[理学]合成氨条件的选择.ppt

合成氨条件的合成氨条件的选择1.一、合成氨的适宜条件的一、合成氨的适宜条件的选择 化学反化学反应速率速率和和化学平衡化学平衡知知识的运用的运用 选择适宜条件的依据、思路和方法：适宜条件的依据、思路和方法：合成氨的反合成氨的反应原理原理(方程式）方程式）：N2+3H2 2NH3(放放热反反应)这是一个是一个气体气体总体体积缩小小的、的、放放热的的可逆可逆反反应。请思考思考这个反个反应的特点？的特点？2.工工业上合成氨，主要要考上合成氨，主要要考虑哪些因素？哪些因素？根据化学反根据化学反应速率的有关知速率的有关知识，思考：，思考：，都可以使合成氨都可以使合成氨的化学反的化学反应速率增大。速率增大。增大增大压强 升高温度升高温度 使用催化使用催化剂 经济效益和社会效益：效益和社会效益：速度要快，原料的利用率要高，速度要快，原料的利用率要高，单位位时间的的产量要高。另外量要高。另外还要考要考虑生生产中的消耗中的消耗能源，原料，能源，原料，设备条件等因素。条件等因素。3.根据化学平衡的知根据化学平衡的知识请思考：要增大思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率化率可以采用哪些方法？可以采用哪些方法？增大增大压强，降低温度，减小生成物的，降低温度，减小生成物的浓度都可以提高原料的度都可以提高原料的转化率化率。下面下面请综合以上两方面的因素，并合以上两方面的因素，并结合合实际情况情况讨论实际生生产中中对压强、温度温度、浓度度等条件的等条件的选择。4.N2+3H2 2NH3(放放热反反应)1、压强怎么怎么选？分析分析：合成氨反合成氨反应是体是体积缩小的气体小的气体反反应，增大，增大压强既可以增大反既可以增大反应速率，又速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上上压强越大越好。越大越好。但是但是压强越大，越大，对设备的要求高、的要求高、压缩H2和和N2所需要的所需要的动力大，因此力大，因此压强也不也不宜宜过高。高。5.综合以上两点，合以上两点，实际生生产中中压强一般一般选择在在20MPa-50MPa之之间。2、温度怎么、温度怎么选择？因因为正反正反应方向是放方向是放热的反的反应，所，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的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，反可是温度越低，反应速率越小，达速率越小，达到平衡所需要的到平衡所需要的时间越越长，因此温度也不，因此温度也不宜太低。宜太低。催化催化剂要在一定温度下效果最好。要在一定温度下效果最好。6.综合以上因素，合以上因素，实际生生产中温度一般中温度一般选择在在500（主要考（主要考虑催化催化剂的活性）的活性）左右。左右。3、用不用催化、用不用催化剂？使用催化使用催化剂能否提高合成氨的能否提高合成氨的转化率化率？使用催化使用催化剂对反反应速率有何影响？速率有何影响？实际生生产中中选用用铁为主体的多成分催化主体的多成分催化剂（铁触媒），它在触媒），它在500时活性活性较高。高。7.4、浓度怎么定？度怎么定？H2和和N2的比例怎么定？的比例怎么定？增大反增大反应物的物的浓度可以增大反度可以增大反应速率，速率，减小生成物的减小生成物的浓度可以使平衡正向移度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少度，减少氨气的氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和度的方法，提高合成氨的效率和产量。量。实际生生产中的中的处理方法：及理方法：及时将气将气态氨氨冷却液化而分离出去；及冷却液化而分离出去；及时补充氮气和充氮气和氢气，使其保持一定的气，使其保持一定的浓度。度。8.举例：例：在合成氨工在合成氨工业中，中，为增加氨气的增加氨气的日日产量，在量，在实现此目的的此目的的过程中与平衡移程中与平衡移动无关的是无关的是 （A）不断将氨分离出来）不断将氨分离出来 （B）使用催化使用催化剂 （C）采用采用500的高温的高温 （D）采用）采用20-50Mp的的压强9.二、合成氨工二、合成氨工业简介：介：1、合成氨工合成氨工业的流程的流程原料气的制取原料气的制取净化化压缩合成合成分离分离液氨液氨 N2 H210.2、原料气制取：原料气制取：空气空气压缩碳碳液液态空气空气 N2(先逸出先逸出)物理方法物理方法蒸蒸发CO2(+N2)N2 化学方法化学方法 分离出分离出CO2制氮气制氮气:制制氢气气:天然气天然气 CO+H2 CO2+H2 H2 H2O(气气)分离出分离出CO2 CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2O(H2O(气气)11.3、氨的合成、氨的合成：（1）主要）主要设备：合成塔：合成塔（2）反）反应原理：原理：N2+3H2 2NH3 高温高高温高压催化催化剂 三、三、设想合成氨的想合成氨的发展前景展前景参考：参考：生物中植物生物中植物对氮的需求；氮的需求；生生物固氮的原理和条件；物固氮的原理和条件；理想的人工固理想的人工固氮条件。氮条件。12.我国合成氨工我国合成氨工业的的发展情况：展情况：解放前我国只有两家解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；模不大的合成氨厂；19491949年全国氮肥年全国氮肥产量量仅0.60.6万吨；万吨；20002000年达到年达到3363.73363.7万吨，成万吨，成为世界上世界上产量最高量最高的国家之一。的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大有多种原料、不同流程的大、中中、小合成氨厂小合成氨厂10001000多家多家.13.14.15.16.17.18.19.20.21.例例题：合成氨厂通：合成氨厂通过测定反定反应前后混前后混合气体的密度来确定氨气的合气体的密度来确定氨气的转化率。某工化率。某工厂厂测得合成塔中得合成塔中N2、H2的混合气体密度的混合气体密度为0.553g/l（标况），从合成塔中出来的混合况），从合成塔中出来的混合气体在相同情况下密度气体在相同情况下密度为0.693g/l，求求该合合成氨厂氮气的成氨厂氮气的转化率。化率。22.解：合成塔中解：合成塔中N2、H2混合气体的平均相混合气体的平均相对分子分子质量量M=22.4标=22.40.553=12.4设混合气体中混合气体中N2 xmol 则H2为(1x)mol28x+2(1-x)=12.4 则 x=0.4 1-x=0.6 即即VN2/VH2=2:3 设起始加了起始加了5V混合气体混合气体根据根据=m/v 得出得出1/2=V2/V1 从合成塔出来的气体的体从合成塔出来的气体的体积 V2=4V N2+3H2 2NH3根据差量法可知氮气根据差量法可知氮气转化了化了0.5V则（N2）=0.5V/2V=0.25即氮气的即氮气的转化率化率为25%23.1 1在合成氨工在合成氨工业中，中，为增加增加NHNH3 3的日的日产量，下列量，下列变化化过程不能使平衡向右移程不能使平衡向右移动的是（的是（）（A A）不断将）不断将NHNH3 3分离出来分离出来（B B）使用催化）使用催化剂（C C）采用）采用700K700K左右的高温左右的高温（D D）采用）采用2102107 75105107 7PaPa的的压强练一一练：BC24.例题：能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）A、升高温度 B、降低压强C、使用催化剂 D、及时分离出氨气DD25.2 2、合成氨所需的、合成氨所需的H H2 2可由煤和水蒸气反可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反而制得，其中一步的反应为：COCO(g)(g)+H+H2 2O O（g g）COCO2(g)2(g)+H+H2(g)2(g)（正反（正反应放放热），下列措施中，能提高，下列措施中，能提高COCO转化率的是（化率的是（）A A、增大、增大压强 B B、降低温度、降低温度 C C、增大水蒸气、增大水蒸气浓度度 D D、增大、增大COCO浓度度BC26.3、在合成氨反、在合成氨反应中，入口气体体中，入口气体体积比比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口，出口气体体气体体积比比为9:27:8，则H2的的转化率化率为_。25%H2转化率化率=100%=25%1.5318 N2+3H2 2NH3 起始起始 6 18 1 变化化 X 3X 2X 6-X:1+2X=9:8 X=1.527.4、在合成氨、在合成氨时，可以提高，可以提高H2转化率的措施是（化率的措施是（）(A)延延长反反应时间 (B)充入充入过量量H2(C)充入充入过量量N2 (D)升高温度升高温度C28.5、关于氨的合成工、关于氨的合成工业的下列的下列说法正确的是法正确的是（）(A)(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%15%，所以，所以生生产氨的工氨的工业的效率都很低的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可循可循环使用，使用，则总的的说来氨的来氨的产率很高率很高(C)(C)合成氨工合成氨工业的反的反应温度控制在温度控制在500 500 左右，目左右，目的是使平衡向正反的是使平衡向正反应方向方向进行行(D)(D)合成氨工合成氨工业采用采用2020 MPa-50MPa 50MPa，是因，是因该条条件下催化件下催化剂的活性最好的活性最好B29.6.下列反下列反应达到平衡达到平衡时，哪种条件下生成物，哪种条件下生成物的含量最高：的含量最高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反（正反应为放放热反反应）()A.高温高温 高高压 B.低温低温 低低压 C.高温高温 低低压 D.高高压 低温低温D30.7.对于反于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)下列判断正确的是下列判断正确的是()A.2体体积SO2和足量和足量O2反反应,必定生成必定生成2体体积SO3 B.其他条件不其他条件不变,增大增大压强,平衡向右移平衡向右移动C.平衡平衡时,SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率 的两倍的两倍D.平衡平衡时,SO2浓度必定等于度必定等于O2浓度的两倍度的两倍.BC31.8.在一定条件下在一定条件下,合成氨反合成氨反应达到平衡后达到平衡后,混合混合气体中气体中NH3的体的体积占占25%,若反若反应前后条件保持前后条件保持不不变,则反反应后后缩小的气体体小的气体体积与原反与原反应物体物体积的之比是的之比是()A B C DA32.已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0其实验数据见表(1)应选用的温度是_。(2)应采用的压强是_，理由是_(3)_。450常常压因因为常常压下下SO2的的转化率已化率已经很高，若采用很高，若采用较大大压强，SO2的的转化率化率提高很少，但需要的提高很少，但需要的动力更大，力更大，对设备的要求更高。的要求更高。33.