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在碳化塔中,氨化的食盐水从塔顶流下,在30~35℃吸收CO2发生如下反应: NaCl+NH3+CO2+H2O→NH4Cl(液) +NaHCO3 生成的NaHCO3 沉淀,焙烧后得Na2CO3。 2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2 分离出碳酸氢钠的母液1含有大量的NH4Cl,采用降低温度的方法从母液1中提取NH4Cl ,但母液1对 NaHCO3来讲是饱和的,降温必将有部分NaHCO3析出。为提高NaHCO3的溶解度,先将母液1加NH3,使其转变为易溶的Na2CO3和(NH4)2CO3,再经换热器降温,然后在盐析结晶器中,借冷冻机温度在10℃左右与NaCl细粉发生反应: NH4Cl(液)+NaCl(固) → NaCl(液)+NH4Cl(固) 在上述条件下,NH4Cl溶解度比NaCl小,故NaCl溶解,而NH4Cl析出。分离出NH4Cl的母液2,经换热,再于母液2中加入适量的NH3,并通人CO2气,即又得NaHCO3结晶沉淀出来。如此周而复始,连续循环。 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。 * 二、氨合成理论基础 1、氨合成反应的热效应 氮气和氢气合成氨是一个放热的,体积缩小的可逆反应,反应式如下: 0.5N2+1.5H2=NH3 影响平衡氨含量的因素 : a、压力和温度 温度越低,压力越高,平衡常数越大,平衡氨含量越高。 b、氢氮比R 当温度、压力及惰性组分含量一定时,使yNH3为最大的条件为氢氮比R等于3。高压下,气体偏离理想状态,具有最大yNH3时的R略小于 3,随压力而异,约在 2.68-2.90之间。 c、惰性气体 惰性组分的存在,降低了氮气和氢气的有效分压,使平衡氨含量降低。 2、合成氨反应的动力学 (1)动力学过程 氨合成为气固相催化反应,它的宏观动力学过程包括以下几个步骤: a、混合气体向催化剂表面扩散(外、内扩散): b、氢、氮气在催化剂表面被吸附,吸附的氮和氢发生反应,生成的氨从催化剂表面解吸(表面反应); 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内、外扩散)。 整个气固相催化反应过程,究竟是表面反应控制还是扩散控制,取决于实际操作条件。 工业生产为获得大的生产能力,通常采用了足够大的气速,故外扩散不会成为控制步骤。 反应是内扩散控制还是化学动力学控制,取决于反应温度和催化剂颗粒的大小等因素。 由于化学反应(包括化学吸附)的活化能(80~250kJ/mol)比扩散活化能(4~12 kJ/mol)高得多,因而反应速度受温度的影响大。在低温时可能是化学动力学控制,高温时则可能是内扩散控制。 大颗粒的催化剂内扩散路径长,小颗粒的路径短,所以在同样温度下大颗粒有可能是扩散控制,小颗粒则可能是化学动力学控制。 (2)催化剂 长期生产实践证明,以铁为主的催化剂(铁系催化剂)具有催化活性高、使用寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点,广泛地被国内外合成氨厂家所采用。 催化剂的活性成份是金属铁,而不是铁的氧化物。因而在使用前要用氢氮混合气对催化剂进行还原,使铁的氧化物还原为具有较高活性的纯铁。 催化剂比较容易中毒,少量CO、CO2、H2O 等含氧杂质的存在将使铁被氧化而失去活性。 但当氧化性物质清除后,活性仍可恢复,故称之为暂时中毒。 硫、磷、砷等杂质引起的中毒是不可恢复的,称作永久性中毒。 合成氨生产工艺流程之所以长而复杂,原因之一就是要解决合成氨催化剂的中毒问题。 三、氨的合成和分离 1、最优工艺条件 ①压力 提高压力有利于提高氨的平衡浓度,也有利于总反应速率的增加。压力高时,氨分离流程还可以简化。 生产上选择压力的主要依据是能源消耗以及包括能源消耗、原料费用、设备投资、技术投资在内的综合费用。 30MPa左右是氨合成的适宜压力,为国内外普遍采用(中压法)。 ②温度 催化剂在一定温度下才具有较高的活性,但温度过高,也会使催化剂过早失活。因此,合成塔内的温度首先应维持在催化剂的活性温度范围(400-520℃)内。 和其它可逆放热反应一样,氨的合成反应存在一个使反应速度达到最大的温度,即最适宜温度。它除与催化剂的活性有关外,还取决于反应气体组成和压力。 要保持最大反应速度,最适宜温度应逐渐降低。然
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