2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨（图文版知识清单，不可编辑）化学鲁科版选择性必修1

第四节化学反应条件的优化 一工业合成氨 1.选择原则：反应速率快，产品含量高 核心目标：兼顾反应速率快、平衡产品含量高，控制生产成本 (1)温度 催化剂活性最大温度 ①所选温度需要同时兼顾反应速率和平衡产品含量两个要求 ②实际生产中，尽可能选择催化剂活性达到最大的温度 门特别提醒：并非温度越高越好 温度 (2)压强 ①优先选择压强对反应物转化率影响变化幅度大 高△ ②压强不能无限增大，避免过高压强提升设备成本和 动力成本 ↑成本△ (3)催化剂 ①通常选用催化效率高的催化剂，加快反应速率， 缩短生产周期 ②生产过程中需要避免杂质使催化剂中毒，导致催 化剂失去催化活性 (4)浓度 N, 为提高原料利用率，原料通常尽可能循环利用 ①适当增大廉价易得反应物的浓度，可以提高另一类难获 获得原料的转化率 N2 H2 ②必要时可以采用循环投料反应，进一步提高原料利用率 N2+3H2≥2NH3 (5)反应热的综合利用 热烈气、 热产品气 化工生产中一般采用热交换器综合利用反应放出的热 量，降低生产能耗 冷空气 冷热气 (6)反应容器的选择 恒压容器有利于提高反应物的转化率 恒压 2.工业合成氨生产条件的选择 (1)合成氨生产的核心要求 ①反应要有较快的反应速率，缩短生产周期，提高单 位时间产量 ②要最大限度地提高平衡混合物中NH,的含量，提升 效益吕 原料利用率，降低生产成本 (2)合成氨生产条件的选择依据 ①需要结合化学反应速率和化学平衡原理的相关理论 实际工业因素 知识分析 理论分析 ②还要综合考虑合成氨生产中的动力、材料、设备、 生产成本等实际工业因素 (3)核心外界条件的选择分析 压强 压强越大越有利于合成氨，但在实际生产 中，应根据反应设备可使用的钢材质量及 高压 ↑ 综合指标来选择压强，大致分为低压、中 夕实际工业采 压和高压三种类型，一般采用高压 用，受设备材 料厢制 温度 浓度 温度越高，反应速率越大，但不 合成氨生产通常采用N2 利于氨的合成，在实际生产中 和H2物质的量之比为 一般控制反应温度在700K左 1:2.8的投料比，并且 右（且在此温度时催化剂的活性最大） 及时将氨气从反应混合物 催化剂 中分离出去 其他 使用催化剂可以大幅度提高反应速 为提高平衡转化率，工业 率，合成氨生产一般选择铁作催化剂 合成采用的原料循环利用