《合成氨条件的选择》PPT课件.ppt

6.3化工生产能否做到又快又多 二、硫酸的工业制法 一、工业合成氨 一、合成氨工业简介 1909年德国化学家哈伯成功建立了第一套合 成氨的实验装置，产量80g/小时。在此基础上 1913年德国化学工程专家波施建立了第一个工业 规模的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所以合 成氨的方法又叫做哈伯-波施法。 目前，全球氨产量约为650万吨/年。近年来 ，合成氨装置大型化是世界合成氨发展的主流趋 势。现世界最大单系列合成氨装置为阿根廷 Profertil公司的2050吨/天装置；而3000吨/天( 约100万吨/年)的单系列合成氨装置将于2005年 投产，4000吨/天规模的装置也已完成初步设计 。 目前我国合成氨年产量已居世界第1 位，但是，单系列装置规模较小，已经 无法适应世界合成氨的发展趋势。 据有关资料统计，我国合成氨平均规 模为5万吨/年。而俄罗斯的平均规模为 40万吨/年；美国为30万吨/年以上。 假如你自己就是一个合成氨工厂的厂 长，你最关心的是什么？对整个生产过程 会有怎样的要求？ 提高单位工作时间内产品的产量 产品生产周期短 （生产的快） 产品的产率高 （生产的多） 好的经济 效益 【问题】 1、合成氨反应的化学方程式 为：N2+3H2 2NH3(正反应为放热 反应)，分析该反应的特点。 一个正反应为放热、气体总体积 缩小的可逆反应。 2、针对反应特点，分别从化学反 应速率和化学平衡两个方面思考，讨 论并完成下表。 使氨生成的快 （反应速率） 使氨生成的多 （化学平衡） 浓浓度 压压强 温度 催化 剂剂 高压 高温 使用无影响 高压 低温 增大浓度 增大反应物浓度； 减小生成物浓度 是一个正反应为放热、气体总体积缩小的可逆反应。 合成氨反应 N2+3H2 2NH3 (1)既然增大压强能提高反应速率和氨的产 量，那是否工业上采用的压强越大越好？ (3)催化剂对化学平衡并没有影响，那为何 工业上还要使用催化剂？ (2)降低温度有利于生成氨，那是否温度越 低越好？ 【讨论题 】 使用催化剂时,应考虑哪些因素? 二、工业合成氨的适宜条件 1.压强： 3.催化剂： 2.温度： 4.浓浓度： 20MPa50MPa(受动力、材料、设备等 实际条件的影响) 500左右(温度过低,速率慢,不经济; 还应考虑催化剂的活性对温度的要求) N2、H2的再循环并及时补充N2和H2 增大反应物的浓度 及时将氨冷却并从平衡气体中分离 降低生成物的浓度 铁触媒(加快反应速率,大大缩短到达 平衡的时间) 合成氨生产示意图 【小结】 合成氨的方程式(补充条件)： N2+3H2 2NH3 Fe、500 20MPa50MPa 合成氨工厂 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 3.既要注意-上的要求，又要注意- 操作中的可能性。 三、选择适宜化工生产条件的原则： 1.既要考虑外界条件对 -和- 影响的-，又要考虑外界条件对两者影响 的-。 2.既要注意-、-对化学反应速率影响 的一致性，又要注意温度对-的影响。 化学反应速率化学平衡 矛盾性 一致性 温度催化剂 催化剂活性 理论实际 催化剂的催化能力一般称为催化活性。有 人认为：由于催化剂在反应前后的化学性质和 质量不变，一但制成催化剂之后，便可以永远 地使用下去。实际上许多催化剂在使用过程中 ，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就 是催化剂的成熟期。接着催化剂在一段时间里 保持稳定，然后再逐渐下降，直至不能再使用 。催化剂催化活性保持稳定的时间即为催化剂 的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条 件而异。 催化剂中毒 催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的 杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称 为催化剂中毒。一般认为是由于催化剂表面的活 性中心被杂质占据而引起中毒。中毒分为暂时性 中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成氨反应 中的铁触媒催化剂，氧气、二氧化碳、一氧化碳 和水蒸气都能使催化剂中毒，但利用纯净的氢氮 混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又 能恢复，因此这种中毒是暂时性的中毒。相反， 含磷、硫、砷的化合物则可使催化剂永久失去催 化活性。催化剂永久性中毒后，往往完全失去活 性，这时即使再用纯净的氮、氢混合气体处理， 活性也很难恢复。 催化剂中毒会严重影响生产的正常进 行，工业生产中为了防止催化剂中毒，要 把反应物原料加以净化，以除去有毒物质 ，这样就要增加设备，提高成本。因此， 研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是 一个重要的课题。 二、硫酸的工业制法 思考：怎样制取硫酸？ H2SO4SO3SO2 S FeS2 H2OO2 O2 O2 二氧化硫气体的制备 SO2 SO2 点燃 4FeS211O2 2Fe2O38SO2 高温 二氧化硫的催化氧化 催化剂 三氧化硫的吸收 SO3 H2O H2SO4 1、接触法制硫酸 的主要反应过程 一、硫酸的工业制法-接触法 2SO2O2 2SO3 二氧化硫的制取和净化 发生的反应 生产设备 沸腾炉 2、硫酸生产过程简介 4FeS211O2 = 2Fe2O38SO2 高温 黄铁矿 空气 矿渣 SO2、O2、 N2 为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？ 为什么要从炉底通入强大空气流？ 讨 论 二氧化硫氧化成三氧化硫 生产设备：接触室 发生的反应：2SO2O2 2SO3 + Q V2O5 接触氧化的三个适宜条件： 压强用常压； 温度为 400500； 催化剂主要为V2O5。 经净化的 SO2、O2 SO2、O2 SO3 冷气体 热气体 温度较低的气体 温度较高的气体 接触室 三氧化硫跟水化合生成硫酸 发生的反应：SO3H2O H2SO4 用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 生产设备：吸收塔 98.3%H2SO4 吸收塔 尾气 发烟 H2SO4 SO3 O2、SO2、N2 三阶阶段SO2的制取和净净化SO2氧化成SO3吸收SO3生成硫酸 原料 三方程 高温 4FeS2 +11 O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 催化剂剂 2SO2+O2 2SO3 400-500 SO3 +H2OH2SO4 三设备设备 沸腾炉接触室吸收塔 工艺艺要求 黄铁矿(硫磺)、 空气 98.3% 浓硫酸 铁矿粉碎， 炉气净化 用两层催化剂 用热交换器 用98.3%的浓硫酸吸 收SO3 - 接 触 法 制 硫 酸 小 结 接触氧化的三个适宜条件： 压强用常压； 温度为 400500；催化剂主要为V2O5。 【例】含二氧化硅的黄铁矿样品10g 在空气中充分燃烧，最后剩 余8g 残渣（残渣中不含硫元素）。又知在接触法制硫酸的生产中，有 2%的硫受损失混入炉渣。用上述黄铁矿150 t ,可制得98%的浓硫酸多少 吨？ 解：设 10g 黄铁矿中 FeS2 的质量为 x 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 4120g2160g x10g 8g = 2 g x =