《合成氨条件的选择》PPT课件.ppt

1、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

2、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,好的经济效益,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。,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 2

3、NH3,(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？,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

4、氨生产示意图,【小结】,合成氨的方程式(补充条件)：,Fe、500 20MPa50MPa,合成氨工厂,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

5、，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

6、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？,H2SO4,SO3,SO2,S,FeS2,H2O,O2,O2,O2, 二氧化硫气体的制备,二氧化硫的催化氧化,催化剂,三氧化硫的吸收,SO3 H2O H2SO4,一、硫酸的工业制法-接触法,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

7、简介,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,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,黄铁矿(硫磺)、空气,98.3% 浓硫酸,铁

8、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 + 8SO2,4120g,2160g,x,10g 8g = 2 g,x = 6 g,黄铁矿中FeS2% = 610100% = 6