化學反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨

關(guān)于化學反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨

利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個較難的課題，從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)歷了150年的時間?；瘜W反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起來十分的簡單，為什么合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)會經(jīng)歷如此漫長的過程？合成氨工廠為什么需要那么龐大而復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備和特殊的生產(chǎn)條件？要實現(xiàn)合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，必須從化學熱力學和化學動力學兩個方面選擇合成氨的反應(yīng)條件第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天化學熱力學化學動力學化學反應(yīng)的方向化學反應(yīng)的限度化學反應(yīng)的速率合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行怎樣能促使化學平衡向合成氨方向移動怎樣能提高合成氨反應(yīng)速率適宜的合成氨條件工藝流程化學工藝學高壓對設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天合成氨反應(yīng)的特點：①可逆反應(yīng)③正反應(yīng)氣體體積縮?、苷磻?yīng)是放熱反應(yīng)②熵減小的反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)⊿H

＝-92.4kJ/MOL(1體積)(3體積)(2體積)第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天不同條件下平衡混合氣中氨的含量(體積分數(shù))(原料其中N2和H2的體積比是1:3)31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa4000C6000C5000C3000C

2000C壓強氨含量溫度第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天討論：能否用過量氮氣提高氫氣轉(zhuǎn)化率？工業(yè)合成氨是否采用此方法？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天高壓高溫使用高壓低溫不影響第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天選擇適宜生產(chǎn)條件的原則：(1)既要注意外界條件對二者影響一致性,又要注意對二者影響的矛盾性。(2)既要注意溫度、催化劑對速率影響的一致性,又要注意催化劑的活性對溫度的限制。(3)既要注意理論上的需要,又要注意實際可能性。第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天適宜條件:(速率較快,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大)溫度:700K壓強:2×10～5×10Pa77(有利于氨的合成,對動力、材料強度、設(shè)備制造要求適中)催化劑：鐵觸媒(以鐵為主體的多成分催化劑)

使反應(yīng)物在較低溫度下較快的進行反應(yīng)。濃度：將生成的氨及時從混合氣中分離出來，且向循環(huán)氣中不斷補充N2、H2（1:3)。第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天例1、能使合成氨反應(yīng)進行程度增大的方法是（）A、升高溫度B、降低壓強C、使用催化劑D、及時分離出氨氣 D第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天例2、一定溫度下，向一個容積為2升的事先加入催化劑的真空密閉容器中通入1molN2和3molH2，3min后測得容器的壓強是起始壓強的0.9倍，在此時間內(nèi)，用H2的量的變化來表示該反應(yīng)的平均速率是（）A、0.2mol.L-1.min-1B、0.6mol.L-1.min-1

C、0.1mol.L-1.min-1D、0.3mol.L-1.min-1

C第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、合成氨工業(yè)簡述：1、主要流程：原料氣制取凈化壓縮合成分離液氨2、原料氣制?。嚎諝鈮嚎s碳液態(tài)空氣N2(先逸出)物理方法蒸發(fā)CO2(+N2)N2化學方法

分離出CO2制氮氣:（造氣）（凈化）（合成氨）第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天制氫氣:水蒸氣CO+H2CO2+H2H2

熾熱碳H2O(氣)分離出CO2C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況：

解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠；

1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸；

1982年達到1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過程不能使平衡向右移動的是（

）（A）不斷將NH3分離出來（B）使用催化劑（C）采用700K左右的高溫（D）采用2×107～5×107Pa的壓強練一練：BC第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O（g）

CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A、增大壓強B、降低溫度C、增大水蒸氣濃度D、增大CO濃度練一練：BC第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體積比N2:H2:NH3為6:18:1，出口氣體體積比為9:27:8，則H2的轉(zhuǎn)化率為________。25%

N2+3H22NH3起始6181變化X3X2X6-X:1+2X=9:8X=1.5H2轉(zhuǎn)化率=×100%=25%1.5×318練一練：第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天4、在合成氨時，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（）(A)延長反應(yīng)時間(B)充入過量H2(C)充入過量N2(D)升高溫度C第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天5、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是（）(A)從合成塔出來的氣體，其中氨一般占15%，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低(B)由于NH3易液化，N2、H2可循環(huán)使用，則總的說來氨的產(chǎn)率很高(C)合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進行(D)合成氨工業(yè)采用20

MPa----50MPa，是因該條件下催化劑的活性最好B第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天6、在一定條件下，將N2和H2的混和氣體通入固定容積的密閉容器中進行合成氨反應(yīng)：N2+3H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))下列圖像表示正確的是：

（）AC(A)(B)(C)(D)第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天7.下列反應(yīng)達到平衡時，哪種條件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)

X2Y4(g)

（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）()A.高溫高壓B.低溫低壓C.高溫低壓D.高壓低溫D第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天8.對于反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)下列判斷正確的是()A.2體積SO2和足量O2反應(yīng),必定生成2體積SO3B.其他條件不變,增大壓強,平衡向右移動C.平衡時,SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的兩倍D.平衡時,SO2濃度必定等于O2濃度的兩倍.BC第30頁,共32頁，2024年2月