無機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)教案頭(共74頁)

1、石家莊財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院教案教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)01基本課題緒論教學(xué)目的1、了解無機(jī)化學(xué)工業(yè)的地位和作用、無機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展概況；2、掌握學(xué)習(xí)本課程的基本要求重 點(diǎn)無機(jī)化學(xué)工業(yè)的地位和作用難 點(diǎn)無機(jī)化學(xué)工業(yè)的地位和作用課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、本課程教學(xué)計(jì)劃簡(jiǎn)介、本課程對(duì)學(xué)生的要求、簡(jiǎn)介無機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法10min講授法培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度、講新課 緒論一、無機(jī)化學(xué)工業(yè)的地位和作用二、無機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展概況65min講授法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣三、學(xué)習(xí)本課程的基本要求15min講授法培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)本課

2、程的基本要求課后記：教學(xué)過程一、本課程教學(xué)計(jì)劃簡(jiǎn)介、對(duì)學(xué)生的要求；及無機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法二、講授新課一、典型無機(jī)化工產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位及其發(fā)展概況 （一）合成氨堪稱現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊 （二）硫酸曾被譽(yù)為“工業(yè)之母”（三）硝酸唯一兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性 （四）化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石 （五）純堿與燒堿是重要的基本化工原料 無機(jī)鹽是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ) 典型無機(jī)化工產(chǎn)品主要包括合成氨、化學(xué)肥料、硫酸與硝酸、純堿與燒堿、主要無機(jī)鹽等五個(gè)方面。都屬于大宗化學(xué)品和典型無機(jī)化工產(chǎn)品。本書重點(diǎn)介紹典型無機(jī)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)原料路線選擇、工藝流程組織、生產(chǎn)運(yùn)行與操作條件的優(yōu)化，以及典型設(shè)備

3、選型、操作控制要點(diǎn)及常見故障排除措施等 典型無機(jī)化工產(chǎn)品概況。一般認(rèn)為，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的標(biāo)志-1913年德國(guó)的哈伯和博施首次采用鐵為催化劑、直接以氫氣和氮?dú)鉃樵?、在高溫高壓下成功合成氨。劃時(shí)代意義的人工固氮技術(shù)的重大突破。合成氨工業(yè)化被公認(rèn)為化學(xué)方面最重要的發(fā)明之一和對(duì)高壓化學(xué)合成技術(shù)上作出的重大貢獻(xiàn)，哈伯和博施先后分別于1918年和1931年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這種直接合成氨法稱為哈伯-博施法。合成氨工業(yè)化的成功極大地促進(jìn)了高壓機(jī)生產(chǎn)技術(shù)、高壓化學(xué)合成技術(shù)和催化劑生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使德國(guó)一躍成為當(dāng)時(shí)世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)。我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 硫酸產(chǎn)量與合成氨相當(dāng)，工業(yè)化生產(chǎn)已有270年歷史，曾被譽(yù)為“

4、工業(yè)之母”?；使I(yè)中，每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗純硫酸760kg。每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，消耗硫酸360kg；農(nóng)藥方面如硫酸銅、硫酸鋅是植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑；冶金工業(yè)中電解液就需要使用硫酸；石油工業(yè)中每噸原油精煉需要硫酸約24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約31kg；化學(xué)纖維每生產(chǎn)1t環(huán)氧樹脂，需用硫酸2.68t，號(hào)稱“塑料王”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn)1t，需用硫酸1.32t；硫酸曾被譽(yù)為“工業(yè)之母”染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。濃硫酸為濃縮硝酸生產(chǎn)中的脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸干燥氯氣、氯化氫；無機(jī)鹽工業(yè)中，如冰晶石、氟化

5、鋁、硼砂、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備；許多無機(jī)酸和有機(jī)酸的制備，也常需要硫酸作原料。此外，電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當(dāng)數(shù)量的硫酸。我國(guó)硫酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 1t硫磺可以生產(chǎn)3t硫酸，2t蒸氣，336度電量，且無三廢排放，良好的生產(chǎn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益是硫磺法生產(chǎn)硫酸得到快速發(fā)展最主要的因素。近幾年來，隨著我國(guó)有色金屬工業(yè)的迅猛發(fā)展，冶煉煙氣制酸也獲得快速發(fā)展，銅陵有色、江西銅業(yè)、甘肅金川等硫酸產(chǎn)量在100萬t/a以上的特大型企業(yè)，均以冶煉煙氣制酸為主，2008年我國(guó)煙氣吸收法制酸已占24%。硫酸裝置

6、的大型化、規(guī)?；⒓s化發(fā)展取得了巨大進(jìn)步。將進(jìn)一步淘汰4萬t/a的硫鐵礦制酸裝置，限制10萬t/a硫鐵礦制酸裝置，硫酸企業(yè)有望向“能源工廠”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)以硫資源為主線，以能源循環(huán)為輔線，實(shí)現(xiàn)了以硫酸為核心的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 硝酸兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性的特點(diǎn)，各類酸中產(chǎn)量?jī)H次于硫酸的重要化工原料；主要用于無機(jī)化工制造硝酸銨、硝酸銨、硝酸磷肥、氨磷鉀等復(fù)合肥料。在有機(jī)工業(yè)、染料工業(yè)、涂料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、印染工業(yè)、橡膠工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)中和國(guó)防工業(yè)等也有廣泛用途。硝酸唯一兼有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性 我國(guó)硝酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 至2008年底我國(guó)已擁有先進(jìn)的雙加壓法工藝的硝酸生產(chǎn)裝置20套，占我國(guó)硝酸總產(chǎn)能的50%

7、，大大縮短了我國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距。但我國(guó)還不算是硝酸工業(yè)強(qiáng)國(guó)，世界發(fā)達(dá)國(guó)家均普遍采用27萬t級(jí)和50萬t級(jí)硝酸裝置，我國(guó)年產(chǎn)27萬t雙加壓法完全國(guó)產(chǎn)化硝酸裝置目前國(guó)內(nèi)僅有幾家企業(yè)正在籌建，隨著取締和關(guān)閉落后生產(chǎn)裝置，淘汰配置低、規(guī)模小、能耗高的裝置，我國(guó)硝酸工業(yè)正在向規(guī)?；l(fā)展 化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食的“糧食”?；蕦?duì)我國(guó)糧食單產(chǎn)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)4050。使用化肥以提高糧食單產(chǎn)，已經(jīng)成為確保全球糧食安全的關(guān)鍵和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石。中國(guó)能以世界7%的耕地養(yǎng)活占世界約22%的人口，應(yīng)該說一半功勞歸于化肥。另外一半功勞呢？化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石 建國(guó)初我國(guó)化肥工業(yè)只有硫酸銨和硝酸銨兩

8、個(gè)品種，年產(chǎn)量6000t。目前我國(guó)化肥生產(chǎn)量約占世界總量的約1/3，表觀消費(fèi)量約占35%，世界上最大的化肥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。一是化肥工業(yè)的基本特征是“多氮少磷缺鉀”；二是高濃度化肥比例低。為什么？三是復(fù)合肥料比例低。 純堿。建材方面主要用于制造玻璃，這是純堿的最大消費(fèi)部門，每t玻璃消耗純堿0.2t。在輕工方面：洗衣粉、三聚磷酸鈉、保溫瓶、燈泡、白糖、搪瓷、皮革、日用玻璃、造紙等；在化工方面：制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、小蘇打、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硅酸鈉、硼砂、漂白劑、填料、洗滌劑等；冶金工業(yè)：冶煉助熔劑、選礦用浮選劑、煉鋼和煉銻用作脫硫劑；在陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉也要用到純堿；印染工業(yè)用作軟水劑；制

9、革工業(yè)用于原料皮的脫脂、提高鉻鞣液堿度；食用級(jí)純堿用于生產(chǎn)味精、面食等。純堿與燒堿是重要的無機(jī)堿性化工原料 我國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀氨堿法/%聯(lián)堿法/%2008年我國(guó)純堿企業(yè)平均年產(chǎn)量37.34萬噸。氨堿法路線的山東海化集團(tuán)有限公司的年產(chǎn)能為300萬噸；聯(lián)堿法的湖北雙環(huán)化工集團(tuán)有限公司年產(chǎn)能為100萬噸。但在節(jié)能減排方面與世界先進(jìn)水平仍有較大差距。例如：氨堿企業(yè)，液氨平均消耗大于4.5kgt堿，是世界最好水平的1.5-2倍；制堿裝備運(yùn)行周期和穩(wěn)定性低于國(guó)外；自控技術(shù)水平參差不齊，勞動(dòng)效率低下；能源消耗偏高等。燒堿使用燒堿最多的部門是化學(xué)藥品制造；其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂制造業(yè)。

10、在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機(jī)中間體，舊橡膠再生；無機(jī)鹽生產(chǎn)中，制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。如普通肥皂；造紙行業(yè)主要是制漿耗堿，燒堿起苛化作用；印染、紡織工業(yè)上，用大量堿液去除棉紗、羊毛的油脂；生產(chǎn)人造纖維也需要燒堿或純堿。例如，制粘膠纖維首先要用1820燒堿溶液（或純堿溶液）去浸漬纖維素，使它成為堿纖維素。 我國(guó)燒堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀隔膜法/%離子膜法/%氯產(chǎn)品數(shù)量 鹽酸、液氯、漂白粉等幾種 200余種，主要品種70多個(gè) 我國(guó)最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠，日產(chǎn)燒堿2t。離子交換膜法制堿技術(shù)，具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流

11、波動(dòng)、能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。目前我國(guó)隔膜法燒堿占55%，離子膜法燒堿占45%。氯堿工業(yè)企業(yè)平均生產(chǎn)規(guī)模7.9萬ta；大多數(shù)企業(yè)的規(guī)模較小，日本、歐盟的前5家企業(yè)分別集中了它們燒堿生產(chǎn)能力的50%，美國(guó)的5家大公司80%，而我國(guó)前5家企業(yè)不到全國(guó)總生產(chǎn)能力的16%。 教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)02基本課題煤氣化教學(xué)目的1、熟練掌握煤氣化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程；2、了解煤氣化的反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)方程；重 點(diǎn)煤氣化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程；難 點(diǎn)煤氣化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培

12、養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課第一章 合成氨原料氣的生產(chǎn)第一節(jié) 煤氣化一、氣化原理二、制取半水煤氣的工業(yè)方法三、間歇式生產(chǎn)半水煤氣40min講授法使學(xué)生具有識(shí)讀和繪制生產(chǎn)工藝流程圖的初步能力四、煤間歇法制氣原始開車的基本步驟化工生產(chǎn)操作之一五、氧蒸汽連續(xù)氣化法、作業(yè) P42 1.2.340min講授法使學(xué)生具有編制開停車方案的初步能力課后記：教學(xué)過程一、簡(jiǎn)介1 .以焦炭或煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成含有CO、CO2、H2、N2及CH4等混合氣體。2. 氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣等稱為氣化

13、劑。氣化過程所得到的混合氣體，稱為煤氣。3. 用于實(shí)現(xiàn)煤氣化過程的主要設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。4. 煤氣的成分取決于燃料和氣化劑的種類及氣化工藝條件。 二、煤氣化的原理 吹風(fēng)反應(yīng)以一定量的空氣或富氧空氣為氣化劑，碳和氧之間發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)，為制氣反應(yīng)提供能量，也稱吹風(fēng)反應(yīng)。其主要反應(yīng)如下：C + O2 = CO2 - 393.777 kJ/mol （主反應(yīng)） （2-1）C + CO2 = 2CO +172.28 kJ/mol （2-2）2C + O2 = 2CO - 221.189 kJ/mol （2-3）制氣反應(yīng)熾熱的碳將氫從水蒸氣中還原出來，在煤氣生產(chǎn)中稱之為蒸汽分解，主要還原反應(yīng)：C + H

14、2O(g) = CO + H2 131.390 kJ/mol （主反應(yīng)）C + 2H2O(g) = CO2 + H2 90.196 kJ/mol C + 2H2 = CH4 -74.90 kJ/mol 該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，產(chǎn)物是水煤氣，是半水煤氣的有效成分其他副反應(yīng)在燃料氣化過程中，副反應(yīng)，產(chǎn)生少量或微量的H2S和有機(jī)硫化物、氰化物、氨等雜質(zhì)組分。四、半水煤氣生產(chǎn)的特點(diǎn) 半水煤氣的特征：（CO+H2）/N2=3.13.2；從氣化系統(tǒng)的熱平衡來看，吹風(fēng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，制氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如果外界不提供熱源，而是通過前者的反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需要的熱量，并維持系統(tǒng)的自熱平衡的話，理論上，1mol氧

15、氣的吹風(fēng)反應(yīng)熱僅可供1.68mol碳和水蒸氣進(jìn)行制氣反應(yīng)，其（CO+H2）/N2 =1.433.13.2。反之，若欲獲得組成合格的半水煤氣，該系統(tǒng)就不能維持自熱平衡。間歇制氣法在間歇式固定床煤氣發(fā)生爐中，吹風(fēng)反應(yīng)和制氣反應(yīng)是交替進(jìn)行的。首先進(jìn)行吹風(fēng)反應(yīng)，將燃料層溫度（即爐溫）提到必要的溫度（如11001200），所得吹風(fēng)氣大部分放空。吹風(fēng)反應(yīng)停止后，送入蒸汽進(jìn)行制氣反應(yīng)，吸熱反應(yīng)，料層的溫度、反應(yīng)速度和水煤氣質(zhì)量（煤氣中CO+H2含量）都將下降。水煤氣+部分吹風(fēng)氣=半水煤氣。如此交替進(jìn)行吹風(fēng)和制氣反應(yīng)，故稱間歇制氣法。在我國(guó)目前中小型氮肥企業(yè)、聯(lián)醇企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。富氧空氣或純氧連續(xù)氣化法空氣

16、中氧氣氣含量過低是以空氣和水蒸汽為氣化劑時(shí)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制取合格半水煤氣的根本原因。如果采用富氧空氣或純氧來代替空氣作為氣化劑，以上問題將迎刃而解，并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制氣。富氧空氣中氧氣的濃度需要多少呢？若（CO+H2）/N2=3.1，則富氧空氣中氧氣理論含量為：1/(1+1.68) = 36.6%。實(shí)際生產(chǎn)中連續(xù)氣化法所需富氧空氣中氧氣含量約50%，此即為富氧空氣-蒸汽連續(xù)氣化法。 三、間歇式造氣爐的工作循環(huán)吹風(fēng)階段：空氣 煤氣爐底部 灰渣層氧化層 (燃燒氣化反應(yīng)) 還原層（CO2還原反應(yīng)） 爐頂。吹風(fēng)反應(yīng)提高炭層溫度的同時(shí)，其中的氧氣幾乎被消耗殆盡， CO2還原反應(yīng)吹風(fēng)氣中CO含量迅速增長(zhǎng)，所

17、以，吹風(fēng)氣必須經(jīng)燃燒室或者集中到廢熱鍋爐中回收顯熱和CO的潛熱后才能放空。 一次上吹階段：將放空閥倒換為制氣閥向氣柜送氣。水蒸氣 煤氣爐底部灰渣層 氣化層（制氣反應(yīng)）爐頂。由于爐溫高、氣化反應(yīng)速度快、蒸汽分解率較高、所得水煤氣質(zhì)量好，生成的水煤氣經(jīng)除塵和回收顯熱后送入氣柜。一次上吹過程中，由于水蒸氣溫度較低，加上制氣反應(yīng)大量吸熱，使氣化區(qū)溫度顯著下降，而燃料層上部卻因灼熱的煤氣通過使溫度有所上升，導(dǎo)致爐層熱點(diǎn)（氣化層）上移，煤氣帶走的顯熱損失顯著增加，因此，在上吹制氣進(jìn)行一段時(shí)間后，應(yīng)改變氣體方向。 下吹階段：上吹結(jié)束后，關(guān)閉下部蒸汽閥，打開上部蒸汽閥和下吹煤氣閥，從爐頂自上而下送入蒸汽。飽和

18、蒸汽先經(jīng)燃燒室預(yù)熱為過熱蒸汽、再經(jīng)燃料層預(yù)熱后到達(dá)氣化區(qū)進(jìn)行氣化反應(yīng)，同時(shí)使上層燃料層溫度降低，并使?fàn)t層熱點(diǎn)重新回到正常位置，而生成水煤氣通過灰層時(shí)使灰層溫度提高，有利于燃盡殘?zhí)?，煤氣?jīng)除塵降溫后送氣柜。下吹制氣階段爐溫高、蒸汽溫度高、煤氣質(zhì)量好，所以下吹時(shí)間要長(zhǎng)于一次上吹時(shí)間。二次上吹階段：下吹制氣后，如果立即進(jìn)行吹風(fēng)，空氣將與殘留在爐底的下行煤氣相遇，導(dǎo)致爆炸。所以，為了將爐底部的下吹煤氣吹凈并回收送入氣柜，以防止吹入空氣時(shí)發(fā)生爆炸，進(jìn)行二次上吹制氣是必要的，其目的是回收爐底煤氣和進(jìn)行安全準(zhǔn)備?？諝獯祪綦A段：二次上吹制氣后，煤氣發(fā)生爐上部空間、出氣管道及有關(guān)設(shè)備都充滿了煤氣，如立即進(jìn)行吹風(fēng)

19、階段，不僅造成浪費(fèi)，且這部分煤氣排至煙囪和空氣接觸時(shí)也可能發(fā)生爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)之前，從爐底自下而上吹入空氣，所產(chǎn)生的空氣煤氣與原來殘留的水煤氣一并送入氣柜，這一階段叫做空氣吹凈階段?？諝獯祪舻闹饕康氖菫榱嘶厥諣t上部及管道中剩余的煤氣，在半水煤氣的生產(chǎn)過程中屬于加氮操作，是調(diào)節(jié)氫氮比的關(guān)鍵步驟。三、總結(jié)知識(shí)四、布置作業(yè)教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)03基本課題烴類制氣教學(xué)目的1、掌握烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程2、理解甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的組成、還原與使用，主要設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)重 點(diǎn)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程難 點(diǎn)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的基本原理、工藝

20、條件的選擇及工藝流程課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課第二節(jié) 烴類制氣一、氣態(tài)烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法40min講授法使學(xué)生掌握烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程二、石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化、作業(yè) P42 8、9、1040min講授法使學(xué)生具有節(jié)能減排、降低能耗的意識(shí)課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課1.甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基本原理CH4 + H2O = CO + 3H2 + 206 kJ/molCH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 + 165 kJ/molCO + H2O = CO2 + H2 41.19

21、kJ/mol副反應(yīng)主要是析炭反應(yīng)CH4 = C + 2H2 + 74.9 kJ/mol2CO = C + CO2 172.5 kJ/molCO + H2 = C + H2O 131.4 kJ/mol圖 不同條件下的甲烷平衡含量2、影響因素溫度 壓力 水碳比 3、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑催化劑的組成一般由活性組分、少量助催化劑和承載活性組分的載體組成?；钚越M分：活性組分為鎳（Ni），含量430%。鎳含量越高，催化劑活性越高。鎳以氧化鎳（NiO）形式存在，使用時(shí)必須將氧化鎳還原為金屬鎳。助催化劑（促進(jìn)劑）：添加少許促進(jìn)劑能提高催化劑的活性、穩(wěn)定性和選擇性。助催化劑為金屬鋁、鉻、鎂、鈦、鈣等的氧化物。載體

22、：載體是活性組分鎳的骨架和黏合劑，可以使鎳晶體高度分散，達(dá)到較大的比表面積，防止鎳晶體熔融。常用的載體有氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣等，一般采用浸漬法或沉淀法將氧化鎳附著在載體上。4工業(yè)生產(chǎn)的二段轉(zhuǎn)化法 目前大型氨廠普遍采用。一段轉(zhuǎn)化將甲烷轉(zhuǎn)化到一定程度后，再在二段轉(zhuǎn)化爐中通入適量空氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化?？諝夂鸵欢无D(zhuǎn)化氣中部分可燃?xì)怏w反應(yīng)，以提供轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量和合成氨所需的氮?dú)?。工藝條件壓力：3.54.0MPa。溫度：1000，一、二段轉(zhuǎn)化爐溫差：1030。水碳比：2.52.75。空間速率：10002000h-1。 三、總結(jié)知識(shí)教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)04基本課題原料氣脫硫、一氧化碳變換教

23、學(xué)目的1、熟練掌握原料氣脫硫、一氧化碳變換的基本原理、工藝條件的選擇集工藝流程的分析2、理解一氧化碳變換催化劑的分類、特點(diǎn)、組成及使用。重 點(diǎn)原料氣脫硫、一氧化碳變換的基本原理、工藝條件的選擇集工藝流程的分析難 點(diǎn)原料氣脫硫、一氧化碳變換的基本原理、工藝條件的選擇集工藝流程的分析課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課第二章 合成氨原料氣的凈化第一節(jié) 原料氣脫硫一、干法脫硫二、濕法脫硫30min講授法使學(xué)生具有分析選擇工藝條件的初步能力第二節(jié) 一氧化碳變換一、基本原理二、變換催化劑三、工藝條件四、工藝流程五、變換反應(yīng)器的類型六、

24、降低能耗的方法七、耐硫低溫變換原始開車及正常開停車的原則步驟、作業(yè) P80 1、4、6、850min講授法使學(xué)生具有開停車方案初步確定的能力課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課第一節(jié) 原料氣脫硫一、 干法脫硫：特點(diǎn)：脫硫精度高、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較高。1.鈷鉬加氫-氧化鋅法：在鈷鉬催化劑作用下，有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化成無機(jī)硫；再采用ZnO脫除 CS2 + H2 H2S + CH4 COS + H2 CO + H2S ZnO + H2S ZnS + H2O 2. 氧化鋅法： 原理：利用氧化鋅脫硫劑內(nèi)表面積大、硫容高的特點(diǎn)脫硫，可直接吸收H2S及R-SH。 ZnO + H2S ZnS

25、 + H2O RSH + ZnO ZnS + H2O + RH 氧化鋅法脫硫速度快，精度高（0.110-6),一般采用鈷鉬加氫串聯(lián)氧化鋅法同時(shí)脫除原料氣中的有機(jī)硫及無機(jī)硫化物。加氫串氧化鋅脫硫工藝流程1-鈷鉬加氫脫硫槽；2-氧化鋅槽3. 活性炭法 原理：利用活性炭較強(qiáng)的吸附作用。由反應(yīng)機(jī)理不同，可分為吸附、氧化、催化三種方式。 氧化反應(yīng)：在活性炭表面上吸附的硫化氫在堿性溶液的條件下和氣體中的氧反應(yīng)生成硫和水。 催化反應(yīng)：活性炭上浸漬鐵銅等的鹽類，可催化有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，然后吸附脫除。 活性炭法可再生,用蒸汽加熱使單質(zhì)硫升華。然后氣體冷凝后得到硫磺固體二、濕法脫硫優(yōu)點(diǎn)：吸收速度快、生產(chǎn)強(qiáng)度大、

26、脫硫劑可再生、可回收硫磺，適用于硫含量高，因而應(yīng)用范圍廣泛。缺點(diǎn)：脫硫精度較差，有物料損耗。方法：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法。重點(diǎn)討論：化學(xué)法中的濕式氧化法1. 濕式氧化法脫硫的基本原理吸收：H2S +OH- HS- + H2O 吸收劑為堿性物質(zhì)再生：載氧體（氧化態(tài)）+ H2S S +載氧體（還原態(tài)）載氧體（還原態(tài)）+ 1/2O2 H2O +載氧體（氧化態(tài)）ADA法濕式氧化法脫硫a. 原理脫硫：Na2CO3 + H2S NaHS + NaHCO3NaVO3 + NaHS + H2O Na2V4O9 + S + NaOHADA(氧化態(tài))+ Na2V4O9 ADA(還原態(tài))+NaVO3再生：ADA

27、(還原態(tài))+ 1/2O2 H2O+ ADA(氧化態(tài))副反應(yīng)：NaHS + O2 Na2S2O3 + H2O b.工藝條件（1）溶液的pH值：高不易于單質(zhì)硫的生成。8.59.5。（2）釩酸鹽的含量：過多易形成“釩-氧-硫”黑色沉淀，一般約高于理論用量。同時(shí)還加入酒石酸鉀鈉防止其黑色沉淀產(chǎn)生。（3）溫度：高易產(chǎn)生硫代硫酸鹽副反應(yīng)。（4）壓力：沒有多大的影響。第二節(jié) 一氧化碳變換1變換的基本原理1.1 化學(xué)平衡CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g)- 41.19kJ/mol反應(yīng)特點(diǎn)：可逆的、氣體體積不變的、放熱反應(yīng)。（1）變換率x變換率x：已變換的CO量與變換前的CO量之比；平衡變換

28、率x*：反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的變換率。實(shí)際變換率x （2）平衡變換率的影響因素T，Kp；T，Kp，PCO，變換率增大；H2O/CO， PCO，變換率增大；P：壓力變化對(duì)變換率無影響。1.2 反應(yīng)速率反應(yīng)速率的影響因素：T：存在最佳溫度Tm； P：P，反應(yīng)速率增大；H2O/CO，反應(yīng)速率增大；內(nèi)擴(kuò)散：采用小顆粒催化劑，以增強(qiáng)內(nèi)擴(kuò)散效果。2、變換催化劑催化劑選擇的主要依據(jù)根據(jù)合成氨原料氣凈化流程和工藝要求。具體說：原料氣和變換氣CO含量，原料氣中H2S和有機(jī)硫化物的含量。殘余CO：原料氣精制中脫除。催化劑主要品種 鐵鉻系中溫變換催化劑300550； 銅鋅系低溫變換催化劑200280； 鈷鉬系耐硫變換催化

29、劑180500。 2.1 鐵鉻系中溫變換催化劑2.2 銅鋅系低變催化劑2.3 鈷鉬系耐硫變換催化劑3工藝條件3.1 溫度：Tm與催化劑種類及原料氣組成等因素有關(guān)（1）應(yīng)在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)操作催化床溫度（2）催化床溫度應(yīng)可能接近最佳溫度 變換反應(yīng)器采用多段換熱式。 3.2 壓力：0.71.8MPa 故提高壓力對(duì)變換反應(yīng)是有利的。 3.3水碳比（H2O/CO）：一般取35 增加水蒸氣用量，既有利于提高CO的變換率，又有利于提高變換反應(yīng)速率。三、總結(jié)知識(shí)四、布置作業(yè) 教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)05基本課題二氧化碳脫除、原料氣精制教學(xué)目的1、熟練掌握二氧化碳脫除和原料氣精制的基本原理

30、、工藝條件的選擇及工藝流程的分析；2、了解原料氣凈化的反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)方程；冷法凈化與熱法凈化的工藝組合重 點(diǎn)二氧化碳脫除和原料氣精制的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程的分析難 點(diǎn)二氧化碳脫除和原料氣精制的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程的分析課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課第三節(jié) 原料氣中二氧化碳的脫除一、化學(xué)吸收法二、物理吸收法三、脫碳方法的選擇40min講授法使學(xué)生掌握二氧化碳脫除的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程的分析第四節(jié) 原料氣的精制一、銅氨液洗滌法二、甲烷化法三、液氮洗滌法、作業(yè) P80 18、21、

31、2340min講授法使學(xué)生掌握原料氣精制的基本原理、工藝條件的選擇及工藝流程的分析課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課第三節(jié) 原料氣中二氧化碳的脫除經(jīng)變換后原料氣中含有大量的CO2， CO2既是合成氨催化劑的毒物，又是尿素、碳銨、純堿等原料氣體，因此必須對(duì)CO2進(jìn)行脫除并加以回收利用。 脫碳目的：凈化原料氣，同時(shí)回收CO2。一、脫碳方法根據(jù)吸收原理不同，可分為物理、化學(xué)和物化吸收法三種：物理吸收法是利用CO2能溶解于水或有機(jī)溶劑中或被吸附的特性，將CO2氣體從原料氣中脫除。化學(xué)吸收法是以堿性溶液為吸收劑，利用CO2是酸性氣體的特性進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)將其吸收。物理化學(xué)法兼有物理吸收和化學(xué)吸

32、收法的特點(diǎn)，例如環(huán)丁砜和聚己二醇二甲醚法等。 二、化學(xué)吸收法基本原理：利用CO2是一種酸性氣體的特性，采用堿性溶液為吸收劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)將其吸收而脫除。優(yōu)勢(shì)：具有選擇吸收性較好、凈化度高、CO2純度高和回收率高等優(yōu)點(diǎn)。缺陷：能耗相對(duì)較高，吸收液對(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重。、典型方法：本非爾特法脫碳基本原理：利用熱碳酸鉀溶液吸收CO2。反應(yīng)速率：常溫下，純碳酸鉀水溶液與CO2的反應(yīng)速率較慢，提高反應(yīng)溫度可提高反應(yīng)速率。但在較高的溫度下，碳酸鉀水溶液對(duì)碳鋼設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕作用。工業(yè)生產(chǎn)中在碳酸鉀水溶液加入活化劑（DEA ：2,2-二羥基二乙胺）既可提高反應(yīng)速率，又可減少對(duì)設(shè)備的腐蝕。吸收的化學(xué)平衡： CO2（

33、g） CO2（l）+ K2CO3 + H2O 2KHCO3 - Q再生： 2KHCO3 CO2（g）+ K2CO3 + H2O + Q、本非爾特法脫碳的工藝條件溶液的組成：K2CO3：2730%；DEA：5%、緩蝕劑吸收壓力：P可增加吸收推動(dòng)力、提高氣體凈化度。以煤為原料：P=1.82.0MPa。吸收溫度：吸收溫度與再生溫度相結(jié)合，貧液溫度7080，半貧液溫度110115。再生條件：P、T等、本非爾特法脫碳的工藝流程本非爾特法脫碳的能耗分析本非爾特法脫碳的能耗為(10-12)104kJ/molCO2能耗高的原因主要有：常壓再生時(shí)，大量水蒸氣隨CO2從再生塔頂部帶出，因此在再生塔冷凝器中有大量的

34、冷凝熱損失；再生塔底部貧液溫度為120，需降至70才能進(jìn)吸收塔上段，因此需要冷卻這也造成了能量的損耗三、物理法脫碳基本原理：利用二氧化碳比氫氣、氮?dú)獾仍谖談┲腥芙舛却蟮奶匦?，除去原料氣中的二氧化碳。?yōu)勢(shì)：工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備腐蝕較小，投資低。缺點(diǎn)：選擇性較差，CO2回收率不高，CO2純度較低。目前常用的方法有碳酸丙烯酯法（PC法）、低溫甲醇法和聚乙二醇二甲醚法（NHD法）。曾采用加壓水洗法脫碳，由于電耗高，目前已經(jīng)被淘汰。1、物理吸收劑的選擇物理吸收法由于選擇性較差，并且一般采用減壓閃蒸再生，因此CO2的回收率不高，故僅在CO2有富余的合成氨廠采用。根據(jù)操作溫度的不同又可分為常溫吸收與低溫洗

35、滌法。 2、低溫甲醇洗滌法利用-30-70CH3OH吸收CO2氣體。優(yōu)點(diǎn)：氣體凈化度高、具有良好的選擇性、溶劑熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、無腐蝕。缺陷：甲醇有毒、并且須在深冷下操作勢(shì)必消耗大量冷量，可與液氮洗滌法配套使用。第四節(jié) 原料氣精制方法銅氨液洗滌法：在高壓和低溫條件下采用銅鹽的氨溶液吸收CO生成新的絡(luò)合物，在減壓和加熱的條件下再生。適合于以煤制氣的大、中、小型氨廠。 液氮洗滌法：在低溫下用液體氮將少量CO及CH4洗滌脫除，是一種典型的物理方法。適合于重油部分氧化法和煤富氧空氣氣化的制氨流程。 甲烷化法：在鎳催化劑的作用下，CO、CO2加H2轉(zhuǎn)化為甲烷的過程。適應(yīng)于CO含量較低的低溫變換工藝

36、。 雙甲工藝/醇烴化工藝：凈化與甲醇生產(chǎn)聯(lián)合1銅氨液洗滌法銅液制備：2Cu + 4HAc + 8NH3 + O2 = 2Cu(NH3)4Ac2 + 2H2OCu(NH3)4Ac2 + Cu = 2Cu(NH3)2Ac銅液組成：銅離子：低價(jià)銅：Cu(NH3)2+ 高價(jià)銅：Cu(NH3)42+ 總銅：2.22.5mol/L 銅比：58氨：游離氨(NH3)：22.5mol/L 配合氨：5.25.8mol/L 總氨：913mol/L醋酸：醋酸量超過總銅量的15%20%。殘余CO和CO2：CO：0.005m3/m3 CO2：1.5mol/L2甲烷化法 甲烷化法是在催化劑鎳的作用下將CO和CO2氣體加氫生

37、成甲烷而達(dá)到氣體精制的目的。此法可將原料氣中碳氧化物總量降至10ppm以下，由于甲烷化過程消耗了氫氣生成了甲烷，因此僅適應(yīng)于原料氣中CO和CO2氣體低于0.5%的工藝過程中。 基本原理：化學(xué)平衡：碳氧化物加氫反應(yīng)如下：CO + 3H2 = CH4 + H2O 206.16kJ/molCO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 165.08kJ/mol反應(yīng)速率：甲烷化反應(yīng)的機(jī)理較復(fù)雜，反應(yīng)速率較慢，但在鎳催化劑存在的條件下，反應(yīng)速率相當(dāng)快，并且反應(yīng)速率隨溫度升高和壓力增大而加快。3、液氮洗滌法 液氮洗滌法是一種深冷分離法，是基于各種氣體沸點(diǎn)的不同這一特性而進(jìn)行的。CO具有比氮的沸點(diǎn)高以及能溶解

38、于液體氮中，采用液氮洗滌法可將合成氨原料氣中的少量CO脫除。采用深冷分離法脫除合成氨原料氣中的少量CO的工藝流程三、總結(jié)知識(shí)四、布置作業(yè) 教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)06基本課題氨合成反應(yīng)基本原理、氨合成催化劑、氨合成工藝條件教學(xué)目的熟練掌握氨合成反應(yīng)的基本原理及氨合成工藝條件的選擇了解氨合成反應(yīng)的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)方程重 點(diǎn)氨合成反應(yīng)的基本原理及氨合成工藝條件的選擇集工藝流程分析難 點(diǎn)氨合成反應(yīng)的基本原理及氨合成工藝條件的選擇集工藝流程分析課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課第三章 氨的合成第一節(jié) 氨合成反應(yīng)基本原理一

39、、氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)二、氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡三、平衡氨含量及影響因素四、氨合成反應(yīng)速率40min講授法使學(xué)生掌握氨合成反應(yīng)的基本原理第二節(jié) 氨合成催化劑催化劑的組成和作用催化劑的還原和使用第三節(jié) 氨合成工藝條件壓力溫度空間速度合成塔進(jìn)口氣體組成、作業(yè) P111 2、3、540min講授法使學(xué)生學(xué)會(huì)氨合成工藝條件的選擇課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課第三章 氨的合成一、1、催化劑的組成和作用大多數(shù)鐵催化劑都是經(jīng)過精選的天然磁鐵礦采用熔融法制備的，其活性成分為金屬鐵，另外添加了Al2O3、K2O等助催化劑。Al2O3是結(jié)構(gòu)型助催化劑，可增加催化劑的比表面積，并防止還原后的鐵微晶長(zhǎng)大

40、，從而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。K2O是電子型助催化劑，能促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移過程，有利于氮分子的吸附和活化，也能促進(jìn)生成物氨的脫附。通常制得的催化劑為黑色不規(guī)則顆粒，有金屬光澤，孔隙率40%50%，內(nèi)表面積為416m2/g。我國(guó)主要型號(hào)的氨合成催化劑的組成與性能見表3-4。2催化劑的還原與使用氨合成催化劑在還原前沒有活性，使用前必須經(jīng)過還原，使Fe3O4變成-Fe微晶才具有活性。還原反應(yīng)為：Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O + 149.9kJ/mol還原溫度 氨合成催化劑的升溫還原過程通常由升溫期、還原初期、還原末期、輕負(fù)荷養(yǎng)護(hù)期五個(gè)階段組成。還原壓力 一般情況下，還原壓力控制在1

41、020MPa。還原空速 國(guó)產(chǎn)A型催化劑還原空速控制在10000h-1以上。還原氣體成分 H2：72%76% H2O(g)：0.51.0g/m3。1、壓力合成壓力是決定生產(chǎn)強(qiáng)度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素。提高操作壓力有利于提高平衡氨含量和氨合成速率，增加裝置的生產(chǎn)能力，有利于簡(jiǎn)化氨分離流程。但是壓力太高對(duì)設(shè)備材料及加工制造的技術(shù)要求較高。同時(shí)高溫下反應(yīng)溫度也會(huì)相應(yīng)提高，這樣一來催化劑的使用壽命會(huì)縮短。當(dāng)操作壓力在2030MPa時(shí)，總功耗最低。2、溫度氨合成過程中存在最佳溫度，最佳溫度的確定與催化劑的型號(hào)有關(guān)。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)嚴(yán)格控制兩點(diǎn)溫度，即床層入口溫度（零米溫度）和熱點(diǎn)溫度。在確保穩(wěn)定的前提下，根

42、據(jù)塔的負(fù)荷及催化劑的活性情況盡可能維持較低的熱點(diǎn)溫度，同時(shí)應(yīng)確保床層入口溫度高于催化劑的起始活性溫度。經(jīng)常調(diào)節(jié)催化劑床層溫度的手段有：循環(huán)量、主副閥、進(jìn)口氨含量以及惰性氣體成分等。3、空間速率空間速率表示單位時(shí)間內(nèi)、單位體積催化劑處理氣量的大小。表3-3給出了生產(chǎn)強(qiáng)度與空間速率之間的關(guān)系。一般來說，氨合成操作壓力高、反應(yīng)速率快，空速可適當(dāng)提高；反之則較低。例如：30MPa的中壓法氨合成塔，空速控制在2000030000h-1；15MPa的低壓法氨合成塔其空速控制在10000h-1左右。4、合成塔進(jìn)口氣體組成合成塔進(jìn)口氣體包括氫氮比、惰性氣體含量和初始氨含量。 最適宜的氫氮比與反應(yīng)偏離平衡的狀況

43、有關(guān)。當(dāng)接近平衡時(shí)，氫氮比為3；當(dāng)遠(yuǎn)離平衡時(shí)氫氮比為1最適宜。進(jìn)塔氣的適宜氫氮比在2.52.9之間。 惰性氣體的存在，無論從化學(xué)平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)還是動(dòng)力消耗的角度分析，都是不利的。當(dāng)操作壓力較低、催化劑活性較好時(shí)，循環(huán)氣中的惰性氣體含量宜保持在16%20%，反之宜控制在12%16%。低（消耗高），高（對(duì)合成不利）。 降低入塔氨含量，反應(yīng)速率加快，氨凈值增加，生產(chǎn)能力提高。但進(jìn)塔氨含量控制在2%4%。三、總結(jié)知識(shí)四、布置作業(yè) 教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)07基本課題氨的分離及合成工藝流程、氨合成塔及其操作控制要點(diǎn)教學(xué)目的1、熟練掌握氨合成過程的能量分析及余熱回收；2、理解氨合成塔的結(jié)構(gòu)

44、特點(diǎn)重 點(diǎn)氨合成過程的能量分析及余熱回收難 點(diǎn)氨合成過程的能量分析及余熱回收課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課 第四節(jié) 氨的分離及合成工藝流程氨的分離氨合成工藝流程排放氣的回收處理50min講授法使學(xué)生了解氨的分離及排放氣的回收處理第五節(jié) 氨合成塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求連續(xù)換熱式合成塔冷激式氨合成塔第六節(jié) 氨合成過程的能量分析及余熱回收氨合成塔的操作控制要點(diǎn)、作業(yè) P47 8、1230min講授法使學(xué)生掌握氨合成過程的能量分析及余熱回收課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課第四節(jié) 氨的分離及合成工藝流程 由于氨合成平

45、衡轉(zhuǎn)化率較低，合成塔出口氣體中氨含量一般在25%以下，因此必須將生成的氨分離出來，而未反應(yīng)的氫氮?dú)馑突睾铣上到y(tǒng)循環(huán)利用。 氨的分離方法有冷凝分離法和溶劑吸收法。 冷凝法分離氨是利用氣氨在高壓低溫下易液化的原理進(jìn)行的。1、氨合成工藝 氨合成工藝流程包括幾個(gè)步驟：氨的合成、氨的分離、新鮮氫氮?dú)獾难a(bǔ)入、未反應(yīng)氣體的壓縮與循環(huán)、惰氣排放與反應(yīng)熱的回收。 氨合成工藝流程的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于合理組合上述幾個(gè)步驟，其中主要是合理確定循環(huán)機(jī)、新鮮氣補(bǔ)入及惰性氣體放空的位置以及氨分離的冷凝級(jí)數(shù)和熱能的回收方式。 2傳統(tǒng)氨合成工藝流程3、氨合成的節(jié)能型工藝流程 4、凱洛格大型氨廠氨合成工藝流程 5、放空氣與弛放氣的回收

46、處理隨著新鮮氣體補(bǔ)入，新鮮氣體中總含有少量的惰性氣體（甲烷和氬），因不參與反應(yīng)，在系統(tǒng)循環(huán)過程中不斷積累，為了保持這些惰性氣體的合理濃度，需要排放部分循環(huán)氣體，這部分氣體稱為放空氣或排放氣；還有從氨貯槽中排放出的一部分溶解于液氨中氫氮?dú)?、氨、甲烷、氬氣等，在壓力降低后，被弛放出來，這部分的氣體稱為弛放氣或貯槽氣。組 分H2N2NH3CH4Ar放空氣組成/%50601620810132068弛放氣組成/%1525584060102034放空氣與弛放氣的氫氣損失，約占合成氨廠氫損失的10%，如采取措施回收，可增產(chǎn)合成氨2%5%，可節(jié)能0.50.7GJ/tNH3（17.123.9kg標(biāo)煤/tNH3）

47、。第五節(jié) 氨合成塔1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本要求 氨合成是在高溫高壓條件下進(jìn)行的，氫氮?dú)鈱?duì)碳鋼設(shè)備有明顯的腐蝕作用。 氫脆：氫溶解于金屬晶格中，使鋼材在緩慢變形時(shí)發(fā)生脆性破壞； 氫腐蝕：氫氣滲透到鋼材內(nèi)部，使碳化物分解并生成甲烷，甲烷聚積于晶界微孔內(nèi)形成高壓，導(dǎo)致應(yīng)力集中，沿晶界出現(xiàn)破壞裂紋。 氮腐蝕：在高溫高壓下，氮與鋼中的鐵及其他很多合金元素生成硬而脆的氮化物，導(dǎo)致金屬機(jī)械性能降低三、作業(yè) P47 8、12教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)08基本課題碳酸氫銨的生產(chǎn)教學(xué)目的1、熟練掌握簡(jiǎn)單三元體系和復(fù)雜三元體系相圖的點(diǎn)、線、面意義；2、理解碳酸氫銨生產(chǎn)的工藝流程重 點(diǎn)簡(jiǎn)單三元體系和復(fù)雜三元體系

48、相圖的點(diǎn)、線、面意義難 點(diǎn)簡(jiǎn)單三元體系和復(fù)雜三元體系相圖的點(diǎn)、線、面意義；課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課 第四章 碳酸氫銨第一節(jié) 三元水鹽體系相圖三元體系恒溫相圖的表示法簡(jiǎn)單三元體系相圖40min講授法使學(xué)生掌握簡(jiǎn)單三元體系和復(fù)雜三元體系相圖的點(diǎn)、線、面意義第二節(jié) 碳酸氫銨的生產(chǎn)一、生產(chǎn)原理二、碳酸氫銨生產(chǎn)的工藝流程、作業(yè) P128 1、1040min講授法使學(xué)生理解碳酸氫銨生產(chǎn)的工藝流程課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課三、作業(yè) P58 2、3教案(jio n)頭課 次授課日期編號(hào)09基本課題濕法磷酸教

49、學(xué)目的1、熟練掌握濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理2、理解濕法磷酸生產(chǎn)工藝條件的選擇；二水法濕法磷酸生產(chǎn)的工藝流程重 點(diǎn)濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理難 點(diǎn)濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理課 型講授課學(xué) 時(shí)2教 學(xué) 過 程時(shí)間分配教學(xué)方法能力培養(yǎng)、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容10min提問法溫故知新、講新課 第八章 磷酸與磷肥第一節(jié) 濕法磷酸一、濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理30min講授法使學(xué)生掌握濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理二、“二水法”濕法磷酸工藝條件的選擇三、“二水法”濕法磷酸生產(chǎn)的工藝流程四、濕法磷酸的濃縮、作業(yè) P205 2、350min講授法使學(xué)生了解二水法濕法磷酸生產(chǎn)的工藝流程課后記：教學(xué)過程一、提問上次課的知識(shí)二、講授新課一、磷肥

50、生產(chǎn)概述磷肥和氮肥、鉀肥并稱為農(nóng)作物需要補(bǔ)充量最多的三大營(yíng)養(yǎng)元素肥料。各種營(yíng)養(yǎng)元素在作物生命代謝過程中各有其特殊的作用，彼此不能相互代替。例如氮、磷、鉀三種元素是組成蛋白質(zhì)和原生質(zhì)等不可缺少的組分，鉀參與作物的氧化還原作用，磷參與作物碳水化合物的形成、轉(zhuǎn)化作用。磷是組成原生質(zhì)、核細(xì)胞的重要元素，它能促進(jìn)作物開花結(jié)果、籽實(shí)早熟，并提高籽實(shí)的質(zhì)量。 作物吸收的養(yǎng)分必須是溶解態(tài)的，即要求化肥施與土壤中時(shí)，其養(yǎng)分呈離子或分子狀態(tài)，能溶于土壤的水中或作物根系分泌的弱酸中，被作物吸收。磷肥中的磷通常以H2PO4-、HPO42-、PO43-和P2O74-四種形式存在。而土壤中的磷大部分為不溶或難溶性磷，不易

51、被作物吸收，需進(jìn)行化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為易被作物吸收的水溶性或枸溶性的磷化合物。 序號(hào)酸法磷肥名稱分解酸產(chǎn)品主要組成產(chǎn)品含磷量 /有效P2O5%全稱簡(jiǎn)稱1普通過磷酸鈣普鈣，過磷酸鈣H2SO4Ca(H2PO4)2H2O + CaSO412202重過磷酸鈣重鈣H3PO4Ca(H2PO4)2H2O40503富過磷酸鈣富鈣H2SO4 + H3PO4Ca(H2PO4)2H2O + CaSO425354沉淀磷酸鈣（磷酸二鈣）沉鈣（氫鈣、二鈣）H2SO4 + HClCaHPO42H2O36385氨化過磷酸鈣_H2SO4Ca(H2PO4)2H2O+NH4H2PO4142023N%表1 主要酸法磷肥的簡(jiǎn)略比較表一、磷肥

52、生產(chǎn)概述磷肥依據(jù)生產(chǎn)方法不同有酸法磷肥和熱法磷肥之分，另有磷復(fù)肥（如磷酸銨）。依據(jù)磷肥中磷化合物的溶解性不同又分為水溶性磷肥磷肥磷肥、枸溶性磷肥和難溶性磷肥三類。酸法磷肥和熱法磷肥的主要品種如表1和表2所示。序號(hào)名稱代號(hào)主要有效組分化學(xué)性質(zhì)有效P2O5有效磷提取液1鈣鎂磷肥FMP-Ca3(PO4)2堿性12182%檸檬酸2鋼渣磷肥-Ca4P2O9CaSiO3堿性14182%檸檬酸3鈣鈉磷肥-CaNaPO4堿性2329中性檸檬酸銨4脫氟磷肥DFP-Ca3(PO4)2堿性2042中性檸檬酸銨5偏磷酸鈣CMPCa(PO4)n堿性6468中性檸檬酸銨表2 主要熱法磷肥比較表二、磷肥生產(chǎn)原料簡(jiǎn)介磷礦石是

53、生產(chǎn)磷酸、磷肥的主要原料。天然磷礦石可分為磷灰石和磷塊巖兩大類，它們的主要成分均是氟磷酸鈣Ca5F(PO4)3。 磷灰石是火山成巖，由熔融的巖漿冷卻結(jié)晶而成，具有六方雙錐晶型結(jié)構(gòu)，不含結(jié)晶水，顏色有灰白色、灰綠色、紫色或咖啡色。純的磷灰石含P2O5為42.24%。磷灰石分散在礦石中，高品位的磷灰石在自然界中不多，但磷灰石結(jié)晶完整，顆粒較粗，易于用浮現(xiàn)方法富集。 磷塊巖是水成巖，主要由海水中的磷酸鈣沉積而成，常與石灰?guī)r、礦巖、頁巖等共生在一起，其含磷礦物主要以微細(xì)的磷灰石顆粒分散在礦石中。磷塊巖一般為非晶形或隱晶形，常含有結(jié)晶水或與碳酸鹽構(gòu)成復(fù)合物，其結(jié)構(gòu)式通常可表示為Ca5F(PO4)nCaC

54、O3mH2O。 磷礦的品位是依照P2O5的含量來劃分的，一般將含量高于30%的為高品位磷礦，低于20%的為低品位磷礦，介于二者之間的為中品位磷礦。磷肥生產(chǎn)對(duì)磷礦中的P2O5的含量有一定要求，高品位磷礦可直接加工成磷肥，中低品位磷礦一般須經(jīng)選礦富集后才能加以利用。 二、磷肥生產(chǎn)原料簡(jiǎn)介二、磷肥生產(chǎn)原料簡(jiǎn)介磷礦的富集常用浮選法。浮選是根據(jù)磷礦中有用礦物磷灰石與脈石（如石英）對(duì)水潤(rùn)濕性的不同而將它們分離的。磷灰石常以0.2左右的顆粒以星狀分散于礦石中。選礦時(shí)，將礦石粉碎并加水磨成礦漿，添加浮選劑以提高磷灰石的憎水性或脈石的親水性，向礦漿中鼓入空氣，磷灰石附在氣泡上浮在礦漿表面，形成穩(wěn)定的泡沫層，分出

55、并脫水而得磷精礦，脈石則成尾礦。 磷礦中含有多種雜質(zhì)，其中對(duì)生產(chǎn)影響最大的的是鐵、鋁、鎂三種，其次是碳酸鹽、有機(jī)物、分散性泥質(zhì)和氟等。 磷礦中的CaO含量（以CaO/ P2O5比值反映）。CaO/ P2O5比值決定了生產(chǎn)單位質(zhì)量P2O5所消耗的硫酸量。其CaO含量直接影響生產(chǎn)濕法磷酸的生產(chǎn)成本和過濾設(shè)備的生產(chǎn)能力，故生產(chǎn)中要求CaO/ P2O5比值為質(zhì)量比1.31，摩爾比3.33。超過此值，易造成額外的硫酸消耗，故除去磷礦中多余的CaO是濕法磷酸生產(chǎn)中急需解決的問題。磷礦中的倍半氧化物R2O3（主指Fe2O3、Al2O3）的含量。鐵、鋁主要來自粘土，通過篩選、磁選可除去大部分的倍半氧化物雜質(zhì)。

56、濕法磷酸生產(chǎn)中，它們不僅干擾硫酸鈣結(jié)晶的成長(zhǎng)，還使磷酸形成淤渣，尤其在磷酸濃縮階段更為嚴(yán)重，形成沉淀或隨石膏排出，都將降低P2O5的收率，另生成鐵、鋁的復(fù)雜的磷酸鹽微細(xì)結(jié)晶，增加溶液和料漿粘度的同時(shí)，還將使過濾負(fù)荷增加，以及在利用此磷酸加工磷肥中帶來不良的后果。 磷礦中MgO的含量。磷礦中的鎂鹽經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)后，一般會(huì)全部溶解于磷酸中，濃縮時(shí)也不易析出，它們一方面使磷酸粘度劇烈增大，影響硫酸鈣結(jié)晶的均勻成長(zhǎng)，增加過濾和料漿濃縮的負(fù)荷；另一方面會(huì)增大SO42-離子的濃度，造成硫酸消耗增加和硫酸鈣結(jié)晶困難。所以在磷礦進(jìn)入酸解之前要控制好磷礦中的MgO的含量，磷礦中MgO的含量已成為酸法加工評(píng)價(jià)

57、磷礦質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。二、磷肥生產(chǎn)原料簡(jiǎn)介二、磷肥生產(chǎn)原料簡(jiǎn)介硅及酸不溶物的含量。適量SiO2的存在，不僅可以消耗有毒的HF，且可減輕對(duì)設(shè)備的腐蝕；但過量的是有害的，因?yàn)槌誓z狀的硅酸會(huì)影響磷石膏的過濾和增加磷礦的硬度，降低磨機(jī)的生產(chǎn)能力，增加磨機(jī)的磨損。 有機(jī)物和碳酸鹽的含量。有機(jī)物和碳酸鹽的存在，會(huì)增加酸解過程中氣泡的生成量，這會(huì)降低酸解槽的利用率，同時(shí)還給磷礦的反應(yīng)、料漿的輸送及料漿的過濾帶來不利的影響。 其它組分。氟的存在主要是對(duì)設(shè)備的腐蝕加劇，所以在濕法磷酸生產(chǎn)中要注意氟的含量，作為設(shè)備材料選擇的依據(jù)。對(duì)于磷礦中的稀有元素應(yīng)注意對(duì)人體的傷害而要加以注意。任務(wù)一 酸法磷肥生產(chǎn)過程的組織

58、用無機(jī)酸（硫酸、鹽酸、磷酸等）分解磷礦制造出的磷肥統(tǒng)稱為酸法磷肥（或稱濕法磷肥），酸法磷肥包括普通過磷酸鈣、重過磷酸鈣、富過磷酸鈣和磷酸氫鈣以及氨化過磷酸鈣等多種，它們的比較如前述表1所示。任務(wù)一主要介紹普通過磷酸鈣、重過磷酸鈣的生產(chǎn)過程的組織。一、普通過磷酸鈣生產(chǎn)普通過磷酸鈣是一種工業(yè)化最早、使用最廣泛的磷肥，一般簡(jiǎn)稱過磷酸鈣，亦稱普鈣。過磷酸鈣是一種灰白色、灰黑色或淡黃色的疏松粉末，其主要成分是水合磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2H2O和難溶的無水硫酸鈣，還有少量的游離磷酸、游離水分、磷酸鐵鋁、磷酸一氫鈣（即磷酸二鈣）、磷酸二氫鎂、磷酸一氫鎂、二氧化硅和未分解的磷礦等。一、普通過磷酸鈣生產(chǎn)過

59、磷酸鈣質(zhì)量的高低是由所含植物能吸收的有效磷（以P2O5表示）的多少來決定的，有效磷包括水溶性磷和枸溶性磷兩部分。水溶性磷包括Ca(H2PO4)2H2O和游離磷酸以及Mg(H2PO4)2H2O，枸溶性磷包括CaH2PO42H2O、MgH2PO4 3H2O以及FePO4和Al PO4。過磷酸鈣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。1制造普通過磷酸鈣的化學(xué)反應(yīng)一、普通過磷酸鈣生產(chǎn)制造普通過磷酸鈣是用硫酸分解磷礦粉，經(jīng)過混合、化成、熟化工序完成的。其主要化學(xué)反應(yīng)為： 2Ca5(PO4)3F+7H2SO4+3H2O 3Ca(H2PO4)2H2O+7CaSO4 +2HF實(shí)際上，上述反應(yīng)是分兩個(gè)階段進(jìn)行的。第一階段是硫酸分

60、解磷礦生成磷酸和半水硫酸鈣，該反應(yīng)在化成室中完成的。 Ca5(PO4)3F+5H2SO4+2.5H2O 3H3PO4 +5CaSO40.5H2O +HF 這是一個(gè)快速的放熱反應(yīng)，一般在半個(gè)小時(shí)或更短時(shí)間即可完成，反應(yīng)物料溫度迅速升高到100以上，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，磷礦不斷被分解，硫酸逐漸減少，CO2、SiF4和水蒸氣等氣體不斷逸出，固體硫酸鈣結(jié)晶大量生成，使反應(yīng)料漿在幾分鐘內(nèi)就可以變稠，離開混合器進(jìn)入化成室后，便很快固化。1制造普通過磷酸鈣的化學(xué)反應(yīng)“化成”作用是使?jié){狀物料轉(zhuǎn)化成一種表面干燥、疏松多孔、物理性質(zhì)良好的固體狀物料（也稱鮮肥）。固化過程進(jìn)行的好壞，主要取決于所生成的硫酸鈣結(jié)晶的類型、