第七章：氨合成重点掌握氨合成原理及反应特点掌握主要工艺条件了解氨合成塔分类、结构形式及其特点知道节能型合成工艺的热回收形式掌握催化剂型号及主要成分和作用一、氨的合成及其反应特点反应特点32223NHNH第第——节节热力学基础热力学基础420-450Cat反应原理一定要记住！1可逆反应，转化率的问题2放热反应，反应热及时移走，温度控制3体积缩小，反应压力4催化剂加速，选择问题，寿命问题5平衡氨含量随压力升高、温度降低、惰性气含量减少而增大。反应特点：是本章的重点呀！二、化学平衡及平衡常数氨合成是放热和摩尔数减少的可逆反应：加压下的化学平衡常数Kp不仅与温度有关，而且与压力和气体组成有关，需改用逸度表示。Kp与Kf之间的关系为；式中：f和y为各平衡组分的逸度和逸度系数。若已知各平衡组分的逸度系数y，由上式可计算加压下的Kp值。KKPPPfffKPHHNNNHNHHNNHf2/3*2/1**2/3*2/1**)()()()(222233223KrP206高压下气体不能看做理想气体Kf为真正的平衡常数，它由热力学关系决定。在生产条件范围内，逸度系数计算的经验式为式中气体常数取值为0.08206atm.l/mol,其它常数如下表所示00lnffGKRTRTAyATCRTABPRTiiiiiii2055.03lnAiBiCi/104N20.19750.020960.054H21.34450.050464.20NH32.39300.03415476.87CH42.2769Ar1.2907实际计算时，由于组成不知，必须用迭代法。用计算机编程计算比较方便。也有许多便于实际少量计算的逸度系数图可查。一个不计算逸度系数，直接计算氨合成反应平衡常数的经验公式如下：将各分压带入平衡常数公式，得进气组成已知时，yi可确定，此式为一元二次方程求解无困难三、平衡氨含量氢氮比为3时一些温度压力下平衡氨含量的值如表1.10.P/MPaT/°C10152032608036035.1043.3549.6260.4375.3281.8038429.0036.8443.0054.0069.9477.2442420.6327.3933.0043.6060.3568.6846414.4819.9424.7134.2450.6259.4250410.1514.3918.2430.9041.4450.135526.719.7512.6218.9931.8139.78从上表也可看出，温度升高平衡氨含量下降；压力增加，平衡氨含量增加。这是由反应本身为放热反应和反应减少分子数决定的。平衡氨含量是温度、压力、气体组成的函数四、影响平衡氨含量的因素a．压力和温度的影响温度越低，压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量y*NH3越高。b．氢氮比的影响若氢氮比不为3,则平衡常数表达式为：其它条件不变，改变氢氮比使平衡氨含量最大时，可对上式求导，并令其为零得解得r=3.进料氢氮比为化学计量比时，平衡氨含量最大。但实际考虑到其它因素，平衡氨含量不为3。实际上在压力为10~100MPa，氢氮比的适宜值为2.9~3.0。0025.12/)1()1(33pPKrryyypiNHNH0)1()1(2)1(5.145.125.0rrrrr若不考虑R对Kp的影响，解得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，所以具有最大yNH3时的R略小于3，约在2.68～2.90之间，如图所示。y0惰为氨分解基惰性气含量，y0惰＝y惰/(1+yNH3).