《合成氨生产工艺》课件——项目六 氨的合成.pptxVIP

主讲人：张舒《无机化工生产技术》在线课程项目六氨的合成6.1.1氨合成反应的热效应及化学平衡

01氨合成反应的热效应02氨合成反应的化学平衡内容CONTNETS

01PARTONE氨合成反应的热效应

氨合成反应的热效应氨合成反应的热效应：温度，压力和组成

氨合成反应的热效应工业生产中，反应物为氢、氮、氨以及惰性气体的混合物，而高压下的气体为非理想气体。气体混合时吸热，总反应热为反应热和混合热之和。ΔHR=ΔHF+ΔHF

氨合成反应的热效应由纯3H2-N2生成17.6%NH3系统的ΔHF、ΔHM、ΔHR、单位：KJ/mol温度/℃压力/MPa0.110203040400ΔHF-52670-53800-55316-56773-58283ΔHM0251119327424647ΔHR-52670-53549-54123-54031HF-53989-54722-55546-56497-57560ΔHM012635611933098ΔHR-53989-54596-55150-55304-55462

02PARTTWO氨合成反应的化学平衡

氨合成反应的化学平衡氨合成反应的化学平衡常数KP如下：加压下，化学平衡常数不仅与温度有关，而且与压力和气体组成有关。实际上，化学平衡常数：

氨合成反应的化学平衡（1）其他条件不变，温度改变时，平衡移动的方向（2）其他条件不变，压力改变时，平衡移动的方向（3）其他条件不变，每一个组分变化时，平衡移动的方向

主讲人：张舒《无机化工生产技术》在线课程项目六氨的合成6.1.2平衡氨含量及其影响因素与氨合成反应速率

01平衡氨含量及其影响因素02氨合成反应速率内容CONTNETS

01PARTONE平衡氨含量及其影响因素

温度、压力对yNH3的影响氢氮比的影响惰性气体的影响平衡氨含量及其影响因素

平衡氨含量及其影响因素1.温度、压力对yΘNH3值的影响H2/N2=3时纯氢氮混合气反应的yΘNH3值温度/℃p/MPa0.101310.1315.2020.2730.4040.533600.00720.35100.43350.49620.5891000540.29950.37890.44080.5350000410.35370.32830.38820.4818000310.21360.28250.33930.4304000240.17920.24170.29460.3818000190.15000.20600.25450.3366000150.12550.17510.21910.29520.3603可见，提高压力，降低温度，KPp值增大，平衡氨含量yΘNH3也随之增大

平衡氨含量及其影响因素2.氢氮比的影响左图给出了500℃时，不同压力下平衡氨含量与氢氮比r的关系。如果不考虑组成对化学平衡的影响，r=3时平衡氨含量具有最大值；若考虑组成的影响，r在2.68~2.90之间时平衡氨含量具有最大值。

平衡氨含量及其影响因素3.惰性气体的影响当氢氮混合气体中存在惰性气体时，平衡氨含量就会降低。精炼气中惰性气体的含量一般约为0.5%但在合成氨反应过程中，氢气和氮气是不断被消耗的，而惰性气体可以通过循环不断被积累，因此循环气中的惰性气体含量远高于精炼气，从而使实际的平衡氨含量明显低于纯氢氮气中平衡氨含量。左图为压力在30.40MPa时，不同温度和惰性气体含量时的平衡氨含量。

平衡氨含量及其影响因素当yi＜20%时，yNH3与yΘNH3存在着如下关系：结论：提高压力、降低温度和惰性气体含量，平衡氨含量就提高。

02PARTTWO氨合成反应速率

氨合成反应速率0102反应机理与动力学方程影响反应速率的因素

氨合成反应速率1.反应机理与动力学方程一般认为：氮分子N2在催化剂上被活性吸附并被分解为氮原子N，然后逐步加氢，依次生成NH、NH2和NH3，即氨合成催化反应过程包含如下七个基本步骤：

氨合成反应速率⑴外扩散——以气相主体和催化剂表面的浓度差为推动力，N2与H2从气相向催化剂表面扩散；⑵内扩散——以催化剂内外表面的气体浓度差为推动力，N2与H2从催化剂外表面沿催化剂孔隙向内表面扩散，达到催化剂内表面的活性中心；⑶吸附——在催化剂内表面的活性中心选择性吸附N2；⑷表面反应——N2与H2进行反应生成产物NH3；⑸脱附——生成的NH3从催化剂活性中心上脱附；⑹内扩散——催化剂内表面的NH3浓度高，以催化剂内外表面的NH3浓度差为推动力，NH3向外表面扩散；⑺外扩散——以催化剂表面和气相