工业合成氨课件
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化学反应条件的优化工业合成氨优秀课件
❖ A、0.2 mol.L-1.min-1
B 、 0.6 mol.L-1.min-1
❖ C、0.1 mol.L-1.min-1
D、 0.3 mol.L-1.min-1
二、合成氨工业简述：
1、主要流程：
原料气制取 净化 压缩
（造气）
（净化）
2、原料气制取：
制氮气:
合成 分离
（合成氨）
液氨
压缩 液态空气 蒸发 N2(先逸出) 物理方法 空气 碳 CO2(+N2) 分离出CO2 N2 化学方法
1× 105 Pa 15.3
3000C 4000C 5000C 6000C
2.2 0.4 0.1 0.05
1× 107 Pa 81.5
2× 107 Pa 86.4
3× 6× 1× 107 107 108 Pa Pa Pa
89.9 95.4 98.8
52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
制氢气:
炽热碳
水蒸气 CO+H2
H2O(气)
分离出CO2
CO2+H2
H2
C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂； 1949年全国氮肥产量仅0.6万吨； 1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高 的国家之一。
化学反应条件的优化工业合成 氨优秀课件
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150年的时间。
工业合成氨(优质课课件)
降低
温度， 增大
压强，
减小 氨气的浓度有利于正向移动，
N2、H2浓度比为 1:3 有利于各原料充分
反应，从而提高氨的产率。
二. 合成氨的反应速率
想一想
哪些措施能提高合成氨的反应速率？
升高
温度， 增大
压强，
增大 反应物浓度，使用 催化剂 。
催化剂：铁触媒
小试牛刀
在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的
ห้องสมุดไป่ตู้
使NH3生产快
速率分析
高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度
高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度
三. 合成氨的适宜条件
1．合成氨反应条件的选择原则 (1)尽量增大反应物的 转化率 ，充分利用原料； (2)选择较快的 反应速率 ，提高单位时间内的产量； (3)考虑设备和技术条件。
2．合成氨反应的适宜条件 应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压
根据设备选择压强 压强________________ N2、H2投料比 1:2.8 ______ NH3 及时分离________
根据理论判据分析298K下 能否自发进行？ 已知：298K时，∆H= -92.2KJ· mol-1 ∆S= -198.2J· K-1· mol-1
合成氨反应的 （1）反应 是 可逆反应 特点 （2）正反应是 放 热反应 △H ﹤ 0，△S﹤0
减小 的反应 （3）正反应为气体体积_____
哪些措施能提高合成氨的反应限度？
(4)浓度：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比
为 1∶2.8 的投料比，并且及时将氨气从反应混合物
中分离出去，此外，还应考虑原料的价格，未转化
的合成气的 循环 使用、反应热的综合利用等问题。
鲁教版九年级上册化学 第2章-第4节《化学反应条件的优化——工业合成氨》ppt课件(共38张ppt)
B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气
D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析：本题旨在考查影响化学平衡的外界因素的应用与
分析。题目要求增大合成氨反应中氢气的转化率，就是
在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，
使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是使平衡 栏
故B发生移动。在恒温、恒压时，加入He，使整个体
系做等压膨胀，体积变大，He虽然不参与化学反应，
但由于体积的膨胀，而使平衡混合物中的N2、H2、 栏
目
NH3的浓度都相应减小，结果，反应物浓度减小的程
链 接
度比生成物浓度减小的程度大，此时正反应速率小于
逆反应速率，平衡左移，故C发生移动。在恒温、恒
容时，向体系中加入He，使整个体系压强增大，但由
目 链
接
kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)知，在一定的温度、压强下，
化学反应速率与反应物浓度c(N2)或c1.5(H2)成正比关系，
与生成物浓度c(NH3)成反比关系。因此可以采用增大
反应物浓度、减小生成物浓度来提高化学反应速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响：加催化剂可以
使反应的活化能从335kJ·mol－1降低为167kJ·mol－1，
例2 对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，
下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
栏
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态 目
链
所用的时间
接
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化
学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压
工业合成氨课件
提__高_很__少__，__但__需_要__的__动__力__更_大__，__对__设__备_的__要__求__更__高_。
5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转
化率为___2_5_%___。
起始
N2+3H2 6 18
2NH3 1
施来提高反应速率？
2、压强的选择
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体 反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使 平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器钢材质量 及综合指标，一般选择中压生产。
弗里茨·哈伯：
给人类带来丰收和 喜悦的天使，用空 气制造面包的圣人。
合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
假如你是一个合成氨工厂的老板，对工业生 产你会考虑哪些问题？
反应的可能性要强 原料的利用率要高 单位时间内产率高
化学反应的方向性
增大化学反应限度 加快化学反应速率
另外还要考虑生产中的能源消耗、原料 来源、设备条件、环境保护等因素。
(D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ，是因该条 件下催化剂的活性最好
4.已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0。
催化剂的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是__常__压__，理由是__因__为_常__压__下__SO2 __的__转__化_率__已__经__很__高_，__若__采__用__较_大__压__强__，__S_O_2_的__转__化_率_
5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转
化率为___2_5_%___。
起始
N2+3H2 6 18
2NH3 1
施来提高反应速率？
2、压强的选择
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体 反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使 平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器钢材质量 及综合指标，一般选择中压生产。
弗里茨·哈伯：
给人类带来丰收和 喜悦的天使，用空 气制造面包的圣人。
合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
假如你是一个合成氨工厂的老板，对工业生 产你会考虑哪些问题？
反应的可能性要强 原料的利用率要高 单位时间内产率高
化学反应的方向性
增大化学反应限度 加快化学反应速率
另外还要考虑生产中的能源消耗、原料 来源、设备条件、环境保护等因素。
(D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ，是因该条 件下催化剂的活性最好
4.已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0。
催化剂的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是__常__压__，理由是__因__为_常__压__下__SO2 __的__转__化_率__已__经__很__高_，__若__采__用__较_大__压__强__，__S_O_2_的__转__化_率_
合成氨工业PPT课件
（1）物理吸收法 利用二氧化碳能溶解于水或有机溶剂这一性质完成。吸收二 氧化碳后的溶液可用减压解吸法再生。
（2）化学吸收法 利用二氧化碳具有酸性特征而与碱性物质反应将其吸收。
常用脱碳方法（书43）
名称
吸收剂 方法特点
温度
1、 加压水洗法 物理
吸收 2、 低温甲醇法 法
水 甲醇
加压下 CO2 溶于水，净化度不 常温
鼓风
制气工艺流程 （1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度
（2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分 空 气进行气化。
（3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应， 使燃料层温度趋于均衡。
（4）、蒸汽二次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准 备
。 （5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中
法
液中添加
2． 改良热碱法 二乙醇胺、 在较高温度下加压吸收，出 73-110 2.7
五 氧 化 二 口 CO2 0.1%
矾等
4、原料气的最终净化
原料气经脱硫、变换和脱碳后尚含有少量残余的一氧化 碳及二氧化碳，由于它们对氨合成催化剂有较大的毒害，因 此，在送往合成工序前，必须作最后的净化处理。使CO与 CO2两者之和少于10X10－6。 （1）、铜氨液吸收法
4NH3＋5O2 = 4NO＋6H2O 2NH3＋CO2 = NH2COONH4 NH2COONH4 = CO（NH2）2＋H2O
氨还可以与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸等） 反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。 可用于生 产化肥。
2、用途
药物
机械工业
磺胺 冷 冻 (致 冷 剂 )
石油加工
化肥工业
辐射段 (高温燃料气体对转化反应管进行辐射传热 )
（2）化学吸收法 利用二氧化碳具有酸性特征而与碱性物质反应将其吸收。
常用脱碳方法（书43）
名称
吸收剂 方法特点
温度
1、 加压水洗法 物理
吸收 2、 低温甲醇法 法
水 甲醇
加压下 CO2 溶于水，净化度不 常温
鼓风
制气工艺流程 （1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度
（2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分 空 气进行气化。
（3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应， 使燃料层温度趋于均衡。
（4）、蒸汽二次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准 备
。 （5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中
法
液中添加
2． 改良热碱法 二乙醇胺、 在较高温度下加压吸收，出 73-110 2.7
五 氧 化 二 口 CO2 0.1%
矾等
4、原料气的最终净化
原料气经脱硫、变换和脱碳后尚含有少量残余的一氧化 碳及二氧化碳，由于它们对氨合成催化剂有较大的毒害，因 此，在送往合成工序前，必须作最后的净化处理。使CO与 CO2两者之和少于10X10－6。 （1）、铜氨液吸收法
4NH3＋5O2 = 4NO＋6H2O 2NH3＋CO2 = NH2COONH4 NH2COONH4 = CO（NH2）2＋H2O
氨还可以与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸等） 反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。 可用于生 产化肥。
2、用途
药物
机械工业
磺胺 冷 冻 (致 冷 剂 )
石油加工
化肥工业
辐射段 (高温燃料气体对转化反应管进行辐射传热 )
工业合成氨简易流程ppt课件
K p 1 py1 H .y 5 2N y 3N 0 H .5 2(1 yy i Ny 3N H 3) H 2(r p r 1 1 .)5 2
(1yy i Ny3H N3H )2Kpp(rr 1.1 5)2
影响平衡氨含量的要素
a．压力和温度的影响
当r＝3时， yi =0时，不同温度、 压力下的平衡氨含量值如下表：
快，外分散影响可忽略，但内分散阻力不能忽视，内分散速率影响氨 合成反响的速率。改动催化剂粒度，调理对反响速率的影响。
第二节 氨合成催化剂
氨合成反响必需用催化剂，没有催化剂，即使 在很高压力下反响速度也很小，生成的氨浓度很低。 可以作氨合成催化剂的物质很多，如锇〔Os〕、 铁(Fe)、锰(Mn)、钨(W)和铀(U)等。但由于以铁为 主体的催化剂具有原料来源广、价钱低廉、在低温 下有较好的活性、抗毒才干强、运用寿命长等优点， 广泛采用。
氧及含氧的化合物 CO、CO2、H2O
毒物
永久毒物
硫及其化合物 氯及其化合物 磷及其化合物
催化剂的改良： ①降低活性温度 ②改动外形降低 催化剂床层阻 力，节省功耗。
砷及其化合物
第三节 氨合成的工艺条件
❖ 前面讨论过氨合成的热力学、动力学及催化剂，实践消费 过程中，反响不能够到达平衡，合成工艺参数的选择除了 思索平衡氨含量外，还要综合思索反响速率、催化剂运用 特性以及系统的消费才干、原料和能量耗费等，以期到达 良好的技术经济目的。需求选择氨合成的工艺参数。
确定复原条件的原那么：
使四氧化三铁充分复原为α-Fe， 使复原生成的铁结晶不因重结晶而长大，以保证有最大的 比外表积和更多的活性中心。
3、影响复原质量的要素
装入氨合成塔的催化剂在运用前需求进展H2复原，使四氧化 三铁变为α-Fe 微晶才有活性。复原条件应使铁充分被复原，复原 后比外表积最大。 ◆复原温度，复原为吸热反响，提高温度利于平衡右移，复原速 度快，但生成的α-Fe 微晶颗粒较大，比外表积降低；复原温度过 低，复原速度慢，复原时间长，复原不彻底。复原温度略低于合 成氨操作温度。 ◆ 复原压力，提高复原压力，相当于提高H2分压，反响速度快， 同时可使氨合成反响进展，放出部分热量弥补电加热器。但也提 高了H2O的分压，添加了催化剂反复氧化复原程度，普通选1020MPa；
《合成氨的概述》课件
合成氨的发现
总结词
合成氨的发现可以追溯到19世纪末期，当时科学家们开始探索氮和氢合成氨的可能性。
详细描述
1898年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和助手卡尔·博施（Carl Bosch）成功地开发出了一 种能够实现大规模合成氨的方法，这种方法被称为哈伯-博施法。这一发现为工业生产和农业提供了大 量的氨，对全球经济发展和人类生存具有重要意义。
原料气的净化
总结词
原料气的净化是合成氨生产工艺的重要环节，主要是通过化学和物理方法去除 原料气中的杂质，如二氧化碳、硫化氢和氧气等。
详细描述
原料气的净化通常包括脱硫、脱碳和脱氧等过程。脱硫主要是用碱性溶液或固 体吸收剂去除硫化氢；脱碳主要是用溶液吸收或固体吸附剂去除二氧化碳；脱 氧主要是通过催化剂或氧化反应将氧气转化为水。
环保与安全问题
总结词
合成氨工艺中存在一些环保与安全问题，需要采取相应的措施加以解决。
详细描述
合成氨工艺中会产生大量的废气和废水，如果处理不当会对环境造成污染。因此，需要 采取一系列环保措施，如废气处理、废水处理和废弃物回收等。此外，由于合成氨工艺 需要在高温高压下进行，也存在一定的安全风险。因此，需要采取相应的安全措施，如
《合成氨的概述》 ppt课件
目 录
• 合成氨的简介 • 合成氨的生产工艺 • 合成氨的工艺特点 • 合成氨的未来发展 • 总结
01
合成氨的简介
合成氨的定义
总结词
合成氨是指将氮和氢在高温高压和催化剂的作用下合成为氨的过程。
详细描述
合成氨是一种化学反应，通常在高温高压和催化剂存在的条件下进行，将氮气和氢气合成为氨气。这个反应是工 业上大规模生产氨的重要方法，也是化学工业中的重要反应之一。
合成氨PPT课件
反应特点 ：
主要副反应
主反应总体上是吸热，体积增大的反应
C4 ＝ H 2 H 2 C 7.9 4 k.m J 1ol 2 C O C2 O C 1.7 4 k2 .m J 1ol C H O 2 ＝ H 2 O C 1.3 3 k 6 1 .m J 1o
16
1.2.1 甲烷蒸汽转化反应的热力学分析
鉴于合成氨工业生产的实现和它的研究对化学 理论发展的推动，1918年，哈伯获得了诺贝 尔化学奖。
哈伯及其实验装置
合成氨发展的三个典型特点： 1. 生产规模大型化。 1000~1500T/日 2. 能量的合理利用。 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力，基本不用电能。 3. 高度自动化。 自动操作、自动控制的典型现代化工厂。
第1章 合 成 氨 Synthesis of Ammonia
授课教师：蔡永伟
1
主要内容
1 1.1 概 述 2 1.2 原料气的制取 3 1.3 原料气的净化 4 1.4 氨的合成
2
1.1 概述 (Preface)
• 空气中含有游离氮(N2：78.03%)，但是只有豆科等能 够直接吸收空气中的游离氮。
1908年7月，德国化学家弗里茨·哈伯在实验 室用N2和H2在600℃、200个大气压，以锇 为催化剂的条件下合成了氨，虽然产率仅有 8%，却也是一项重大突破。并成功地设计了 原料气的循环工艺，这就是合成氨的哈伯法。
1913年，德国当时最大的化工企业——巴登 苯胺和纯碱制造公司，组织了以化工专家波施 为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸实施， 进行了多达6500次试验，测试了2500种不 同配方的催化剂后，最后选定了含铅镁促进剂 的铁催化剂，将哈伯的合成氨设想变为现实， 一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。
化工工艺学合成氨幻灯片PPT
（1）原料的预热温度：其高低应根据原料烃的 组成及催化剂的性能而定。 （2）对流段内各加热盘管的布置
(3) 转化系统的余热回收
现代大型氨最重要的特点是充分回收生产过程的余热， 产生高压蒸气作为动力。
29 合成氨工业
（四）、烃类蒸气转化主要设备
顶部烧嘴炉（图）
炉型 侧壁烧嘴炉
1、一段转化炉
梯台炉 冷底式（图）
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C 2 0 0oC 0 Ca2 CCO Ca2 CN2 1 0 0oC 0 CaC 2C N
CaC 23 NH2O CaC 32 O NH 3
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
烷烃：
或
C n H 2 n 2 n 2 1 H 2 O 3 n 4 1 C 4 n 4 H 1 C 2
C C n H n H 2 n 2 n 2 2 n n 2 2 O O H H n n2 C C ( ( 2 3 n n 1 1 ) ) O H H O 2 2
(3) 转化系统的余热回收
现代大型氨最重要的特点是充分回收生产过程的余热， 产生高压蒸气作为动力。
29 合成氨工业
（四）、烃类蒸气转化主要设备
顶部烧嘴炉（图）
炉型 侧壁烧嘴炉
1、一段转化炉
梯台炉 冷底式（图）
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C 2 0 0oC 0 Ca2 CCO Ca2 CN2 1 0 0oC 0 CaC 2C N
CaC 23 NH2O CaC 32 O NH 3
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
烷烃：
或
C n H 2 n 2 n 2 1 H 2 O 3 n 4 1 C 4 n 4 H 1 C 2
C C n H n H 2 n 2 n 2 2 n n 2 2 O O H H n n2 C C ( ( 2 3 n n 1 1 ) ) O H H O 2 2
工业合成氨课件
c1.5(H2)]成正比关系，与生成物浓度[c(NH3)]成反比关系。
由此在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减
小生成物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度， 使用合适的催化剂降低反应活化能来增大反应速率常数K加 快反应速率。 答案：见分析
2．合成氨工业生产中，为什么要采用分离产物，将原料气
3 0 3x 2x 3－3x 2x
1－x
2x 得： ×100%＝26.4% 2x＋1－x＋3－3x x＝0.418 0.418 mol α(N2)＝ 1 mol ×100%＝41.8%。
(4)增大反应浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低 温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高
化学反应速率，500℃时加入合适的催化剂(铁)，既提高化
离出 NH3 。
四、反应流程
1．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＝k· c(N2)· c1.5(H2)· c－
1(NH 3)，请你根据该关系式分析，各物质的浓度对反应速
率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？ 分析：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定 温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或
[解析]
A项，混合气进行循环利用，原子利用率高，
符合绿色化学思想；B项，分离液氨不能加快反应速率，主 要是利于平衡正向移动，提高原料利用率；C项，压缩混合
气(加压)利于平衡正向移动；D项，催化剂能加快反应速率，
对平衡无影响。 [答案] B
合成氨流程中的每个环节的总旨是：增大产率、降低成
本、增大效益。
衡混合物中NH3含量的变化情况。 达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)[投料 V(N2)∶V(H2)＝1∶3]
工业催化原理》第四章 合成氨工业催化基础和过程幻灯片PPT
② 真实吸附模型的等温方程：
因为真实吸附与Langmuir吸附模型并不完全一致，与真实吸附模型的速率方程相对 应，下面介绍两种等温方程：
（1）Temkin等温方程
从Elovich速率方程，吸附平衡时：
kap e /R Tkde / RT
两边取对数得 ： RTlnka p kd
或
1
lnCo
p
（2）Freundlich等温方程
工业催化原理》第四章 合 成氨工业催化基础和过程
幻灯片PPT
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第一节 吸附作用与催化反应
化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 吸附作用与催化反应
物理吸附与化学吸附的主要特征
作用力 吸附热 吸附速度 吸附温度 吸附层数 选择性 可逆性
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
< 40 kJ/mol 吸附速率快，不需活化
≥ 40 kJ/mol 吸附速率慢，一般需活化
接近气体的液化点
通常在高温下，高于气体的液化点
EaEa oln
EdEd oln
从理论上可推导出吸附和脱附速率方程分别为：
rakap/RT
rd kd /RT
化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 吸附作用与催化反应
（三）吸附平衡
当吸附速率与脱附速率相等时，催化剂表面上吸附的气体量维持不变，这种状态即为 吸附平衡。吸附平衡与压力、温度、吸附剂的性质、吸附质的性质等因素有关。 通常物理吸附很快就能达到平衡，而化学吸附则很慢，这与化学吸附往往需要活 化能有关。
因为真实吸附与Langmuir吸附模型并不完全一致，与真实吸附模型的速率方程相对 应，下面介绍两种等温方程：
（1）Temkin等温方程
从Elovich速率方程，吸附平衡时：
kap e /R Tkde / RT
两边取对数得 ： RTlnka p kd
或
1
lnCo
p
（2）Freundlich等温方程
工业催化原理》第四章 合 成氨工业催化基础和过程
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第一节 吸附作用与催化反应
化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 吸附作用与催化反应
物理吸附与化学吸附的主要特征
作用力 吸附热 吸附速度 吸附温度 吸附层数 选择性 可逆性
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力
< 40 kJ/mol 吸附速率快，不需活化
≥ 40 kJ/mol 吸附速率慢，一般需活化
接近气体的液化点
通常在高温下，高于气体的液化点
EaEa oln
EdEd oln
从理论上可推导出吸附和脱附速率方程分别为：
rakap/RT
rd kd /RT
化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 吸附作用与催化反应
（三）吸附平衡
当吸附速率与脱附速率相等时，催化剂表面上吸附的气体量维持不变，这种状态即为 吸附平衡。吸附平衡与压力、温度、吸附剂的性质、吸附质的性质等因素有关。 通常物理吸附很快就能达到平衡，而化学吸附则很慢，这与化学吸附往往需要活 化能有关。
《合成氨工业》课件
维护保养
定期对设备进行维护保养，包括清洗、润滑、紧固等，以延长设备使 用寿命和保证生产安全。
故障诊断与处理
对设备运行过程中出现的故障进行诊断和处理，及时排除故障，恢复 设备正常运行。
安全措施
为确保设备和人员安全，需要采取一系列安全措施，如设置安全阀、 压力表、温度计等安全附件，以及进行定期的安全检查和评估。
工艺流程的能量分析
总结词
对合成氨工艺流程的能量利用进行评估 和分析。
VS
详细描述
合成氨工艺需要消耗大量的能量，包括燃 料、蒸汽和电能等。通过对工艺流程的能 量分析，可以优化工艺过程，提高能量利 用效率，降低生产成本。同时，还可以采 取节能措施，如余热回收、能量梯级利用 等，进一步降低能耗。
03
合成氨工业的设备与操作
合成氨工业的应用领域
总结词
合成氨是农业、化工、制药等领域的重要原料，其在化肥、硝酸、炸药等方面有广泛应 用。
详细描述
合成氨是农业生产中重要的化肥原料之一，用于制造氮肥和复合肥等。此外，合成氨也 是化工和制药领域的重要原料，用于生产硝酸、己内酰胺、尼龙等化学品和炸药等军用
物资。随着科技的不断进步和应用领域的拓展，合成氨工业将继续发挥重要作用。
事故预防措施
采取多种预防措施，如定期检查设备、加强通风、设置安全警示标 识等，降低事故发生的风险。
应急处理
针对可能发生的事故，制定应急处理方案，确保在事故发生时能够 迅速、有效地应对，减少损失。
THANKS。
详细描述
原料气中可能含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质，这 些杂质会影响合成氨的效率和产品质量。因此，需要经过一 氧化碳的变换和二氧化碳的脱除等净化过程，以获得高纯度 的氢气和氮气。
定期对设备进行维护保养，包括清洗、润滑、紧固等，以延长设备使 用寿命和保证生产安全。
故障诊断与处理
对设备运行过程中出现的故障进行诊断和处理，及时排除故障，恢复 设备正常运行。
安全措施
为确保设备和人员安全，需要采取一系列安全措施，如设置安全阀、 压力表、温度计等安全附件，以及进行定期的安全检查和评估。
工艺流程的能量分析
总结词
对合成氨工艺流程的能量利用进行评估 和分析。
VS
详细描述
合成氨工艺需要消耗大量的能量，包括燃 料、蒸汽和电能等。通过对工艺流程的能 量分析，可以优化工艺过程，提高能量利 用效率，降低生产成本。同时，还可以采 取节能措施，如余热回收、能量梯级利用 等，进一步降低能耗。
03
合成氨工业的设备与操作
合成氨工业的应用领域
总结词
合成氨是农业、化工、制药等领域的重要原料，其在化肥、硝酸、炸药等方面有广泛应 用。
详细描述
合成氨是农业生产中重要的化肥原料之一，用于制造氮肥和复合肥等。此外，合成氨也 是化工和制药领域的重要原料，用于生产硝酸、己内酰胺、尼龙等化学品和炸药等军用
物资。随着科技的不断进步和应用领域的拓展，合成氨工业将继续发挥重要作用。
事故预防措施
采取多种预防措施，如定期检查设备、加强通风、设置安全警示标 识等，降低事故发生的风险。
应急处理
针对可能发生的事故，制定应急处理方案，确保在事故发生时能够 迅速、有效地应对，减少损失。
THANKS。
详细描述
原料气中可能含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质，这 些杂质会影响合成氨的效率和产品质量。因此，需要经过一 氧化碳的变换和二氧化碳的脱除等净化过程，以获得高纯度 的氢气和氮气。
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化学反应条件的优
----工业合成氨
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
影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?
化学反应速率化学平衡
温度
气体压强
催化剂
浓度
温度越高,反应速率越大
压强越大,反应速率越大
正催化剂加快反应速率
反应物浓度越大,反应速率越大
升高温度,平衡向吸热方向移动
增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动
催化剂对平衡无影响
增大反应物浓度,平衡正向移动
【交流•研讨】
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
已知298K时: △H= -92.2KJ•mol-1
△S = -198.2J•K-1•mol-1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下
合成氨反应能否自发进行？
298K下合成氨反应的平衡常数K为４.１×１０６（mol•L-1)-2
书P65
合成氨反应的特点：
①可逆反应
③正反应气态物质系数减小
④正反应是放热反应
②熵减小的反应
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(1体积) (3体积) (2体积)
△S = -198.2J•K-1•mol-1
一、合成氨反应的限度
【交流•研讨】
请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成．
书P65
___温度、___压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为_____时平衡混合物中氨的含量最高。
增大
降低
1：3
二、合成氨反应的速率
【交流•研讨】
1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？
2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？
书P66
3、请你根据下表所给的数据分析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
条件△ E /KJ/mol k(催)/k(无)
无催化剂 335 3.4×1012(700k)
使用Fe催化剂 167
1.升高温度
2.增大压强
3.增大反应物浓度
4.使用催化剂
5.增大N2`H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去
使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
合成氨的适宜条件的选择
生成物氨的浓度
反应物的浓度
催化剂
温度
压强
速率分析
使NH3生产得快
外界条件
高压
高温
使用
增大浓度
减小浓度
平衡分析
使NH3生产得多
高压
低温
无影响
增大浓度
减小浓度
【交流•研讨】
研讨的内容研讨的问题
1、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？
压强怎么定？
2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？
3 、催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？
温度怎么选择？
要不要用催化剂？
1、压强怎么选？
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。
实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、用不用催化剂？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。
分析:
经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。
4、浓度怎么定？N2 和H2的比例怎么定？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。
从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。
即N2和H2的物质的量比为1：2.8
（阅读书本67页）
外部条件工业合成氨的适宜条件
压强
温度
催化剂
浓度
研讨的结果
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强
适宜温度
700K左右
使用铁触媒作催化剂
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比, 氨及时从混合气中分离出去
外部条件工业合成氨的适宜条件
压强
温度
催化剂
浓度。