合成氨工藝學(xué)樣本

合成氨工藝學(xué)樣本,有學(xué)者證明氨是由氮和氫組成的。

19世紀(jì)末,在熱力學(xué)、動力學(xué)和催化劑等領(lǐng)域取得進(jìn)展后,對合成氨反應(yīng)的討論有了新的進(jìn)展。

19法國物理化學(xué)家呂查得利提出氨合成的條件是高溫、高壓,并有適當(dāng)催化劑存在。

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19,德國人哈伯以鋨為催化劑在17~20和500~600℃溫度下進(jìn)行了合成氨討論,得到6%的氨。

19勝利地建立了能生產(chǎn)80-1氨的試驗(yàn)裝置。

19米塔希討論勝利以鐵為活性組分的合成催化劑,鐵基催化劑活性好、比鋨催化劑價(jià)廉、易得。

合成氨的生產(chǎn)需要高純氫氣和氮?dú)狻?/p>

氫氣的主要來源有:氣態(tài)烴類轉(zhuǎn)化、固體燃料氣化和重質(zhì)烴類轉(zhuǎn)化。

現(xiàn)在工業(yè)上采納自然?氣、煉廠氣,石腦油、焦?fàn)t氣、重油、焦炭和煤生產(chǎn)合成氨。

其在高溫下與水蒸汽的作用,制取粗原料氣,都可用下式:+2=++22或+2=+213-合成氨生產(chǎn)的原則流程如圖示。

在這個(gè)原則流程中,由于氨合成這一步最為困難,工藝條件要求也最嚴(yán)格,因此是主要化學(xué)反應(yīng)過程,應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行優(yōu)化。

原料氣的生產(chǎn)和凈化過程是氨合成的前置過程,它的優(yōu)化必需以滿意氨合成的要求為前提;氨的分別和循環(huán)氣返回合成塔既是氨合成的后繼過程也是氨合成的前置過程。

因此氨的合成和分別必需結(jié)合在一起統(tǒng)籌考慮。

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13-2氨合成的熱力學(xué)基礎(chǔ)從化學(xué)工藝的角度看其核心是反應(yīng)過程工藝條件的確定,而確定反應(yīng)的最佳工藝條件,需先從事反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)的討論。

13-氫氣和氮?dú)夂铣砂笔欠艧?體積縮小的可逆反應(yīng),反應(yīng)式如下:+==3Δ298=--1其反應(yīng)熱不但與溫度有關(guān),還與壓力和組成有關(guān)。

氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)表見教材14313-應(yīng)用化學(xué)平衡移動原理可知,低溫、高壓操作有利于氨的生成。

可是溫度和壓力對合成氨的平衡產(chǎn)生影響的程度,需經(jīng)過反應(yīng)的化學(xué)平衡討論確定。

其平衡常數(shù)為:式中,,—分別為總壓和各組分平衡分壓;,如有不當(dāng)之處,請聯(lián)系改正或者刪除。

—平衡組分的摩爾分?jǐn)?shù)。

高壓下化學(xué)平衡常數(shù)值不但與溫度有關(guān),而且與壓力和氣體組成有關(guān),用逸度表示:式中:,γ分別為各平衡組分的逸度和逸度系數(shù).13-若總壓為的混合氣體中含有2,2,3和惰性氣體的的摩爾分?jǐn)?shù)分別為2,2,3和其關(guān)系為2+2+3+==22,則各組分的平衡分壓為因此因此整理的此式可分析影響平衡氨含量的諸因素::溫度越低,壓力越高,平衡常數(shù)越大,平衡氨含量越高。

、壓力及惰性組分含量肯定時(shí),使3為最大的條件為,如有不當(dāng)之處,請聯(lián)系改正或者刪除。

若不考慮對的影響,解得=3時(shí),3為最大值;高壓下,氣體偏離抱負(fù)狀態(tài),將隨而變,因此具有最大3時(shí)的略小于3,~。

,降低了氫、氮?dú)獾挠行Х謮?會使平衡氨含量降低。

13-3氨合成動力學(xué)13-以鐵為主的催化劑鐵系催化劑有催化活性高、壽命長、活性溫度范圍大、價(jià)廉易得等特點(diǎn),廣泛地被國內(nèi)外合成氨廠家采納。

催化劑的活性成分是金屬鐵,而不是鐵氧化物。

使用前用氫氮混合氣對催化劑還原,使鐵氧化物還原為具有較高活性的型純鐵。

還原反應(yīng)方程式為:23+42==3+42123在催化劑中能起到保持原結(jié)構(gòu)骨架作用,從而防止活性鐵的微晶長大,增加了催化劑的表面積,提高了活性。

起助熔劑作用。

2的加入可促使催化劑的金屬電子逸出功降低。

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除具有與23相同作用外,其主要作用是抗硫化物中毒的力量,從而延長催化劑的使用壽命。

少量、2、2等含氧雜質(zhì)的存在將使鐵被氧化,而失去活性。

但當(dāng)氧化性物質(zhì)清除后,活性仍可恢復(fù),故稱之為臨時(shí)中毒。

硫、磷、***等雜質(zhì)引起的中毒是不行恢復(fù)的,稱作永久性中毒。

13-氨合成為氣固相催化反應(yīng),它的宏觀動力學(xué)過程包括以下幾個(gè)步驟。

外,內(nèi)集中過程;,氮?dú)庠诖呋瘎┍砻姹晃?吸附的氮和氫發(fā)生反應(yīng),生成的氨從催化劑表面解吸表面反應(yīng)過程;.氨從催化劑表面對氣體主流體集中內(nèi),外集中過程氮、氫氣在催化劑表面反應(yīng)過程的機(jī)理,可表示為:2+—→22+—→2+—→,如有不當(dāng)之處,請聯(lián)系改正或者刪除。

+—→22+—→33—→3+試驗(yàn)結(jié)果證明,2活性吸附是最慢的一步,即為表面反應(yīng)過程的掌握步驟。

對整個(gè)氣固相催化反應(yīng)過程,是表面反應(yīng)掌握還是集中掌握,取決于實(shí)際操作條件。

低溫時(shí)可能是動力學(xué)掌握,高溫時(shí)可能是內(nèi)集中掌握;大顆粒的催化劑內(nèi)集中路徑長,小顆粒的路徑短,因此在同樣溫度下大顆粒可能是內(nèi)集中掌握,小顆?？赡苁腔瘜W(xué)動力學(xué)掌握。

當(dāng)內(nèi)集