酸的浓度？已知蒸馏前的投料比即硝酸和硫酸的质量比，若蒸馏过程中水有损耗，则投料比应（增大、减小、不变）硝酸工业尾气中氮的氧化物（NO、NO2）是主要的大气污染物之一。可用以下方法进行治理：2NO2+2NaOH NaNO2+NaNO3+H2

11、ONO2+NO+2NaOH 2NaNO2+H2O现有aL（STP）NO2（其中占体积分数20%的气体是N2O4）和bLNO的混合气体，恰好可被200m LNaOH溶液完全吸收。问：欲保证尾气全部被吸收，则a:b的值应控制在什么范围。氢氧化钠溶液的物质的量浓度是多少？在化学工业中，由电解食盐水生产氯气和烧碱的工业，叫做氯碱工业。当烧碱过剩时，可用碳化法把烧碱转化为纯碱：2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O当烧碱不足时，可用苛化法生产部分烧碱：Na2CO3+Ca（OH）2 CaCO3 +2NaOH氢气是氯碱工业的副产品，常用于生产盐酸。氯气主要用于生产聚氯乙烯等有机氯产品。电解饱和食盐水反应原

12、理 阴极：阴极：阳极：总反应：2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl22H2O+2Cl-=H2+Cl2+2OH-电解电解2H2O+2NaCl=H2+Cl2+2NaOH电解电解上述装置的弱点：上述装置的弱点：1.H2和和Cl2 混合不安全混合不安全2.Cl2会和会和NaOH反应，会使得到的反应，会使得到的NaOH不纯不纯1离子交换膜离子交换膜电解槽的简单电解槽的简单构造如何构造如何?2离子交换膜离子交换膜的作用是什么的作用是什么?3工业制碱的工业制碱的简单生产流程简单生产流程怎样怎样?思考：隔膜通常用石棉制成，将浆状的石棉纤维均匀的吸附在阴极网上。近年来，有些工厂在石棉浆中添加聚四氟乙烯、聚多

13、氟二氯乙烯纤维来延长隔膜的使用寿命。阴极材料一般用铁丝网或打铁的铁板制成。阳极过去主要用石墨板，它使用寿命短，降低电能的利用率。70年代后，我国的一些大厂陆续改用金属钛为基体的金属阳极。离子交换膜法制烧碱1、生产设备名称：离子交换膜电解槽、生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极：金属钛网阳极：金属钛网（涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物）阴极：碳钢网阴极：碳钢网（有镍涂层有镍涂层）阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳阳离子通过，把电解离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。槽隔成阴极室和阳极室。2、离子交换膜的作用：、离子交换膜的作用：（1）防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆炸 （

14、2）避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量响氢氧化钠的产量3 3、生产流程、生产流程氯碱工业的原料是食盐。有海盐、湖盐（青海）、井盐（四川）、岩盐（湖北）。我国的氯碱工业多建于沿海，所用食盐主要是海盐。海盐中含有CaSO4、MgSO4、MgCl2等杂质，要净化制成饱和食盐水再电解。1、为什么要净化？2、如何净化？1用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？粗盐水（粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）过量过量BaCl2Ba2+SO42-=BaSO4Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+BaSO4Ca2+CO32-=CaCO3 Ba2+CO32-=BaCO3CaCO3BaCO3过量过量Na2CO3Mg2+、Fe3+、CO32-Mg2+2OH-=Mg（OH）2Fe3+3OH-=Fe（OH）3过量过量NaOHFe（OH）3Mg（OH）2OH-、CO32-精制食盐水精制食盐水饱和食盐水的精制杂质：泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-加入BaCl2，除去SO42-，再加Na2CO3，以除去过量的