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化学反应条件的优化-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,一 . 合成氨反应 1. 合成氨反应的特点：,可逆反应,正反应气态物质系数减小,正反应是放热反应,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 = -198.2JK-1mol-1,2.合成氨条件的选择 1）合成氨反应的限度 _ 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。 2）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反应的物质的浓度的关系为:,降低,增大,1：3, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),.增大N2、H2浓度，将氨及时从混合物中分离 出去 .增大压强 .升高温度 .使用催化剂,二.合成氨的适宜条件,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,【交流研讨】,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： 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。 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200500大气压之间。,2、温度怎么选择？,分析： 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。,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。,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,【总结】 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,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,练一练 1.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（ ） A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度,2. 合成氨工业中，除了采用高压，加入催化剂外，还要把温度提高到700K左右，其原因和目的是（ ） A 提高氢气的转化率 B提高氨的产率 C适当提高氨的合成速率D催化剂在700K左右时活性最大,工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：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； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度； 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。,【小结反思】,【总结】,谢谢各位，再见！,
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