合成塔)

第1篇一、引言合成氨技术是工业生产中的一项重要技术，广泛应用于化肥、化工、制药等行业。

为确保合成氨生产过程的安全、稳定和高效，特制定本操作规程。

二、操作前的准备工作1. 确认设备运行正常，仪表、阀门、管道等无泄漏、无损坏。

2. 检查原料和辅助材料的储备情况，确保生产所需原料充足。

3. 熟悉操作规程，了解设备性能和工艺流程。

4. 确保操作人员具备相应的技能和素质。

三、合成氨生产过程操作规程1. 合成塔投料：根据生产需求，将原料气（氢气和氮气）按比例送入合成塔。

2. 合成塔运行：控制合成塔温度、压力、空速等参数，确保合成反应正常进行。

3. 催化剂管理：定期检查催化剂性能，发现异常情况及时处理。

4. 冷却系统运行：确保冷却系统正常运行，防止合成气过热。

5. 氨冷器运行：控制氨冷器温度，使合成气中的氨冷凝析出。

6. 分离系统运行：确保氨分离系统正常运行，提高氨的回收率。

7. 脱硫系统运行：控制脱硫系统运行参数，确保脱硫效果。

8. 辅助设备运行：确保空气压缩机、氮氢气压缩机等辅助设备正常运行。

四、操作过程中的注意事项1. 严格控制合成塔温度、压力、空速等参数，防止催化剂烧结或活性下降。

2. 定期检查设备运行状况，发现异常情况及时处理。

3. 操作人员应密切观察仪表数据，确保生产过程安全、稳定。

4. 遵循操作规程，严禁随意调整设备参数。

5. 注意个人安全，佩戴好防护用品。

五、异常情况处理1. 合成塔温度、压力、空速等参数异常：立即查明原因，采取相应措施进行调整。

2. 设备故障：立即停机，通知维修人员进行处理。

3. 火灾、泄漏等事故：立即启动应急预案，进行现场处理。

六、操作结束后的工作1. 关闭所有设备，确保设备处于安全状态。

2. 清理现场，保持工作环境整洁。

3. 做好生产记录，总结经验教训。

4. 对操作人员进行考核，提高操作技能。

七、附则1. 本规程适用于合成氨生产过程中的操作人员。

2. 操作人员应严格遵守本规程，确保生产过程安全、稳定。

学科：化学教学内容：合成氨条件的选择【基础知识精讲】1.合成氨反应的理论应用合成氨反应原理：N2+3H22NH3(正反应为放热反应)反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应.根据上述反应特点，从理论上分析：(1)使氨生成得快的措施(从反应速率考虑)：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂.(2)使氨生成得多的措施(从平衡移动考虑)：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强.2.合成氨条件的选择在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择：浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用.按1∶3循环的气体体积比，仍会保持1∶3.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2×107Pa～5×107Pa.催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间.可将合成氨的适宜条件归纳为：①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500℃左右；③压强为2×107Pa～5×107Pa；④铁触媒作催化剂.3.合成氨的工业简述合成氨工业的简要流程图：(1)原料气的制取.N2：将空气液化、蒸发分离出N2，或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2.H2：用水和焦炭(或煤、石油、天然气等)在高温下制取，如(2)制得的N 2、H 2需净化、除杂，再用压缩机压缩至高压.因为若有杂质存在可使催化剂失去催化作用，也称使催化剂“中毒”.(3)在适宜条件下，在氨合成塔中进行合成.(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的H 2、N 2循环送入合成塔，使其充分利用.【重点难点解析】重点：理解应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件.难点：根据各种影响反应进行的因素选取反应综合条件.1.巧用假设，灵活解题例如：密闭容器中，N 2+3H 2 2NH 3在500℃时达到平衡，问：(1)将H 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?(2)将N 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?分析：浓度的改变是反应物和生成物部分发生而改变，因而平衡的移动就较难判断.而巧用假设就较易解答.(1)将不变浓度的N 2视为液体(常数)，将浓度改变的H 2、NH 3视为气体，得出等效平衡N 2(l)+3H 2(g) 2NH 3(g)，将H 2、NH 3浓度同时增大1倍，相当于上述等效平衡压强增大到原来的2倍，所以等效平衡向正反应方向移动，原平衡同向移动.也可利用平衡常数K 来判断.(2)同理分析可得，平衡向逆方向移动.又例如，平衡反应2NO 2N 2O 4在体积不变的密闭容器中进行，在其它条件不变时，若向容器中分别增加NO 2和N 2O 4，][][422O N NO 的比值如何变化? 分析：先运用上节所介绍的等效假设，增加NO 2或N 2O 4时，压强不变，平衡时比值不变.再压缩时，假设平衡不移动，比值也不变.现实际上平衡右移，所以，无论是增加NO 2还是增加N 2O 4，都有][][422O N NO 比值减小. 2.如何选择适宜条件，使平衡向有利的方向移动?应从以下几方面观察考虑：①反应前后气体物质的计量数；②反应热情况；③反应速率；④转化率(增加廉价物质的量，提高价格贵重原料的利用率)例如，在硫酸工业中，通过下列反应使SO 2转化为SO 3：2SO 2+O 22SO 3(正反应放热)已知常压下平衡混合气体中SO 3体积分数为91%，试回答：(1)生产中常用过量的空气是为了 ；(2)加热到400°～500°是由于 ；(3)压强采用 ，原因是 ；(4)尾气中的SO 2必须回收，是为了 .此题根据题示信息和以上提出的要考虑的几个方面，不难分析作答.3.反应物用量的改变对平衡转化率的影响若反应物只有一种，如aA(g) bB(g)+cC(g)，增加A 的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A 的转化率的变化与气体物质的系数有关.(1)若a=b+c ，A 的转化率不变；(2)若a ＞b+c ，A 的转化率增大；(3)若a ＜b+c ，A 的转化率减小.若反应物不止一种时，如：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)(1)若只增加A 的量，平衡正向移动，而A 的转化率减小，B 的转化率增大.(2)若按原比例同倍数地增加反应物A 和B 的量，则平衡向正反应方向移动.而反应物转化率与气体反应系数有关.如a+b=c+d ，A 、B 转化率都不变；如a+b ＜c+d ，A 、B 转化率都减小；如a+b ＞c+d ，A 、B 转化率都增大.4.如何正确区别转化率与物质所占百分含量的关系?例题：如下图所示，是表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反应的影响：L(固)+G(气) 2R(气)(正反应为吸热反应)在图中，Y 轴是指( )A.平衡混合气中G 的百分含量B.平衡混合气中R 的百分含量C.G 的转化率D.L 的转化率分析：根据题中给出的反应式可知，该反应是一个气体体积增大的吸热反应.根据图形曲线可知，Y 所指的量应该是：“随温度的升高而减小”以及“随压强的增大而增大”者，应由此来判断符合题意的选项.升温使题中的平衡反应右移，所以R%增大，G%减少，L 和G 的转化率都增高，故只有选项A 符合要求.增大压强，使平衡左移，R%减少，G%增大，也是A 符合要求，所以Y 轴是指平衡混合气体中G 的百分含量.本题答案：A【难题巧解点拨】例1：在一定温度、压强和催化剂存在时，把N 2和H 2按1∶3体积比混合，当反应达到平衡时，混合气中NH 3的体积分数为25%，求N 2的转化率.分析：此题可用常规三行式解法，也可用差量法求解.这里，用整体思维方法求解. 设平衡时混合气为100体积，显然NH 3为25体积.由于N 2和H 2的混合比正好为化学计量数之比，1∶3投料，1∶3转化，转化率也应相同.列式分析如下：N 2+3H 32NH 3平衡时 75 25起始时 75+50 0转化率：αN2=αH2=12550×100%=40% 同学们可用其它解法予以对照.例2：(高考科研题)在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH 3的体积分数为25%.若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( )A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2分析：设起始时H 2为amol ，N 2为bmol ，平衡时NH 3为xmol ，则3H 2 + N 2 2NH 3起始时 a b 0平衡后 a-3x/2 b-x/2 x因为，在相同条件下，气体的物质的量之比等于体积比 据题意可得方程：xx b x a x +-+-)2/()2/3(=25%.化简得 b a x +=1/5，故正确答案为A.评析：本题是一道简单的计算题，关键是根据题意列出方程，但必须注意，题目并未规定n(H 2)∶n(N 2)=3∶1，且反应是可逆的.否则，就会导致错选D.另解：利用例1的解题思想，这里无论起始投入按何种比例，仍可设平衡时总体积为100L ，则NH 3为25L ，H 2和N 2共75L.按反应化学计量数关系，反应前原反应物体积应为(75+50)L ，反应后缩小的体积为(125-100)L ，所求比值为(125-100)∶125＝51. 例3：工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素.已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H 2和CO 2，H 2是合成氨的原料，CO 2供合成尿素用.若从充分利用原料的角度考虑，选用 (填序号)物质作原料较好.A.COB.石脑油(C 5H 12、C 6H 14)C.CH 4D.焦炭作出这种选择的依据是 .(杭州市联考试题)分析：根据反应：N 2+3H 22NH 3，CO 2+2NH 3CO(NH 2)2+H 2O ，若要充分利用原料，显然要求原料与水反应产生的H 2和CO 2物质的量之比等于或接近于3∶1时，上述反应趋于恰好反应，原料得以充分利用.根据题示信息：C+2H 2O ＝CO 2+2H 2(2∶1)，CO+H 2O ＝CO 2+H 2(1∶1)CH 4+2H 2O ＝CO 2+4H 2(4∶1)，C 5H 12+10H 2O ＝5CO 2+16H 2(3.2∶1)，故石脑油的利用率最高，答案为B.评析：若要求充分利用原料，通常有两种途径：(1)所投入的原料物质的量之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，使原料恰好反应；(2)增加廉价物质的量，使价格贵重物质充分利用，亦即提高价格贵重的原料利用率.【典型热点考题】例1：在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按N 2与H 2体积比为1∶3，塔中的压强为1.62×107Pa ，又知从塔中出来的气体中，NH 3占25%(体积百分组成).求：(1)从合成塔出来的混合气体中，N 2和H 2的体积百分组成.(2)合成塔出来气体的压强.分析： (1)N 2+3H 22NH 3反应中N 2与H 2的体积比(同于物质的量之比)和原料混合气体中的比值相同，故从塔中出来的气体中N 2∶H 2仍为1∶3.即V(N 2)=(1-25%)×41×100%=18.75% V(H 2)=(1-25%)×43×100%=56.25%(2) N 2 + 3H 22NH 3 起始(mol) 1 30 平衡(mol) 1-x 3-3x 2xxx x x 2)33()1(2+-+-×100%=25%，x=0.4 即 1-x=0.6,3-3x=1.8,2x=0.8∴ n 2=3.2mol ，而n 1=4molT 不变时 p 1∶p 2=n 1∶n 2则p 2=p 1·12n n =1.62×107×42.3=1.30×107(Pa). 评析：巧用原料气配比和反应进行特点以及阿伏加德罗定律解题.此题属合成氨工业生产基本的理论计算.例2：(1997年全国高考题)把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后反应达到如下平衡：Ca(OH)2Ca 2++2OH -加入以下溶液，可使Ca(OH)2减少的是( )A.Na 2S 溶液B.AlCl 3溶液C.NaOH 溶液D.CaCl 2溶液分析：要使Ca(OH)2的量减少，需使平衡Ca(OH)2(固) Ca 2++2OH -向右移动，而减少Ca 2+的浓度或OH -的浓度可使平衡右移.A 、C 溶液呈碱性，能增大OH -的浓度，D 能增大Ca2+的浓度，即A 、C 、D 均使平衡左移；只有B 中的Al 3+能结合OH -，使平衡右移.答案为B.评析：勒夏特列原理除适用于化学平衡外，同样可应用在溶解平衡、电离平衡、水解平衡中.例3：(1998年上海高考题)牙齿表面由一层硬的、组成为Ca 5(PO 4)3OH 的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca 5(PO 4)3OH(固) 5Ca 2++3PO 43-+OH -(1)进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是 .(2)已知Ca 5(PO 4)3F(固)的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固.当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是(用离子方程式表示) .(3)根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法.答： .分析：(1)H ++OH -＝H 2O ，使平衡向脱矿方向移动.(2)依据信息，F -替换平衡中的OH -，生成溶解度更小、质地更坚固的Ca 5(PO 4)3F,5Ca 2++3PO 43-+F -=Ca 5(PO 4)3F ↓.(3)促进矿化的方法之一是使上述平衡向左移动.一种可行的方法是加Ca 2+，使平衡向左移动.评析：本题主要考查运用勒夏特列原理解决化学实际问题的能力.题目新颖，但答案就在题干中，关键在于认真理解题意，并能和所学知识联系起来.【同步达纲练习】1.氨的合成反应为N2+3H22NH3(正反应放热)，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是( )A.低温、高压、催化剂B.高温、高压C.尽可能的高温、高压D.适当温度、适当高压、催化剂2.下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是( )A.由H2和N2合成氨时，在高压下进行是有利的B.升高盛放水的密闭容器中的温度，水的蒸气压就增大C.合成氨在高温下进行，加入催化剂使反应速率增加，这对氨的合成有利D.降低压强，使N2O4的分解率增高3.以下事实不能用勒夏特列原理解释的是( )A.温度过高对合成氨不利B.合成氨在高温下进行是有利的C.合成氨在高温下进行和加入催化剂都能使反应速率加快D.在合成氨时，氮气要过量4.工业合成氨的反应是在500℃左右进行的，主要原因是( )A.500℃时此反应速率最快B.500℃时氨的平衡浓度最大C.500℃时氨的转化率最高D.500℃时该反应催化剂的催化活性最好5.下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是( )A.H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3∶2B.体系中混合气体的平均相对分子质量不再改变C.N2的生成速率与NH3的生成速率之比为1∶2D.密闭容器中H2、N2、NH3的物质的量之比为3∶1∶26.在N2+3H22NH3+Q的反应中，下列叙述不正确的是( )(1)加压，使正反应速率加快，逆反应速率减慢；平衡向正反应方向移动(2)升高温度，使正反应速率变慢、逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动(3)使用催化剂，既加快正、逆反应速率，又有利于平衡向正反应方向移动(4)温度越低，单位时间内氨的产量越高(5)增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，反应物的利用率一定提高A.只有(1)(2)B.只有(1)(2)(3)C.只有(4)(5)D.全不正确7.NH3加热分解为N2和H2，在同温同压下，测得分解后气体的密度为分解前的2/3，则氨的分解率为( )A.50%B.60%C.40%D.80%8.设温度为T，压强为p，容器体积为V，合成氨反应达平衡状态时，如下操作平衡不发生移动的是( )A.恒定T、p时，充入NH3B.恒定T、V时，充入N2C.恒定T、p时，充入NeD.恒定T、V时，充入He9.在合成氨反应中N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，反应已达平衡，若v(N2)、v(H2)、v(NH3)表示为正反应速率，v′(N2)、v′(H2)、v′(NH3)表示为逆反应速率，则下述不正确的是( )A.此时：v(N 2)＝3v ′(H 2)B.缩小体积：v(H 2)＜32v ′(NH 3) C.升温：2v(N 2)＜v ′(NH 3) D.分离出部分氨：3v(N 2)＝v(H 2)10.下列说法正确的是( )A.由N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)知，若将1molN 2和3molH 2混合，在催化剂存在下，于500℃时发生反应，能生成2molNH 3B.一定温度下，在一容积不变的容器内进行合成氨的反应，一段时间后，其压强不再改变，可认为已达平衡状态C.合成氨反应达平衡后，缩小容器体积，NH 3的浓度增大，平衡常数K 值也增大11.在合成氨时，可以提高H 2转化率的措施是( )A.延长反应时间B.充入过量H 2C.升高温度D.充入过量N 212.某容器中加入N 2和H 2，在一定条件下，N 2+3H 22NH 3达到平衡时，N 2、H 2、NH 3的浓度分别是3mol/L 、4mol/L 、4mol/L.则反应开始时H 2的浓度是( )A.5mol/LB.10mol/LC.8mol/LD.6.7mol/L13.合成氨中使用铁触媒的作用是( )A.降低反应温度B.提高氨气的纯度C.加快反应速率D.提高平衡时氨气的浓度14.合成氨所需的H 2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO+H 2O(g) CO 2+H 2+43kJ.下列措施中，能提高CO 转化率的是( )A.增大压强B.降低温度C.增大CO 浓度D.增大水蒸气的浓度15.对于可逆反应：2Cl 2+2H 2O(g) 4HCl+O 2(正反应吸热)当反应达到平衡后：(1)扩大容器体积，H 2O 的物质的量 ；(2)加入O 2，Cl 2的浓度 ；(3)增加压强，Cl 2的物质的量 ；(4)加入Cl 2，HCl 的浓度 ；(5)升高温度，H 2O 的物质的量 ；(6)加入正催化剂，O 2的浓度 ；(7)加入氦气，HCl 的物质的量 .16.合成氨原料气中氮气制备的方法之一为，方法之二为 ；另一原料气氢气的制取化学方程式为 .17.298K 时，合成氨反应的热化学方程式为N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)+92.4kJ ，在该温度下，取1molN 2和3molH 2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4kJ ，其原因 .【素质优化训练】1.在密闭容器中加少量水，常压下通氨气至饱和，则会建立下列平衡：NH 3+H 2O NH 4++OH -，若要使该反应中的OH -离子浓度增大，应采用的措施是( )A.加水B.加NH 4Cl 晶体C.常压下继续通入氨气D.将氨气的压强增大1倍后再通入密闭容器中2.反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)……①2HI(g) H2(g)+I2(g) ……②2NO2(g) N2O4(g) ……③在一定条件下，达到化学平衡时，反应物的转化率均是a%.若加入一定量的各自的反应物，则转化率( )A.均不变B.均增大C.①增大②不变③减小D.①减小②不变③增大3.在某容积一定的密闭容器中，可逆反应A(g)+B(g) xC(g)，符合下列下图像Ⅰ所示关系.由此推断对下图Ⅱ的正确说法是( )A.p3＞p4Y轴表示A的转化率B.p3＜p4Y轴表示B的百分含量C.p3＞p4Y轴表示混合气体的密度D.p3＞p4Y轴表示混合气体的平均摩尔质量I II4.可逆反应A(g)+B(g) 2C(g)在不同温度下经过一定时间，混合物中C的体积分数与温度的关系如图所示.那么：(1)由T1和T2变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(2)由T3向T4变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(3)反应在温度下达到平衡；(4)此反应的正反应为热反应.5.可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)，在反应过程中C的百分含量c%与温度关系如图所示，请回答(1)正反应是反应(放热、吸热).(2)t＜500℃时，c%逐渐增大是因为.(3)t ＞500℃时，c%逐渐减小是因为 .6.合成氨厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮气的转化率.某工厂测得合成塔中N 2、H 2混合气体的密度为0.5536g/L(标况下测定)，从合成塔出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L.求该合成氨厂N 2的转化率.7.以H 2、CO 为主要组成，供化学合成用的一种原料气叫做“合成气”.若用天然气为原料制合成气，可用“天然气蒸气转化”的反应：CH 4(g)+H 2O(g) CO(g)+3H 2(g)-Q生产时主要条件是温度、压强和水蒸气的配比，另外还要有适宜的催化剂.合成气里的H 2可用于合成氨，CO 最终分离出来后可用于合成甲醇、醋酸、乙二醇等，即新兴起的以分子中只含有一个碳原子的化合物为原料来合成化工产品的“C 1化学”.据此回答以下两题：(1)天然气蒸气转化的主要反应进行时，有关叙述中不正确的是( )A.反应速率为3v(H 2)=v(CH 4)B.温度为800℃～820℃，若超过1500℃反而不利C.工业上为使平衡正向移动，要用过量的天然气D.在加压的条件下，正反应速率会增大(2)目前用合成气生成甲醇时，采用Zn-Cr 催化剂，其反应为：CO(g)+2H 2(g) CH 3OH(g)+Q有关叙述正确的是( )A.达到平衡时，容器内的总压保持不变B.合成甲醇的反应可以认为是CO 的氧化反应C.根据勒夏特列原理，合成甲醇的反应要在加压和维持相当高的温度下进行，以利于提高单位时间内的产量D.甲醇与CO 能在一定条件下化合生成醋酸是因CO 插入CH 3OH 中形成C ＝O 键而成8.有些反应从表面上看不能进行.如：(1)KClO 4+H 2SO 4−→−HClO 4+KHSO 4 (2)Na+KCl −→−NaCl+K (3)Mg+RbCl −→−MgCl 2+Rb(4)KCl+NaNO 3−→−NaCl+KNO 3 而实际生产中恰被用来制取带横线的物质.这4个反应中利用的反应原理相同的是 ，其原理是 ，不相同的原理是 .【生活实际运用】1.有文献报导：硫在空气中燃烧时，产物中的SO 3约占5%～6%(体积)，而硫在纯氧中燃烧时，其产物中的SO 3约占2%～3%(体积)，你能解释这一现象吗?试试看!〔提示：S+O 2 SO 2放出热量如何影响化学平衡2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)+Q 〕2.反应CO(g)+ 21O 2(g) CO 2(g)在1600℃时，K ＝1×104.经测定汽车尾气里的CO 和CO 2的浓度分别为4.0×10-5mol ·L -1和4.0×10-4mol ·L -1.若在汽车的排气管上增加一个1600℃的补燃器，并使其中的O 2浓度始终保持4.0×10-4mol ·L -1，求CO 的平衡浓度和补燃器转化率.3.在上题的系统里，同时发生反应：SO 2(g)+ 21O 2(g) SO 3(g)K ＝20，经测定，汽车的尾气原有SO 2气体的浓度为2×10-4mol ·L -1.问SO 3的平衡浓度?4.某农科所研究人员把棚内空气中的CO 2浓度提高3～5倍，并将O 2浓度尽量减少，结果取得良好的增产效果.从反应：得到的启发是： .5.合成氨工业用氢气和氮气在催化剂作用下直接合成，右表表示在一定温度和压强下达到动态平衡时氨的体积分数.其中2N V ∶2H V ＝1∶3.如图所示装置是一透热性很好的坚固容器，活塞C 可左右移动，其总体积为44.8L ，现将400℃、300大气压的H 233.6L 和400℃，300大气压的N 211.2L 充入容器中，当两者反应达到动态平衡时，若保持混合气体的压强仍为400℃、300大气压，求：(1)容器是向外界放热，还是吸热?(2)充入的N 2的物质的量是多少?充入的H 2转化率是多少?(3)活塞C 要向左侧移动的距离与容器全长之比是多大?参考答案：【同步达纲练习】1.D2.C3.BC4.D5.BC6.D7.A8.D9.AB 10.B 11.D 12.B 13.C 14.D 15.(1)减小 (2)增大 (3)增大 (4)增大 (5)减小 (6)不变 (7)不变 16.将空气液化，蒸发；空气中O2与C作用后，除去CO2；C+H2O(g) CO+H2，CO+H2O(g) CO2+H217.该热化学方程式表示完全生成2molNH3放热92.4kJ，而合成氨为可逆反应，1molN2和3molH2不可能得到2molNH3，故测得热量小于92.4kJ.【素质优化训练】1.D2.D3.AD4.(1)＞ (2)＜ (3)T3 (4)放5.(1)放热 (2)当t＜500℃时，反应未达平衡，温度升高，反应速度加快，且v正＞v逆，所以c%随温度升高而增大； (3)当t=500℃时，反应达到平衡状态，c%为最大值，由于反应是放热反应，在t＞500℃时，温度升高，反应速度加快，但v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动，所以c%随温度升高而减小.6.25%7.(1)AC (2)AD8.(1)(2)(3)相同；利用所需产物的较低溶沸点，使这些物质挥发，及时从平衡体系中移去，使平衡不断向正反应方向移动； (4)利用重结晶法【生活实际运用】1.在纯O2中燃烧，放出热量升温更快，使放热反应平衡逆向进行，故使SO3体积分数减小.2.2.2×10-6mol/L；94.5%3.5.7×10-5mol/L4.增大反应物(CO2)浓度，同时减小生成物(O2)浓度，可使化学平衡向正反应方向移动，从而提高C6H12O6的产率.5.(1)放热(2)n(N2)：60.9mol;转化率α(H2)=64% (3)0.32。

合成氨发展的三个典型特点：1。

生产规模大型化2。

能量的合理利用. 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力,基本不用电能3。

高度自动化Chp2。

原料气的制取2.1 固体燃料气化法氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。

煤气化技术装置的分类：（1)固定床气化（2)流化床气化（3）气流床气化固定床气化:UGI炉，鲁奇（Lurgi）炉和液态排渣的鲁奇炉流化床气化:Winkler气化炉；Lurgi循环流化床气化炉；U—Gas灰团聚流化床气化炉气流床气化：常压气流床粉煤气化即Koppers-Totzek（柯柏斯—托切克,简称K-T)炉;水煤浆加压气化，即Texaco（德士古）炉和Destec（现E—Gas)炉；粉煤加压气化,即SCGP（Shell 煤气化工艺）。

固定床间歇制气：采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。

通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气;空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气.间歇式制半水煤气流程：a．空气吹风b．上吹制气c．下吹制气d．二次上吹e．空气吹净德士古气化装置包括煤浆制备、气化、灰水处理。

煤浆气化采用德士古水煤浆加压气化的激冷流程。

气化工段关键设备气化炉（参见p56图1-2-39）气化炉分上下两部分，上部为燃烧室，燃烧室内安装三层耐火砖用来防止炉壁烧坏；下部为激冷室.从燃烧室出来的工艺气通过下降管进入激冷室，激冷室上部有激冷环，下部下降管浸入水中，工艺气在水中冷激。

气化炉是德士古装置核心设备。

碳洗塔的作用是洗涤从气化炉来的粗煤气，除去粗煤气中的含杂的灰分以及可容水的反应副产物,保证干净、含灰分少的粗煤气送到下一工段进行使用.碳洗塔下部主要作用是洗涤，碳洗塔合成气入口管线伸入水下，粗煤气进入碳洗塔水下后，经过塔内灰水的洗涤再进入上部;碳洗塔上部有塔盘，采用筛板结构，用来对合成气进行可溶性气体以及灰分进行吸收.碳洗塔是德士古气化装置中，一个非常重要的中间过程装置。

- 23 -第11期复合板塔器塔盘支撑圈的焊缝结构形式及强度计算张明（江苏中圣压力容器装备制造有限公司， 江苏 南京 211112）[摘 要] 本文简要阐述了复合板塔器内部塔盘支撑圈的焊缝结构形式的选择，焊缝强度计算及对复层结合强度的影响等问题，并对这些问题进行了分析、探讨和总结。

[关键词] 复合板塔器；塔盘支撑圈；焊缝结构；复层结合强度作者简介：张明（1981—），男，江苏徐州人，本科学历，中级工程师，江苏中圣压力容器装备制造有限公司设计副科长，长期从事压力容器的设计工作。

近年来，我司设计制造的多台复合板塔器，业主要求塔盘支撑圈直接焊接在基层上，导致加工制造难度加大，工期延长，制造成本上升。

在焊缝强度计算合格的前提下，选择合理的焊缝结构形式，对提高设备制造效率、节约成本及保证设备安全具有重要意义。

1 变换气氨洗涤塔塔盘支撑圈的制造2015年我司设计制造国内某项目一台变换气氨洗涤塔，塔器主要设计参数见表1，塔器主体材料为SB-575 N10276+Q345R ，6层塔盘，业主要求塔盘支撑圈直接焊接在基层上，不可直接焊接在复层上，经与业主多次沟通，业主给出的解释是，该塔器是多年前国外进口的，目前设备在国内采购，所有技术要求必须维持不变。

针对该问题经组织内部技术方案讨论会，最终确定塔盘支撑圈的焊缝结构形式详见节点I ，据车间反馈，剔除复层加工槽的难度很大，必须严格控制加工精度，否则容易伤及基层材料，另外因塔盘支撑圈外径大于筒体内径，所以支撑圈需按两HALF 下料和筒体组装。

最终经过车间工人们的努力，设备顺利制造完毕发到现场，得到了业主一致认可和赞同。

2 脱轻上塔塔盘支撑圈焊缝强度计算2016年我司设计制造国内某项目一台脱轻上塔，塔器主要设计参数见表2，塔器主体材料为S31603+Q345R ，120层塔盘，业主要求塔盘支撑圈直接焊接在基层上，如果制造厂建议塔盘支撑圈直接焊接在复层上（详见节点II ），必须对该焊缝进行强度计算合格，同时保证复层结合强度不被破坏，才可以考虑将塔盘支撑圈直接焊接在复层上。

化学反应条件的优化—工业合成氨 编稿：宋杰 审稿：张灿丽【学习目标】1、能用平衡移动原理（勒夏特列原理）解释一些生活、生产问题；2、理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件；3、了解合成氨生产的适宜条件和工艺流程。

【要点梳理】要点一、合成氨反应原理和特点。

1、反应原理：N 2（g ）+3H 2（g ）,高温高压催化剂2NH 3（g ）。

2、反应特点。

①可逆反应；②正反应是放热反应；③正反应是气体体积缩小的反应；④氨很容易液化。

要点二、合成氨适宜条件的选择。

1、适宜生产条件选择的一般原则。

对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如合成氨中氮气与氢气的配比为1∶2.8。

选择条件时既要考虑反应的快慢——反应速率越大越好，又要考虑反应进行的程度——使化学平衡尽可能向正反应方向移动，来提高氨在平衡混合物中的体积分数。

2、合成氨条件选择的依据。

运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。

[归纳] 合成氨的适宜条件： （1）温度：500℃左右；（2）压强：20 MPa ～30 MPa ；（3）催化剂：铁触媒（500℃时其活性最强）。

除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气（N 2和H 2），以有利于合成氨反应。

要点三、合成氨工业的简介。

合成氨工业的简要流程：合成氨生产示意图2-4-1：1、原料的制取氮气：将空气液化、蒸馏分离出氮气或者将空气中的氧气与碳作用生成CO 2，除去CO 2后得氮气。

氢气：用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。

主要反应有： C+H 2O （g ）高温CO+H 2CO+H 2O （g ）∆催化剂CO 2+H 2CH 4+H 2O （g ）700C 900C︒︒催化剂CO+3H 22CH 4+O 2950C︒催化剂2CO+4H 22、制得的氮气和氢气需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。

摘要本文对甲醇精馏双塔工艺、三塔工艺、四塔工艺和五塔工艺进行了简要的介绍，通过对不同工艺的对比显示出五塔工艺的优越性。

新型五塔工艺在四塔工艺高压塔后面加了个中压塔，可在高压塔底部和中压塔顶部与中压塔顶部和常压塔底部实现高效热集成，并用加压塔底部废热作为回收塔热源，节约能源。

通过本课题的设计了解甲醇精馏的发展历程和国内外的研究现状，熟悉甲醇精馏工艺流程、技术设备等。

应用aspen对五塔流程全程进行了初步的物料衡算，并且对加压塔甲醇冷却器进行了初步的设计。

最后绘制出五塔工艺的PFD图、加压塔PID 图、设备图和设备布置图。

关键词：甲醇精馏多效精馏Aspen Plus流程模拟AbstractThis paper described two columns distillation process,three columns distillation process , four columns distillation process and five distillation process in methanol rectification technology ,showed the advantage of the five columns rectification process.The new five-column scheme adds a medium-pressure column after the original higher-pressure column. The five-column arrangement creates a multi-effect distillation configuration involving efficient heat integration between higher-pressure and medium-pressure columns and medium-pressure and atmospheric columns.And used the waste heat at the bottom of higher-pressure as recovery column's source of heat,which is energy-saving. Understanding of this issue through the design development process and the methanol distillation research status at home and abroad, familiar with the methanol distillation process, and technical equipment. The aspen software is applied to a preliminary balance of five column. Making a preliminary design for the condenser of higer-pressure column. Finally draw the process flow chart, flow chart with a control point of materials, equipment layout drawings and equipment.Keywords：Methanol Distillation Multi-effect distillation Aspen Plus process simulation第一章综述 (5)1.1概述 (5)1.1.1甲醇的性质及用途 (5)1.1.2 甲醇的用途 (5)1.1.3 国内甲醇的工业现状和发展前景 (7)1.1.4 国内外甲醇生产工艺技术 (8)1.1.5 粗甲醇的组成 (13)1.2工艺流程选择 (14)1.2.1普通双塔流程 (15)1.2.2三塔精馏工艺 (17)1.2.3双效法四塔精馏工艺流程 (18)1.2.4五塔流程 (21)1.3选择甲醇工艺流程的依据 (22)1.4甲醇精馏残液回收技术 (22)1.5换热器 (24)1.5.1换热器分类 (24)1.5.2管壳式换热器工艺设计 (25)第二章五塔工艺条件设计 (26)2.1 物料衡算 (26)2.1.1 操作条件 (26)2.1.2 物料衡算 (26)2.2五塔的精确计算 (33)2.2.1五塔塔板数 (33)2.2.2五塔实际模拟 (36)第三章加压塔冷却器的设计 (40)3.1确定设计方案 (40)3.2确定物性数据 (40)3.2.1计算总传热系数 (40)3.2.2 工艺结构尺寸 (41)3.3换热器核算 (43)3.4 确定折流挡板形状和尺寸 (47)3.5 波形膨胀节 (48)3.6 设备主要附件的选择 (48)3.6.1 接管及法兰的选型 (48)3.6.2 左管板的选型 (50)3.6.2 换热管的选择 (51)3.6.3 左管箱短节的选择 (51)3.6.4 左管箱封头的选择 (52)3.6.5 左管箱隔板的选择 (52)3.6.6 左管箱法兰和密封垫片的选型 (52)3.6.7 右管板 (53)3.6.8 右管箱设计 (53)3.6.9 鞍座的选型 (53)3.7设计结果一览表 (53)结论 (55)参考文献 (56)符号说明 (57)附图 (58)附图一全程的物料流程图 (58)附图二加压塔的带控制点的工艺流程图 (58)附图三平面的设备布置图 (58)附图四换热器的设备图 (58)第一章综述1.1概述1.1.1甲醇的性质及用途甲醇又名木醇，无色、透明、高度挥发、易燃液体。

第4课时合成氨的基本生产过程和合成氨工业的发展学案【学习目标】1.了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件。

2.了解实验研究与实际生产之间的转化。

3.了解合成氨的发展4.了解合成氨工业的三废处理。

【重点难点】1.合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义2.利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

课前预习【情景材料】在让合成氨的工艺走出实验室实验工业化学生产的过程中，德国化学工程师博施作出了重大贡献，他经过大量试验，找到较为理想的铁催化剂，设计并建造了能够耐高温、高压的合成氨装置。

1910年，德国建立了世界上第一座合成氨试验厂，1913年，又建立了生产规模的合成氨厂。

从此以后，合成氨工业便迅速发展起来。

工业上是如何合成氨的？【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：一、合成氨的基本生产过程合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：、、。

1.原料气的制备(1)氮气的制备①物理方法：②化学方法：将空气中的氧气与作用生成，再除去。

(2)氢气的制备①碳与水蒸气的反应，用方程式表示为：。

②水蒸气与碳氢化合物的反应，用方程式表示为：，。

2.原料气的净化(1)含义：原料气的净化是指，目的是。

(2)净化方法①H2S的除去，用方程式表示为：；②CO的除去，用方程式表示为：；③CO2的除去，用方程式表示为：。

3.氨的合成与分离(1)氨的合成：将净化后的原料气加压送进，在适宜条件下充分反应制取氨。

(2)从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的15%，要把混合气体通过使氨液化，再导入。

二、合成氨工业的发展1.原料及原料气的净化原料气之一的氮气来自，现在氢气主要通过不同的态可燃物（煤和焦炭）、态可燃物（石油提炼后的石脑油、重油）、态可燃物（天然气、焦炉气）为原料。

2.催化剂的改进多年来一直用 作催化剂，目前有采用 为基础活性物质的新型催化剂。

3.环境保护(l)废渣：可用作 的原料。

(2)废气：主要是 和 等有害气体，对H2S 的处理，先后采用直接 法（选择性催化氧化）、 法（用溶剂吸收浓缩，CO2也可用来生产 和 等。

甲醇合成的工艺流程：水煤浆经新型气化炉加压气化制取的水煤气，经净化处理制得总硫含量小于0.1 ppm，氢碳比(H2-CO2)/(CO+CO2) =2.05~2.15的合格合成气。

经透平压缩机压缩段5级叶轮加压后，在缸内与甲醇分离器来的循环气（40℃，4.6Mpa）按一定比例混合，经过循环段1级叶轮加压至5.20Mpa后，送入缓冲槽中，获得压力为5.15MPa，温度约为60℃的入塔气。

入塔气以每小时528903Nm3的流量进入入塔预热器的壳程，被来自合成塔反应后的出塔热气体加热到225℃后，进入合成塔顶部。

合成塔为立式绝热管壳型反应器。

管内装有NC306型低压合成甲醇催化剂。

当合成气进入催化剂床层后，在5.10MPa，220~260℃下CO、CO2与H2反应生成甲醇和水，同时还有微量的其它有机杂质生成。

合成甲醇的两个反应都是强放热反应，反应释放出的热大部分由合成塔壳侧的沸腾水带走。

通过控制汽包压力来控制催化剂层温度及合成塔出口温度。

从合成塔出来的热反应气体进入入塔预热器的管程与入塔合成气逆流换热，被冷却到90℃左右，此时有一部分甲醇被冷凝成液体。

该气液混合物再经水冷器进一步冷凝，冷却到≤40℃，再进入甲醇分离器分离出粗甲醇。

分离出粗甲醇后的气体，压力约为4.60MPa，温度约为40℃，返回循环段，经加压后循环使用系统。

为了防止合成系统中惰性的积累，要连续从系统中排放少量的循环气体：一部分直接排放至精馏工段，另一部分经水洗塔洗涤甲醇后作为弛放气体送往燃气发电管网，整个合成系统的压力由弛放气排放调节阀来控制。

分离出的粗甲醇和水洗塔塔底排出粗甲醇液体，减压至0.4MPa后，进入甲醇膨胀槽，以除去溶解在粗甲醇中大部分气体，然后直接送往甲醇工段或粗甲醇贮槽。

汽包与甲醇合成塔壳侧由二根下水管和六根汽液上升管连接形成一自然循环锅炉，付产4.0MPa中压蒸汽减压至1.3MPa后送入蒸汽管网。

汽包用的锅炉给水来自锅炉给水总管，温度为104℃，压力为5.0MPa。

1、天然气水蒸气转化合成气过程为何分为二段进行？答：从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低，因而加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补，但是在1000度高温下反应管的材质经受不了，因此，为了满足参与甲烷≤0.3%的要求，需要将转化过程分成两端进行。

2、合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？答：原料路线相似、制气方法相似、净化工艺大部分相似、合成工艺原理、生产方法基本相同、公用工程基本相同。

3、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生碳的机理有何不同？答：结焦是在较低的温度下（〈1200K〉通过芳烃缩合而成；生碳是在较高的温度下(1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子4、烃类热裂解中，为何要加入水蒸气？答：水蒸汽优点：(1)降低烃分压，有利于一次反应，抑制二次反应。

(2) 水蒸气的热容较大，水蒸气升温时虽然耗热较多，但能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。

(3) 易于从裂解产物中分离，对裂解气的质量无影响，且水蒸气便宜易得。

(4) 可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用。

水蒸气在高温下与裂解管中沉积的焦碳发生如下反应C+H2O=H2+CO实际上起了对炉管的清焦作用。

(5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用5、氧化脱氢法与催化脱氢法相比有哪些优点？答：①氧化脱氢反应温度较低。

②通常脱氢是吸热反应，而氧化脱氢却是放热的，可省去原先的供热设备；③由于催化剂在较低温度和氧气气氛下工作，结焦极少，所以催化剂可以长期运转；④在通常脱氢反应中，压力对平衡转化率有很大影响，但在氧化脱氢时，压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要；⑤由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。

而在通常的脱氢法中，升高温度转化率可以提高，但选择性因副反应激烈往往是下降的。