资源简介

(共20张PPT)
合成氨反应的原理分析
01
工业合成氨的适宜条件
02
化工生产中调控反应的一般思路
03
向空气要氮肥
从化学平衡角度分析，应该选择何种方式固氮呢？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
K＝5.0×108 常温
【氧化法】
【还原法】
N2 (g) + O2 (g) 2NO (g)
K＝3.8×10-31 常温
从化学平衡的角度分析，合成氨可行！

合成氨 难不难呢？
600℃、20MPa，
在锇催化剂作用下，氨的产率只有_____
2%
如果你是当时的工程师，如何设计合成氨的条件呢？
可以从哪些角度分析？
合成氨反应的原理分析
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
【化学平衡】
【化学反应速率】
原理分析
合成氨反应的原理分析
1、从化学反应速率、化学平衡分析
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
浓度 温度 压强 催化剂
对合成氨反应的影响
如何选择反应条件，以增大氨的反应速率、提高产率？
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
增大
升温
增大
正催化剂
及时移走氨
降温
增大
不影响
增大c反应物
增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取的措施是否一致
n(N2) : n (H2) ≈ 1: 3
合成氨反应的原理分析
2、合成氨的数据分析
温度/℃ 氨的含量/%
0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
初始时N2和H2的体积比=1：3，不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况：
工业合成氨的适宜条件
1）压强
【原理分析】
压强越大越好
【实际选用】
目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 0 MPa
10 ~ 3
【理由】
压强越大，对设备要求越高，增加成本，降低经济效益
工业合成氨的适宜条件
2）温度
【原理分析】
温度越低转化率越高
【实际选用】
但，反应速率越慢
目前，实际生产一般采用的温度为 ℃。
400～500
工业合成氨的适宜条件
3）催化剂
【原理分析】
加催化剂可改变反应历程，加快反应速率
【实际选用】
目前，普遍使用以铁为主体成分的催化剂，即 。
铁触媒
500℃时活性最大
工业合成氨的适宜条件
温度/℃ 氨的含量/%
0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
工业合成氨的适宜条件
4）浓度
【原理分析】
及时移走产物氨
【实际选用】
及时移走产物
原料气循环利用
增大反应物浓度
n(N2) : n (H2) ≈ 1: 2.8
工业合成氨的适宜条件
压强
温度
催化剂
浓度
工业合成氨的适宜条件
10～30 MPa
400～500 ℃
铁触媒
循环使用原料气、
及时移走产物氨、
投料比为1∶2.8
化工生产中调控反应的一般思路
可行性
分析
分析
调控方法
选取恰当的反应
实验摸索
原理分析：
化学平衡
反应速率
设备要求、
安全操作
经济成本
确定最佳条件
考虑参加反应的物质 、 和
等本身因素
组成
结构
性质
尽量增大______，充分利用原料
选择较快的________
转化率
反应速率
1．下列关于工业生产过程的叙述正确的是（ ）
A．联合制碱法中循环使用CO2和NH3，以提高原料利用率
B．硫酸工业中，SO2氧化为SO3时采用常压，因为高压会降低SO2转化率
C．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
D．SO2在接触室被氧化成SO3，SO3在吸收塔内被吸收制成浓硫酸
D
化学反应的调控
合成氨反应的原理分析
工业合成氨的适宜条件
化学平衡
化学反应速率
调控反应的一般思路
10～30 MPa
400～500 ℃
铁触媒
循环使用原料气、
及时移走产物氨、
投料比为1∶2.8

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