合成氨条件的选择

合成氨条件的选择

第四节合成氨条件的选择

合成氨条件的选择

1、影响化学反应速率的因素有 、 哪些？ 哪些？ 浓度、压强、温度、 浓度、压强、温度、催化剂等 2、要使一个化学平衡发生移动， 、要使一个化学平衡发生移动， 可以改变那些条件？ 可以改变那些条件？ 浓度、温度、 浓度、温度、压强

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一、合成氨反应 1、合成氨的反应原理(方程式): 、合成氨的反应原理 方程式 方程式) N2+3H2 2NH3

2、请思考这个反应的特点？ 请思考这个反应的特点？ 这是一个反应物与生成物全为气体 这是一个反应物与生成物全为气体 气体总体积缩小的 放热的可逆反应 反应。 的气体总体积缩小的、放热的可逆反应。

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如果你是一个合成氨工厂的工程技术 人员为了提高经济效益， 人员为了提高经济效益，你首先要考虑什 么问题？ 么问题？

1、如何提高反应速率(使氨产 如何提高反应速率( 生得快) 生得快) 2、如何提高氨在混合气体中含 量(使氨产生得多)

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使氨气产生得快 反应速率) (反应速率) 压强

使氨气产生得多 平衡移动) (平衡移动)

增大压强 升高温度 使用催化剂

增大压强 降低温度 无影响

温度

催化剂

浓度

增大反应物浓度 增大反应物浓度 或减小生成物浓 度

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二、合成氨适宜条件的选择1、压强 、 分析： 理论上： 分析：①理论上：合成氨反应是体积缩 小的气体反应， 小的气体反应，增大压强既可以增大反应速 又能提高平衡混合物中氨的含量， 率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以 理论上压强越大越好。 理论上压强越大越好。 ②实际上：压强越大，对设备的要求高、压 实际上：压强越大， 所需要的动力大， 缩H2和N2所需要的动力大，因此受动力、材 设备限制，压强也不宜过高。 料、设备限制，压强也不宜过高。

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综合以上两点， 综合以上两点，实际生产中我国合成 氨工厂压强一般选择在20MPa---50MPa之 氨工厂压强一般选择在

间。2、温度 、 ①因为正反应方向是放热的反应，所 因为正反应方向是放热的反应， 以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的 含量。 含量。 可是温度越低，反应速率越小， ②可是温度越低，反应速率越小，达 到平衡所需要的时间越长， 到平衡所需要的时间越长，因此温度也不 宜太低。 宜太低。

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综合以上因素， 综合以上因素，实际生产中温度 一般选择在500℃左右(还有一个主要 一般选择在 因素？)。 因素？)。 3、催化剂 、 实际生产中选用铁为主体的多成 分催化剂(铁触媒),它在500 分催化剂(铁触媒),它在 ℃时 。(这也是合成氨反应选择 活性较高。(这也是合成氨反应选择 500℃左右进行的重要

原因) ℃左右进行的重要原因)

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4、浓度 、 增大反应物的浓度可以增大反应速率， 增大反应物的浓度可以增大反应速率， 减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。 减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。 因此可以用保持一定的氮、氢浓度， 因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少 氨气的浓度的方法， 氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和 产量。 产量。 实际生产中的处理方法： 实际生产中的处理方法：及时将气态氨 冷却液化而分离出去； 冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢 使其保持一定的浓度。 气，使其保持一定的浓度。

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举例：在合成氨工业中， 举例：在合成氨工业中，为增加氨气的 日产量， 日产量，在实现此目的的过程中与平衡移 动无关的是( 动无关的是( B) ( A)不断将氨分离出来 ) (B) 使用催化剂 ) (C) 采用500℃的高温 ) 采用 ℃ (D)采用 )采用20-50Mp的压强 的压强

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三、合成氨工业简介： 合成氨工业简介： 1、合成氨工业的流程 、N2 H2

原料气的制取—净化 压缩—合成 分离 原料气的制取 净化—压缩 合成—分离 净化 压缩 合成 —液氨 液氨 2 、 原料气的制取 N2:液化空气，蒸发分离出氮气 液化空气， H2:用水和燃料在高温下制取。如： 用水和燃料在高温下制取。 C + H2O(g) ( ) CO+H2O(g) ( ) CO+H2 思考：1mol C能 思考： 能制取多少氢气？ 制取多少氢气？ CO2+H2 (如果完全反应) 如果完全反应)

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3、原料气的净化净化是除去原料中的杂质， 净化是除去原料中的杂质，防止催化剂中

毒

4、氨的合成 (1)主要设备：合成塔 )主要设备： (2)反应原理：N2+3H2 )反应原理：

高温高压

三、合成氨的工业发展前景

催化剂

2NH3

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练习： 练习：合成氨厂通过测定反应前后混 合气体的密度来确定氨气的转化率。 合气体的密度来确定氨气的转化率。某工 厂测得合成塔中N 厂测得合成塔中 2、H2的混合气体密度为 0.553g/l(标况),从合成塔中出来的混合 (标况),从合成塔中出来的混合 ), 气体在相同情况下密度为0.693g/l,求该合 气体在相同情况下密度为 ， 成氨厂氮气的转化率。 成氨厂氮气的转化率。

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合 成 氨 生 产 示 意 图图2—12