Методическая разработка к уроку "Получение аммиака"
методическая разработка по химии (9 класс) на тему

Слайд 1

Слайд 2

Азот принадлежит к числу достаточно распространенных химических элементов Содержание азота в различных сферах Земли колеблется в широких пределах. Кларк азота (% мас .) для планеты в целом 0,01, для земной коры 0,04, для атмосферы 75,5. Формы существования азота в земной коре весьма разнообразны. Он входит в состав различных минералов, содержится в каменном угле, нефти и других видах ископаемого топлива.

Слайд 3

Методы связывания атмосферного азота В начале XX века почти одновременно были разработаны три технических метода синтеза соединений из молекулярного азота: дуговой, цианамидный , аммиачный.

Слайд 4

Дуговой метод В основе дугового метода лежит эндотермическая реакция прямого окисления азота кислородом воздуха, протекающая при температуре около 3000°С в пламени вольтовой дуги: N 2 + O 2 ↔ 2 NO , ΔН = 179,2 кДж, с последующим доокислением оксида азота (II) и получением нитрата кальция: NO + Са ( ОН ) 2 + O 2 → Ca(NO 3 ) 2 .

Слайд 5

Цианамидный метод Цианамидный метод основан на способности тонкоизмельченного карбида кальция реагировать при температуре около 1000°С с молекулярным азотом с образованием кальцийцианамида: СаС 2 + N 2 = CaCN 2 + С, ΔН = 300 кДж, с последующим превращением кальцийцианамида в аммиак: CaCN 2 + 3Н 2 O = 2 NH 3 + СаС O 3 .

Слайд 6

Аммиачный метод В основе аммиачного метода лежит реакция взаимодействия азота и водорода: N 2 + 3Н 2 ↔ 2 NH 3 + 92,4 кДж.

Слайд 7

Энергоемкость методов фиксации азота Метод Затраты энергии на производство 1 т аммиака, кДж Дуговой 7·10 4 Цианамидный 1,2·10 4 Аммиачный 0,5·10 4

Слайд 8

В последнее время дуговой метод, не получивший промышленного применения вследствие низкого (менее 0,02 дол. ед.) выхода оксида азота (II) и весьма высокого потребления электроэнергии, модифицируется в виде плазмохимического процесса, осуществляемого в низкотемпературной воздушной плазме по схеме: Процесс протекает при температуре 5·10 3 –10 4 °С, давлении 2 МПа и времени контактирования 0,0001 с, что обеспечивает весьма высокую производительность плазменной установки. Комбинирование установки с магнитогидродинамическим генератором (МГД) позволяет использовать вторичные энергоресурсы и обеспечить возврат энергии.

Слайд 9

Области использования аммиака

Слайд 10

Сырье для производства аммиака Азот – атмосфера Водород – природный газ, кокс, твердое топливо Структура сырьевой базы производства аммиака менялась и сейчас свыше 90% аммиака вырабатывается на основе природного газа.

Слайд 11

Сырьевые ресурсы производства аммиака АВС – азотоводородная смесь

Слайд 12

Основная стадия процесса синтеза аммиака из азотоводородной смеси описывается уравнением: N 2 + 3Н 2 = 2 NH 3 . Реакции конверсии СН 4 + Н 2 O = 3Н 2 + СО, СН 4 + 0,5 O 2 ( N 2 ) = 2 H 2 ( N 2 ) + СО СО + Н 2 O = Н 2 + CO 2 . После удаления оксида углерода (IV) из газовой смеси и коррекции ее состава получают ABC с содержанием азота и водорода в отношении 1:3.

Слайд 13

N 2 + 3Н 2 = 2 NH 3 , тепловой эффект реакции зависит от температуры и давления и составляет 111,6 кДж при температуре 500°С и давлении 30 МПа. Константа равновесия реакции имеет вид:

Слайд 14

Содержание аммиака (об. долей) в газовой смеси P, МПа Температура, º С 200 300 400 500 600 700 30 0,899 0,710 0,470 0,264 0,138 0,073 100 0,983 0,925 0,800 0,575 0,314 0,128

Слайд 15

Катализатор для синтеза аммиака Реакция синтеза аммиака катализируется металлами, имеющими не полностью застроенные d - и f - электронные уровни. К ним относятся железо, родий, вольфрам, рений, осмий, платина, уран и некоторые другие металлы. В промышленности используются контактные массы на основе железа, например, катализатор ГИАП состава: { Fe + А l 2 O 3 + К 2 O + СаО + SiO 2 }. Он дешев, достаточно активен при температуре 450–500°С, менее остальных катализаторов чувствителен к каталитическим ядам. Промоторы в составе контактной массы способствуют созданию высокоразвитой поверхности, препятствуют рекристаллизации катализатора и повышают его активность.

Слайд 16

Циркуляционная схема синтеза аммиака

Слайд 17

Для выделения образовавшегося аммиака АВС охлаждают до температуры сжижения аммиака. При этом часть аммиака остается в АВС. Концентрация его зависит от температуры и изменяется от 0,015 об. доли при -20°С до 0,073 об. дол. при +20°С при давлении около 30 МПа. При использовании водяного и аммиачного охлаждения это обеспечивает остаточное содержание аммиака в циркулирующей АВС 0,03 — 0,05 об. дол.

Слайд 18

1 – колонна синтеза, 2 – водяной конденсатор, 3 – смеситель (инжектор) свежей авс и циркуляционного газа, 4 – конденсационная колонна, 5 – газоотделитель , 6 – испаритель жидкого аммиака, 7 – выносной теплообменник (котел-утилизатор), 8 – турбоциркуляционный компрессор Технологическая схема производства аммиака:

Слайд 19

Общий вид реакторов синтеза аммиака: а – многослойный с радиальными слоями; б – с теплообменными двойными трубками Фильда; 1- корпус; 2-теплообменник; 3 – катализатор; 4 – трубка Фильда

Слайд 21

Схема производства аммиачной воды 1 – сборник очищенной воды, 2 – колонна абсорбции, 3 – промежуточный сборник, 4 – хранилище аммиачной воды, 5 – предохранительный клапан