化學硫酸工業綜合經濟效益的討論教案

●教學目標

1.使學生常識性地瞭解化學科學實驗與化工生產的區別。

2.使學生對於如何提高化工生產的綜合經濟效益有一個常識性的認識。

3.通過課堂討論培養學生分析問題和解決問題的能力。

●教學重點

以硫酸工業為例對化工生產中如何提高經濟效益的討論。

●教學難點

關於選擇硫酸廠廠址的課堂討論。

●教學方法

討論、自學、講解等。

●課時安排

共一課時

教具準備

投影儀、膠片

●教學過程

［引言］前一節我們學習了硫酸生產的原料、流程和典型設備，並着重討論了二氧化硫接觸氧化反應的最佳工藝條件。確切地説，這僅僅是模擬化工生產。要想真正將化學實驗結果應用到實際生產，必須在遵循科學原理的基礎上着重考慮綜合效益，即要求最大限度地提高勞動生產率、降低成本、保護生態環境，為國民經濟部門提供質優價廉的化工產品。這同科學實驗是不同的，在科學實驗中，為了探索某個重要的原理或實現某個重要反應，有時可以不惜花費大量的時間和資金。下面，我們就以硫酸工業為例討論在化工生產中的綜合經濟效益問題。

［板書］第二節 關於硫酸工業綜合經濟效益的討論

［講解］根據綠色化學和可持續發展的要求，一個現代化的化工企業，應該朝着無廢物排出的“封閉式生產”的方向努力。那麼工業生產上如何實現上述要求呢？這是工業生產需要考慮的第一個問題。

［板書］一、環境保護與綜合利用原料

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

［提問］硫酸工業生產中產生哪些廢物？這些廢物又如何處理呢？

［學生回答］

［教師小結］硫酸生產的第三階段，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後產生大量廢渣。爐氣的淨化、乾燥過程中產生廢液。

［講解］這些廢物若隨意排放，不僅會造成嚴重的環境污染，影響人民身體健康，破壞生態平衡，不符合綠色化學和可持續發展的要求，而且還會造成某些原料的浪費，不利於降低生產成本，也不利於節約資源的要求。因此，在建設硫酸生產車間時，必須同步建設處理“三廢”的設施，儘可能地將三廢變成有用的副產品，實行綜合利用。同時使“三廢”的排放符合國家標準。

［引導］我們首先來看一下硫酸生產中“廢氣”的處理。

［投影］硫酸生產中尾氣的處理

［講解］硫酸生產中尾氣的處理有多種方法，具體採用哪種處理方法，取決於副產品的市場需求、成本核算等實際情況。

［過渡］請同學們完成上述化學方程式。

［教師巡視］

［學生口述化學反應，教師板書］

［板書］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，然後加熱吸收液

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］沸騰爐中產生的廢渣一般可作為製造水泥的輔料或用於制磚。若礦渣中含鐵品位高，經處理後作為鐵礦鍊鐵，則可獲得更大的經濟效益。

［板書］

［講解］生產中產生的含有硫酸的廢液，經處理後可作為劣質硫酸出售，也可用石灰乳中和製得副產品石膏。

［板書］

Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

［轉引］許多化學反應是放熱反應，化工生產中若能充分利用反應熱，這對降低生產成本具有重要的意義。

［板書］二、能量的充分利用

［過渡］硫酸工業生產中如何充分利用能量呢？

［師］下面是硫酸生產過程中所涉及的三步反應的熱化學方程式。

［投影］

1.S(s)＋O2(g)===SO2(g);ΔH=－297 kJ/mol

FeS2(s)＋11

4高温O2(g) ?????1

2Fe2O3(s)＋2SO2(g);ΔH=－

853 kJ/mol

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

［師］很明顯，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，有什麼重要的意義呢？

請大家看以下投影資料。

［投影並講解］硫酸生產過程中要消耗大量的能量。例如，開動機器設備(礦石粉碎機、運輸裝置、鼓風機、泵等)需要電能，維持接觸氧化適宜的温度(400℃～500℃)需要熱能。由於硫酸生產過程中三個化學反應都是放熱反應，可以充分利用這些反應放出的熱能以降低生產成本。例如，在沸騰爐旁設置“廢熱”鍋爐，產生蒸氣來發電；在接觸室中設熱交換裝置，利用SO2氧化為SO3時放出的熱來預熱即將參加反應的SO2和O2，使其達到適宜的反應温度。據測算，生產1 t硫酸約需消耗100 kW·h的電能，而相應量反應物在生產過程中放出的反應熱相當於200 kW·h的電能。

［講解］以上資料顯示：硫酸生產中如能充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向硫酸廠供應能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸送大量的能量。

［板書］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。

［過渡］以上我們實際上是從物質和能量的充分利用討論了工業生產的綜合經濟效益問題。下面我們討論硫酸生產規模和廠址的選擇問題。

［板書］三、生產規模和廠址選擇

［講解］現代化工生產一般要求有較大的規模。因為大型化生產可以降低單位產量投資，便於熱能的綜合利用和提高勞動生產率，因而總的經濟效益較大。

［投影］據報道，國外一套年產40萬噸的硫磺制硫酸裝置比年產20萬噸的裝置成本降低14%；我國一套年產10萬噸的黃鐵礦制酸裝置比年產3萬噸的裝置成本降低23%。

［小結］考慮我國的實際情況，有關部門主張，在一般情況下，應發展年產4萬噸以上的制硫酸裝置。

［板書］1.生產規模——年產4萬噸以上。

［過渡］化工廠廠址選擇是一個複雜的問題，它涉及原料、水源、能源、土地供應、市場需求、交通運輸和環境保護等諸多因素。

［投影］影響化工廠選址的部分因素：

［過渡］為什麼要考慮上述那麼多的因素呢？請大家以硫酸廠廠址選擇為例予以説明。 ［提示大家閲讀課本最後兩個自然段進行回答］

［學生閲讀完有關內容後回答］硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化工產品那樣可以較多地貯存，需要隨產隨銷。硫酸的運輸費用比較高。據估算1 t H2SO4的運價約為同質量黃鐵礦礦石的三倍。這樣就決定了硫酸廠靠近消費中心比靠近原料產地更為有利。因此，考慮到綜合經濟效益，硫酸廠廠址離硫酸消費中心不能太遠。在決定建廠規模時，可以考慮在消費中心建廠規模大些，在邊遠或硫酸用量不多的地區，建廠規模小些。

環保問題是硫酸廠選址的另一個重要因素。硫酸廠對環境的污染是比較嚴重的。限於當前的技術水平，即使十分注意“三廢”處理，也難以達到較高的.環保要求。因此，硫酸廠不應建在人口稠密的居民區和環保要求高的地區。

［教師總結板書］2.廠址選擇——原料、水源、能源、交通、土地供應、市場需求等。 ［過渡］運用我們剛才學過的知識討論兩個問題。

［投影］

1.在以下條件下，你認為A城市該不該建硫酸廠？

(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不多，而離它遠的B城市卻是一個消耗硫酸甚多的工業城市。

(3)A城市是一個風光秀麗的旅遊城市，對環境保護的要求甚高，而且土地價格較貴，土地供應緊張。

［學生討論回答］

［講解］我們對三個條件要全面分析：第一個條件有利於在A城市建硫酸廠；第二個條件從市場需求和運輸成本考慮，在A城市建廠不如在B城市建廠；第三個條件從根本上否定了在A城市建廠的設想。因為一個風光秀麗的旅遊城市，對環保的要求一定很高。而且該地的土地價格也較貴。如果在該地建污染比較嚴重的硫酸廠，必然破壞旅遊資源，得不償失。所以應該在B城市建硫酸廠，再運輸少量硫酸到A城市供應生產的需要，這樣的資源配置比較合理。

［投影］

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

(1)C地是重要的農業區，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作用製得的，製造磷肥需消耗大量的硫酸。

(4)C地無磷肥廠和硫酸廠，在相鄰的D地有豐富的黃鐵礦資源。

［學生討論回答］

［講解］題設有四個條件。第一個條件説明C地對於肥料有很大的市場需求。第二個條件指出C地有豐富的磷礦資源，而且其他條件也很優越，適於建大型磷肥廠。第三個條件指出製造磷肥需消耗大量硫酸，暗示建磷肥廠必須配套建硫酸廠。第四個條件指出該地無硫酸廠，而鄰近的D地有豐富的黃鐵礦資源，通過運輸黃鐵礦的方式在C地建硫酸廠是可行的。所以在C地建一個大型磷肥廠，並配套建一個大型硫酸廠的建議是正確的。

［佈置作業］習題一、2、3 二、1

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