工业合成氨.doc

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：
eq\o\ac(○,1)反应要有较大的反应速率；
eq\o\ac(○,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。
(4)合成氨条件的理论分析(见下表)：
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。(5)合成氨的适宜温度：
eq\o\ac(○,1)温度：500℃左右
eq\o\ac(○,2)压强：20MPa—50MPa
eq\o\ac(○,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
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()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()的变化规律是：
eq\o\ac(○,1)若平衡向气体体积缩小的方向移动，则平衡混合物的将增大；
eq\o\ac(○,2)若平衡向气体体积扩大的方向移动，则平衡混合物的将减小；
eq\o\ac(○,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，可能增大，可能减小，也可能不变，需具体情况具体分析。
5.合成氨中的绿色化学
(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