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* * 第四节 合成氨条件的选择 常州市第五中学 朱逸明 一、合成氨工业简介 1909年德国化学家哈伯成功建立了第一套合成氨的实验装置，产量80g/小时。在此基础上1913年德国化学工程专家波施建立了第一个工业规模的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所以合成氨的方法又叫做哈伯-波施法。 目前，全球氨产量约为650万吨/年。近年来，合成氨装置大型化是世界合成氨发展的主流趋势。现世界最大单系列合成氨装置为阿根廷Profertil公司的2050吨/天装置；而3000吨/天(约100万吨/年)的单系列合成氨装置将于2005年投产，4000吨/天规模的装置也已完成初步设计。 目前我国合成氨年产量已居世界第1位，但是，单系列装置规模较小，已经无法适应世界合成氨的发展趋势。 据有关资料统计，我国合成氨平均规模为5万吨/年。而俄罗斯的平均规模为40万吨/年；美国为30万吨/年以上。 假如你自己就是一个合成氨工厂的厂长，你最关心的是什么？对整个生产过程会有怎样的要求？ 提高单位工作时间内产品的产量 产品生产周期短 （生产的快） 产品的产率高 （生产的多） 好的经济效益 【问题】 1、合成氨反应的化学方程式为：N2+3H2 2NH3(正反应为放热反应)，分析该反应的特点。 一个正反应为放热、气体总体积缩小的可逆反应。 2、针对反应特点，分别从化学反应速率和化学平衡两个方面思考，讨论并完成下表。 温度 催化剂 压强 浓度 使氨生成的多 （化学平衡） 使氨生成的快 （反应速率） N2+3H2 2NH3(正反应为放热反应) 高压 高温 使用 无影响 高压 低温 增大浓度 增大反应物浓度；减小生成物浓度 结论： 有统一，有矛盾 理论分析，----------------------和---------------对压强的要求是一致的，而对温度的要求是矛盾的。 化学平衡 化学反应速率 (1)既然增大压强能提高反应速率和氨的产量，那是否工业上采用的压强越大越好？ (3)催化剂对化学平衡并没有影响，那为何工业上还要使用催化剂？ (2)降低温度有利于生成氨，那是否温度越低越好？ 【讨论题】 使用催化剂时,应考虑哪些因素? 二、工业合成氨的适宜条件 1.压强： 3.催化剂： 2.温度： 4.浓度： 20MPa～50MPa(受动力、材料、设备等实际条件的影响) 500℃左右(温度过低,速率慢,不经济;还应考虑催化剂的活性对温度的要求) N2、H2的再循环并及时补充N2和H2 —— 增大反应物的浓度 及时将氨冷却并从平衡气体中分离——降低生成物的浓度 铁触媒(加快反应速率,大大缩短到达平衡的时间) 合成氨生产示意图 【小结】 合成氨的方程式(补充条件)： N2+3H2 2NH3 Fe、500℃ 20MPa～50MPa 合成氨工厂 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 3.既要注意--------上的要求，又要注意--------操作中的可能性。 三、选择适宜化工生产条件的原则： 1.既要考虑外界条件对 -----------------和-----------影响的-----------，又要考虑外界条件对两者影响的-----------。 2.既要注意--------、---------对化学反应速率影响的一致性，又要注意温度对---------------的影响。 化学反应速率 化学平衡 矛盾性 一致性 温度 催化剂 催化剂活性 理论 实际 辩证唯物主义： 理论联系实际，科学、全面地分析问题 科学技术是第一生产力 ———直接影响着生产条件的不断改进 【练习】 硫酸工业中有一步反应为： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应为放热反应)； 合成氨反应为： (正反应为放热反应)。 两个反应的条件是否相同？从化学平衡角度分析两个反应特点是否相同？试分析其中原因。 5000C V2O5 N2+3H2 2NH3 Fe、5000C 20MPa～50MPa （已知常压下平衡时SO3的体积分数为91﹪） *