化学反应条件的优化工业合成氨课件.ppt

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1、关于化学反应条件的优化工业合成氨现在学习的是第1页，共32页利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150150年的时间。年的时间。化学反应化学反应N N2(g)2(g)+3H+3H2(g)2(g)2NH 2NH3(g)3(g)看起来十分的简单，为什看起来十分的简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条厂为什么需要那么庞大而复杂的生

2、产设备和特殊的生产条件？件？要实现合成氨的工业化生产，必须从化学热力学和化学动力学两个方面选择合成氨的反应条件现在学习的是第2页，共32页化学热力学化学动力学化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发进行怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度的催化剂活性的影响等现在学习的是第3页，共32页合成氨反应的特点：合成氨反应的特点：可逆反应可逆反应正反应气体体积缩小正反应气体体积缩小正反应是放热反应正反应是放热反应熵减小的反应熵减小的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-92.4kJ/M

3、OL(1体积体积)(3体积体积)(2体积体积)现在学习的是第4页，共32页不同条件下平衡混合气中氨的含量不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数体积分数)(原料其中原料其中N2和和H2的体积比是的体积比是1:3)31.457.579.892.698.81108Pa23.142.265.284.295.46107Pa9.119.138.264.286.42107Pa4.510.625.152.081.51107Pa13.826.447.071.089.93107Pa0.050.10.42.215.3 1105Pa 4000C 6000C 5000C 3000C 2000C压压强强氨氨含含量量温温

4、 度度现在学习的是第5页，共32页讨论：讨论：能否用过量氮气提高氢气转能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？化率？工业合成氨是否采用此方法？1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2现在学习的是第6页，共32页高压高压高温高温使用使用高压高压低温低温不影响不影响现在学习的是第7页，共32页选择适宜生产条件的原则：选择适宜生产条件的原则：(1)(1)既要注意外界条件对二者影响一既要注意外界条件对二者影响一致性致性,又要注意对二者影响的矛盾性。又要注意对二者影响的矛盾性。(2)(2)既要注意温度、催化剂对速率影既要注意温

5、度、催化剂对速率影响的一致性响的一致性,又要注意催化剂的活性又要注意催化剂的活性对温度的限制。对温度的限制。(3)(3)既要注意理论上的需要既要注意理论上的需要,又要注意又要注意实际可能性。实际可能性。现在学习的是第8页，共32页适宜条件适宜条件:(速率较快速率较快,转化率适中催化剂活性最大转化率适中催化剂活性最大)温度温度:700K压强压强:210 510 Pa77(有利于氨的合成有利于氨的合成,对动力、材料强度、对动力、材料强度、设备制造要求适中设备制造要求适中)催化剂：铁触媒催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂以铁为主体的多成分催化剂)使反应物在较低温度下较快的进行反应。使反应物在较

6、低温度下较快的进行反应。浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充且向循环气中不断补充 N2、H2（1:3)。现在学习的是第9页，共32页v例1、能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）vA、升高温度 B、降低压强vC、使用催化剂 D、及时分离出氨气D现在学习的是第10页，共32页v例2、一定温度下，向一个容积为2升的事先加入催化剂的真空密闭容器中通入1molN2和3molH2，3min后测得容器的压强是起始压强的0.9倍，在此时间内，用H2的量的变化来表示该反应的平均速率是（）vA、0.2 mol.L-1.min-1 B、0.6 mol

7、.L-1.min-1 vC、0.1 mol.L-1.min-1 D、0.3 mol.L-1.min-1 C现在学习的是第11页，共32页二、合成氨工业简述：二、合成氨工业简述：1、主要流程：、主要流程：原料气制取原料气制取 净化净化 压缩压缩 合成合成 分离分离 液氨液氨2、原料气制取：原料气制取：空气空气压缩压缩碳碳液态空气液态空气 N2(先逸出先逸出)物理方法物理方法蒸发蒸发CO2(+N2)N2 化学方法化学方法 分离出分离出CO2制氮气制氮气:（造气）（净化）（合成氨）现在学习的是第12页，共32页制氢气制氢气:水蒸气水蒸气 CO+H2 CO2+H2 H2 炽热碳炽热碳H2O(气气)分离

8、出分离出CO2 C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)现在学习的是第13页，共32页现在学习的是第14页，共32页现在学习的是第15页，共32页现在学习的是第16页，共32页现在学习的是第17页，共32页现在学习的是第18页，共32页现在学习的是第19页，共32页现在学习的是第20页，共32页现在学习的是第21页，共32页 解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；19491949年全国氮肥产量仅年全国氮肥产量仅0.60.6万吨；万吨；19821982年达到年达到1021.91021.9万吨，成为世界上产量

9、最高的万吨，成为世界上产量最高的国家之一。国家之一。现在学习的是第22页，共32页1 1在合成氨工业中，为增加在合成氨工业中，为增加NHNH3 3的日产量，下列变化的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（过程不能使平衡向右移动的是（）（A A）不断将）不断将NHNH3 3分离出来分离出来（B B）使用催化剂）使用催化剂（C C）采用）采用700K700K左右的高温左右的高温（D D）采用）采用2 210107 75 510107 7PaPa的压强的压强练一练：练一练：BC现在学习的是第23页，共32页2 2、合成氨所需的、合成氨所需的H H2 2可由煤和水蒸气反应而可由煤和水蒸气反应而制

10、得，其中一步的反应为：制得，其中一步的反应为：COCO(g)(g)+H+H2 2O O（g g）COCO2(g)2(g)+H+H2(g)2(g)（正反应放热）（正反应放热），下列措施中，能提高，下列措施中，能提高COCO转化率的是（转化率的是（）A A、增大压强、增大压强 B B、降低温度、降低温度 C C、增大水蒸气浓度、增大水蒸气浓度 D D、增大、增大COCO浓度浓度练一练：练一练：BC现在学习的是第24页，共32页3、在合成氨反应中，入口气体体、在合成氨反应中，入口气体体积比积比 N2:H2:NH3 为为6:18:1，出口，出口气体体积比为气体体积比为9:27:8，则，则H2的转的转化

11、率为化率为_。25%N2+3H2 2NH3起始起始 6 18 1变化变化 X 3X 2X6-X:1+2X=9:8 X=1.5H2转化率转化率=100%=25%1.5318练一练练一练：现在学习的是第25页，共32页4、在合成氨时，可以提高、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（转化率的措施是（）(A)延长反应时间延长反应时间 (B)充入过量充入过量H2(C)充入过量充入过量N2 (D)升高温度升高温度C现在学习的是第26页，共32页5、关于氨的合成工业的下列说法正确的是、关于氨的合成工业的下列说法正确的是（）(A)(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%1

12、5%，所以生产，所以生产氨的工业的效率都很低氨的工业的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可循环使用，则总的说来氨可循环使用，则总的说来氨的产率很高的产率很高(C)(C)合成氨工业的反应温度控制在合成氨工业的反应温度控制在500 500 左右，目的是左右，目的是使平衡向正反应方向进行使平衡向正反应方向进行(D)(D)合成氨工业采用合成氨工业采用2020 MPa-50MPa 50MPa，是因该条件下，是因该条件下催化剂的活性最好催化剂的活性最好B现在学习的是第27页，共32页6、在一定条件下，将、在一定条件下，将N N2 2和和H H2 2的混和

13、气体通入固定容积的密闭容的混和气体通入固定容积的密闭容器中进行合成氨反应：器中进行合成氨反应：N N2 2+3H+3H2 2 2NH2NH3 3(正反应为放热反正反应为放热反应应)下列图像表示正确的是：下列图像表示正确的是：（）A C (A)(B)(C)(D)现在学习的是第28页，共32页7.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：含量最高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反（正反应为放热反应）应为放热反应）()A.高温高温 高压高压 B.低温低温 低压低压 C.高温高温 低压低压 D.高压高压 低温低温D现在学习的是第29页，共32页8

14、.对于反应对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)下列判断正确的是下列判断正确的是()A.2体积体积SO2和足量和足量O2反应反应,必定生成必定生成2体积体积SO3 B.其他条件不变其他条件不变,增大压强增大压强,平衡向右移动平衡向右移动C.平衡时平衡时,SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率 的两倍的两倍D.平衡时平衡时,SO2浓度必定等于浓度必定等于O2浓度的两倍浓度的两倍.BC现在学习的是第30页，共32页9.在一定条件下在一定条件下,合成氨反应达到平衡后合成氨反应达到平衡后,混合混合气体中气体中NH3的体积占的体积占25%,若反应前后条件保持若反应前后条件保持不变不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的之比是积的之比是()A B C D51413121A现在学习的是第31页，共32页感谢大家观看感谢大家观看9/5/2022现在学习的是第32页，共32页