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高中NH3制取

氨气制法- 氨气的三种实验室制法
一.加热固体胺盐和碱的混合物
反映原理:2NH4Cl+Ca(OH)2==△== CaCl2+2NH3↑+2H2O
反映装置:固体+固体==△==气体
净扮装置;用碱石灰干燥
搜集装置: ,验满方式是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸变蓝色;或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生。

尾气装置:搜集时,一般在管口塞一团棉花球,可减少NH3与空气的对流速度,搜集到纯净的NH3.
实验室,氨常常利用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备:
2NH4Cl(固态)+ Ca(OH)2(固态)===2NH3↑+ CaCl2 + 2H2O
Li3N + 3H2O === 3LiOH + NH3↑
(1)不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反映制氨气
硝酸铵受撞击、加热易爆炸,且产物与温度有关,可能产生NH3、N二、N2O、NO
(2)实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2
因为NaOH、KOH是强碱,具有吸湿性(潮解)易结块,不易与铵盐混合充分接触反映。

又KOH、NaOH具有强侵蚀性在加热情况下,对玻璃仪器有侵蚀作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。

(3)用试管搜集氨气为何要堵棉花
因为NH3分子微粒直径小,易与空气发生对流,堵棉花目的是避免NH3与,确保搜集纯净。

(4)实验室制NH3除水蒸气为何用碱石灰,而不采用浓H2SO4和固体CaCl2
因为浓H2SO4与NH3反映生成(NH4)2SO4
NH3与CaCl2反映能生成CaCl2·8NH3()
CaCl2+8NH3==CaCl2·8NH3
(5)实验室快速制得氨气的方式
用浓氨水加固体NaOH(或加热浓氨水)二,加热浓氨水
反映原理:NH3*H2O==△==NH3↑+H2O 装置:
三,浓氨水中加固态碱性物质
装置:
反映原理:浓氨水中存在以下平衡:
NH3+H2O=(可逆)==(可逆)=NH4+ +OH- ,
加入固态碱性物质(如CaO,NaOH,碱石灰等),消耗水且使c(OH-)增大,使平衡移动,同时反映放热,促使NH3*H2O的分解。

氨气制法- 氨气工业制法
空气中的氮气加氢
工艺特点:高压催化
工艺流程有很多方案,世界各国采用的也不尽相同。

目前世界上比较先进的有三废锅氨合成圈、两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。

合成与冷冻工段的有效能损耗占全装置的15%左右。

流体流动、压缩、传热、冷冻、化学反应等诸方面的有效能损耗相当。

降低这些能耗的关键在于催化剂,如能找到一种低温高活性催化剂,则操作压力就可降低,压缩功和循环功也可降低。

氨合成反应是放热反应,合理回收能量是降低能耗的一个方面,适当增大一些反应设备和通气截面,就可降低传热、流动和化学反应的不可逆损耗。

减少,降低新鲜气的单耗是降低能耗的重要方面。

随着大型化的发展,氨合成圈已成为降低合成氨能耗的主要单元之一。

近代大型氨合成装置的代表设计有三种:
1)布朗的三塔三废锅氨合成圈
布朗三塔三废锅氨合成圈由3个合成塔和3个废锅组成。

塔内有催化剂筐,气体由外壳与筐体的间隙从底部向上流过,再由上向下轴向流过催化剂床。

三塔催化剂装填量比二塔多,最终出口氨含量可以从16.5%提高到21%以上,减少了循环气量,节省了循环压缩功。

合成塔控制系统非常简单,各塔设有旁路用阀门调节气体入塔温度。

由于氨合成反应平衡的限制,决定了催化剂温度,不需要调节催化剂床层反应温度。

2)伍德两塔三床两废锅氨合成圈
伍德两塔三床两废锅氨合成圈采用两个较小的合成塔,3个催化剂床,两塔塔后各连一个废锅。

这种结构使反应温度分布十分接近最优的反应温度,气体的循环量和压降小,投资和能耗节省,副产高压蒸汽多。

3)托普索两塔三床两废锅氨合成圈
托普索S-250系统采用无下部换热的S-200合成塔和S-50合成塔组成。

还包括:(1)废锅和锅炉给水换热器回收废热;(2)合成塔进出气换热器,水冷器,氨冷器和器,氨分离器及新鲜气氨冷器等。

合成塔为径向流动催化剂床,采用1.5mm~3mm小催化剂,压降为0.3MPa。

由S-200型塔出来的合成气,经废热锅炉回收热量,并保证入S-50型塔的合适温度,以提高单程合成率。

此外还有:
生产方法:生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤(或焦炭)等。

①天然气制氨。

天然气先经脱硫,然后通过二次转化,再别离通过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序,取得的氮氢混合气,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%~0.3%(体积),经甲烷化作用除去后,制得氢氮摩尔比为3的纯净气,经紧缩机紧缩而进入氨合成回路,制得产品氨。

以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

②重质油制氨。

重质油包括各类深度加工所得的渣油,可用部份氧化法制得合成氨原料气,生产进程比天然气蒸气转化法简单,但需要有空气分离装置。

空气分离装置制得的氧用于重质油气化,氮作为氨合成原料外,液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

③煤(焦炭)制氨。

随着石油化工和天然气化工的发展,以煤(焦炭)为原料制取氨的方式活着界上已很少采用。

用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料,氨作为工业原料和,用量约占世界产量的1 2%。

硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等
都需直接以氨为原料。

液氨常用作制冷剂。

贮运商品氨中有一部分是以液态由运往外地。

此外,为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡,防止因短期事故而停产,需设置液氨库。

液氨库根据容量大小不同,有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。

液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

氨气制法- 氨气的三种实验室制法
一.加热固体胺盐和碱的混合物
反映原理:2NH4Cl+Ca(OH)2==△== CaCl2+2NH3↑+2H2O
反映装置:固体+固体==△==气体
净扮装置;用碱石灰干燥
搜集装置: ,验满方式是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸变蓝色;或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生。

尾气装置:搜集时,一般在管口塞一团棉花球,可减少NH3与空气的对流速度,搜集到纯净的NH3.
实验室,氨常常利用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备:
2NH4Cl(固态)+ Ca(OH)2(固态)===2NH3↑+ CaCl2 + 2H2O
Li3N + 3H2O === 3LiOH + NH3↑
(1)不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反映制氨气
硝酸铵受撞击、加热易爆炸,且产物与温度有关,可能产生NH3、N二、N2O、NO
(2)实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2
因为NaOH、KOH是强碱,具有吸湿性(潮解)易结块,不易与铵盐混合充分接触反映。

又KOH、NaOH具有强侵蚀性在加热情况下,对玻璃仪器有侵蚀作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。

(3)用试管搜集氨气为何要堵棉花
因为NH3分子微粒直径小,易与空气发生对流,堵棉花目的是避免NH3与,确保搜集纯净。

(4)实验室制NH3除水蒸气为何用碱石灰,而不采用浓H2SO4和固体CaCl2
因为浓H2SO4与NH3反映生成(NH4)2SO4
NH3与CaCl2反映能生成CaCl2·8NH3()
CaCl2+8NH3==CaCl2·8NH3
(5)实验室快速制得氨气的方式
用浓氨水加固体NaOH(或加热浓氨水)二,加热浓氨水
反映原理:NH3*H2O==△==NH3↑+H2O 装置:
三,浓氨水中加固态碱性物质
装置:
反映原理:浓氨水中存在以下平衡:
NH3+H2O=(可逆)==(可逆)=NH4+ +OH- ,
加入固态碱性物质(如CaO,NaOH,碱石灰等),消耗水且使c(OH-)增大,使平衡移动,同时反映放热,促使NH3*H2O的分解。

氨气制法- 氨气工业制法
空气中的氮气加氢
工艺特点:高压催化
工艺流程有很多方案,世界各国采用的也不尽相同。

目前世界上比较先进的有三废锅氨合成圈、两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。

合成与冷冻工段的有效能损耗占全装置的15%左右。

流体流动、压缩、传热、冷冻、化学反应等诸方面的有效能损耗相当。

降低这些能耗的关键在于催化剂,如能找到一种低温高活性催化剂,则操作压力就可降低,压缩功和循环功也可降低。

氨合成反应是放热反应,合理回收能量是降低能耗的一个方面,适当增大一些反应设备和通气截面,就可降低传热、流动和化学反应的不可逆损耗。

减少,降低新鲜气的单耗是降低能耗的重要方面。

用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料,氨作为工业原料和,用量约占世界产量的12%。

硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶
等都需直接以氨为原料。

液氨常用作制冷剂。

贮运商品氨中有一部分是以液态由运往外地。

此外,为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡,防止因短期事故而停产,需设置液氨库。

液氨库根据容量大小不同,有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。

液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

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