第三节第三节 合成氨工业合成氨工业一一 应用化学反应速率和化学平衡原理应用化学反应速率和化学平衡原理, ,选择合成氨的适宜条件选择合成氨的适宜条件1、选择生产条件的目的是什么？、选择生产条件的目的是什么？尽可能加快反应速率和提高产物产率尽可能加快反应速率和提高产物产率2、选择生产条件的依据是什么？、选择生产条件的依据是什么？ 外界条件对化学反应速率和化学平外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响衡的影响3 3、合成氨反应的特点：、合成氨反应的特点：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+92.4kJ(1体积体积) (3体积体积) (2体积体积) 可逆反应可逆反应 正反应气体体积缩小正反应气体体积缩小 正反应是放热反应正反应是放热反应4、填写下表、填写下表 使氨生产快使氨生产快（速率分析）（速率分析）使使氨生成多氨生成多(平衡分析）平衡分析） 压强压强 温度温度 催化催化剂剂高压高压高温高温使用使用高压高压低温低温不影响不影响5、不同条件下平衡混合气中氨的含量、不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数体积分数) (原料其中原料其中N2和和H2的体积比是的体积比是1:3 )31.457.579.892.698.81108Pa23.142.265.284.295.46107Pa9.119.138.264.286.42107Pa4.510.625.152.081.51107Pa13.826.447.071.089.93107Pa0.050.10.42.215.3 1105Pa 4000C 6000C 5000C 3000C 2000C压压强强氨氨含含量量温温 度度讨论：讨论：能否用过量氮气提高氢气转能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？化率？工业合成氨是否采用此方法？1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H26、适宜条件、适宜条件:(速率较快速率较快,转化率适中催化剂活性最大转化率适中催化剂活性最大)温度温度: 500 C0压强压强: 210 510 Pa（200500atm）77(有利于氨的合成有利于氨的合成,对动力、材料强度、对动力、材料强度、设备制造要求适中设备制造要求适中)催化剂：铁触媒催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应。使反应物在较低温度下较快的进行反应。浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来， 且向循环气中不断补充且向循环气中不断补充 N2、H2（1:3)。7 7、选择适宜生产条件的原则：、选择适宜生产条件的原则：(1(1) )既要注意外界条件对二者影响一既要注意外界条件对二者影响一致性致性, ,又要注意对二者影响的矛盾性。又要注意对二者影响的矛盾性。(2)(2)既要注意温度、催化剂对速率影既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性响的一致性, ,又要注意催化剂的活性又要注意催化剂的活性对温度的限制。对温度的限制。(3)(3)既要注意理论上的需要既要注意理论上的需要, ,又要注意又要注意实际可能性。实际可能性。讨论题：讨论题：分析讨论：反应分析讨论：反应 2SO2+O2 2SO3 +Q 适宜适宜 的生产条件的生产条件常压，常压，400500 C，V2O5催化剂并催化剂并使用过量空气使用过量空气098.397.796.794.992.985.6 5500C99.399.098.697.896.993.5 5000C99.799.699.599.298.697.5 4500C99.999.999.999.799.699.2 4000C100atm50atm25atm10 atm5atm1atmPTSO2转化率转化率 2SO2+O2 2SO3 不同条件下不同条件下SO2转化率转化率 (原料其中原料其中SO2和和空气的体积比是空气的体积比是1:3 )二、合成氨工业简述：二、合成氨工业简述：1、主要流程：、主要流程：原料气制取原料气制取 净化净化 压缩压缩 合成合成 分离分离 液氨液氨2、原料气制取：原料气制取：空气空气压缩压缩碳碳液态空气液态空气 N2(先逸出先逸出) 物理方法物理方法蒸发蒸发CO2(+N2) N2 化学方法化学方法 分离出分离出CO2制氮气制氮气:制氢气制氢气:水蒸气水蒸气 CO+H2 CO2+H2 H2 炽热碳炽热碳H2O(气气)分离出分离出CO2 C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)练习练习: :1、在合成氨工业中，为增加氨的日、在合成氨工业中，为增加氨的日产量，下列变化过程中不能使平衡产量，下列变化过程中不能使平衡向右移动的是（向右移动的是（ ） A. 不断将氨分离出来不断将氨分离出来 B. 使用催化剂使用催化剂 C. 采用采用5000C左右的温度左右的温度 D. 采用采用21075107Pa的压强的压强2. 接触法制硫酸时，接触法制硫酸时，SO2催化氧化适催化氧化适宜的温度是宜的温度是5000C,其理由是其理由是(1)_(2)_(3)_。此反应是气体。此反应是气体体积缩小的反应，但工业生产中并未体积缩小的反应，但工业生产中并未采用加压措施的原因是采用加压措施的原因是_,为提高为提高SO2的转化率，工业上常使用的转化率，工业上常使用的方法是的方法是_。加快反应速率加快反应速率提高催化剂活性提高催化剂活性温度过高不利于温度过高不利于SO3生成生成常压下常压下SO2转化转化率已经很高率已经很高通入过量空气通入过量空气 3、 工业上用以合成氨的原料之一工业上用以合成氨的原料之一 氢气，有一种来源是取自石油气。有人氢气，有一种来源是取自石油气。有人设计了以下反应途径，假设反应都能进设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合理的是（行，你认为最合理的是（ ） A. C3H8 C+H2 B. C3H8 C3H6+H2 C. C3H8+H2O CO+H2 D. C3H8+O2 CO2+H2O H2O H2+O2及高温及高温高温脱氢高温脱氢催化剂催化剂电解电解4、在合成氨反应中，入口气体体、在合成氨反应中，入口气体体积比积比 N2:H2:NH3 为为6:18:1，出口，出口气体体积比为气体体积比为9:27:8，则，则H2的转的转化率为化率为_。25% N2+3H2 2NH3起始起始 6 18 1变化变化 X 3X 2X6-X : 1+2X=9:8 X=1.5H2转化率转化率= 100%=25%1.5318