1 відбувається спалювання піриту. При роботі водоструминного насоса чи аспіратора відбувається рух речовин по приладі. Утворений у трубці 1


Скачати 135.52 Kb.
Назва1 відбувається спалювання піриту. При роботі водоструминного насоса чи аспіратора відбувається рух речовин по приладі. Утворений у трубці 1
Дата18.12.2013
Розмір135.52 Kb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Економіка > Документи
Діюча модель заводу з виробництва сульфатної кислоти.
Під час вивчення виробництв на уроках хімії провідне місце належить хімічному експерименту, який за допомогою діючих моделей розкриває хімізм процесів.

Розроблена діюча модель добування сульфатної кислоти (мал. 1.), яка здійснює всі основні стадії виробництва сульфатної кислоти контактним способом, починаючи від випалювання піриту і до поглинання SO3.

Принцип дії моделі (мал.1). У трубці 1 відбувається спалювання піриту. При роботі водоструминного насоса чи аспіратора відбувається рух речовин по приладі. Утворений у трубці 1 SO2 проходить крізь фільтр 3, де очищується від твердих домішок. Далі суміш повітря та SO2 проходить крізь пастку В де додатково осідають домішки (кращий ефект досягається при охолодженні пробірки). Очищена суміш SO2 та повітря пропускається крізь промивалку Г, заповнену концентрованою сульфатною кислотою для осушування. Осушена суміш газів проходить крізь теплообмінник 19 та поступає в контактний апарат 6. Після взаємодії сульфур (IV) оксиду з киснем утворена суміш SO2, повітря та SO3 проходить знову крізь теплообмінник 19, холодильник 21 та попадає в абсорбер 8, де поглинається кислотою.

Виготовлення моделі.

Спочатку виготовляють окремі вузли установки:

  1. "піч" для спалювання колчедану (1)

Для цього використовують трубку із тугоплавкого скла (кварцове скло чи пірекс) внутрішнім діаметром 1,5–2 см. У трубку кладуть подрібнений пірит. Часточки піриту повинні бути розміру горошини. Не варто брати пірит великими шматками чи розтертий в пил, тому що випалювання йтиме повільно.

  1. Фільтр (3)

Шматочок азбестової вати чи скручений азбестовий шнур поміщають в центр трубки. Вата чи шнур не повинні бути сильно спресовані. Вони мають пропускати газ (перевіряють це вдуваючи у трубку повітря ротом).

  1. "пастка" (В) та промивна склянка (Г)

Крізь корок пропускають скляну трубку так, щоб вона трішки не доходила до дна пробірки. Використовують пробірку з відводом. У промивну склянку наливають концентровану сульфатну кислоту.

  1. Теплообмінник (19)

Вирізають 6 трубок діаметром 4-5 мм. Трішки коротші (на 4 см) від лампового скла. Із гуми вирізають верхній диск (мал.2а) діаметром, який відповідає діаметру трубки лампового скла. У ньому роблять 7 отворів. З гуми вирізають ще два диски: середній та нижній (мал.2б,в) і роблять у них отвори. Діаметри дисків б) та в) мають відповідати внутрішньому діаметру основи лампового скла. У диски а) та б) (мал.2) вставляють трубки, одержану




конструкцію поміщають у лампове скло. Верхній та нижній отвори, закривають, відповідно, корком та диском в) (мал. 2).

При недостатній герметизації, під час збирання моделі можна використати кислототривку замазку.

  1. Каталізатор (5)

Як каталізатор можна використовувати V2O5, Fe2O3 або Cr2O3.

Ванадієвий каталізатор. Приготувати при 70°С розчин амоній ванадату NH4VO3, для чого розчинити 6,3г солі у 100мл води. В одержаний розчин опускають азбестову вату, яку після цього віджимають, висушують і прожарюють в полум’ї. NH4VO3 розкладається і азбест покривається тонким шаром V2O5.

Залізний каталізатор 1. Азбестову вату просочити розчином FeCl3, облити розчином аміаку висушити і прожарити.

Залізний каталізатор 2. Ретельно перемішують (довго струшуючи у банці) азбестову вату з порошком Fe2O3 (або Cr2O3).

Хромовий каталізатор. Азбестову вату просочують концентрованим розчином амоній дихромату, висушують і прожарюють.

Перед використанням каталізатор добре прожарюють (в залізному тиглі або у полум’ї).

  1. "Контактний апарат" (6)

Каталізатор поміщають в трубку 6 (мал. 1) шаром 7-10 см. Завантажувати в трубку каталізатор слід скляною паличкою, проштовхуючи маленькі шматочки. Після заповнення перевірити чи достатньо добре трубка пропускає газ. Для цього втягують повітря через трубку ротом (Не дути!). Повітря повинно проходити легко.

  1. Вбирна башта (абсорбер) (8)

Абсорбційну колонку заповнюють битим склом, зверху закривають пробкою з отвором і приєднують лійку.

  1. Аспіратор

Аспіратор складають відповідно до мал. 1, використовуючи бутель об’ємом не менше 5л. Після складання аспіратора його заповнюють водою. Далі знімають затискач 15, ротом засмоктують воду у трубку і встановлюють затискач. Край трубки опускають у злив. Коротшу трубку приєднують до установки.

При демонструванні досліду аспіратор чи водоструминний насос розміщують у витяжній шафі! (Виділення SO3 та туману H2SO4!)

Складання приладу.

  1. По закріплювати виготовлені частини приладу на штативах.

  2. Повигинати скляні трубки для з’єднань.

  3. Загерметизувати прилад.

Якщо прилад не герметичний (перевіряють запустивши водоструминний насос чи аспіратор), то с лід скористатись для ущільнення його кислототривкою замазкою. Кислототривку замазку виготовляють за таким складом (у вагових частках):

BaSO4

1 в.ч.

азбестове борошно

2 в.ч.

рідке скло (силікатний клей)

2 в.ч.

Складники перемішують і замазку швидко використовують.
Дану модель можна використовувати при вивченні таких тем: "Виробництво сульфатної кислоти" у 10-му класі; "Значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми", "Значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми", "Хімія та екологія" в 11-му класі.

Як приклад використання даної моделі пропонується розробка уроку хімії для 11 класу на тему: "Значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми".

Урок-рольова гра на тему:

"Значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми"

Мета:

навчальна: Дати поняття “сировина”. Ознайомити учнів із класифікацією сировини. З’ясувати в чому полягає суть сировинної проблеми, причини виникнення та шляхи її подолання.

розвиваюча: Розвинути вміння логічно мислити, самостійно висловлювати свою думку. Поглибити пізнання та розуміння промислових хімічних процесів.

виховна: Виховати бережливе ставлення. До навчального обладнання.
Обладнання та матеріали: діюча модель добування сульфатної кислоти, конічна корба (250 мл), корок, ложечка для спалювання речовин, скляні трубки.

Основні поняття: сировина, сировинна проблема.

Підготовка до уроку


Перед уроком слід підготувати діючу модель до роботи:

  • прожарити каталізатор;

  • завантажити в установку необхідні речовини;

  • перевірити модель на герметичність.


Хід уроку



I. Організаційний момент.

Повідомлення теми, мети і завдань уроку.

– Сьогодні у нас нетрадиційний урок – урок-рольова гра на тему "Значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми". Під час гри ви повинні розглянути класифікацію сировини та з’ясувати суть сировинної проблеми, шляхи її вирішення. На уроці ми здійснимо “екскурсію” на завод з виробництва сульфатної кислоти.

Із класу вибираємо 8 учнів на ролі: директора, історика, головного інженера, трьох апаратників, інженера-механіка, техніка-механіка.

Решта учнів класу поділяється на п’ять груп (відділів заводу)

  • теоретичний відділ (керівник хімік-дослідник);

  • технологічний відділ (керівник – інженер-хімік-технолог);

  • економічний відділ (керівник – інженер-економіст);

  • відділ з техніки безпеки (керівник – інженер з техніки безпеки);

  • екологічний відділ (керівник – еколог).

Кожна група сама обирає керівника відділу.
II. Сприйняття й усвідомлення навчального матеріалу.
Головний інженер інструктує про роботу заводу.

– У нашій моделі окремі промислові агрегати представлені певними її частинами.

(Учень під час розповіді демонструє певні частини установки).

Піч для випалювання колчедану




трубка 1

Фільтри (циклон та електрофільтр)



трубка 3 та пробірка В

Сушильна башта



пробірка Г

Теплообмінник



модель теплообмінника 19

Контактний апарат



трубка 6

Поглинальна башта



адсорбційна колонка 8


Експеримент.

Три апаратники запускають установку (мал. 1) (під наглядом вчителя чи лаборанта!), у такій послідовності:

  1. Апаратник 1 запалює спиртівку Б. Пускає воду у холодильник.

  2. Апаратник 2 вмикає водоструминний насос або аспіратор.

  3. Апаратник 3 запалює спиртівку А. Прогріває трубку 1, спочатку по всій довжині, а потім у тому місці, де розташований пірит.

  4. Апаратник 2 відкриває кран Д.

Коли заповниться нижній простір у вбирній башті 8 установку зупиняють у такій послідовності:

  1. Апаратник 1 гасить спиртівку Б.

  2. Апаратник 2 закриває кран Д.

  3. Апаратник 3 гасить спиртівку А.

  4. Апаратник 2 вимикає водоструминний насос чи аспіратор.

  5. Апаратник 1 припиняє подачу води у холодильник.

  6. Вчитель відкриває кран Е і випускає “олеум” (кислоту) із башти.

Під час проведення експерименту слід строго дотримуватись правил техніки безпеки! При роботі з олеумом чи концентрованою сульфатною кислотою слід користуватись захисними окулярами та гумовими рукавичками!

Засідання керівництва заводу. (Інформаційні повідомлення учнів). На дошці список записаних до виступу:

  1. Директор заводу

  2. Історик

  3. Головний інженер

а) Виступ директора заводу на тему: “Суть сировинної проблеми”.*

Усім відомо, що будь-яке хімічне виробництво потребує сировини. Сировиною для нашого заводу з виробництва сульфатної кислоти є мінерал пірит. Дана сировина є вичерпною. Отже внаслідок інтенсивного використання запасів піриту в нашому регіоні виникла сировинна проблема.

Сульфатна кислота – це “кров хімічної промисловості”. ЇЇ використовують майже усі галузі виробництва. Зважаючи на це не можна допускати, щоб сировинна проблема стала на заваді такого стратегічно-важливого для економіки та промисловості виробництва.

У зв’язку з цим доводжу до відома керівників відділів такі завдання:

  • запропонувати найдоцільніше вирішення даної проблеми;

  • змінити технологію виробництва із врахуванням запропонованого вирішення.


б) Виступ історика на тему “Історія розвитку виробництва сульфатної кислоти”.*

Вперше сульфатну кислоту було добуто сухою перегонкою мідного купоросу надалі її добували розкладом різних кристалогідратів сульфатів: залізного купоросу, гіпсу тощо.

Пізніше був запропонований камерний спосіб (інші назви: баштовий, нітрозний). Сировиною для нього могли бути горючі сульфуровмісні речовини (самородна сірка, сульфідні руди металів). Цей метод був удосконалений вкінці XVIII та в XIX століттях вченими Н.Клеманом, Ш.Б.Дезормом, Гей-Люссаком, Дж.Гловером, К.Вінклером, Е.-М.Пелінго та іншими. В даному способі, як сировину, можна було використовувати відходи виробництва соди, а саме кальцій сульфід. Даний метод мав деякі недоліки, зокрема:

  1. він потребував дуже дорогої на той час чилійської селітри;

  2. цим методом одержувався не більш як 56%-ний розчин сульфатної кислоти. Більш концентровану кислоту добували старим способом – перегонкою мідного купоросу.

В 1831 році Перегрін Філіпс відкрив, що сульфур діоксид може реагувати з киснем за наявності платини. В 1875 році Клеменс Вінклер вивчивши відкриту Філіпсом реакцію, дав матеріал для розробки нового методу синтезу сульфатної кислоти (метод Вінклера). В 90-і роки XIX століття Рудольф Кніч під керівництвом Генріха фон Брунка розробив рентабельний спосіб одержання сірчаної кислоти – контактний. Даний спосіб використовує ту ж сировину що й камерний. Всі три способи відрізняються технологічною схемою та конструкційним виконанням.

Наш завод використовує останнє надбання – контактний спосіб, що дає можливість (з точки зору історії розвитку виробництва) використовувати типову для нього сировину – сульфіди металів та сірку.
в) Виступ головного інженера на тему: “Виробництво сульфатної кислоти”.

Як уже говорилось в доповіді директора наш завод використовує, як основну сировину – пірит. Слід додати що сировиною є, також, повітря.

Основна схема хімічних перетворень:

FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4

Знання хімічних процесів, звичайно, не дає вирішення поставленої проблеми. Тому ставлю перед відділами такі завдання:

  • провести вибір шляхів вирішення сировинної проблеми;

  • провести вибір виду альтернативної сировини;

  • розробити необхідні технологічні зміни у виробництві;

  • розробити економічне обґрунтування запропонованих змін;

  • розробити та внести необхідні зміни до правил техніки безпеки праці на виробництві пов’язані із вирішенням сировинної проблеми;

  • розглянути екологічний аспект пропонованих змін.

Кожна група (відділ) отримує відповідне завдання у конверті і опрацьовуючи відповідний параграф підручника виконує завдання.

Завдання у конвертах:
Теоретичний відділ (“Провести вибір виду сировини”, “Провести вибір шляхів вирішення сировинної проблеми”).

  1. Опрацювати схему класифікації сировини //Учні описують демонстровану їм схему класифікації сировини (мал. 3)//.

  2. Шляхи вирішення сировинної проблеми. //Сировинна проблема полягає у нестачі певного виду сировини. Яка виникає через невідповідність між запасами і споживанням певних видів сировини.

Основні шляхи вирішення сировинної проблеми:

а) розвідування нових запасів альтернативної сировини, застосування нових сировинних матеріалів;

б) комплексне використання сировини;

в) розробка нових методів багаторазового використання різних видів сировини (рециркуляція, регенерація);

г) використання відходів, тобто вторинної сировини. //

  1. Вибір сировини для виробництва сульфатної кислоти.

// Виходячи із загальної схеми виробництва (FeS2 → SO2 → SO3 → → H2SO4) із всіх можливих видів сировини найбільш доцільно вибирати, ті




які якомога менше змінюють даний ланцюг перетворень. Можливими для використання видами сировини є: самородна сірка, сульфіди металів (Феруму, Купруму, Плюмбуму), поліметалічні сульфідні руди, сульфати кальцію, натрію та маґнію. Усі ці види сировини при спалюванні чи розкладанні утворюють SO2, тобто змінюється лише перша стадія перетворення.

Отже, щоб вирішити з якої сировини доцільніше в даних умовах виробляти сульфатну кислоту, необхідно знати, який вид сировини найбільш доступний та дешевий, порівняти технології виробництва сульфатної кислоти з різних видів сировини.//
Технологічний відділ (“Розробити необхідні технологічні зміни у виробництві”)

  1. Технологія існуючого сірчанокислого виробництва.

//Пірит подрібнюють і додають у піч для спалювання. В печі пірит спалюють використовуючи метод киплячого шару:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Одержаний пічний газ містить, як домішки, тверді частинки Fe2O3, FeS2 та інше. Тому його очищають спочатку в циклоні (від більших часточок), потім у електрофільтрі. Очищений газ осушують у сушильній башті з допомогою концентрованої сульфатної кислоти. Далі пічний газ пропускають крізь теплообмінник, де він нагрівається. Нагрітий газ пропускають крізь контактний апарат, де проходить окиснення SO2 в SO3:

2SO2 + O2 2SO3

Газ, що утворився попускають знову через теплообмінник, де він охолоджується. Охолоджений газ подають у поглинальну башту де SO3 вбирають концентрованою сульфатною кислотою:

SO3 + H2O = H2SO4

SO3 + H2SO4 = H2S2O7 та інше.

При цьому утворюється олеум (розчин SO3 в сульфатній кислоті)//.

Під час відповіді демонструється таблиця “Виробництво сульфатної кислоти”.

  1. Можливість переходу заводу на даний тип сировини.

//Виходячи із існуючої технологічної схеми виробництва, та прогнозуючи вплив зміни сировини на ланцюг хімічних перетворень, можна стверджувати, що при заміні на будь-який вид сировини потрібно буде лише замінити піч та додаткове устаткування до неї//.
Економічний відділ. (“Розробити економічне обґрунтування вибору сировини”).

  1. Рівень використання різних видів сировини.

//Найпоширенішою сировиною сірчанокислого виробництва є пірит, у місцях багатих на сірку – самородна сірка, далі – поліметалічні сульфідні руди інших металів (Цинку, Плюмбуму), далі – гіпс та ангідрит (CaSO4).

При переробці поліметалічних сульфідних руд, окрім сульфатної кислоти, на виробництві одержують оксиди багатьох металів//.

  1. Доцільність запропонованих змін у схемі виробництва.

//Із вище названих видів сировини найдоцільніше використовувати на нашому заводі самородну сірку. Саме вартість змін пов’язаних із зміною печі, встановленням подрібнювачів, та додаткових печей, повністю перекривається доступністю даної сировини в нашому регіоні, невисокими затратами на її видобування та транспортування.//
Відділ техніки безпеки (“Розробити необхідні зміни на виробництві спрямовані на створення безпеки праці”)

//Особливості техніки безпеки при зміні сировини із піриту на сірку полягатимуть у наступному:

  1. З’явиться необхідність роботи із печами для плавлення сірки та із розплавленою сіркою.

  2. З’явиться необхідність роботи із піччю для спалювання сірки, де згорятиме аерозоль розплавленої сірки, даючи при цьому температуру полум’я близько 1200˚С.

  3. З’явиться небезпека руйнування печі для спалювання сірки, при недотриманні необхідних швидкостей руху газів у ній.

Натомість відпадає ряд особливостей пов’язаних саме із випалюванням колчедану//.
Екологічний відділ (“Розкрити екологічний аспект пропонованих змін”)

//Після заміни сировини суттєво зменшиться кількість твердих відходів. Всі інші викиди (зокрема в атмосферу) практично не зміняться. Отже така заміна сировини знизить шкідливий вплив на навколишнє середовище//.

Відповіді на запитання (звіт) зачитує на клас керівник відповідного відділу. Кожен учень конспектує цей звіт у зошит.

Експеримент.

“Перевід моделі заводу на іншу сировину (сірку)”.

Інженер-механік складає піч для спалювання сірки (мал. 4).

Технік-механік проводить заміну печей (мал. 5).

Апаратники запускають установку (під наглядом вчителя чи лаборанта!), у такій послідовності (див. мал. 1 та мал. 5):

  1. Апаратник 1 запалює спиртівку Б. Пускає воду у холодильник.

  2. Апаратник 2 вмикає водоструминний насос або аспіратор.

  3. Апаратник 3 відкриває колбу І і запалює сірку прогріваючи її на спиртівці. Закриває колбу І.

  4. Апаратник 2 відкриває кран Д.

Коли заповниться нижній простір у вбирній башті 8 установку зупиняють у такій послідовності:

  1. Апаратник 1 гасить спиртівку Б.

  2. Апаратник 2 закриває кран Д.

  3. А
    паратник 3
    від’єднує колбу І від трубки 3 (мал. 1).

  4. Апаратник 2 вимикає водоструминний насос чи аспіратор.

  5. Апаратник 1 припиняє подачу води у холодильник.

  6. Вчитель відкриває кран Е і випускає “олеум” (кислоту) із башти.

Під час проведення експерименту слід строго дотримуватись правил техніки безпеки! При роботі з олеумом чи концентрованою сульфатною кислотою слід користуватись захисними окулярами та гумовими рукавичками!
ІІІ. Закріплення знань.
Проводиться опитування учнів:

  1. Що таке сировина?

  2. В чому полягає сировинна проблема?

  3. Що називають рециркуляцією?

  4. Запишіть схему перетворень, яка відповідає процесам промислового одержання сульфатної кислоти.

  5. Як класифікують сировину?

  6. Які шляхи виходу із сировинної проблеми?

  7. Чому виникає сировинна проблема?


IV. Домашнє завдання.
Опрацювати відповідний параграф підручника і виконати вправи після нього.
V. Підбиття підсумків уроку.

Література.

  1. Буринська Н.М., Величко Л.П. Викладання хімії у 10–11 класах загальноосвітніх навчальних закладів: Метод. Посібник для вчителів. – К.: Ірпінь: Перун, 2002.

  2. Кучеренко Н.І. Саморобні прилади для шкільного хімічного експерименту: Посібник для вчителів. – К.: Державне учбово-педагогічне видавництво "Радянська школа", 1957

  3. Верховский В.Н., Смирнов А.Д. Техника химического эксперимента. Пособие для учителей. Т-2. – М.: Просвещение, 1975

  4. Інтерактивне навчання на уроках хімії /Упоряд. Г.Мальченко, О.Каретникова. – К.: Ред., загальнопед. газ., 2004

  5. Химия: Справ. материалы. /Под. ред. Ю.Д.Третьякова. – М.: Просвещение, 1989


Волинська область

Іваничівський район

ЗОШ І-ІІІ ступеня

села Павлівка

вчитель хімії Сущик М.М.


* Учні готують всі повідомлення самостійно.




Схожі:

Інструкція щодо профілактики та боротьби з блутангом (катаральна лихоманка овець)
С. pulicaris, С. dewulfi. Після укусу комахою інфікованої тварини, вона переносить збудник до здорової. Пряме зараження між тваринами...
Тема: "Вступ"
Явище кругообігу речовин і енергії, що відбувається за участю живихорганізмів, вивчають на рівні: 
Молекулярно-генетичний і клітинний рівні організації життя
В м’язовій тканині відбувається інтенсивний аэробний процес накопичення енергії у вигляді макроергічних зв’язків АТФ. Цей процес...
Всього
Навчання відбувається у формі лекцій, практичних, семінарських занять, індивідуальних і групових консультацій, виконання студентами...
Місце асиміляційного потенціалу природного середовища в системі природно-ресурсного...
Завдяки фізико-хімічним і біологічним процесам, що відбувається в біосфері, більшості шкідливих забруднюючих речовин розпадаються...
Тема: Зв’язування сторінок за допомогою гіпертексту
Гіперпосилання являє собою виділений фрагмент тексту або зображення, при наведенні на який вказівник миші приймає форму кисті руки....
          В Україні відбувається активне формування і розвиток ринку...
В Україні відбувається активне формування і розвиток ринку нерухомості, який фактично відображає усі проблеми економіки. Він характеризується...
З реставрації монархії в Англії змінюється положення монарха у політичній...
Англії змінюється положення монарха у політичній системі держави і на перший план виходить Парламент, який «дозволив йому сісти на...
Тема 1
Засобом конкретної діяльності є професійне (ділове) спілкування, що має індивідуальний характер і відбувається в межах певної професійної...
Поточний контроль для денної та вечірньої форми навчання
На семінарі оцінювання усних відповідей студентів відбувається за 3-х бальною шкалою
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка