工业合成氨简易流程

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1、工业合成氨简易流程图制取原料气净化压缩合成分离液氨N2和H2(循环)(循环操作过程)冷凝除去杂质气体、粉尘等，防止催化剂“中毒”1第三章氨的合成氨的合成氨的合成是整个合成氨生产过程中的核心部分，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的H2、N2组成约为3:1的原料气直接加入合成塔，催化剂作用下合成为氨。34学习目标：掌握氨合成反应的基本原理及氨的合成工艺条件的选择及工艺流程分析；熟悉氨合成塔结构特点，并流双套管氨合成塔的结构及其它塔型的分析;了解氨合成反应机理、合成氨催化剂、动力学方程及二气回收的处理方法;了解物料衡算和热量衡算及氨

2、合成过程中的能量分析和余热回收;5第一节氨合成反应的基本原理一、氨合成反应的热效应氨合成反应为：N2＋3H22NH3ΔHӨ298=-92.4kJ/mol不同温度、压力下，纯氢氮混合气完全转化为氨的反应热：ΔHF=38338.9+[22.5304+3474.4/T+1.89963×1010/T3]p+22.3864T+10.5717×10-4T2-7.08281×10-6T3ΔHF—纯氢氮混合气完全转化为氨的反应热，kJ/mol；p—压力，MPa;T—温度，K。6合成氨反应特点：(1)可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。(2)

3、放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。(3)体积缩小的反应。(4)反应需要有催化剂才能较快的进行。7二、氨合成反应的化学平衡反应达到平衡时的平衡常数可表示为：Kp压力较低时，气体混合物视为理想气体。当压力较高时，气体混合物视为非理想气体，Kp不仅与温度有关，还与压力、气体在组成有关，当压力在1.0-100MPa下，Kp可用以下经验公式计算：Kp值仅与温度有关8其中β和I为与压力有关的系数，见下表：p,MPa135103060100β×10400.341.2561.2561.25610.85626.833I1.9332.0212.09

4、02.1132.2063.0594.4739合成氨时，当原料组成一定时，平衡常数Kp值随温度降低、压力升高而增大。不同温度、压力下H2/N2＝3纯氢氮混合气体反应的Kp值10三、平衡氨含量及其影响因素平衡氨含量氨合成反应达到化学平衡时，混合气体中氨的含量称为平衡氨含量，又可称为氨的平衡产率。有了平衡常数Kp，计算平衡氨含量就比较容易。设进口氢氮比为r，平衡混合气中NH3的平衡含量为yNH3，惰性气体组成为yi，则：11影响平衡氨含量的因素温度越低，压力越高，平衡氨含量yNH3越高a．压力和温度的影响T/℃压力/MPa10152032608036035.

5、1043.3549.6260.4375.3281.8038429.0036.8443.0054.0069.9477.2442420.6327.3933.0043.6060.3568.6846414.4819.9424.7134.2450.6259.4250410.1514.3918.2430.9041.4450.135526.719.7512.6218.9931.8139.78当r＝3时，yi=0时，不同温度、压力下的平衡氨含量值如下表：12b.氢氮比r的影响若不考虑r对Kp的影响，知r=3时，yNH3为最大值；高压下，气体偏离理想状态，Kp将随r而变

6、，具有最大yNH3时的r略小于3，约在2.68～2.90之间，如图所示：13c.惰性气体含量的影响惰性气体指不参加合成氨反应的甲烷和氩气◆由图3-2知，惰性气体含量增加，平衡氨含量减小，因为增加惰性气体含量相当于降低了反应物的分压，即惰性气体对氨合成不利。◆另外，氨合成为不完全反应，未反应原料气体需要循环利用，必然造成惰性气体的富集，最终采取部分放空的办法减少惰性气体，造成原料气的浪费。14结论：提高平衡氨含量升高压力、降低温度和减少惰气含量。15四、氨合成反应速率1.反应机理在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一气固相催化反应。由以下几个步骤所组成

7、：(1)气体反应物扩散到催化剂外表面；(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；(3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)；(4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成产物；16(5)产物自催化剂表面解吸；(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；(7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。以上七个步骤中，(1)、(7)为外扩散过程；(2)、(6)为内扩散过程；(3)、4)和（5）总称为化学动力学的过程。172.影响反应速率的因素反应速度--是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓

8、度的增加量表示。影响氨合成反应速度因素：①压力的影响当温度和气体组成一定时，提高压力，正反应速