工业合成氨课件
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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。
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
为了提高合成氨的生产能力，还可 以在哪些方面做进一步改进？
①寻找更耐压的金属材料
②仿生固氮酶课题的突破
③寻找抗毒能力强的新型催化剂
【总结】
化学反应 的方向
化学反应 的限度
合成பைடு நூலகம்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
化学反应 的速率
怎样能 提高合 成氨反 应速率
化学工艺学
适
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列 变化过程不能使平衡向右移动的是（ BC ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的 是（BD ）
3、催化剂的选择
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
催
条件化剂
活 性
无催化剂 铁触媒催化剂
△ E /KJ/mol k(催)/k(无)
335
T/k 700K
167
3.4×1012(700k)
使用催化剂可使合成氨的反应速率提高
上万亿倍。
工业生产中的选择
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 一般选择中压：20～50 MPa
A、增大压强
B、降低温度
C、增大CO浓度 D、增大水蒸气浓度
3、关于氨的合成工业的下列说法正确的是
（ B）
(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所 以生产氨的工业的效率都很低
(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的 说来氨的产率很高
(C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目 的是使平衡向正反应方向进行
第二章 化学反应的方向、限度与速率
第4节化学反应条件优化 ——工业合成氨
饥饿的苏丹
十九大报告指出，到2020年我国现行标准下 农村贫困人口实现脱贫，贫困县全部摘帽， 解决区域性整体贫困，做到脱真贫、真脱贫。
自1784年发现氨以后， 人们一直在研究如何利用 化学方法由氮气和氢气合 成氨。
德国化学家哈伯带领科 研团队也从1902年开始研究 氨的直接合成。但直到1913 年才实现了氨的工业生产。
【一、反应的自发性】
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(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？
△H-T△S = -33.14 kJ·mol-1<0 自发 298K下合成氨反应的平衡常数 K为４.１×１０６（mol·L-1)-2
宜
的
工
合
艺
成
流
氨
程
条
件
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
哈伯的功与过：
1909年，哈伯成为第一个从空气中制造出 氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥 的被动局面，加速了世界农业的发展，因此获 得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。
一战中，哈伯担任德国化学兵工厂厂长时 负责研制、生产氯气、芥子气等毒气，并使用 于战争之中，造成近百万人伤亡，遭到了美、 英、法、中等国科学家们的谴责。1934年1月 29日，哈伯因突发心脏病逝世于瑞士的巴塞尔 。
变化 X 3X
2X
（6-X） : （1+2X）=9:8 X=1.5
H2转化率=
1.5×3 18
×100%=25%
温度 催化剂
适宜温度 700K左右
使用铁触媒作催化剂
浓度
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
在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨 含量一般为13%——14%，那么剩余的N2和H2 该如何处理呢？
P69合成氨工业生产流程示意图
我国合成氨工业的发展情况：
我国合成氨工业开始于20世纪30年代，1949年新 中国成立时合成氨厂只有3家，年生产能力不到 0.6万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种 原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家； 到2016年，合成氨年产量达到8000多万吨，从生 产能力和产量上都位居世界前列。
你认为可以通过控制哪些条件来提高合 成氨的反应速率？
提高速率：增大浓度、增大压强、 升高温度、加入催化剂
【三 、化学反应速率】
1、浓度的要求： 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)
浓请反度你应根速：据率增关有c(系哪N式些2）分影、析响c：？(H各可2)物以，质采减的取小浓哪c度些(N对措H3)
(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V2O5在400～500 ℃时催化效果最好。
(1) 应选用的温度是_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_
2NH3(g)
二 、化学反应限度
结论：降低温度、增大压强有利于氨的合成
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
N2、H2体积比对产率的影响
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 n（N2）:n（H2）
结论： N2、H2体积比为1:3时平衡混合气中NH3 含量最高
【三、化学反应速率】
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。
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
为了提高合成氨的生产能力，还可 以在哪些方面做进一步改进？
①寻找更耐压的金属材料
②仿生固氮酶课题的突破
③寻找抗毒能力强的新型催化剂
【总结】
化学反应 的方向
化学反应 的限度
合成பைடு நூலகம்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
化学反应 的速率
怎样能 提高合 成氨反 应速率
化学工艺学
适
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列 变化过程不能使平衡向右移动的是（ BC ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的 是（BD ）
3、催化剂的选择
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
催
条件化剂
活 性
无催化剂 铁触媒催化剂
△ E /KJ/mol k(催)/k(无)
335
T/k 700K
167
3.4×1012(700k)
使用催化剂可使合成氨的反应速率提高
上万亿倍。
工业生产中的选择
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 一般选择中压：20～50 MPa
A、增大压强
B、降低温度
C、增大CO浓度 D、增大水蒸气浓度
3、关于氨的合成工业的下列说法正确的是
（ B）
(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所 以生产氨的工业的效率都很低
(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的 说来氨的产率很高
(C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目 的是使平衡向正反应方向进行
第二章 化学反应的方向、限度与速率
第4节化学反应条件优化 ——工业合成氨
饥饿的苏丹
十九大报告指出，到2020年我国现行标准下 农村贫困人口实现脱贫，贫困县全部摘帽， 解决区域性整体贫困，做到脱真贫、真脱贫。
自1784年发现氨以后， 人们一直在研究如何利用 化学方法由氮气和氢气合 成氨。
德国化学家哈伯带领科 研团队也从1902年开始研究 氨的直接合成。但直到1913 年才实现了氨的工业生产。
【一、反应的自发性】
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(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？
△H-T△S = -33.14 kJ·mol-1<0 自发 298K下合成氨反应的平衡常数 K为４.１×１０６（mol·L-1)-2
宜
的
工
合
艺
成
流
氨
程
条
件
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
哈伯的功与过：
1909年，哈伯成为第一个从空气中制造出 氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥 的被动局面，加速了世界农业的发展，因此获 得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。
一战中，哈伯担任德国化学兵工厂厂长时 负责研制、生产氯气、芥子气等毒气，并使用 于战争之中，造成近百万人伤亡，遭到了美、 英、法、中等国科学家们的谴责。1934年1月 29日，哈伯因突发心脏病逝世于瑞士的巴塞尔 。
变化 X 3X
2X
（6-X） : （1+2X）=9:8 X=1.5
H2转化率=
1.5×3 18
×100%=25%
温度 催化剂
适宜温度 700K左右
使用铁触媒作催化剂
浓度
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
在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨 含量一般为13%——14%，那么剩余的N2和H2 该如何处理呢？
P69合成氨工业生产流程示意图
我国合成氨工业的发展情况：
我国合成氨工业开始于20世纪30年代，1949年新 中国成立时合成氨厂只有3家，年生产能力不到 0.6万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种 原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家； 到2016年，合成氨年产量达到8000多万吨，从生 产能力和产量上都位居世界前列。
你认为可以通过控制哪些条件来提高合 成氨的反应速率？
提高速率：增大浓度、增大压强、 升高温度、加入催化剂
【三 、化学反应速率】
1、浓度的要求： 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)
浓请反度你应根速：据率增关有c(系哪N式些2）分影、析响c：？(H各可2)物以，质采减的取小浓哪c度些(N对措H3)
(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V2O5在400～500 ℃时催化效果最好。
(1) 应选用的温度是_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_
2NH3(g)
二 、化学反应限度
结论：降低温度、增大压强有利于氨的合成
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
N2、H2体积比对产率的影响
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 n（N2）:n（H2）
结论： N2、H2体积比为1:3时平衡混合气中NH3 含量最高
【三、化学反应速率】