Опорный конспект учителя химии Сергеевой Н.П. на тему Синтез аммиака

Синтез аммиака из элементов и его теоретические обоснования(опорный конспект).

Еще до 40-х годов прошлого века было установлено что аммиак образуется при пропускании электрических искр через газовую смесь азота и водорода.

Но практическое использование этой реакции столкнулось с еще большими трудностями в сравнение с испытанным при фиксации азота дуговым методом.

Анализируя характер образования аммиака, видно, что реакция

N₂+3H₂ 2NH₃+25,4 ккал (при 500^оС)

является простой, т.е. протекает без образования побочных веществ, причем в состоянии равновесия при атмосферном давлении, концентрация аммиака ничтожно мала, уменьшаясь с повышением температуры и является экзотермической.

Разрешению создавшихся трудностей способствовало изучение обратной реакции - диссоциации аммиака на элементы. Оказалось, что при 500-700^оС и атмосферном давлении, аммиак полностью не распадается и в газовой смеси содержатся его некоторые малые количества (при 500^оС - 0,129 %, при 600^оС - 0.049 %, при 700^оС - 0,0223 %). Так наметились принципиальные возможности синтеза аммиака. Установлено что состояние равновесия зависит от температуры, а именно: понижение ее ускоряет прямую реакцию:

N₂+3H₂ 2NH₃

а повышение, наоборот, направляет в противоположную сторону; при 1000^оС аммиак полностью распадается на элементы:

2NH₃N₂+3H₂

Увеличению выхода аммиака способствует повешение давления. Для проведения реакции со скоростью, удовлетворяющей производственный процесс, требуется температура порядка 400-500^оС и давление, измеряемое сотнями атмосфер. На скорость реакции образования аммиака из элементов также влияют катализаторы.

Крупнотоннажное производство аммиака сопровождается следующими выбросами в окружающую среду:

1. Жидкие стоки, состоящие из конденсата, продуктов продувки системы охлаждения и промывки растворов.

2. Газовые выбросы, содержащие аммиак, углекислый газ и другие газы.

3. Невосполнимые потери энергии в системах воздушного и водного охлаждения, которые сами по себе не оказывают заметного влияния на окружающую среду, но увеличивают тепловые потери.

В замкнутых системах производства аммиака промышленные выбросы уменьшаются. Так, на стадии синтеза для предотвращения накопления инертных газов прибегают к продувке циркуляционного газа. После выделения аммиака этот газ можно использовать как сырье или топливо на стадиях производства водородсодержащего газа. Используя природный газ для нагрева трубчатой печи, можно одновременно получать энергетический пар.

Переход к крупнотоннажным агрегатам позволил сократить вредные выбросы в атмосферу.

Для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия, включающие оптимизацию температурного режима и дополнительную очистку дымовых газов.