化學(xué)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的討論教案

化學(xué)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的討論教案

　　●教學(xué)目標

　　1.使學(xué)生常識性地了解化學(xué)科學(xué)實(shí)驗與化工生產(chǎn)的區別。

　　2.使學(xué)生對于如何提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益有一個(gè)常識性的認識。

　　3.通過(guò)課堂討論培養學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

　　●教學(xué)重點(diǎn)

　　以硫酸工業(yè)為例對化工生產(chǎn)中如何提高經(jīng)濟效益的討論。

　　●教學(xué)難點(diǎn)

　　關(guān)于選擇硫酸廠(chǎng)廠(chǎng)址的課堂討論。

　　●教學(xué)方法

　　討論、自學(xué)、講解等。

　　●課時(shí)安排

　　共一課時(shí)

　　教具準備

　　投影儀、膠片

　　●教學(xué)過(guò)程

　�。垡�言］前一節我們學(xué)習了硫酸生產(chǎn)的原料、流程和典型設備，并著(zhù)重討論了二氧化硫接觸氧化反應的最佳工藝條件。確切地說(shuō)，這僅僅是模擬化工生產(chǎn)。要想真正將化學(xué)實(shí)驗結果應用到實(shí)際生產(chǎn)，必須在遵循科學(xué)原理的基礎上著(zhù)重考慮綜合效益，即要求最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、保護生態(tài)環(huán)境，為國民經(jīng)濟部門(mén)提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的化工產(chǎn)品。這同科學(xué)實(shí)驗是不同的，在科學(xué)實(shí)驗中，為了探索某個(gè)重要的原理或實(shí)現某個(gè)重要反應，有時(shí)可以不惜花費大量的時(shí)間和資金。下面，我們就以硫酸工業(yè)為例討論在化工生產(chǎn)中的綜合經(jīng)濟效益問(wèn)題。

　�。郯鍟�(shū)］第二節  關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的討論

　�。壑v解］根據綠色化學(xué)和可持續發(fā)展的要求，一個(gè)現代化的化工企業(yè)，應該朝著(zhù)無(wú)廢物排出的“封閉式生產(chǎn)”的方向努力。那么工業(yè)生產(chǎn)上如何實(shí)現上述要求呢？這是工業(yè)生產(chǎn)需要考慮的第一個(gè)問(wèn)題。

　�。郯鍟�(shū)］一、環(huán)境保護與綜合利用原料

　�。壑v解］在化工生產(chǎn)中某一生產(chǎn)部門(mén)產(chǎn)生的三廢，即廢氣、廢液、廢渣，往往可能是其他生產(chǎn)部門(mén)有用的原料。

　�。厶釂�(wèn)］硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生哪些廢物？這些廢物又如何處理呢？

　�。蹖W(xué)生回答］

　�。劢處熜〗Y］硫酸生產(chǎn)的第三階段，即三氧化硫的吸收階段從吸收塔中排出含少量二氧化硫的廢氣。黃鐵礦礦粉在沸騰爐中燃燒后產(chǎn)生大量廢渣。爐氣的凈化、干燥過(guò)程中產(chǎn)生廢液。

　�。壑v解］這些廢物若隨意排放，不僅會(huì )造成嚴重的環(huán)境污染，影響人民身體健康，破壞生態(tài)平衡，不符合綠色化學(xué)和可持續發(fā)展的要求，而且還會(huì )造成某些原料的浪費，不利于降低生產(chǎn)成本，也不利于節約資源的要求。因此，在建設硫酸生產(chǎn)車(chē)間時(shí)，必須同步建設處理“三廢”的設施，盡可能地將三廢變成有用的副產(chǎn)品，實(shí)行綜合利用。同時(shí)使“三廢”的排放符合國家標準。

　�。垡龑В菸覀兪紫葋�(lái)看一下硫酸生產(chǎn)中“廢氣”的處理。

　�。弁队埃萘蛩嵘�產(chǎn)中尾氣的處理

　�。壑v解］硫酸生產(chǎn)中尾氣的處理有多種方法，具體采用哪種處理方法，取決于副產(chǎn)品的市場(chǎng)需求、成本核算等實(shí)際情況。

　�。圻^(guò)渡］請同學(xué)們完成上述化學(xué)方程式。

　�。劢處熝惨暎�

　�。蹖W(xué)生口述化學(xué)反應，教師板書(shū)］

　�。郯鍟�(shū)］1.廢氣處理

　�、侔彼�吸收，再用硫酸處理

　　SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3

　　(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O

　�、谟肗a2SO3溶液吸收，然后加熱吸收液

　　SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3

　　?2NaHSO3????Na2SO3＋SO2↑＋H2O

　�、塾肗aOH溶液吸收，再用石灰乳和O2處理

　　SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O

　　Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋2NaOH

　　2CaSO3＋O2===2CaSO4

　�。壑v解］沸騰爐中產(chǎn)生的廢渣一般可作為制造水泥的輔料或用于制磚。若礦渣中含鐵品位高，經(jīng)處理后作為鐵礦煉鐵，則可獲得更大的經(jīng)濟效益。

　�。郯鍟�(shū)］

　�。壑v解］生產(chǎn)中產(chǎn)生的含有硫酸的廢液，經(jīng)處理后可作為劣質(zhì)硫酸出售，也可用石灰乳中和制得副產(chǎn)品石膏。

　�。郯鍟�(shū)］

　　Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

　�。坜D引］許多化學(xué)反應是放熱反應，化工生產(chǎn)中若能充分利用反應熱，這對降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。

　�。郯鍟�(shū)］二、能量的充分利用

　�。圻^(guò)渡］硫酸工業(yè)生產(chǎn)中如何充分利用能量呢？

　�。蹘煟菹旅媸橇蛩嵘�產(chǎn)過(guò)程中所涉及的三步反應的熱化學(xué)方程式。

　�。弁队埃�

　　1.S(s)＋O2(g)===SO2(g);ΔH=－297 kJ/mol

　　FeS2(s)＋11

　　4高溫O2(g) ?????1

　　2Fe2O3(s)＋2SO2(g);ΔH=－

　　853 kJ/mol

　　3.SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3 kJ/mol

　�。蹘煟莺苊黠@，上述反應均為典型的放熱反應，假如我們能把這些熱量充分利用，有什么重要的意義呢？

　　請大家看以下投影資料。

　�。弁队安⒅v解］硫酸生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量的能量。例如，開(kāi)動(dòng)機器設備(礦石粉碎機、運輸裝置、鼓風(fēng)機、泵等)需要電能，維持接觸氧化適宜的溫度(400℃～500℃)需要熱能。由于硫酸生產(chǎn)過(guò)程中三個(gè)化學(xué)反應都是放熱反應，可以充分利用這些反應放出的熱能以降低生產(chǎn)成本。例如，在沸騰爐旁設置“廢熱”鍋爐，產(chǎn)生蒸氣來(lái)發(fā)電；在接觸室中設熱交換裝置，利用SO2氧化為SO3時(shí)放出的熱來(lái)預熱即將參加反應的SO2和O2，使其達到適宜的反應溫度。據測算，生產(chǎn)1 t硫酸約需消耗100 kW·h的電能，而相應量反應物在生產(chǎn)過(guò)程中放出的反應熱相當于200 kW·h的電能。

　�。壑v解］以上資料顯示：硫酸生產(chǎn)中如能充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向硫酸廠(chǎng)供應能量，而且還可以由硫酸廠(chǎng)向外界輸送大量的能量。

　�。郯鍟�(shū)］若充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向工廠(chǎng)供能，而且還可以由工廠(chǎng)向外界供能。

　�。圻^(guò)渡］以上我們實(shí)際上是從物質(zhì)和能量的充分利用討論了工業(yè)生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益問(wèn)題。下面我們討論硫酸生產(chǎn)規模和廠(chǎng)址的選擇問(wèn)題。

　�。郯鍟�(shū)］三、生產(chǎn)規模和廠(chǎng)址選擇

　�。壑v解］現代化工生產(chǎn)一般要求有較大的規模。因為大型化生產(chǎn)可以降低單位產(chǎn)量投資，便于熱能的綜合利用和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因而總的經(jīng)濟效益較大。

　�。弁队埃輷�報道，國外一套年產(chǎn)40萬(wàn)噸的硫磺制硫酸裝置比年產(chǎn)20萬(wàn)噸的裝置成本降低14%；我國一套年產(chǎn)10萬(wàn)噸的黃鐵礦制酸裝置比年產(chǎn)3萬(wàn)噸的裝置成本降低23%。

　�。坌〗Y］考慮我國的實(shí)際情況，有關(guān)部門(mén)主張，在一般情況下，應發(fā)展年產(chǎn)4萬(wàn)噸以上的制硫酸裝置。

　�。郯鍟�(shū)］1.生產(chǎn)規�！�—年產(chǎn)4萬(wàn)噸以上。

　�。圻^(guò)渡］化工廠(chǎng)廠(chǎng)址選擇是一個(gè)復雜的問(wèn)題，它涉及原料、水源、能源、土地供應、市場(chǎng)需求、交通運輸和環(huán)境保護等諸多因素。

　�。弁队埃萦绊懟�工廠(chǎng)選址的部分因素：

　�。圻^(guò)渡］為什么要考慮上述那么多的因素呢？請大家以硫酸廠(chǎng)廠(chǎng)址選擇為例予以說(shuō)明。 ［提示大家閱讀課本最后兩個(gè)自然段進(jìn)行回答］

　�。蹖W(xué)生閱讀完有關(guān)內容后回答］硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化工產(chǎn)品那樣可以較多地貯存，需要隨產(chǎn)隨銷(xiāo)。硫酸的運輸費用比較高。據估算1 t H2SO4的運價(jià)約為同質(zhì)量黃鐵礦礦石的三倍。這樣就決定了硫酸廠(chǎng)靠近消費中心比靠近原料產(chǎn)地更為有利。因此，考慮到綜合經(jīng)濟效益，硫酸廠(chǎng)廠(chǎng)址離硫酸消費中心不能太遠。在決定建廠(chǎng)規模時(shí)，可以考慮在消費中心建廠(chǎng)規模大些，在邊遠或硫酸用量不多的地區，建廠(chǎng)規模小些。

　　環(huán)保問(wèn)題是硫酸廠(chǎng)選址的另一個(gè)重要因素。硫酸廠(chǎng)對環(huán)境的污染是比較嚴重的。限于當前的技術(shù)水平，即使十分注意“三廢”處理，也難以達到較高的環(huán)保要求。因此，硫酸廠(chǎng)不應建在人口稠密的居民區和環(huán)保要求高的地區。

　�。劢處熆偨Y板書(shū)］2.廠(chǎng)址選擇——原料、水源、能源、交通、土地供應、市場(chǎng)需求等。 ［過(guò)渡］運用我們剛才學(xué)過(guò)的知識討論兩個(gè)問(wèn)題。

　�。弁队埃�

　　1.在以下條件下，你認為A城市該不該建硫酸廠(chǎng)？

　　(1)A城市郊區有豐富的黃鐵礦資源，水源、能源充足，交通方便。

　　(2)A城市需使用硫酸的工業(yè)不多，而離它遠的B城市卻是一個(gè)消耗硫酸甚多的工業(yè)城市。

　　(3)A城市是一個(gè)風(fēng)光秀麗的旅游城市，對環(huán)境保護的要求甚高，而且土地價(jià)格較貴，土地供應緊張。

　�。蹖W(xué)生討論回答］

　�。壑v解］我們對三個(gè)條件要全面分析：第一個(gè)條件有利于在A(yíng)城市建硫酸廠(chǎng)；第二個(gè)條件從市場(chǎng)需求和運輸成本考慮，在A(yíng)城市建廠(chǎng)不如在B城市建廠(chǎng)；第三個(gè)條件從根本上否定了在A(yíng)城市建廠(chǎng)的設想。因為一個(gè)風(fēng)光秀麗的旅游城市，對環(huán)保的要求一定很高。而且該地的土地價(jià)格也較貴。如果在該地建污染比較嚴重的硫酸廠(chǎng)，必然破壞旅游資源，得不償失。所以應該在B城市建硫酸廠(chǎng)，再運輸少量硫酸到A城市供應生產(chǎn)的需要，這樣的資源配置比較合理。

　�。弁队埃�

　　2.有人建議在C地建一個(gè)大型磷肥廠(chǎng)，并配套建一個(gè)大型硫酸廠(chǎng)。分析以下情況，判斷此建議是否合理。

　　(1)C地是重要的農業(yè)區，需消耗大量的肥料。

　　(2)C地有豐富的磷灰石礦藏，水源、能源充足，土地價(jià)格較低，土地供應充足，交通

　　方便。

　　(3)磷肥是由磷灰石［有效成分是Ca3(PO4)2］與H2SO4作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。

　　(4)C地無(wú)磷肥廠(chǎng)和硫酸廠(chǎng)，在相鄰的D地有豐富的黃鐵礦資源。

　�。蹖W(xué)生討論回答］

　�。壑v解］題設有四個(gè)條件。第一個(gè)條件說(shuō)明C地對于肥料有很大的市場(chǎng)需求。第二個(gè)條件指出C地有豐富的磷礦資源，而且其他條件也很優(yōu)越，適于建大型磷肥廠(chǎng)。第三個(gè)條件指出制造磷肥需消耗大量硫酸，暗示建磷肥廠(chǎng)必須配套建硫酸廠(chǎng)。第四個(gè)條件指出該地無(wú)硫酸廠(chǎng)，而鄰近的D地有豐富的黃鐵礦資源，通過(guò)運輸黃鐵礦的方式在C地建硫酸廠(chǎng)是可行的。所以在C地建一個(gè)大型磷肥廠(chǎng)，并配套建一個(gè)大型硫酸廠(chǎng)的建議是正確的。

　�。鄄贾米鳂I(yè)］習題一、2、3  二、1

　　●板書(shū)設計

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