合成氨条件的优化.ppt

1、“一战”期间在哈伯的指导下，德国合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT,化学家哈伯，1909年发现一定温度、压强和催化剂下，以空气、煤、水为原料得到产率为68的合成氨，结束了人类完全依靠天然氮肥的历史。,哈伯被称为“用空气制造面包的圣人”，荣获1918年诺贝尔化学奖。,思考：你是工厂老板，主要考虑哪些问题？,经济效益和社会效益：,增大化学反应速率,单位时间产率高,增大化学反应限度,原料利用率高,另外考虑能源消耗、原料来源、设备条件、环境保护等。,提高经济效益,理论,实际,单位时间提高氨的产量,平衡时提高氨的含量,从生产成本、设备等对理论论证，得出合理的结论。,影响速率和平

2、衡的因素有哪些?,温度越高, 反应速率越大,压强越大, 反应速率越大,加快反应速率,反应物浓度越大, 反应速率越大,升高温度, 平衡向吸热方向移动,增大压强, 平衡向系数减小向移动,对平衡无影响,增大反应物浓度, 平衡正向移动,【交流研讨】,合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 分析298K下反应能否自发进行？,书P65,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

3、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、合成氨反应的限度,利用平衡移动分析什么条件利于氨的合成,_温度、_压强利于平衡向生成氨的方向移动，,增大,降低,二、合成氨反应的速率,温度,浓度,压强,催化剂,【交流研讨】,1、控制那些条件能提高合成氨的速率？,2、研究表明，合成氨的速率与浓度的关系为:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),根据关系式分析：各物质的浓度对速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？,书P66,3、根据下表分析催化剂对合成氨反应速率的影响：,1.升高温度 2.增大压强 3.增大N2H

4、2浓度 4.使用催化剂,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,合成氨的适宜条件,生成物氨浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,使NH3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NH3生产得多,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,温度怎么选？,分析： 正反应是放热反应，降低温度利于平衡正向移动。,温度越低，速率越小，达到平衡所需时间越长，因此温度不宜太低。,催化剂要在一定温度下活性最大。,综合以上因素:生产中温度选择700K（考虑催化剂的活性）。,压强怎么选？,分析： 反应是系数减小的反应，增大压强既增大速率，又使平衡正向移动，所以理论上压强越

5、大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、因此选择符合实际技术的压强。,综合:实际生产中压强选择在2050MPa。,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。,浓度怎么定？ N2 和H2比例怎么定？,增大反应物的浓度增大速率，减小生成物的浓度平衡正向移动。 从平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大， 实验测得提高N2的浓度，更能促进氨的合成，即N2和H2的物质的量比为1：2.8。,实际方法：将气态氨冷却液化分离出去；将氮气和氢气循环利用，使N2