重要的无机化学工业

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1、重要的无机化学工业   合成氨工业、硫酸工业、氯碱工业，是三个最重要的无机化学工业，它们都有各自的一整套从原料到各种化工产品的工业体系，为经济建设提供了大量的生产资料。高中化学教材上对这三个化学工业体系都有专门的章节介绍，也可见它们的重要性。下面就分别对它们进行简单的总结。①合成氨工业   高中课本上介绍的是德国化学家弗里茨-哈伯(F.Haber，1868-1934)发明的，由氮气和氢气直接合成氨的方法。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离

2、出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。故此方法又称“循环法”。反应原理：N2+3H22NH3                                     合成氨工业简易流程图a.原料气的制备、净化氮气：从空气中获得。可用液化空气分离法，将空气液化后，因为氮气的沸点比氧气低，因而使液态空气蒸发时，氮气先挥发出来；或先用焦炭与空气中的氧作用，生成CO2，再在高压下使CO2大量溶于水而分离出氮气。氢气：由水和燃料获得。可先将水蒸气通过炽热的煤层或焦炭层，使水蒸气与碳发生反应，生成CO与H2，然后在催

3、化剂作用下再使CO与水蒸气作用转化为CO2，除去CO2后即可得到所需的原料气。反应方程式：C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2实际的工业生产中，二者的制备是同时进行的。工厂里常使用石油、天然气、焦炉气等气体燃料，将其与空气和水蒸气共同作用制得含有氮气和氢气的粗原料气。工业上常用高压水吸法，使CO2大量溶于水中而得到粗原料气。由于原料气中含有的CO、CO2和一些含硫化合物会使合成氨的催化剂中毒，因而制得的粗原料气还需要经过一氧化碳变换、脱硫脱碳等步骤，进行净化。最后制得的氮氢比约为1：3的纯净气，经压缩机压缩

4、后进入氨合成回路。b.氨的合成合成氨的反应是在高压环境的合成塔中完成的，氮气和氢气混合后经过压缩从塔的上部进入合成塔。经过合成塔下部的热交换器，混合气体的温度升高，并进入放有触媒（催化剂）的接触室。在接触室，一部分氮气和氢气发生反应，合成了氨，混有氮气，氢气和氨气的混合气体经过热交换器离开合成塔。混合气体要经由冷凝器，将氨液化，因而将氨分离出来，而氮气和氢气的混合气体经压缩再次送入合成塔，形成循环。对合成氨的适宜条件的讨论浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3当合成氨生产的原料气循环使用时，两种气体仍应保持1∶3 

5、的体积比循环。温度：500℃左右。从三个方面——反应速率、氨的产率、催化剂活性考虑。合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，催化剂在这个温度活性最大。压强：一般采用2×107Pa～5×107Pa. 合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强。催化剂：用铁触媒作催化剂。催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡时间.，但不会影响氨的产率。

6、c.氨的分离把混合气体通过冷凝器，经冷凝使氨液化，将氨分离出来，导入液氨贮罐，提高原料的利用率。同时将未反应的H2、N2循环送入合成塔，使其充分利用。                     ②硫酸工业课本上介绍的制取硫酸的方法是接触法，因为二氧化硫和氧气是在催化剂的表面接触时起反应的。这一方法由英国人P·菲利普斯在1831年首先发明。反应原理： 2SO2+O22SO3                                           接触法制硫酸简要流程图a.二氧化硫的制取与净化   反应场所：

7、沸腾炉   将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使其燃烧，就可以得到SO2。反应方程式：S+O2SO2   4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2沸腾炉中从炉底通入强大的空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”。使用沸腾炉可使矿粒燃烧得比较完全，从而可提高原料的利用率。从燃烧炉中出来的气体叫做炉气。用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有不良影响。因此

8、，在进行下一步氧化反应以前，必须对炉气进行净化和干燥处理。用燃烧硫黄制得的炉气除含有SO2、O2和N2外，杂质较少，不需要经过净化和干燥处理。b.二氧化硫接触氧化制三氧化硫   反应场所：接触室经过净化、干燥的炉气（其成分体积分数分别约为：SO27％，O211％，N282％）进入接触室，发生氧化反应，生成SO3。由于此反应是放热反应，随着反应的进行，反应环境