第2章典型化工产品.pptx

氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。 氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等。 国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等; 1784年，有学者证明氨是由氮和氢组成的。 1901年法国物理化学家吕·查得利提出氨合成的条件是高温、高压，并有适当催化剂存在。; 合成氨的原料是氢气和氮气。氮气来源于空气，在低温下将空气液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。; 氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，反应式如下： ; 下表为纯3H2－N2混合气生成φNH3为17.6％系统反应的热效应。;（2）化学平衡及平衡常数;式中: f, γ 分别为各平衡组分的逸度和逸度系数.;当压力很低时，Kγ值接近于 1，此时 Kp=Kf。因此Kf可看作压力很低时的 Kp。;a．压力和温度的影响 温度越低，压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量越高。 ;;b．氢氮比的影响 当温度、压力及惰性组分含量一定时，使yNH3为最大的条件为; c.惰性气体的影响 惰性组分的存在，降低了氢、氮气的有效分压，会使平衡氨含量降低。 ;a．混合气体向催化剂表面扩散(外,内扩散过程)； 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(表面反应过程)； c. 氨从催化剂表面向气体主流体扩散(内,外扩散过程) ;N2(g) + Cat —→2N(Cat) H2(g) + Cat —→2H(Cat) N(Cat) + H(Cat) —→NH(Cat); 对整个气固相催化反应过程，是表面反应控制还是扩散控制，取决于实际操作条件。低温时可能是动力学控制，高温时可能是内扩散控制； 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可能是内扩散控制，小颗粒可能是化学动力学控制。;;;当内扩散控制时，反应速率方程为;通常 0＜a＜l，对以铁为主的氨合成催化剂a = 0.5，故： ; 催化剂的活性成分是金属铁。; 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??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。 ;3．氨的合成与分离;②温度 温度过高，会使催化剂过早失活。塔内温度应维持在催化剂的活性温度范围(400～520℃)内。;③空间速度 空间速度指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量(标准状态下的体积)。单位h-1，简称空速。 ; 空速越大，反应时间越短，转化率越小，出塔气中氨含量降低。增大空速，催化剂床层中平衡氨浓度与混合气体中实际氨含量的差值增大，即推动力增大，反应速率增加；; ⑤惰性气体含量 惰性气体在新鲜原料气中一般很低，只是在循环过程中逐渐积累增多，使平衡氨含量下降、反应速度降低。生产中采取放掉一部分循环气的办法。; 氨合成是在高温、高压下进行，氢、氮对碳钢有明显的腐蚀作用。 外筒一般做成圆筒形，可用普通低合金钢或优质碳钢制造,气体的进出口设在塔的上、下两端顶盖上。外筒只承受高压而不承受高温。;②多段冷激式 冷激式氨合成塔有轴向冷激和径向冷激之分。图2—42为大型氨厂立式轴向四段冷激式氨合塔(凯洛格型)。;1.塔体； 2.顶盖； 3.催化剂； 4.热交换器； 5.保温层； 6.分气盒； 7.冷气管； 8.中心管；;1.封头接管； 2.氧化铝球； 3.筛板； 4.人孔； 5.冷激气接管； 6.冷激管； 7.下筒体； 8.卸料管； 9.中心管； 10.催化剂筐； 11.换热器； 12.上筒体； 13.波纹连接管。;径向二段冷激式– 托普索型合成塔;（3）合成分离流程;;①固体燃料气化法 把煤或焦炭中的可燃物质转变为H2、CO和CO2，简称造气。气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤气发生炉。;吹风 2C＋O2＋3.76N2 = 2CO＋3.76N2 ΔH0=-248.7 kJ·mol-1 制气 C＋H2O(g)= CO＋H2 ΔH0 =131.4 kJ·mol-1 为了满足原料气组成nCO+H2/nN2=3.1~3.2的要求，上式应写为 5C＋5H2O(g)= 5CO＋5H2 ΔH0 =657.0 kJ·mol-1 总反应 7C＋O2＋3.76 N2＋5H2O(g)==7CO＋3.76 N2＋5H2