最新工業(yè)合成氨條件的選擇

1、工業(yè)合成氨條件的選擇工業(yè)合成氨條件的選擇復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 溫度溫度氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)催化劑催化劑濃度濃度溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強(qiáng)越大壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大正催化劑加快反應(yīng)正催化劑加快反應(yīng)速率速率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動(dòng)熱方向移動(dòng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng),平衡向氣態(tài)物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)催化劑對(duì)平衡無影響催化劑對(duì)平衡無影響增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃

2、度,平平衡正向移動(dòng)衡正向移動(dòng)工業(yè)合成氨條件的選擇 弗里茨弗里茨哈伯哈伯將空氣變?yōu)槊姘鼘⒖諝庾優(yōu)槊姘I(yè)合成氨條件的選擇一一 反應(yīng)的自發(fā)性反應(yīng)的自發(fā)性合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng): n2(g)+3h2(g) 2nh3(g)已知已知298k時(shí)時(shí): h= -92.2kjmol-1 s = -198.2jk-1mol-1工業(yè)合成氨條件的選擇合成氨反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？合成氨反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？請(qǐng)利用請(qǐng)利用化學(xué)平衡移動(dòng)化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么的知識(shí)分析什么條件有利于氨的合成？條件有利于氨的合成？n2(g)+3h2(g) 2nh3(g) h -92.2kj/mol(1體積體積) (3體積體積)

3、 (2體積體積)思考？思考？工業(yè)合成氨條件的選擇t、p對(duì)合對(duì)合成氨成氨的影的影響響二二 化學(xué)平衡的移動(dòng)化學(xué)平衡的移動(dòng)工業(yè)合成氨條件的選擇nh3%1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1n(n2):n(h2)n2、h2物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)率的影響物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)率的影響工業(yè)合成氨條件的選擇1、你認(rèn)為可以通過控制哪些反應(yīng)條件、你認(rèn)為可以通過控制哪些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的來提高合成氨反應(yīng)的速率速率？ 升高溫度升高溫度 增大壓增大壓強(qiáng)強(qiáng) 增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度 使用催化劑使用催化劑三、三、 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率工業(yè)合成氨條件的選擇2、實(shí)驗(yàn)研究表明、實(shí)驗(yàn)

4、研究表明，在特定條件下，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為度的關(guān)系為: =c(n2)c1.5(h2)c-1(nh3)請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)度對(duì)反應(yīng)速率速率有哪些影響？可以采有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)取哪些措施來提高反應(yīng)速率速率？ 增大增大n2h2濃度濃度,將氨及時(shí)從將氨及時(shí)從 混合氣中分離出去混合氣中分離出去工業(yè)合成氨條件的選擇催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件 e /kj/molk(催催)/k(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(500)使用使用fe催化劑催化劑167 使

5、用催化劑可使合成氨反應(yīng)使用催化劑可使合成氨反應(yīng) 的速率提高的速率提高上萬億倍上萬億倍。3.分析催化劑對(duì)速率的影響分析催化劑對(duì)速率的影響工業(yè)合成氨條件的選擇生成物氨的濃度生成物氨的濃度反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)速率分析速率分析使使nh3生產(chǎn)得快生產(chǎn)得快外界條件外界條件高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使nh3生產(chǎn)得多生產(chǎn)得多高壓高壓低溫低溫?zé)o影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度工業(yè)合成氨條件的選擇合成氨的反應(yīng)合成氨的反應(yīng)正反應(yīng)為正反應(yīng)為放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) 分析角度分析角度反應(yīng)條件反應(yīng)條件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混

6、合物使平衡混合物中氨的含量高中氨的含量高壓強(qiáng)壓強(qiáng)溫度溫度催化劑催化劑高壓高壓高壓高壓高溫高溫低溫低溫 使用使用不影響不影響一致一致矛盾矛盾工業(yè)合成氨條件的選擇 1 1、壓強(qiáng)怎么選？、壓強(qiáng)怎么選？ 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，體反應(yīng)，增大增大壓強(qiáng)既可以壓強(qiáng)既可以增大增大反應(yīng)速率，又能反應(yīng)速率，又能使使平衡正向平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大，對(duì)但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮h h2 2和和n n2 2所需要的所需要的動(dòng)力動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。

7、實(shí)際科學(xué)技術(shù)。 綜合以上兩點(diǎn)綜合以上兩點(diǎn): :根據(jù)反應(yīng)器可使用的根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）工業(yè)合成氨條件的選擇 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低降低溫度溫度有利于平衡有利于平衡正向正向移動(dòng)。移動(dòng)。 可是溫度越低，可是溫度越低，反應(yīng)速率越小反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越要的時(shí)間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。催化劑催化劑要在一定溫度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因

8、素: :實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500500左右（主要考慮催化劑的活性）。左右（主要考慮催化劑的活性）。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）工業(yè)合成氨條件的選擇 3 3、使用催化劑？、使用催化劑？ 實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)際生產(chǎn)中選用選用鐵鐵為主體的多成分催化劑為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在（鐵觸媒），它在500500時(shí)活性最高。時(shí)活性最高。 經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益和和社會(huì)效益社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要要求化學(xué)反應(yīng)速度要快快，原料的利用率要，原料的利用率要高高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高高。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）工業(yè)合成氨條件的選擇 4 4、濃度怎么定？

9、、濃度怎么定？ n n2 2 和和h h2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1 1：3 3時(shí)，時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高n n2 2的的濃度，即濃度，即n n2 2和和h h2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8時(shí)，更能促時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。進(jìn)氨的合成。 實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法

10、：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化化分離分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃獬鋈?；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)循環(huán)利用，使其保持利用，使其保持一定的濃度。一定的濃度。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）工業(yè)合成氨條件的選擇達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中nhnh3 3的含量的含量（體積分?jǐn)?shù)（體積分?jǐn)?shù) v(n v(n2 2):v(h):v(h2 2)=1:3 )=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.

11、071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4壓強(qiáng)壓強(qiáng)/ /mpampanhnh3 3含含 量量/%/%溫度溫度/ /溫度升高，氨的含量降低溫度升高，氨的含量降低壓強(qiáng)增大，氨的含量增大壓強(qiáng)增大，氨的含量增大工業(yè)合成氨條件的選擇外部條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)壓強(qiáng)溫度溫

12、度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng) 適宜溫度適宜溫度 500左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑n2和和h2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時(shí)從混合氣中分離出去氨及時(shí)從混合氣中分離出去工業(yè)合成氨條件的選擇 一般一般使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益； 選擇選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大：該溫度是催化劑活性最大的溫度；的溫度； 選擇選擇合適的

13、壓強(qiáng)合適的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)小結(jié)反思反思】工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：工業(yè)合成氨條件的選擇工業(yè)合成氨條件的選擇 0.10.1101020203030606010010020020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.2 92.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.2 57.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.1 31.431.4壓強(qiáng)/mpanh3含 量/%溫度/即使在即使在500500和和30mpa30mpa時(shí)，合成氨平衡混時(shí)，合成氨平衡混合物中合物中nhnh3 3的體積分?jǐn)?shù)也只有的體積分?jǐn)?shù)也只有26.4%26.4%，轉(zhuǎn)