《工业合成氨》上课ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,选修 化学反应原理,第二章,第,4,节,化学反应条件的优,化,-,工业合成氨,山东科技版,合成氨工厂一角,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),弗里茨,哈伯：,用空气制造面包的天使,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。,弗里茨,哈伯与合成氨,合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了,约,150,年,的时间。德国科学家哈伯在,10,年的时间,内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，,2,年间他们就进行了,多达,6500,次,试验，测试了,2500,种不同的配方,，最后选定了一种合适的,催化剂,-,铁,，使合成氨的设想在,1913,年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于,1918,年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖,。,我们一起来探究和合成氨的条件的选择？,回顾：,氨气的实验室制法,（课本,P79,页）,1,、实验室制备,（,1,）原理：,（,2,）装置：,（,3,）收集：,（,4,）干燥：,2NH,4,Cl+Ca(OH),2,=CaCl,2,+2NH,3,+2H,2,O,固固加热型（与制O,2,相同）,向下排空气法,碱石灰,【,交流,研讨,1,】,合成氨反应是一个可逆反应,:,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),已知,298,K,时,:H=-92.2KJmol,-1,S=-198.2JK,-1,mol,-1,请根据正反应的焓变和熵变分析,298,K,下合成氨反应,能否自发进行？,298,K,下合成氨反应的平衡常数,K,为,.,（,molL,-1,),-2,化学反应方向,【,交流,研讨,2,】,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？,化学平衡角度,数据一,压强对,氨气百分数的影响,数据二,N,2,H,2,体积比对产率的影响,1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,NH,3,%,N,2,:H,2,_温度、_,压,强,有利于化学平衡,向生成氨的方,向移动,，,N,2,、H,2,体积,比为,_时平衡混合物中氨的含量最高,。,增大,降低,1：3,【,小结,1,】,【,交流,研讨,3,】,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,:,=C(N,2,)C,1.5,(H,2,)C,-1,(NH,3,),请同学们根据关系式分析：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？,化学反应速率角度,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/,k,J/mol,k(催)/k(无),无催化剂,335,3.410,12,(,7,00k),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,N,2,H,2,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。,【,小结,2,】,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NH,3,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NH,3,生产得,多,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,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？,【,交流,研讨,4,】,工业流程角度,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,H,2,和,N,2,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：,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？,N,2,和,H,2,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,N,2,的浓度,，即,N,2,和,H,2,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,N,2,和,H,2,的物质的量比为,1,：,2.8,外部条件,工业合成氨的适宜条件,压强,温度,催化剂,浓度,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,N,2,和,H,2,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,【,小结,3,】,【,小结,4,】,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,】,二、合成氨工业简述：,1,、主要流程：,原料气制取 净化 压缩 合成 分离 液氨,2,、,原料气制取：,空气,压缩,碳,液态空气,N,2,(,先逸出,),物理方法,蒸发,CO,2,(+N,2,)N,2,化学方法,分离出,CO,2,制氮气,:,（造气）,（,净化）,（合成氨）,制氢气,:,天然气,CO+H,2,CO,2,+H,2,H,2,H,2,O(,气,),分离出,CO,2,CH,4,(g)+H,2,O(g)CO(g)+3H,2,(g),CO(g)+H,2,O(g)CO,2,(g)+H,2,(g),H,2,O(,气,),合成氨工厂一角,合成氨工厂一角,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,2000,年，合成氨年产量达到,3363.7,万吨，从生产能力和产量上都位居世界前列。,为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面做进一步改进？,抗毒能力强的新型催化剂,仿生固氮酶催化剂,【,能力提高,】,反馈练习,D,1.,工业合成氨反应是,700 K,左右进行的，这主要原因是（）,700 K,时氨的平衡浓度最大,700 K,时此反应速率最快,C.700 K,时氨的转化率最高,D.700 K,该反应的催化剂能发挥最大的作用,反馈练习,AD,2.,在合成氨工业中，下列操作使平衡向右移动的是,(),（,A,）不断将,NH,3,分离出来,（,B,）使用催化剂,（,C,）采用,700K,左右的高温,（,D,）采用,210,7,510,7,Pa,的压强,