工业合成氨资料讲解

1. 合成氨工业
(1)简要流程
(2)原料气的制取
N2:将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2,除去CO2后得N2。
H2:用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为:
(3)制得的H2、N2需净化、除杂质,再用压缩机制高压。
(4)氨的合成:在适宜条件下,在合成塔中进行。
(5)氨的分离:经冷凝使氨液化,将氨分离出来,提高原料的利用率,并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔,使之充分利用。
2.合成氨条件的选择
(1)合成氨反应的特点:合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应:
(2)合成氨生产的要求:
合成氨工业要求:
○1反应要有较大的反应速率;
○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:
运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速
率的影响对平衡混合物中
NH3的含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强有利于增大化
滑差离合器刑讯女犯学反应速率有利于提高平衡混
合物中NH3的产量
压强增大,有利于氨的合成,但需要的动力大,对材料、设备等的要
求高,因此,工业上一般采用
20MPa—50MPa的压强
升高温度有利于增大化
学反应速率不利于提高平衡混
合物中NH3的产量
温度升高,化学反应速率增大,但不利于提高平衡混合物中NH3的含
量,因此合成氨时温度要适宜,工业上一般采用500℃左右的温度(因
该温度时,催化剂的活性最强)
使用催化剂有利于增大化
学反应速率
没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动,但能缩短反应达到平衡的时间,
工业上一般选用铁触媒作催化剂,使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度:500℃左右
○2压强:20MPa—50MPa ○3催化剂:铁触媒
除此之外,还应及时将生成的氨分离出来,并不断地补充原料气,以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图
3.解化学平衡题的几种思维方式
(1)平衡模式思维法(三段思维法)
化学平衡计算中,依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度),然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
如反应,令A、B的起始量为amol、bmol,达到平衡后A的转化率为x。
(2)差量法(或差值法)
利用化学反应(或物理变化)中某化学量从始态到终态的差量,作为已知量或未知量的对应关系列比式进行计算的一种常用方法。
(3)极限思维法(极值法)
极值法是将可逆反应看作处于完全反应和完全不反应的中间状态,接替使用这两个极端点,根据题目巧设假设某一种物质100%消耗,求出另一方的最大值(最小值,从而得出可逆反应达到某平衡状态时的取值(或取值范围)的方法。
(4)“虚拟”思维法(构造法)
“虚拟”思维法是指在分析或解决问题时,根据需要和可能,虚拟出能方便解决问题的对象,并以此为中介,实现由条件向结论转化的方法。如虚拟结果、数据、解题需要的条件、反应过程及某混合物的化学式等.
(5)守恒思维法
在任何化学反应中,均存在某些守恒关系,在化学反应中有时运用某种量守恒能够很快得出正确答案。
(6)假设思维法动脉硬化指数
在解题中,把一种状态与另一种状态平衡时的情况(如转化率、物质的量浓度及含量等)进行比较时,可以假设一个中间转化过程,有利于顺利比较。
(7)等效平衡思维法
等效平衡有“恒温恒容”平衡和“恒温恒压”平衡两种情况,在前面已经对此问题有较深刻的分析。
4.化学平衡的移动与平衡混合物的平均相对分子质量(M—)之间的变化规律
(1)对于反应物和生成物都是气体的可逆反应来说,当平衡体系的温度或压强改变时,
平衡移动的方向与平衡混合物的平均相对分子质量(M—)的变化规律是:
○1若平衡向气体体积缩小的方向移动,则平衡混合物的M—将增大;
○2若平衡向气体体积扩大的方向移动,则平衡混合物的M—将减小;
○3若反应前后气体体积不变,无论平衡移动与否,平衡混合物的M—将不变。
(2)对于固体或液体参加或生成的可逆反应来说,平衡移动使平衡混合物的M—发生变化与反应起始时物质的配比有关,此时平衡发生移动时,M—可能增大,可能减小,也可能不变,
需具体情况具体分析。
5.合成氨中的绿化学
(1)比较少的资源(原料)生成较多的产品,提高原料的转化率;
(2)某些原料包括催化剂的重复使用(防止催化剂中毒);
(3)节约能源,减小环境污染(催化剂的重复使用设计,氨分离,N2、H2回流循环催化合成)实现了省资源、少污染,减少成本的要求。
6.化学反应进行的方向
(1)自发过程和自发反应
自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。
自发反应:在该定的条件下,能自发的进行到显著程度的反应。
非自发反应:不能自发进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
(2)化学反应进行方向中的判据
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○1能量判据:自发过程的体系趋向于从高能状态转化为低能状态,由此而得的经验规律就是能量判据。gb1589
对于密闭体系,在恒压和不做其它功的条件下发生变化,吸收或放出的热量等于体系的焓的变化。
○2熵判据:在与外界是个力的体系中,自发过程将导致体系熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,在用来判断过程的方向时,就成为熵判据。
a.与能量状态的高低无关的自发性:与有序体系相比,无须体系“更加稳定”,可以采取更多的存在方式。例如:放在同一密闭容器中的气体或液体物质(也包括能够挥发的固体物质)的蒸汽,不需要外界的任何作用,气态物质会通过分子的扩散自发的形成均匀混合物;硝酸铵溶于水虽然要吸热,它却能够自发地向水中扩散;相互接触的固体物质体系,经过长期放置后,原子或分子通过扩散而进入到另一种固体中。(这种现象可以作为纯物质难保存的最本质的解释)。
b.熵:在密闭条件下,体系由有序转变为无序的倾向,这种推动体系变化的因素称为熵。
c.同一物质,在气态时熵值最大,液态次之,固态最小。
(3)能量判据和熵判据的应用
○1能量判据:放热过程常常容易进行;
熵判据:熵增的过程是自发过程。
在较多情况下,简单的仅用一个判据判断同一个反应,可能得出相反的判断结果。因此,由能量判据和熵判据组合的复合判据将更合适所有的过程。凡是能使反应体系能量降低、上增大的反应方向,就是化学反应容易进行的方向。
○2过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。如涂有防腐漆和未涂防腐漆的钢制器件,其发生腐蚀过程的自发性是相同的,但只有后者可以实现;装在气球中的气体和打开阀门后的气球中的气体一样,都有自发地进入大气并和大气混合均匀的自发性,但是只有后者可以实现。
7.氮的固定
将空气中游离的N2分子转化为含氮化合物的反应叫“固氮反应”,主要的固氮反应有:
(1)生物固氮:是一种主要的自然固氮反应。如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等,进一步合成蛋白质。
(2)自然固氮:如闪电产生的巨大电压,其电火花可以击破氮分子的三键,促使其与氧气反应生成NO,进而生成NO2和HNO3等。
气形态手诊(3)化学固氮:合成氨反应,在放电条件下使氮气和氧气反应生成NO等。
(4)人工模拟生物固氮:通过化学方法,制备出类似生物“固氮菌”的物质,使空气中的氮气在常温常压下于水及二氧化碳等反应,转化为硝态或氨态氮。进而实现人工合成大量的蛋白质等,最终实现工厂生产蛋白质食品。

本文发布于:2024-09-24 22:27:34,感谢您对本站的认可!

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