Инструктивная карта "Производство серной кислоты контактным способом"
план-конспект урока по химии (11 класс)

Опубликовано 14.10.2019 - 16:54 - Анисимова Елена Степановна

Инструктивная карта "Производство серной кислоты контактным способом"

Скачать:

Вложение	Размер
instruktivnaya_karta_po_teme_proizvodstvo_sernoy_kisloty_11_klass.doc	189.5 КБ

Предварительный просмотр:

ИНСТРУКТИВНАЯ КАРТА

по теме: «Производство серной кислоты контактным способом»

1 стадия

Обжиг пирита в «кипящем слое»

Химизм

4 FeS2(т) + 11 O2(г) = 2 Fe2O3(т) + 8 SO2(г) + Q

Особенности химической реакции:

горение, ОВР, экзотермическая, гетерогенная, некаталитическая, необратимая

Оптимальные условия

1)вместо О2 ↓ ↓

используют 2) t = 8000C 3)Vхим.р-ции зависит S сопр.в-в для этого:

воздух, обогащенный измельчение частиц пирита d = 8-10мм.

до 60% О2 создание «кипящего слоя»: рвоздуха = 1-2 атм.

Технология

Принципы химического производства:

1.«кипящий слой»

2.противоток

3.теплообмен

4. безотходность производства

печь для обжига

Сверху засыпают в печь для обжига измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 8000С.

Пирит раскаляется до красна и находится в «подвешенном состоянии»

из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета.

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.

Образовавшийся оксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют, его отправляют на металлургический комбина для получения железа и его сплавов с углеродом - сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве). Таким образом, выполняется принцип химического производства - безотходность производства.

Очистка печного газа

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.

Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа:

- в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз);

циклон электрофильтр

+ _

Напряжение 6000В

- в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз).

Для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.
Осушку печного газа проводят в сушильной башне - снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота (92-94%).

сушильная башня

На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2.

2 стадия

Окисление SO2 в SO3 кислородом.

Химизм

2 SO2(г) + O2(г) ⇔ 2 SO3(г) + Q

Особенности химической реакции:

соединения, ОВР, экзотермическая, гомогенная, каталитическая, обратимая

Оптимальные условия

1) t = 4000 – 5000 C

прямая реакция «экзо» (+ Q) → t <, но при t < Vхим.р-ции <.

Экспериментальным путём химики-технологи установили

t оптимальную с максимальным образованием SO3 400-5000С.

2) kat - V2O5.
увеличения Vхим.р-ции при низкой t

3) р = 3-4 амт.

2SO2 + O2↔ 2SO3

(2v+1v =3v)→2v

Смещение равновесия:

прямая реакция

Технология

Принципы химического производства:

1.теплообмен

теплообменник

Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок.

Температура 400-5000С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3.

Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате.

контактный аппарат

Как только смесь

SO2 + О2 достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3.
Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

3 стадия	Получение H2SO4 – гидратация серного ангидрида
Химизм	SO3(г) + Н2О(ж) = Н2SO4(ж) + Q Особенности химической реакции: соединения, некаталитическая, необратимая, без изменения степеней окисления, гетерогенная, экзотермическая. Образование олеума: nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3 олеум
Оптимальные условия	SO3 поглощают 98% H2SO4. А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар).
Технология Принципы химического производства: 1.противоток	Поглотительная башня имеет такое же устройство как сушильная башня Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Охрана окружающей среды при производстве серной кислоты.

Производство серной кислоты происходит в три стадии на первой стадии получают SO2, путем обжига FeS2, затем SO3, после чего на третьей стадии получают серную кислоту.

Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов.

По вине «кислых» дождей повреждены памятники архитектуры. В зоне до 300 км от источника загрязнения (SO2) опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км. - сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост сельскохозяйственных культур.

Закисление водоемов (весной при таянии снега, вызывает гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб - громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.

Химические методы отчистки газообразных загрязняющих воздух веществ.

Известно более 60 методов. Наиболее перспективны методы, основанные на поглощение оксида серы известняком, раствором сульфита - гидросульфита аммония и щелочным раствором алюмината натрия. (Составить уравнения химических реакций).

Если в газах содержится HF и F2, то их пропускают через колоны с насадкой противотоком по отношению к 5-10% раствору NaOH, за 1 минуту протекают следующие реакции:

F2+2NaOH → O2+H2O+2NaF

HF+NaOH → NaF+H2O, образующийся NaF обрабатывают для регенерации NaOH:

2NaF+CaO+H2O → CaF2+2NaOH