化學(xué)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論教案

　　●教學(xué)目標(biāo)

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

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

　　3.通過課堂討論培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

　　●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(jì)效益的討論。

　　●教學(xué)難點(diǎn)

　　關(guān)于選擇硫酸廠廠址的課堂討論。

　　●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(zhǔn)備

　　投影儀、膠片

　　●教學(xué)過程

　�。垡�言］前一節(jié)我們學(xué)習(xí)了硫酸生產(chǎn)的原料、流程和典型設(shè)備，并著重討論了二氧化硫接觸氧化反應(yīng)的最佳工藝條件。確切地說，這僅僅是模擬化工生產(chǎn)。要想真正將化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，必須在遵循科學(xué)原理的基礎(chǔ)上著重考慮綜合效益，即要求最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為國民經(jīng)濟(jì)部門提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的化工產(chǎn)品。這同科學(xué)實(shí)驗(yàn)是不同的，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了探索某個(gè)重要的原理或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)重要反應(yīng)，有時(shí)可以不惜花費(fèi)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(jì)效益問題。

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

　�。壑v解］根據(jù)綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的要求，一個(gè)現(xiàn)代化的化工企業(yè)，應(yīng)該朝著無廢物排出的“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(xiàn)上述要求呢？這是工業(yè)生產(chǎn)需要考慮的第一個(gè)問題。

　�。郯鍟�］一、環(huán)境保護(hù)與綜合利用原料

　　［講解］在化工生產(chǎn)中某一生產(chǎn)部門產(chǎn)生的三廢，即廢氣、廢液、廢渣，往往可能是其他生產(chǎn)部門有用的原料。

　　［提問］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？

　　［學(xué)生回答］

　�。劢處熜〗Y(jié)］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、干燥過程中產(chǎn)生廢液。

　　［講解］這些廢物若隨意排放，不僅會(huì)造成嚴(yán)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(xù)發(fā)展的要求，而且還會(huì)造成某些原料的浪費(fèi)，不利于降低生產(chǎn)成本，也不利于節(jié)約資源的要求。因此，在建設(shè)硫酸生產(chǎn)車間時(shí)，必須同步建設(shè)處理“三廢”的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。

　�。垡龑�(dǎo)］我們首先來看一下硫酸生產(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)品的市場需求、成本核算等實(shí)際情況。

　　［過渡］請同學(xué)們完成上述化學(xué)方程式。

　�。劢處熝惨暎�

　　［學(xué)生口述化學(xué)反應(yīng)，教師板書］

　�。郯鍟�］1.廢氣處理

　　①氨水吸收，再用硫酸處理

　　SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3

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

　　②用Na2SO3溶液吸收，然后加熱吸收液

　　SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3

　　?2NaHSO3????Na2SO3＋SO2↑＋H2O

　　③用NaOH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

　　［講解］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(jì)效益。

　�。郯鍟�］

　�。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�］

　　Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

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

　�。郯鍟�］二、能量的充分利用

　�。圻^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)過程中所涉及的三步反應(yīng)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(yīng)均為典型的放熱反應(yīng)，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)過程中要消耗大量的能量。例如，開動(dòng)機(jī)器設(shè)備(礦石粉碎機(jī)、運(yùn)輸裝置、鼓風(fēng)機(jī)、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)過程中三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能以降低生產(chǎn)成本。例如，在沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐，產(chǎn)生蒸氣來發(fā)電；在接觸室中設(shè)熱交換裝置，利用SO2氧化為SO3時(shí)放出的熱來預(yù)熱即將參加反應(yīng)的SO2和O2，使其達(dá)到適宜的反應(yīng)溫度。據(jù)測算，生產(chǎn)1 t硫酸約需消耗100 kW·h的電能，而相應(yīng)量反應(yīng)物在生產(chǎn)過程中放出的反應(yīng)熱相當(dāng)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供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸送大量的能量。

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

　�。圻^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(jì)效益問題。下面我們討論硫酸生產(chǎn)規(guī)模和廠址的選擇問題。

　　［板書］三、生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇

　�。壑v解］現(xiàn)代化工生產(chǎn)一般要求有較大的規(guī)模。因?yàn)榇笮突�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(jì)效益較大。

　�。弁队埃輷�(jù)報(bào)道，國外一套年產(chǎn)40萬噸的硫磺制硫酸裝置比年產(chǎn)20萬噸的裝置成本降低14%；我國一套年產(chǎn)10萬噸的黃鐵礦制酸裝置比年產(chǎn)3萬噸的裝置成本降低23%。

　�。坌〗Y(jié)］考慮我國的實(shí)際情況，有關(guān)部門主張，在一般情況下，應(yīng)發(fā)展年產(chǎn)4萬噸以上的制硫酸裝置。

　�。郯鍟�］1.生產(chǎn)規(guī)模——年產(chǎn)4萬噸以上。

　�。圻^渡］化工廠廠址選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題，它涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素。

　�。弁队埃萦绊懟�工廠選址的部分因素：

　�。圻^渡］為什么要考慮上述那么多的因素呢？請大家以硫酸廠廠址選擇為例予以說明。 ［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(nèi)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。硫酸的運(yùn)輸費(fèi)用比較高。據(jù)估算1 t H2SO4的運(yùn)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靠近消費(fèi)中心比靠近原料產(chǎn)地更為有利。因此，考慮到綜合經(jīng)濟(jì)效益，硫酸廠廠址離硫酸消費(fèi)中心不能太遠(yuǎn)。在決定建廠規(guī)模時(shí)，可以考慮在消費(fèi)中心建廠規(guī)模大些，在邊遠(yuǎn)或硫酸用量不多的地區(qū)，建廠規(guī)模小些。

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

　�。劢處熆偨Y(jié)板書］2.廠址選擇——原料、水源、能源、交通、土地供應(yīng)、市場需求等。 ［過渡］運(yùn)用我們剛才學(xué)過的知識討論兩個(gè)問題。

　�。弁队埃�

　　1.在以下條件下，你認(rèn)為A城市該不該建硫酸廠？

　　(1)A城市郊區(qū)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(yuǎn)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(hù)的要求甚高，而且土地價(jià)格較貴，土地供應(yīng)緊張。

　　［學(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城市建硫酸廠；第二個(gè)條件從市場需求和運(yùn)輸成本考慮，在A城市建廠不如在B城市建廠；第三個(gè)條件從根本上否定了在A城市建廠的設(shè)想。因?yàn)橐粋�(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(yán)重的硫酸廠，必然破壞旅游資源，得不償失。所以應(yīng)該在B城市建硫酸廠，再運(yùn)輸少量硫酸到A城市供應(yīng)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，并配套建一個(gè)大型硫酸廠。分析以下情況，判斷此建議是否合理。

　　(1)C地是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，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(yīng)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?zé)o磷肥廠和硫酸廠，在相鄰的D地有豐富的黃鐵礦資源。

　�。蹖W(xué)生討論回答］

　　［講解］題設(shè)有四個(gè)條件。第一個(gè)條件說明C地對于肥料有很大的市場需求。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。第三個(gè)條件指出制造磷肥需消耗大量硫酸，暗示建磷肥廠必須配套建硫酸廠。第四個(gè)條件指出該地?zé)o硫酸廠，而鄰近的D地有豐富的黃鐵礦資源，通過運(yùn)輸黃鐵礦的方式在C地建硫酸廠是可行的。所以在C地建一個(gè)大型磷肥廠，并配套建一個(gè)大型硫酸廠的建議是正確的。

　�。鄄贾米鳂I(yè)］習(xí)題一、2、3  二、1

　　●板書設(shè)計(jì)

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