合成氨工业中课件

化学反应速率

化学平衡移动原理

应用工业合成氨适宜条件的选择-------德国化学家：哈伯弗里茨.哈泊：

德国物理化学家，出生于一个犹太富商家中。1908年7月首次合成氨气。并成功地解决了合成氨工业生产中的技术问题。1918年获得诺贝尔化学奖。法国化学家勒夏特烈第一个试图进行高压合成氨的实验，但是由于氮氢混和气中混进了氧气，引起了爆炸，他放弃了这一危险的实验，并否定了合成氨工艺。

氨气的合成：一方面使氮肥大量的工业化生产，提高了粮食的产量。

另一方面氨氧化制得硝酸及TNT炸药。哈伯合成氨的成果，使德国储备了充足的物品，将第一次世界大战延续了几年。

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol选修4教材：32页4题研究背景：常温常压下，合成氨的反应进行得非常慢，几乎不能觉察；达到平衡时，氨的产量还很低。也就是说：

反应速率慢反应程度小1、此反应为可逆反应2、正反应为气体体积缩小的反应3、正反应为放热反应

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol快多加快反应速率

提高氨平衡含量

提高氨的日产量体系温度催化剂体系压强反应物浓度体系温度---------合成氨工业中，采用：低温好还是高温好？

1000L50MPa合成氨的实验数据：V(N2):V(H2)=1:3现有不同时间、不同温度平衡状态下氨气的体积百分含量，请酌情填充下表

1.7a20a10a1.8a3.3a1.5a

500℃

300℃

400

℃

600℃

700℃平时衡间氨含量温

度单位时间氨产量L/a

200℃95.4℅65.2℅42.2℅84.2℅22.7℅12.6℅

8413423419884.247.712.6℅

22.7℅42.2℅65.2℅84.2℅95.4℅ⅠⅡⅢⅣⅤⅥV%

合成氨工业中：常采用400-500℃

体系温度催化剂体系压强反应物浓度催化剂的活性催化剂的中毒催化剂的价格饿（Os）钌（Ru）铂（Pt）铁（Fe）目前，合成氨工业中公认的最合适的催化剂铁催化剂催化剂型号起燃温度(℃)操作温度(℃)最佳温度(℃)耐热温度(℃)A6400480~510475550A9375460~475450525A10370455~465450500几种铁催化剂的温度指标催化剂体系温度体系压强反应物浓度体系压强

-----------合成氨工业中，采用：高压好还是低压好？10MPa不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数)(原料其中N2和H2的体积比是1:3)31.457.579.892.698.8100MPa23.142.265.284.295.460MPa9.119.138.264.286.420MPa4.510.625.152.081.513.826.447.071.089.930MPa0.050.10.42.215.3

0.1MPa

400℃

600℃

500

℃

300℃

200℃压强氨含量温

度V％

-----在合成氨工业中，增大体系的压强：

既有利于加快反应速率，又有利于提高平衡混合物中氨气的体积分数。100MPaH2N2NH3实验资料记载：体系压强过大

1、生产设备要求耐压力大，材料需求过高，影响综合经济效益；2、高压下氢气小分子能穿透容器壁外溢。体系压强（MPa）0.60.50.40.30.20.1NH3%20406080100

一定温度下，压强增大时氨的平衡含量是否一定显著变化？

---目前，我国合成氨工中，采用的压强：20MPa---50MPa10MPa不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数)(原料其中N2和H2的体积比是1:3)31.457.579.892.698.8100MPa23.142.265.284.295.460MPa9.119.138.264.286.420MPa4.510.625.152.081.513.826.447.071.089.930MPa0.050.10.42.215.3

0.1MPa

400℃

600℃

500

℃

300℃

200℃压强氨含量温

度％H2、N2合成

氨气造气水煤气法制取H2净化反应需H2N2分离液态氨多余N2、H2循环使用现代合成氨工业主要流程此流程图还体现了哪些提高氨气产量的措施？

1、合成氨工业中，原料气（N2、H2及CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料中的CO，其反应是：

Cu(NH3)2Ac（aq）+CO(g)+NH3(g)Cu(NH3)3Ac·CO（aq)△H＜0（1）必须除去原料气中CO的原因是什么？（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）吸收CO的适宜条件是什么？（3）吸收CO后的醋酸铜氨液，经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以循环使用，醋酸铜氨液再生的适宜条件是什么？请分析下列问题：即时反馈2、Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好PH和浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。[实验设计]控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K（其余实验条件见下表），设计如下对比试验。（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）。实验编号实验目的T/KPHc/10-3mol·L-1H2O2Fe2+①为以下实验作参考29836.00.30②探究温度对降解反应速率的影响③298106.00.3031336.00.30探究PH对降解反应速率的影响[数据处理]实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。（2）请根据右上图实验①曲线，计算降解反应在50~150s内的反应速率：（p-CP）=

mol·L-1·s-1[解释与结论]（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因：

。（4）实验③得出的结论是：PH等于10时，

。[思考与交流]（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：

8×10-6H2O2高温条件下易分解取样后加入NaOH溶液中，调节PH约为10，反应可以迅速停止反应速率趋近于03、超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和，化学方程式如下：为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时NO和CO浓度如表：请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂

催化效率的影响）：（1）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的

0（填写“>”、“<”、“=”）（2）前2s内的平均反应速率

v(N2)=_____________。（3）在该温度下，反应的平衡常数K=

。（4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是

。A．选用更有效的催化剂B．升高反应体系的温度C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积＜1.88×10-6mol/L·s5000BC（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。实验

编号T/℃NO起始浓度/mol/LC