化工生产的一些基本原理

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,*,化工生产中适宜条件的选择与优化,化学组：邵亚君,2013.,10.12,考纲点击,2013,版,判断平衡移动方向,解释有关实验事实,选择反应适宜条件,?,勒沙特列原理,(,平衡移动原理,),：,如果改变任一影响平衡的一个条件（如浓度、温度、压强等），平衡就向能够,减弱,这种改变的方向移动。,“,减弱,”,的双重含义：只能削弱不能抵消,1.,运用化学基本原理和方法进行分析、判断、推理：,2.,从文字、图、表等情景资料中获取信息进行分析、,判断、推理,力度加深。,化工生产中适宜条件的选择及优化,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,。,氨气产量,已成为世界上产量最高的国家之一。,弗里茨,哈伯：,美国三名科学家共获,2013,年诺贝尔化学奖,奖励他们在“发展复杂化学体系多尺度模型”,方面所做的贡献,合成氨适宜条件的选择及优化,合成氨工业,1.,知道原理,2.,分析反应的特点：,a,、可逆反应,b,、正反应放热,c,、正反应是气体体积减小的反应,。,N,2,+3H,2,2NH,3,+Q Q 0,3.,用速率和平衡理论相结合分析生产的适宜条件。,尽量做到又快又多。,经济效益好。,(1),压强：,(2),温度：,(3),催化剂：,2050MPa,500,C,铁触媒,压强越大，,NH,3,含量越高,但是需动力大,对设备强度和制造要求高,.,温度越低,NH,3,含量越高,但反应速率减慢,达到平衡时间长,;,而此时催化剂活性最大,.,加快反应速率,较快达到平衡,.,适宜条件,(4),循环操作,N,2,和,H,2,按,投料比以,?,循环使用且不断补充,并及时分离生成的氨,一、化工生产（合成氨适宜条件的选择）,讨论：为有效提高合成氨反应物的转化率及氨气的含量，,实际生产中,宜采取的措施一定可行的是,A,降低温度,B,采用最适合催化剂活性的适当高温,C,增大压强至条件可行的限度,D,降低压强,E,不断加入,HCl,将生成氨反应掉,F,循环利用剩余的反应气,G.,增加,N,2,或,H,2,的浓度，来提高,H,2,或,N,2,的转化率,H.,用水喷淋氨气，生成一水合氨。及时将一水合氨分离出去。,改变以下任一条件对实际生产中合成氨速率及,平衡指标的影响,增大,增大,增大,增大,增大,增大,减小,减小,定,定,定,定,定,小,大,定,不定,aN,2,aH,2,高,不定,aN,2,aH,2,高,增大,aN,2,aH,2,高,减小,aN,2,aH,2,高,高,aN,2,aH,2,高,高,aN,2,aH,2,高,减小,aN,2,aH,2,低,定,aN,2,定,aH,2,定,定,催化剂活性最大的温度,二、合成氨厂原料气的制备,:,N,2,:,H,2,:,水蒸气,燃料,高温,H,2,+CO,催化剂,水蒸气高温,H,2,+CO,2,除,CO,2,H,2,C+H,2,O,CO+H,2,CO+H,2,O,CO,2,+H,2,空气,降温、,加压,逐渐,升温,-,液态空气,-N,2,N,2,、,CO,2,焦碳,或煤,除,CO,2,-N,2,-,工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的利用率,.,而合成氨的,N,2,、,H,2,原料的制备成本相近，你会按何比例配料呢？,(1),压强：,(2),温度：,(3),催化剂：,2050MPa,500,C,铁触媒,压强越大，,NH,3,含量越高,但是需动力大,对设备强度和制造要求高,.,温度越低,NH,3,含量越高,但反应速率减慢,达到平衡时间长,;,而此时催化剂活性最大,.,加快反应速率,较快达到平衡,.,适宜条件,(4),循环操作,N2,和,H2,按,投料比以,1:3,循环使用且不断补充,并及时分离生成的氨,化工生产（合成氨适宜条件的选择）,三、,合成氨工业的简要流程,原料,气体,净化,液氨,分离,合成,压缩,N,2,、,H,2,四、原料气的制取,N,2,：方法,：,液化空气（,N,2,先逸出）,方法,：消耗空气中的,O,2,（例：,C+O,2,=CO,2,，除去,CO,2,可得,N,2,）,H,2,：水煤气法,C+H,2,O,（气）,CO+H,2,CO+H,2,O,（气）,CO,2,+H,2,催化剂,讨论：为有效提高合成氨反应物的转化率及氨气的含量，,实际生产中,宜采取的措施一定可行的是,A,降低温度,B,采用最适合催化剂活性的适当高温,C,增大压强至条件可行的限度,D,降低压强,E,不断加入,HCl,将生成氨反应掉,F,循环利用剩余的反应气,G.,增加,N,2,或,H,2,的浓度，来提高,H,2,或,N,2,的转化率,H.,用水喷淋氨气，生成一水合氨。及时将一水合氨分离出去。,CF,合成氨的未来发展方向,?,常温催化剂,原料气的制备成本进一步降低,生物技术有望取得突破性进展，实现合成氨生产的根本性改变,.,主要反应：,2SO,2,+O,2,2SO,3,+Q Q0,接触法制硫酸,不同,温度、压强,下,SO,2,的平衡转化率,1,5,10,100,400,99.2,99.6,99.7,99.9,500,93.5,96.9,97.8,99.3,600,73.7,85.8,89.5,96.4,压强,atm,转化率,%,温度,0,C,400,99.2,1,合成氨,:500,、,高压,、铁触媒、,nN,2,:nH,2,=1:3,制硫酸：,400-500,、,常压,、,V,2,O,5,、,过量空气,该反应中，工业上使用过量的空气的原因,?,2SO,2,+O,2,2SO,3,+Q Q0,答：,工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的利用率,.,空气过量能提高,SO,2,的转化率,.,反应中为什么不采取加压的方法,?,答：此反应在常压下已达到很高的转化率,(450,、,1,大气压时,SO2,的转化率高达,97.5%,，,450,、,100,大气压时,SO2,的转化率仅为,99.7%).,故生产中不加压,.,4.,化工生产更需考虑的问题？,以安全、可持续发展为本的思想，做到节省资源，尽量减少能耗，减少污染，还要有创新意识，寻求原理、原料、过程、产品最优化,。,化工生产适宜条件的选择,1.,分析原理的可行性,（原理最优化）,2.,分析反应的特点：,3,用速率和平衡理论为依据，以可达到实际生产条件相结合分析生产的适宜条件。使,经济效益最大化,