1、 化学工业相关知识化学工业相关知识 一、化工生产的基本原则：一、化工生产的基本原则： 1、一个生产工艺的实现，涉及许多问题，如化学反应原理化学反应原理，原料选择原料选择，设备结构，工艺流设备结构，工艺流 程，环境保护以及综合经济效益程，环境保护以及综合经济效益。一般而言，应遵循“多、快、好、省多、快、好、省”的原则。 “多多”是 指原料的利用率或产物的产率高，一般可以从平衡移动角度选择适宜的条件。 “快快”是指反 应速率快，一般可以从化学反应速率角度选则适宜的条件。 “好好”是指对环境友好，生产过 程体现绿色化学的原则，有效利用资源，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂，从源头 上防止污染的产
2、生。 “省省”是指在选择原料、设备、工艺方面应考虑降低生产成本，充分利 用原料与能量。 2 2、化工生产化工生产= =化学反应原理化学反应原理+ +化学实验化学实验+ +化工技术化工技术 1系统掌握典型物质的工业制法，举一反三，并能够从多角度分析讨论化工生产的综合经 济效益，将理论知识转化为实际应用。 2根据外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律，综合考虑化工生产的适宜条 件的选择。既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性；既要注 意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制；既要 注意理论生产，又要注意实际可能性。 （1）对任一可逆反应
3、，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易 得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为 1.073。 （2） 对气体分子数减少的反应， 增大总压使平衡向增大生成物的的方向移动。 但压强太大， 动力消耗，设备要求、成本增高，故必须综合考虑。 （3）对放热反应，升温，提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢， 故需使用适当的催化剂。 对吸热反应， 升温， 加快反应速率， 又能提高转化率， 但要避免反应物或生成物的过热分解。 （4）使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范 围，且防止催化剂“中毒” ，延长使用寿命。
4、 合成氨适宜条件：500、铁触媒、21075107、循环操作。 根据以上原则， 结合合成氨反应的特点即正反应是体积缩小的放热反应分析可知， 合成氨的 适宜条件是：500、铁触媒、21075107 Pa（2050MPa） ，循环操作等。工业上将二 氧化硫氧化成三氧化硫的适宜条件是 400500、催化剂（V2O5） ，使用过量的空气等。 乙醇和乙酸发生酯化反应时，酯化极限为 2/3，而常温下达到这个极限（即达到平衡）需要 16 年，如果温度升到 150，缩短到只要几天就达到平衡。如果加入适量浓硫酸作催化剂， 12 小时即可达到平衡，但反应进行的程度仍为 2/3。实际生产中，可采取两种措施提高这 个
5、极限， 第一是适当加大廉价原料乙醇的用量， 第二是生产过程中利用乙酸乙酯的易挥发性， 不断地把生成的乙酸乙酯从反应混合物中分离出去。 同时采取这两种措施能又快又多地生产 出乙酸乙酯。 基本操作 元素化合物知 识、化学平衡 原料：是否再生 价格 过程：循环利用 反应速率 转化率 能源：利用率 节约能源 环保：废气废水的处理 二、二、 案例分析案例分析 （一）（一）溴与碘的提取溴与碘的提取 二、二、 （二）二）工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件 反应条件 对提高化学反应 速率的影响 对提高平衡混合物中氨 的体积分数的影响 合成氨 适宜条件的选择 使用催化剂 有利 无 一般选用铁触媒 增大压强
6、 有利 有利 压强越高，对设备、材 料的要求也高。一般采 用 2050MPa 升高温度 有利 不利 适宜温度，考虑催化剂 活性温度范围，一般选 择 500C 左右 （三三）接触法制硫酸的原理、过程及典型设备接触法制硫酸的原理、过程及典型设备 三原料 三阶段 三反应（均放热） 三设备 净化 黄 铁 矿 或 S 造气 4FeS2+11O2 高温 2Fe2O3+8SO2 或 S+O2 点燃 SO2 沸腾炉 除尘 （防止 催化剂 中毒） 空气 催化 氧化 2 SO2 + O2 2 SO3 接触室（含热 交换器） 98.3% 浓 硫酸 SO3 吸收 SO3+ H2O H2SO4 吸收塔 提 溴 过 程
7、反应原理 2Br + Cl 2 Br2 + 2Cl 提取方法 1、原料：晒盐后的卤水 2、氧化后，通入热空气或高温水蒸气，使溴挥发，冷凝后得到粗 溴，再进行精制得到高纯度的溴 提 碘 过 程 反应原理 2I + Cl 2 I2 + 2Cl 提取方法 1、原料：海带、海藻等 2、步骤：灼烧浸泡过滤氧化萃取分液提取 （四四）纯碱工业：纯碱工业：氨碱法（索尔维法）和联合制碱法（侯德榜制碱法） 。纯碱是一种基本化 工原料，用于玻璃、搪瓷、炼钢、炼铝及其他有色金属的冶炼，也用于制皂、造纸、纺织和 漂染工业。 反应原理：将饱和的食盐溶液在冷却后通入足量的氨，然后在加压条件下通入二氧化碳，即 有下列反应发生
8、：NH3+CO2+H2ONH4HCO3 NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl 将析出的碳酸氢钠晶体锻烧，分解得到碳酸钠。 饱和 食盐 水 通NH3 氨 盐 水 过滤 洗涤 通CO2 沉淀 NaHCO3 滤液 NH4Cl NaCl Ca(OH)2 NH3(循环使用) 废液 CaCl2,NaCl 煅烧 CO2 (循环使用) Na2CO3产品 石灰石 煅烧 CO2 CaOCa(OH)2石灰乳 （1）氨碱法： 原料：食盐和石灰石。 反应产物的综合处理：氯化铵溶液加消石灰可回收氨，以便循环使用。 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O 上述反应中所用的消石灰和二氧化碳可用
9、煅烧石灰石制取。 CaO+H2OCa(OH)2 总结：总结：氨碱法的优点是：原料(食盐和石灰石)便宜，成品的纯度高，副产品氨和部分二氧 化碳都可以循环使用，制造步骤简单，适合大规模生产。 氨碱法也有缺点：生成了目前还没有多大用途的氯化钙(CaCl2)。其次，氨碱法中的另 一缺点是食盐的利用率低，只有 70，其余 30都随着氯化钙溶液被抛弃了，这是一个很 大的损失。 (2)侯德榜制碱法：氨、二氧化碳都直接由合成氨厂供应的。合成氨所需要的原料氢气可以 从水煤气制取。 总结：总结： 侯德榜制碱法的优点：母液里存在氯化铵，冷却结晶出来，制成氮肥。由于母液的循环 使用，大大地提高了食盐的利用率，应用同量
10、的食盐，能比氨碱法生产出更多量的纯碱。此 外，在操作上，在工厂设备上，也都比氨碱法简单。大规模联合生产的优越性，不仅在生产 上便于管理，而且降低了产品纯碱和氮肥的成本。 【基础训练】 1有关合成氨工业说法中正确的是 A从合成塔出来的混合气体，其中 NH3%只占 15%，所以生产氨的工厂的效率都很低 B由于氨易液化，N2、H2是循环使用的，总体来说氨的产率很高 C合成氨反应温度控制在 500左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D合成氨采用的压强是 210 7 Pa5107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大 2在 NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是 A使用吸收塔设备 B
11、使用尾气吸收装置 C使用 H2作原料 D使用催化剂 饱和 食盐 水 通NH3 氨 盐 水 过滤 洗涤 通CO2 沉淀 NaHCO3 滤液 NH4Cl NaCl 煅烧 CO2 (循环使用) Na2CO3产品 合成氨工厂 加NaCl细粉 通NH3 饱和食盐水 (循环使用) 冷却、过滤 洗涤、干燥 NH3 CO2 NH4Cl产品 3工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉中导出的炉气，要经过净化的理由是 A为了减少对大气的污染 B防止催化剂中毒 C炉气中含有一些其他有用成分，以便综合利用 D为了制得更纯的硫酸 4有关海水提溴和海带提碘的叙述错误的是 A都需经过浓缩、氧化、提取 B海水提溴的浓缩原理是蒸发 C
12、氧化步骤都可通入氯气来实现 D提取步骤都可用四氯化碳萃取 5下列物质的工业生产过程中，其主要反应不涉及氧化还原反应的是 A海水提溴 B硫酸 C烧碱 D纯碱 6关于硫酸工业中的催化氧化反应，可以用勒夏特列原理解释的是 A通入过量氧气 B选择 V2O5做催化剂 C选择常压条件 D升温至 450左右 7.某同学用右图所示装置进行氨碱法制取纯碱的主要反应。下列说法合理的是 A先从 b 管通入 NH3再从 a 管通入 CO2 B先从 a 管通入 CO2再从 b 管通入 NH3 C广口瓶内有白色沉淀析出 Dc 中试剂为碱石灰 8对化工生产认识正确的是 A海水提溴：一般需要经过浓缩、氧化、提取三个步骤 B合
13、成氯化氢：通入 H2的量略大于 C12，可以使平衡正移 C合成氨：采用 500的高温，有利于增大反应正向进行的程度 D侯德榜制碱法：析出 NaHCO3的母液中加入消石灰，可以循环利用 NH3 9、下列化工生产中所用设备与右边化学反应方程式对应错误的是 A石油工业：裂化装置C16H34C8H18C8H16 B纯碱工业：碳酸化塔NaClNH3CO2H2ONaHCO3NH4Cl C钢铁工业：高炉Fe2O33CO 高温 2Fe3CO2 D氯碱工业：电解槽Cl22NaOHNaClNaClOH2O 10、工业制硫酸和合成氨生产中相同的是 A、原料气全是循环使用 B、都用压缩机压缩原料气 C、用了完全相同的
14、催化剂 D、都用热交换器进行加热 11、对化工生产认识正确的是 A海水提溴：一般需要经过浓缩、氧化、提取三个步骤 B合成氯化氢：通入 H2的量略大于 C12，可以使平衡正移 C合成氨：采用 500的高温，有利于增大反应正向进行的程度 D侯德榜制碱法：析出 NaHCO3的母液中加入消石灰，可以循环利用 NH3 冷水浴 12、某制碱厂的生产流程示意图如下： 下列分析正确的是 A该制碱法是侯氏制碱法 B反应中包含复分解反应 CX 中只含有 Ca 2+和 Cl D理论上，生产过程中无需补充 CO2 13、联碱法（候氏制碱法）和氨碱法的生产流程简要表示如下图： （1）两种方法的沉淀池中均发生的反应化学方
15、程式为 。 （2）X 是 ，Y 是 （填化学式）。 (3)Z 中除了溶解的氨气、食盐外，其它溶质还有 ；排出液中的溶质 除了氢氧化钙外，还有 。 (4)根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测，所得结论正确是 。 a常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小 b通入氨气能增大 NH4 +的浓度，使氯化铵更多析出 c加入食盐细粉能提高 Na +的浓度， 使 NaHCO 3结晶析出 (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，请设计实验方案 (6)联碱法中，每当通入 NH3 22.4L（已折合成标准状况下）时可以得到纯碱 50.0g，则 NH3 的利用率为 。 （结果精确到 0.01） NH3 过滤 饱和食盐水 NaHCO3 母液 反应 X Ca(OH)2 CO2 Na2CO3 CO2 反应 NH3 反应
