第四節(jié) 合成氨條件的選擇

第二章化學(xué)平衡第四節(jié)合成氨條件的選擇一、合成氨的適宜條件的選擇—化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的運(yùn)用

選擇適宜條件的依據(jù)、思路和方法：合成氨的反應(yīng)原理(方程式）：

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))

這是一個(gè)氣體總體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)。請(qǐng)思考這個(gè)反應(yīng)的特點(diǎn)？工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識(shí)，思考：————————，——————，————————

，都可以使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大。增大壓強(qiáng)升高溫度使用催化劑

經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：速度要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源，原料，設(shè)備條件等因素。根據(jù)化學(xué)平衡的知識(shí)請(qǐng)思考：要增大平衡體系中氨的含量、增大原料的轉(zhuǎn)化率可以采用哪些方法？增大壓強(qiáng)，降低溫度，減小生成物的濃度都可以提高原料的轉(zhuǎn)化率。下面請(qǐng)綜合以上兩方面的因素，并結(jié)合實(shí)際情況討論實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)壓強(qiáng)、溫度、濃度等條件的選擇。

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))1、壓強(qiáng)怎么選？

分析：①合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。②但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此壓強(qiáng)也不宜過高。綜合以上兩點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在20MPa---50MPa之間。

2、溫度怎么選擇？①因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。

②可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此溫度也不宜太低。催化劑要在一定溫度下效果最好。綜合以上因素，實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500℃（主要考慮催化劑的活性）左右。

3、用不用催化劑？使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？使用催化劑對(duì)反應(yīng)速率有何影響？實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在500℃時(shí)活性較高。

4、濃度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃?，使其保持一定的濃度?/p>

舉例：在合成氨工業(yè)中，為增加氨氣的日產(chǎn)量，在實(shí)現(xiàn)此目的的過程中與平衡移動(dòng)無關(guān)的是(

)

（A）不斷將氨分離出來（B）使用催化劑（C）采用500℃的高溫（D）采用20-50Mp的壓強(qiáng)B二、合成氨工業(yè)的發(fā)展前景【提問】：根據(jù)工業(yè)上制取原料氣的化學(xué)方程式，合成氨工業(yè)需用哪些原料？原料：空氣、水和燃料根據(jù)反應(yīng)條件：使用合適的催化劑——防止催化劑“中毒”——原料氣要凈化．高壓生產(chǎn)——氮、氫混合氣要用壓縮機(jī)壓縮到高壓．1．原料氣的制備→凈化→壓縮2．氨的合成氮、氫混合氣經(jīng)過凈化壓縮以后進(jìn)入合成塔．合成塔生產(chǎn)的特點(diǎn)和條件：①高壓②發(fā)生在催化劑存在下的放熱反應(yīng)③適當(dāng)?shù)臏囟葹榱朔线@些條件，合成塔的構(gòu)造應(yīng)該：①有耐高壓的厚壁②有能夠安放厚層觸媒的設(shè)備（接觸室）③塔殼外用絕熱材料包裹，塔內(nèi)有進(jìn)行熱交換的設(shè)備（熱交換器）3．氨的分離從合成塔里出來的混合氣體通常約含15％左右的氨．利用氨的什么性質(zhì)把它從混合氣里分離出來？利用氨易液化的性質(zhì)，將混合氣體降溫，使氨液化．工業(yè)上讓混合氣通過冷凝器，使氨液化，然后在氣體分離器里把液態(tài)氨分離出來，導(dǎo)入液氨貯罐．經(jīng)氣體分離器出來的氣體，通過循環(huán)壓縮機(jī)，再送到合成塔里．使沒有起反應(yīng)的物質(zhì)從反應(yīng)后的生成物里