化学反应条件的优化---工业合成氨

1、新华网银川月日下午，宁夏捷美丰友化新华网银川月日下午，宁夏捷美丰友化工有限公司发生工有限公司发生氨气氨气泄漏事故。事故共造成泄漏事故。事故共造成人中毒，其中，轻微中毒人，中度人中毒，其中，轻微中毒人，中度中毒中毒2人，重度中毒人。人，重度中毒人。化学反应条件的优化-工业合成氨氨的用途化肥致冷剂医药纤维炸药染料你知道从发现氨气到实现氨气的工业化生产经历了多长时间吗？自1784年发现氨气以后，直到1913年才实现了氨气的工业化生产。经过努力，几十年后建造了氨气日生产能力1000吨的大型装置。氨的生产设备氨的生产设备【交流研讨1】l化学反应限度-原料利用率l化学反应的速率-单位时间的产量l实际生产中

2、的能源消耗、设备条件、环境保护等因素通常从哪几个角度分析一个可逆的化学反应的工业化生产条件？氨的生产设备反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)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件？联想质疑一、合成氨反应的限度【交流研讨2】已知合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)298K时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1请根据反应的焓变和熵变分析，298K下合成氨反应能否自发进行？分析该反应的特点，利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。

3、l可逆反应l正反应为放热反应l正反应气体物质的量减小提高反应物转化率（平衡）的条件分析【归纳总结】二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为： v=kc(N2)c1.5(H2) c-1(NH3) 期中【交流研讨3】 根据下面提供数据，你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？催化剂对合成氨反应速率的影响催化剂对合成氨反应速率的影响合成氨的条件选择升温还是降温？压强是否越大越好？最适宜的N2与H2的物质的量之比是多少？是否使用催化剂？【交流研讨4】在实际工业中应该如何选择该反应的条件呢？请根据下表所给数据进行分

4、析。工业合成氨混合气中氨的体积工业合成氨混合气中氨的体积分数与压强和温度的关系分数与压强和温度的关系压强越大对设备的要求越高、能耗高，成本高温度太低，反应速率太小；温度太高催化剂会失去活性，且能耗高。但是，实际生产中，氮气和氢气的物质的量之比是采用1:2.8而不是1:3，请根据所提供材料分析，这是为什么？小资料：小资料：工业上，合成氨的反应是在催化剂表面工业上，合成氨的反应是在催化剂表面上进行的。这一过程一般要经历反应物扩散至催上进行的。这一过程一般要经历反应物扩散至催化剂表面、在催化剂表面被吸附、发生表面反应、化剂表面、在催化剂表面被吸附、发生表面反应、产物从催化剂表面脱附、产物扩散离开五个

5、步骤。产物从催化剂表面脱附、产物扩散离开五个步骤。其中，第一步氮的吸附分解所需活化能最高，是其中，第一步氮的吸附分解所需活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤。控制总反应速率的关键步骤。【交流研讨5】【归纳总结】工业合成氨的适宜条件根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，一般分为低压（1107Pa)、中压（21073107Pa) 、高压（8.5107 1108Pa)三种类型700K左右；热量回收，综合利用使用铁催化剂N2和H2的物质的量比为1:2.8；氨应及时从混合气中分离；未反应的原料气应循环使用我国合成氨工业的发展l1949年生产能力不到6000吨l2000年产量达到3363.7万

6、吨l2010年1-5月总产量累计2229.5674万吨阅读以下材料，预测合成氨工业的研究方向。小材料：小材料：合成氨工业需要高温、高压的反应条合成氨工业需要高温、高压的反应条件，而且催化剂容易中毒、使用寿命不长。但在件，而且催化剂容易中毒、使用寿命不长。但在自然界里，据估计，由于生物固氮酶催化剂（如自然界里，据估计，由于生物固氮酶催化剂（如根瘤菌）的作用，在常温、常压下每年可以从空根瘤菌）的作用，在常温、常压下每年可以从空气中将气中将1 1亿吨氮固定下来。亿吨氮固定下来。使合成氨反应在较低温度下进行，并且具有较强抗毒能力的催化剂；仿生固氮酶催化剂 浙江工业大学刘化章教授研究出浙江工业大学刘化章

7、教授研究出ZA5ZA5型低温低型低温低压合成氨催化剂，能使合成氨反应温度降低至压合成氨催化剂，能使合成氨反应温度降低至15251525，操做压强降低至，操做压强降低至2-3MP2-3MP，大大降低生，大大降低生产成本，因此此项发明获得了浙江省科技进步一等产成本，因此此项发明获得了浙江省科技进步一等奖。奖。【问题归纳】l化学反应限度-原料利用率l化学反应的速率-单位时间的产量l实际生产中的能源消耗、设备条件、环境保护等因素通常从哪几个角度分析一个化学反应的工业化生产条件？实际工业生产又如何选择条件呢？l基本原则：寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件，并根据实际生产条件综合考虑。l一般

8、要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益。l选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度。l选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。一般性可逆反应工业生产条件的选择方法【交流研讨6】已知二氧化硫的催化氧化反应是工业制硫酸的重要反应，请根据下表SO2转化率数据分析在实际生产中应该选择什么样的反应条件？注：常见催化剂为V2O5，适宜温度400500温度400500；常压化学热化学热力学力学化学动化学动力学力学化学反应化学反应的方向的方向化学反应化学反应的限度的限度化学反应化学反应的速率的速率合成氨反合成氨反应能否自应能否自发进行发进行？怎样能促怎样能促使化学平使化学平衡向合成衡向合成氨方向移氨方向移动动？怎样能提怎样能提高合成氨高合成氨反应速率反应速率？适宜的合成氨条件适宜的合成氨条件工艺流程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【概括整