人工合成氨发展简史
蔡 狄 李 冬 贺 竞 李 佳
一、怎样固氮——问题浮出水面
氨(Amonia) ,分子式 NH3,1754 年由英国化学家普里斯特利(J.Joseph Priestley)加热 氯化铵和石灰石时发现。1784 年,法国化学家贝托雷(C.L.Berthollet)确定了氨是由氮和氢 组成的。从那以后很长一段时间,氨的主要来源是氮化物,而氮化物的主要来源是自然界中 的硝石矿产。 19 世纪以来,人类步入了现代化的历程。随着农业的发展,氮肥的需求量在不断提高; 同时随着工业的突飞猛进,炸药的需求量也在迅速增长。1809 年,在智利发现了一个很大 的硝酸钠矿产地;但是面对人类不断膨胀的需求,自然界的生物和矿产资源毕竟有限。然而 全世界无论何处,大气的五分之四都是氮,如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转 化为化合物的形式,那么,氮是取之不尽、用之不竭的。因此将空气中丰富的氮固定下来并 转化为可被利用的形式,成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题,而合成氨,作为 固氮的一种重要形式,也变成了 19 至 20 世纪化学家们所面临的突出问题之一。
二、历经磨难,终成正果——从实验室到工业生产
1.艰难的探索
N2+3H2=2NH3
合成氨的化学原理, 写出来, 不过这样一个方程式; 但就是这样一个简单的化学方程式, 从实验室研究到最终成功、实现工业生产,却经历了约 150 年的艰难探索。在此期间,曾有 不少著名的化学家踏上了合成氨的研究之路,但他们的最终结局却都是无功而返。 1795 年,曾有人试图在常压下进行氨合成,后来又有人在 50 个大气压下试验,结果都 失败了。19 世纪下半叶,物理化学的巨大进展,使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可 逆的,增加压力将使反应推向生成氨的方向,提高温度会将反应移向相反的方向,然而温度 过低又使反应速度过小; 催化剂对反应将产生重要影响。 这实际上就为合成氨的试验提供了 理论指导。 1900 年,法国化学家勒沙特列(Henri Le Chatelier)在研究平衡移动的基础上通过理论计 算,认为氮气和氢气在高压条件下可以直接化合生成氨。接着,他用实验来验证,但在实验 过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因,而是觉得这个实验有危险,于是放开了这 项研究工作,他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因,是他所用混合气 体中含有氧气。 稍后,德国物理化学家能斯特(Walter Nernst)通过理论计算,竟然认为合成氨是不能 进行的。由于能斯特在物理化学领域的权威性,人工合氨的研究又惨遭厄运。后来才发现, 他在计算时误用一个热力学数据,以致得到错误的结论。
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2.哈伯终成正果 在合成氨研究屡屡受挫的情况下,德国物理化学家 F?哈伯(Fritz Haber)知难而进, 对合成氨进行了全面系统的研究和实验,决心攻克这一令人生畏的难题。 哈伯首先进行一系列实验,探索合成氨的最佳物理化学条件。在实验中,他所取得的某 些数据与能斯特的有所不同,但他并不盲从权威,而是依靠实验来检验,终于证实了能斯特 的计算是错误的。 在一位来自英国的学生洛森诺的协助下, 哈伯成功地设计出一套适于高压 实验的装置和合成氨的工艺流程: 在炽热的焦炭上方吹入水蒸汽, 可以获得几乎等体积的一 氧化碳和氢气的混和气体。其中的一氧化碳在催化剂的作用下,进一步与水蒸汽反应,得到 二氧化碳和氢气。然后将混和气体在一定压力下溶于水,二氧化碳被吸收,就制得了较纯净 的氢气。 同样将水蒸汽与适量的空气混和通过红热的炭, 空气中的氧和碳便生成一氧化碳和 二氧化碳而被吸收除掉,从而得到了所需要的氮气。 氮气和氢气的混和气体在高温高压的条件下及催化剂的作用下合成氨。 但什么样的高温 和高压条件为最佳?以什么样的催化剂为最好?这还必须花大力气进行探索。 以楔而不舍的 精神,经过不断的实验和计算,哈伯终于在 1909 年取得了鼓舞人心的成果。这就是在 600C 的高温、200 个大气压和锇为催化剂的条件下,能得到产率约为 8%的合成氨(另说 8%为理 论产值,实际为 6%) 。8%的转化率不算高,当然会影响生产的经济效益。哈伯知道合成氨 反应不可能达到象硫酸生产那么高的转化率, 在硫酸生产中二氧化硫氧化反应的转化率几乎 接近于 100%。怎么办?哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工,并从这个循环中不断 地把反应生成的氨分离出来, 则这个工艺过程是可行的。 于是他成功地设计了原料气的循环 工艺。这就是合成氨的哈伯法。 走出实验室,进行工业化生产,仍将要付出艰辛的劳动。哈伯将他设计的工艺流程申请 了专利后, 把它交给了德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司。 这个公司原 先计划采用以电弧法生产氧化氮,然后合成氨的生产方法。两相比较,公司立即取消了原先 的计划,组织了以化工专家 C?博施(Carl Bosch)为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸 实施。 首先,根据哈伯的工艺流程,他们找到了较合理的方法,生产出大量廉价的原料氮气、 氢气。通过试验,他们认识到锇虽然是非常好的催化剂,但是它难于加工,因为它与空气接 触时,易转变为挥发性的四氧化物;另外这种稀有金属在世界上的储量极少,价格极高。哈 伯建议的第二种催化剂是铀,铀不仅很贵,而且对痕量的氧和水都很敏感。为了寻找高效稳 定的催化剂,两年问,他们进行了多达 6500 次试验,测试了 2500 种不同的配方,最后选定 了含铅镁促进剂的铁催化剂。 开发适用的高压设备也是工艺的关键。 当时能受得住 200 个大 气压的低碳钢,却害怕氢气的脱碳腐蚀;博施想了许多办法,最后决定在低碳钢的反应管子 里加一层熟铁的衬里,熟铁虽没有强度,却不怕氢气的腐蚀,这样总算解决了难题。 此时,德国皇帝威廉二世准备发动战争,急需大量炸药,而由氨制得的硝酸是生产炸药 的理想原料,于是巴登苯胺纯碱公司于 1912 年在德国奥堡(Oppau)建成世界上第一座日 产 30t 合成氨的装置,1913 年 9 月 9 日开始运转,氨产量很快达到了设计能力。一百多年来 无数科学家们合成氨的设想, 终于得以实现。 合成氨历经磨难, 终于从实验室走向了工业化, 它成了工业上实现高压催化反应的一座里程碑。 由于哈伯和博施的突出贡献, 他们分别获得 1918、1931 年度诺贝尔化学奖金。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究,并在哈伯博施法的基础上作了一些改进,先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法(表 1) 。
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表 1. 氨合成方法
到 20 世纪 30 年代初,合成氨已经成为世界上广泛采用的制氨方法(表 18-2) 。20 世纪 70 年代以来,合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属 冶炼以及催化剂研制等方面的发展,还对一些化学合成工业,如尿素、甲醇和高级醇、石油 加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用。 表 2 1931—1932 年度世界氨产量(以 N 计)
三、突飞猛进——工业化后的发展
1.原料构成的改变 自从合成氨工业化后,原料构成经历了重大的变化。 ①煤造气时期 第一次世界大战结束,很多国家建立了合成氨厂,开始以焦炭为原料。 20 年代,随着钢铁工业的兴起,出现了用焦炉气深冷分离制氢的方法。焦炭、焦炉气都是 煤的加工产物。为了扩大原料来源,曾对煤的直接气化进行了研究。1926 年,德国法本公 司采用温克勒炉气化褐煤成功。第二次世界大战结束,以焦炭、煤为原料生产的氨约占一半 以上。 ②烃类燃料造气时期 早在 20—30 年代,甲烷蒸汽转化制氢已研究成功。50 年代,天 然气、石油资源得到大量开采,由于以甲烷为主要组分的天然气便于输送,适于加压操作, 能降低氨厂投资和制氨成本,在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后,以 天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。接着,抗积炭的石脑油蒸汽转化催化剂研制成功, 缺乏天然气的国家采用了石脑油为原料。60 年代以后,又开发了重质油部分氧化法制氢。 到 1965 年,焦、煤在世界合成氨原料中的比例仅占 5.8%。从此,合成氨工业的原料构成由 固体燃料转向以气、液态烃类燃料为主的时期。 2.装置大型化 由于高压设备尺寸的限制,50 年代以前,最大的氨合成塔能力不超过日产 200t 氨,60 年代初不超过日产 400t 氨。随着由汽轮机驱动的大型、高压离心式压缩机研制成功,为合 成氨装置大型化提供了条件, 大型合成氨厂的数目也逐年增多。 合成氨厂大型化通常指规模
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在日产 540t 以上的单系列装置。 1963 和 1966 年美国凯洛格公司先后建成世界上第一座日产 540t 和 900t 氨的单系列装置,显示出大型装置具有投资省、成本低、占地少和劳动生产率 高等显著优点。从此,大型化成为合成氨工业的发展方向。近 20 多年来,新建装置大多为 日产 1000t~1500t 氨,1972 年建于日本千叶的日产 1540t 氨厂是目前世界上已投入生产的 最大单系列装置。
四、从无到有——中国的道路
1949 年前,中国仅在南京、大连有两家合成氨厂,在上海有一个以水电解法制氢为原 料的小型合成氨车间,年生产能力共为 46kt 氨。 中华人民共和国成立以后,合成氨的产量增长很快。为了满足农业发展的迫切需要,除 了恢复并扩建旧厂外,20 世纪 50 年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。以后在试制 成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔的基础上,于 60 年代在云南、上海、衢州、 广州等地先后建设了 20 多座中型氨厂。70 年代以后,引进国外先进技术,建立了年产 30 万 t 的大型氨厂, 拥有以各种燃料为原料、 不同流程的大、 小型装置多座。 中、 1983 年、 1984 年。我国的氨产量分别为 16770kt 和 18373kt(不包括台湾省) ,仅次于前苏联,占世界第二 位,我国的合成氨产业从无到有,迅速发展起来,并达到了世界的先进水平。
参考书目及文献资料:
《普通无机化学(第二版),严宣申,王长富等著,北京大学出版社,1999 年 》 《化学重要史实》 ,袁翰青,应礼文合编,人民教育出版社,1989 年 《现代工业化学》 ,贡长生主编,湖北科学技术出版社,1999 年 《实用化工工艺》 ,崔英得主编,化学工业出版社,2002 年 《合成氨,化学武器和哈伯》 ,毛华茂, 《化学教学》1997 年 02 期 《哈伯,合成氨与化学武器》 ,褚廷夫、周建娥、王世增, 《化学教学》1999 年 11 期 《回顾合成氨催化反应》 ,张虎勤, 《中学化学教学参考》1999 年 Z2 期
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第一单元走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨 教学目标: 知识与技能: 1.掌握氮的固定的概念,了解工业合成氨对人类社会发展的意义。 2.利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。 3.了解合成氨的主要原理、原料、典型设备、流程和意义。 过程与方法: 1.通过查阅资料了解工业合成氨的反应原理,并利用所学化学反应速率,化学平衡移动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。 2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展,理解实际生产中问题。 情感态度与价值观: 1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施,增强环境意识,作环境保护的宣传者、行动者。 2.树立合理利用自然资源、节约能源的观点,激发学习工业化学的兴趣,培养创新精神。教材分析: 本节教材的内容:本节教材是高中化学选修二第一章第二节《人工固氮技术—合成氨》的内容,合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义,是重要的化学工业之一;同时,氨气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。本节主要通过合成氨的反应原理、原料气的制备和净化,主要生产过程及相应设备。在化学工业中,需要化学与技术的结合,本节以此为研究对象有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件,从而体会化学热力学理论和化学动力学理论对生产实践的指导作用。 本节教材的地位及作用:本节学生已在化学必修课中,学过NH3性质,有关氨的用途也已学过,通过“化学反应的快慢和限度”的学习,已经了解了化学反应速率的相关知识并建立了化学平衡的概念。在本课题学习中,面对合成氨的实际生产问题,通过对合成氨最佳条件的探究,进一步理解化学反应速率和化学平衡移动原理是选择合成氨生产条件的主要依据,同时也提供给学生一条综合运用化学原理和其他生产因素分析和解决实际问题的途径,使他们已有的知识得到拓展和应用,并体会到化学理论对生产实践的指导作用。 教学重点:合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件。 教学难点:合成氨生产适宜条件。 教学方法:讨论探究、多媒体。
合成氨 发展史及未来的发展方向
合成氨发展史及未来的发展方向 各位同事工友们,下午好: 我今天演讲的题目是“合成氨发展史及未来的发展方向”,是一种科普性质的讲义,作为一个搞氨合成的专业技术人员来说,知道合成氨的发展历史和未来的发展方向,对把握我们公司的发展和了解我们的现状,很有必要和意义。 一、为什么叫合成氨 我们把氨叫做合成氨,为什么在氨的前面加了“合成”两个字,我们知道氨的分子式是NH3,由于氨的不活泼性,使得人们直到19世纪晚期仍然普遍认为将氮与氨直接合成氨是不可能的,20世纪初,虽然有人借助催化剂的作用合成了氨,但仍然认为无法工业化,因为确实遇到了诸如可供实际工业使用的催化剂难以找到、高温高压能够抵抗氢腐蚀的材料无法解决等问题,可以认为合成氨的技术开发历程阻力重重,举步维艰,经过千万次的不懈努力,才使得世界上第一座工业规模的氨系统于1913年在德国建成投产。从此开创了氮肥工业的新纪元。为了纪念氨开发的艰难,特在氨前面加“合成”两个字。 二、合成氨在国民经济中的地位和作用 1、用氨制造氮肥。我们知道土壤所缺的养份主要是氮磷、钾。从解放前直至改革开放初期,中国的粮食产量一直不能自给自足,主要原因是中国几乎所有的土壤都需补氮。
由于合成氨工业不能满足农业施肥的需要,土壤补氮不足,农作物只能在低产水平上徘徊(300斤过黄河,400斤跨长江),为了满足粮食生产的需要,我国一直把发展化肥工业作为整个化学工业的首要任务,中国要以全世界7%的耕地来养活全世界22%的人口。经过60多年的发展,我国合成氨制造和氮肥产量已居世界首位,合成氨作为制造氮肥的主要原料,为粮食增产、农民增收、社会稳定立下了汗马功劳。 2、氨的工业用途 氨是氮的一种固定形式,除少数场合直接使用外,更主要的是使用其中的氮与其他物质化合而成各种不同的含氮化合物,然后再用于各工业领域。 虽然氮分子只由两个氮原子组成,但是氮原子可以形成三个键,如果这三个键都与氢原子相联,就形成了氨(NH3),将氨的氢原子以各种不同的化学物质取代,就会的到不同的衍生物。 氨中的氢原子被碳(C)取代后,由于碳的加入,氨由无机物而变为有机物---胺,按取代氢原子数目多少而依次排列为伯胺、仲胺和叔胺,这些都是重要的化工原料。在特殊情况下,氮还可以产生第四个键,如也被碳(C)取代,即成为季胺,这是构成人体的重要组成部分:胆胺及胆碱的基础。 氨基与苯环相联,就构成苯胺,这是苯胺系如染料的基
合成氨的历史 利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题,从第一次实验室研制到工业化投产,约经历了150年的时间。1795年有人试图在常压下进行氨合成,后来又有人在50个大气压下试验,结果都失败了。19世纪下半叶,物理化学的巨大进展,使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的,增加压力将使反应推向生成氨的方向;提高温度会将反应移向相反的方向,然而温度过低又使反应速度过小;催化剂对反应将产生重要影响。当时物理化学的权威、德国的能斯特就明确指出:氮和氢在高压条件下是能够合成氨的,并提供了一些实验数据。法国化学家勒夏特列第一个试图进行高压合成氨的实验,但是由于氮氢混和气中混进了氧气,引起了爆炸,使他放弃了这一危险的实验。 氮气和氢气的混和气体可以在高温高压及催化剂的作用下合成氨。但什么样的高温和高压条件为最佳?用什么样的催化剂为最好?在物理化学研究领域有很好基础的哈伯决心攻 克这一令人生畏的难题。哈伯首先进行一系列实验,他并不盲从权威,而是依靠实验来探索,终于证实了能斯特的计算是错误的。哈伯以锲而不舍的精神,经过不断的实验和计算,终于在1909年取得了鼓舞人心的成果,这就是在600℃的高温、200个大气压和锇为催化剂的条件下,能得到产率约为8%的合成氨。8%的转化率当然会影响生产的经济效益,怎么办?哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工,并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来,这个工艺过程是可行的。于是他成功地设计了原料气的循环工艺。根据哈伯的工艺流程,德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司,组织了以化工专家波施为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸实施。工程师们改进了哈伯所使用的催化剂,两年间,他们进行了多达6500次试验,测试了2500种不同的配方,最后选定了含铅镁促进剂的铁催化剂。开发适用的高压设备也是工艺的关键,当时能受得住200个大气压的低碳钢,却害怕氢气的脱碳腐蚀。波施想了许多办法,最后决定在低碳钢的反应管子里加一层熟铁的衬里,熟铁虽没有强度,却不怕氢气的腐蚀,这样总算解决了难题。 哈伯的合成氨设想终于在1913年得以实现,一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径,更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。鉴于合成氨工业生产的实现和它的研究对化学理论发展的推动,1918年诺贝尔化学奖授予了德国化学家哈伯。 翻阅诺贝尔化学奖的记录,就能看到1916一1917年没有颁奖,因为这期间,欧洲正经历着第一次世界大战,1918年颁了奖,化学奖授予德国化学家哈伯。这引起了科学家的议论,英法等国的一些科学家公开地表示反对,他们认为,哈伯没有资格获得这一荣誉。这究竟是为什么?随着农业的发展,对氮肥的需求量在迅速增长。在19世纪以前,农业上所需氮肥的来源主要来自有机物的副产品,如粪类、种子饼及绿肥。 1809年在智利发现了一个很大的硝酸钠矿产地,并很快被开采。一方面由于这一矿藏有限,另一方面,军事工业生产炸药也需要大量的硝石,因此解决氮肥来源必须另辟途径。一些有远见的化学家指出:考虑到将来的粮食问题,为了使子孙后代免于饥饿,我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式,在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一。 利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题,从第一次实验室研制到工业化投产,约经历了150年的时间。1795年有人试图在常压下进行氨合成,后来又有人在50个大气压下试验,结果都失败了。19世纪下半叶,物理化学的巨大进展,使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的,增加压力将使反应推向生成氨的方向:提高温度会将反
2017-2018学年高中化学课时跟踪训练二人工固氮技术--合成氨新人教版选修2
课时跟踪训练(二) 人工固氮技术——合成氨 一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分) 1.合成氨工业上采用循环操作,主要是为了( ) A.加快反应速率 B.提高NH3的平衡浓度 C.降低NH3的沸点 D.提高N2和H2的利用率 2.工业上用氢气和氮气合成氨,氢气的主要来源是( ) A.水和碳氢化合物B.电解水 C.锌和稀硫酸反应D.液化空气 3.合成氨工业中控制的反应条件应( ) A.温度越高越好 B.压强越大越好
C.混合气体中氢气含量越高越好 D.所选的催化剂活性越大越好 4.合成氨时既要使氨的产率增大,又要使反应速率加快,可采取的办法是( ) ①减压②加压③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出NH3⑥补充N2或H2 ⑦加催化剂 ⑧减小N2或H2的量 A.①④⑤⑦B.③⑤⑧ C.②⑥D.②③⑥⑦ 5.下列有关催化剂的性质、作用的说法正确的是( ) A.合成氨反应若不使用催化剂,该反应就不能进行 B.反应前后催化剂的质量不改变,但化学性质要改变
7.在一定条件下,进入氨合成塔的混合气体中氮气的体积占22%,氢气的体积占78%,经合成反应达到平衡后,在相同温度和压强下,气体体积缩小至原体积的95%,氮气的转化率接近于( ) A.11.5% B.10.5% C.9.75% D.13.2% 8.对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施以高压,下列叙述中正确的是( ) A.都能提高反应速率,都对化学平衡无影响 B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有增大压强对化学平衡状态有影响 D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的
人工固氮技术——合成氨教案 一、教学目标 知识与技能: 1.了解合成氨对人类社会发展的重要意义。 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。 3.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。 过程与方法: 1.通过实验学习合成氨反应原理,利用化学反应速率,化学平衡移 动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。 2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展,理解实际生产中 问题。 情感态度与价值观: 1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施,增强环境 意识,作环境保护的宣传者、行动者。 2.通过本节的学习,说明工业生产中加快反应,提高原料利用率, 节约能源及环境保护的一些措施和方法。 二、教学重点 合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件 三、教学难点 合成氨生产适宜条件 四、教学方法 讨论探究多媒体 五、课时安排 1课时 六、教学过程 [课程引入] 在新疆与青海交界处有一山谷,人称魔鬼谷。每当人畜进入后,经常电闪雷鸣,狂风暴雨,把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛,四季常青。 请同学们一起思考并解释原因。 [讨论归纳] N2 + O2 ==== 2NO 2NO + O2 ==== 2NO2 3NO2 + H2O ==== 2HNO3 + NO 空气中的氮转化为氮氧化物被植物吸收。在人们生活中也经常有“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。 [过渡]大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%,而大气中氮气的体积分数为78%。空中游离态氮气不能被庄稼吸收,必须将其转化为氮的化合物后才能被吸收。将游离氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。大家请看教材P10上,看一下氮在自然界的循环。那么怎样才能有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物?请阅读思考与交流—事实2部分。 [讲述] 家作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物,为了补偿土壤中减少的氮,必须施加氮肥。必须人工固氮。由于氮气的化学性质很不活泼,直到20世纪初才研究出一些固氮方法,其中合成氨是最有效且便于工业化的方法,本节课我们就一起来探讨这一内容。
合成氨工业发展史 一、人口增加与粮食需求 农业出现在12000年以前,是人类企图用增加食物供给来增强自己生存的开始。那时的人口约1500万。在2000 年前,由于农业的发展使人口增加到2.5亿。到1650年,人口又增长一倍,达到5亿。然后,到1850年世界人口就翻了一番,高达10亿,这段历程仅仅花了200 年时间。80 年后的1930年,人口超过了20亿。这种增长速度还未减缓,到1985年地球上供养的人数已达50亿。如果每年以1985年人口的2%水平继续增长下去的话,到2020年的世界人口将是100亿左右。因此限制人口的增长势在必行。目前,人口自然增长率在世界范围内正开始下降,据美国华盛顿人口局(1997年):2000年全球人口将由目前的58 亿增至61 亿,2025 年将达68 亿。人口局称,人口增长最快的是全球最贫困的国家。1996 年全球58 亿人中发展中国家的人口占了47 亿,占全球人口总增长率的98%。中国人口增长的形势也不容乐观。根据国家统计局的统计,中国人口已于1995年2 月15 日达到12亿。据预测,到2000 年中国人口将突破13.5亿。 显然,人类将面临日益严重的问题是给自己提供充足的食物和营养,以及从根本上限制人口增长。估计,到20 世纪末,严重营养不良的人数将达6.5 亿。解决问题的出路,必然需要科学的帮助,化学看来是最重要的学科之一。它之所以重要,首先是因为它能增加食物供给,其次它能给那些有意限制人口增长的人提供可靠的帮助。 在历史上,化学曾在扩大世界粮食供应过程中起过关键作用。这就是合成氨的发明和现代农药的使用,以及它们的工业化。 二、合成氨工业发展史 20 世纪初化学家们所面临的突出问题之一,是如何为大规模利用大气中氮找到一种实用的途径。氮化合物是肥料和炸药所必不可少的。但在当时,这种化合物的质量最优和最大来源是智利硝石。但智利地处南美而且远离世界工业中心;可是全世界无论何处,大气的五分之四都是氮。如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转化为化合物的形式,那么,氮是取之不尽、用之不竭的。 利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。合成氨从实验室研究到实现工业生产,大约经历了150年。直至1909年,德国物理化学家F ·哈伯(Fritz Haber,1868—1934)用锇催化剂将氮气与氢气在17.5MPa~20MPa和500℃~600℃下直接合成,反应器出口得到6%的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。但是,在高压、高温及催化剂存在的条件下,氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此,哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。由于金属锇稀少、价格昂贵,问题又转向寻找合适的催化剂。该公司在德国化学家A ·米塔斯提议下,于1912 年用2500 种不同的催化剂进行了6500 次试验,并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题,如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h 以及合成氨用氮氢混合气的制造方法,都被该以司的工程师 C ·博施(Carl Bosch,1874—1940)所解决。此时,德国皇帝威廉二世准备发动战争,急需大量炸药,而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料,于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置,1913年9月9 日开始运转,氨产量很快达到了设计能力。人们称这种合成氨法为哈伯-博施法,它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献,他们分别获得1918、1931年度诺贝尔化学奖金。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究,并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进,先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法(表18-1)。
中医骨伤科发展简史 中医骨伤科是研究防治人体皮、肉、筋、骨损伤与疾患的一门科学。古属"折疡"、"金镞"范畴,又称"接骨"、"正体"、"正骨"、"伤科"等。中医骨伤科历史悠久,源远流长,是中华各族人民长期与骨伤疾患 作斗争的经验总结,具有丰富的学术内容和卓著的医疗成就,是祖国医 学重要的组成部分,对中华民族的繁衍昌盛和世界医学的发展产生了深远的影响。 中医骨伤科的起源(远古~公元前21世纪)中华民族是世界上最古 老最富有创造性的民族之一。早在170万年前,"元谋猿人"就在我国西南地区的土地上生活、劳动和发展着。70万年前,"北京猿人"已能制造粗糙的石器和原始骨器工具,在原始人居住的山洞里发现很厚的灰烬与用火烧过的兽骨,证明"北京猿人"已学会用火。20万年前"河套人"时期,石器有了很大进步,并已发明了人工取火。在烘火取暖和烤炙食物的基础上,人们发现热物贴身可以解除某些病痛,产生了原始的热熨疗法。 原始人在对付大自然灾害及抗击猛兽侵袭时,经常造成创伤,人们在伤 处抚摸、按压以减轻症状,经过长期实践,摸索出一些简易的理伤按摩 手法;对伤口则用树叶、草茎及矿石粉等裹敷,逐渐发现具有止血、止痛、消肿、排脓、生肌、敛疮作用的外用药物,这便是外治法的起源。 在原始社会,由于生活环境恶劣,人们常患筋骨痹痿之疾,《吕氏春秋·古乐》曰:"昔陶唐氏之始,阴多滞伏而湛积, 水道壅塞,不行其原,民气郁阏而滞着,筋骨瑟缩不达,故作为舞以 宣导之。"这反映古代人已采用舞蹈祛邪解郁,舒展筋骨,由此便逐渐产生导引法。
在旧石器时代晚期和新石器时代,古代人已经能够制作一些较精细的工具,如砭刀、骨针、石镰等。《山海经·东山经》曰:"高氏之山,其上多玉,其下多箴石。"后世郭璞注解时认为,箴石"可以为砭针治痈肿者"。在旧石器晚期(约1.8万年前)的"山顶洞人"遗址中,发现有骨针、骨锥和其他骨制尖状器具。考古发现仰韶文化时期(约公元前5000~前3000年)已有石镰。这种石镰,外形似近代的镰刀,可以砭刺、切割。《素问·异法方宜论》曰:"故东方之域,……其病皆为痈疡,其治宜砭石"。《史记·扁鹊仓公列传》记载:"上古之时,医有俞跗,治病不以汤液醴洒,镵石、挢引,案扤毒熨;一拨见病之应,因五脏之输,乃割皮解肌、诀脉、结筋,搦髓脑,揲荒爪幕,湔浣肠胃,漱涤五脏"这说明新石器时代外科手术器械--砭镰已产生,并出现了外伤科名医--俞跗,由于当时创伤是威胁人类生存和健康的主要因素,所以外伤科医疗技术比其它科发达,并更早推广应用。 中医骨伤科的萌芽(公元前21世纪~公元前476年)我国奴隶社会经历了夏、商、周三代。奴隶社会较之原始社会在生产力、文化等方面都有了发展,促进了医学进步,中医骨伤科开始萌芽,出现了"疡医"。 考古工作者在龙山文化遗址发现了很多陶制的酒器,《战国策》曰:"帝女令仪狭作酒,进之于禹",可见夏代已有了人工酿酒,酒是最早兴奋剂、麻醉剂和消毒剂,可以通血脉、行药势,也可以止痛、消毒,这对治疗创伤疾病很有意义。商代冶炼技术有很大发展,金属器具广泛地用于生产劳动和战争中,如刀、针、斧、锯、矢和镞等。医疗工具出有了改进和提高,据《韩非子》记载,古人"以刀刺骨",说明"刀"已经作为骨伤科手术工具了。甲骨文是我国较早的文字,甲骨文记载的疾病有几十种,其中骨伤科的有疾手、疾肘、疾胫、疾止、疾骨等。考古发现藁
氨是一种制造化肥和工业用途众多的基本化工原料。随着农业发展和军工生产的需要,20世纪初先后开发并实现了氨的工业生产。从氰化法演变到合成氨法以后,近30年来,原料不断改变,余热逐渐利用,单系列装置迅速扩大,推动了化学工业有关部门的发展以及化学工程进一步形成,也带动了燃料化工中新的能源和资源的开发。 早期氰化法1898年,德国 A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙(又称石灰氮),进一步与过热水蒸气反应即可获得氨: Ca(CN)2+3H2O─→2NH3+CaCO3 1905年,德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂,这种制氨方法称为氰化法。 第一次世界大战期 间,德国、美国主要 采用该法生产氨,满 足了军工生产的需 要。氰化法固定每吨 氮的总能耗为153GJ, 由于成本过高,到30 年代被淘汰。 合成氨法利 用氮气与氢气直接合 成氨的工业生产曾是 一个较难的课题。合 成氨从实验室研究到实现工业生产,大约经历了150年。直至1909年,德国物理化学家F.哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5~20MPa和500~600℃下直接合成,反应器出口得到6%的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。 但是,在高压、高温及催化剂存在的条件下,氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此,哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。由于金属锇稀少、价格昂贵,问题又转向寻找合适的催化剂。该公司在德国化学家A.米塔斯提议下,于1912年用2500种不同的催化剂进行了6500次试验,并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题,如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法,都被该公司的工程师 C.博施所解决。此时,德国国王威廉二世准备发动战争,急需大量炸药,而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料,于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置,1913年9月9日开始运转,氨产量很快达到了设计能力。人们称这种合成氨法为哈伯-博施法,它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献,他们分别获得1918、1931年度诺贝尔化学奖。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究,并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进,先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法。
人工固氮技术——合成氨教案 1课时 一、教学过程 [课程引入] 在新疆与青海交界处有一山谷,人称魔鬼谷。每当人畜进入后,经常电闪雷鸣,狂风暴雨,把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛,四季常青。请同学们一起思考并解释原因。 [讨论归纳] N2 + O2 ==== 2NO 2NO + O2 ==== 2NO2 3NO2 + H2O ==== 2HNO3 + NO 空气中的氮转化为氮氧化物被植物吸收。在人们生活中也经常有“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。 [过渡]大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%,而大气中氮气的体积分数为78%。空中游离态氮气不能被庄稼吸收,必须将其转化为氮的化合物后才能被吸收。将游离氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。大家请看教材P10上,看一下氮在自然界的循环。那么怎样才能有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物?请阅读思考与交流—事实2部分。 [讲述] 家作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物,为了补偿土壤中减少的氮,必须施加氮肥。必须人工固氮。由于氮气的化学性质很不活泼,直到20世纪初才研究出一些固氮方法,其中合成氨是最有效且便于工业化的方法,本节课我们就一起来探讨这一内容。 [板书] 人工固氮技术----合成氨 [讲述]合成氨的反应原理是什么?请同学们结合教材一起回答。 [投影并板书] 适宜条件探讨:工业上常采用以铁为主的催化剂,在 同学们可以在课余的时候了解合成氨的科学史话——哈伯和哈伯法合成氨。 [讲述并板书]接下来我们来探讨工业合成氨的基本过程,根据前面所学的知识,大家一起来说是哪几个步骤? [学生讨论回答]造气、净化、合成和分离。 [讲述]下面我们一步一步的来分析。首先要选择制备所需要的原料气,根据我们已有的知识,合成氨需要氮气和氢气,那么怎样获取这两种气体? [学生]由空气液化分离所得氮气。氢气则来源于水。 [讲述]同学们都回答的很好,那我们一起来写出制氢气的方程式。 [板书]1.制备原料气:C+H 2O=CO+H 2 [讲述]我们还可以利用石油、天然气、焦炉气、炼厂气等含有大量碳氢化合物的物质,在一定条件下制备氢气。例如: CH 4+H 2 O=3H 2 +CO ; CH 4 +2H 2 O=4H 2 +CO 2 在制取原料气的过程中往往会掺杂一些杂质,其中一些会使催化剂中毒,因此必须除去,这一过程就称为原料气的净化。 [讲述并板书]2.原料气的净化: NH 3·H 2 O+H 2 S=NH 4 HS+H 2 S CO+H 2O=CO 2 +H 2 K 2CO 3 +CO 2 +H 2 O=2KHCO 3 [讲述]最后原料气还必须经过精致处理,如用醋酸,铜和氨配制的溶液来吸收一氧化碳,二氧化碳,氧气,硫化氢等少量有害气体。 [讲述]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压,进入氨合成塔,使氨气和氢气在高温高压和催化剂条件下合成氨,最后将合成后的混合气体液化分离出液态氨,并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔
合成氨的发展历程是怎样的 在探索合成氨崎岖的道路上,它不仅使两位杰出的化学家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞,而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献,并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。后来人们把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。 1900年,法国化学家勒夏特列在研究平衡移动的基础上通过理论计算,认为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨,接着,他用实验来验证,但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因,而是觉得这个实验有危险,于是放弃了这项研究工作,他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因,是他所用混合气体中含有O2,在实验过程中H2和O2发生了爆炸的反应。 稍后,德国化学家能斯特通过理论计算,认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现,他在计算时误用一个热力学数据,以致得到错误的结论。 在合成氨研究屡屡受挫的情况下,哈伯知难而进,对合成氨进行全面系统的研究和实验,终于在1908年7月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨,产率仅有2%,却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后,立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心的德国军政要员的高度重视,为了利用哈伯,德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内,哈伯不仅提高了合成氨的产率,而且合成了1000吨液氨,并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。到1913年的第一次世界大战时,哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂,为侵略者制造了数百万吨炸药,因而导致并蔓延了这场殃祸全球的世界大战。这就是第一次世界大战德国为什么能够坚持这么久的不解之谜谜底。 当事实真相大白于天下时,哈伯爱到了世界各国科学家的猛烈抨击,尤其当他获得1918年诺贝尔化学奖时,更激起世界人民的愤怒。 人工合成氨实验的成功令人欢欣鼓舞,它对工业、农业生产和国际科技的重大意义是不言而喻的,但对三位杰出的科学家而言则是黑色的“水门事件”。 1949年前,全国仅在南京、大连有两家合成氨厂,在上海有一个以水电解法制氢为原料的小型合成氨车间,年生产能力共为46kt氨。中华人民共和国成立以后,合成氨的产量增长很快。为了满足农业发展的迫切需要,除了恢复并扩建旧厂外,50年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。以后在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔的基础上,于60年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20多座中型氨厂。此外,结合国外经验,完成“三触媒”流程(氧化锌脱硫、低温变换、甲烷化)氨厂年产50kt的通用设计,并在石家庄化肥厂采用。与此同时开发了合成氨与碳酸氢铵联合生产新工艺,兴建大批年产5~20kt氨的小型氨厂,其中相当一部分是以无烟煤代替焦炭进行生产的。70年代开始到80年代又建设了具有先进技术,以天然气、石脑油、重质油和煤为原料的年产300kt氨的大型氨厂,分布在四川、江苏、浙江、山西等地。1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt(不包括台湾省),仅次于苏联而占世界第二位。现在已拥有以各种燃料为原料、不同流程的大型装置15座,中型装置57座,小型装置1200多座,年生产能力近20Mt氨。 目前,中国是世界上最大的化肥生产和消费大国,合成氨年生产能力已达4222
创伤骨折内固定的发展 1902 年在埃及Naga ed Der出土的木乃伊中发现了最早骨折治骨折治疗的历史非常悠久。El Zahrawi300 年。公元100 年,阿拉伯外科医生发明了用面粉疗证据,其时间为公元前 1852 年,荷兰和蛋清包裹患肢的方法。中医治疗骨折,据文献记
载也有两千余年的历史。130~200 Mathijsen年,在Galen 早期著作中医生公元开始使用石膏绷带对患肢进行固定。 1767 年,世纪中叶开始对骨折进行持续的牵引治疗。19 出现了对骨折进行牵引治疗的描述。 Sarmiento使用了石膏与支架相结合的治疗方法,各年后,200 Gooch 介绍了功能性支架。 种石膏材料和热塑支架才开始在临床广泛使用。 19世纪上半叶,骨科手术总是摆脱不了感染的困扰,只有在极其良好的条件下,才能进行 骨科手术。1828~1850 年,欧美的Rodgers 、Cheesman和B?ranger-F?raud等人开始用银丝 1870 年,B?ranger-F?raud出版了《Trait de l'对肱骨和股骨进行缝合和环扎固定。 》一书,总结了当时大immobilisation direct des fragments osseuxdans les fractures 1870 年法兰西-普鲁量的骨折手术治疗病例。150 年以前,开放性骨折意味着截肢或死亡。 41%。由于改善了术后治疗方法,美国南北战争时期开放士战争中开放性骨折的死亡率高达 。第一次世界大战期间,股骨枪弹伤的死亡率高达性骨折的死亡率降至80%。随着对细26%
开放性骨折的截肢率和死交叉感染认识的不断加深和医生对开放伤口的引流处理,菌污染、 于1867 年发明了化学消毒剂,随着巴氏物理消毒法的出现,亡率有所下降。Joseph Lister 外科无菌术得到了长足发展,为骨科内固定手术的发展创造了基本条件。 1875 年,Franz Konig 首次报道使用螺丝钉固定骨其后,骨折内固定手术取得了巨大发展: 1907 年,折。1886 年,Carl Hansmann 在汉堡首次报道使用金属接骨板螺丝钉固定骨折。 AlbinLambotte 首次介绍了“骨折接合术”这一新名词。同年,(Osteosynthesis)Fritz Steinmann 开始使用Stein-mann 钉治疗骨折。1927 年,Martin开始使用KirschnerKirschner 出版了《1931 年,Fritz Konig Operative Chirurgie der针( 克氏针) 治疗骨折。 Danis 使用丝攻和皮质骨螺丝钉对骨折进行加压双RobertKnochenbr?che 》一书。1938 年, 首次报道使用V 形髓内钉治疗骨折,并在俄芬战争皮质固定。1939 年,Gerhard K?ntscher 髓内钉( 梅花针) 面世。1942 年,Gerhard中大量使用。1941 年,三叶草形截面的K?ntscher
精心整理合成氨 发展史及未来的发展方向 合成氨发展史及未来的发展方向 国建成投产。从此开创了氮肥工业的新纪元。为了纪念氨开发的艰难,特在氨前面加“合成”两个字。 二、合成氨在国民经济中的地位和作用 1、用氨制造氮肥。我们知道土壤所缺的养份主要是氮磷、钾。从解放前直至改革开放初期,中国的粮食产量一直不能自给自足,主要原因是
中国几乎所有的土壤都需补氮。由于合成氨工业不能满足农业施肥的需要,土壤补氮不足,农作物只能在低产水平上徘徊(300斤过黄河,400斤跨长江),为了满足粮食生产的需要,我国一直把发展化肥工业作为整个化学工业的首要任务,中国要以全世界7%的耕地来养活全世界22%的人口。经过60多年的发展,我国合成氨制造和氮肥产量已居世界首位,合 2 域。 碱的基础。 氨基与苯环相联,就构成苯胺,这是苯胺系如染料的基础原料,同时也是重要的有机化工原料,例如聚氨脂塑料以及医药的麻醉剂等。 氨基中的氮与羰基中的碳(C)相联,即成酰胺,这是尼龙以及部分抗生素的重要组成部分,氨基与羧基碳、氮相联即组成氨基酸,由此形成
蛋白质。氨基酸种类繁多,仅人体必需的就有19种以上。人们日常生活中的味精就是一种氨基酸的盐类。 氨的三个键如全部与同一碳原子相联而成CN2-,这种氰根与一价阳离子化合,例如与H+或Na+化合,就会形成剧毒的氢氰酸或氰化钠,但这种氰根和碳相联,就会形成有机腈,这种有机腈不但无毒,还可造福人类, 三、氨生产简史 合成氨的基础条件 直接法合成氨其化学方程式非常简单: 3H2+N2=2NH3+Q 从化学平衡理论出发,反应后体积缩小一半,无疑提高压力会促使反
合成氨 发展史及未来得发展方向合成氨发展史及未来得发展方向 各位同事工友们,下午好: 我今天演讲得题目就是“合成氨发展史及未来得发展方向”,就是一种科普性质得讲义,作为一个搞氨合成得专业技术人员来说,知道合成氨得发展历史与未来得发展方向,对把握我们公司得发展与了解我们得现状,很有必要与意义。 一、为什么叫合成氨 我们把氨叫做合成氨,为什么在氨得前面加了“合成”两个字,我们知道氨得分子式就是NH3,由于氨得不活泼性,使得人们直到19世纪晚期仍然普遍认为将氮与氨直接合成氨就是不可能得,20世纪初,虽然有人借助催化剂得作用合成了氨,但仍然认为无法工业化,因为确实遇到了诸如可供实际工业使用得催化剂难以找到、高温高压能够抵抗氢腐蚀得材料无法解决等问题,可以认为合成氨得技术开发历程阻力重重,举步维艰,经过千万次得不懈努力,才使得世界上第一座工业规模得氨系统于1913年在德国建成投产.从此开创了氮肥工业得新纪元。为了纪念氨开发得艰难,特在氨前面加“合成"两个字. 二、合成氨在国民经济中得地位与作用
1、用氨制造氮肥。我们知道土壤所缺得养份主要就是氮磷、钾.从解放前直至改革开放初期,中国得粮食产量一直不能自给自足,主要原因就是中国几乎所有得土壤都需补氮.由于合成氨工业不能满足农业施肥得需要,土壤补氮不足,农作物只能在低产水平上徘徊(300斤过黄河,400斤跨长江),为了满足粮食生产得需要,我国一直把发展化肥工业作为整个化学工业得首要任务,中国要以全世界7%得耕地来养活全世界22%得人口。经过60多年得发展,我国合成氨制造与氮肥产量已居世界首位,合成氨作为制造氮肥得主要原料,为粮食增产、农民增收、社会稳定立下了汗马功劳. 2、氨得工业用途 氨就是氮得一种固定形式,除少数场合直接使用外,更主要得就是使用其中得氮与其她物质化合而成各种不同得含氮化合物,然后再用于各工业领域。 虽然氮分子只由两个氮原子组成,但就是氮原子可以形成三个键,如果这三个键都与氢原子相联,就形成了氨(NH3),将氨得氢原子以各种不同得化学物质取代,就会得到不同得衍生物。 氨中得氢原子被碳(C)取代后,由于碳得加入,氨由无机物而变为有机物———胺,按取代氢原子数目多少而依次排列为伯胺、仲胺与叔胺,这些都就是重要得化工原料。在特殊情况下,氮还可以产生第四个键,如也被碳(C)取代,即成为
本科生学年论文题目 学生姓名 所在院系化学化工系 专业班级 学号 指导教师(职称) 日期年月日
目录 摘要: (2) 关键词: (2) 前言: (2) 1.统计分析表 (2) 2.早期氰化法 (2) 3.合成氨法 (2) 4.发展趋势 (3) 5.合成氨的反应原理 (4) 6.合成氨的最新技术 (4) 6.1大直径ⅢJD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展 (4) 6.2成达公司的小型氨厂新技术 (5)
工业合成氨的进展 摘要:就工业合成氨的历史,现状以及一些最新的工业合成氨的技术的综述。 关键词: 合成氨的历史{(早期氰化法、合成氨法),原料构成改变:煤造气时期、②烃类燃料造气时期,装置的变化:装置大型化。}、合成氨的现状、合成氨的发展趋势{①原料路线的变化方向、节能和降耗、与其他产品联合生产。}、合成氨工业的最新技术{①大直径ⅢJD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展、②成达公司的小型氨厂新技术}。前言 合成氨工业是基本点的无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。从氨可加工成硝酸,现代化学工业中,常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展,对氨的需要量日益增长。50年代后氨的原料构成发生重大变化,近60年来合成氨工业发展很快。
早期氰化法②1898年,德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙(又称石灰氮),进一步与过热水蒸气反应即可获得氨: CaCN2+3H2O─→2NH3+CaCO3 1905年,德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂,这种制氨方法称为氰化法。第一次世界大战期间,德国、美国主要采用该法生产氨,满足了军工生产的需要。氰化法固定每吨氮的总能耗为153GJ,由于成本过高,到30年代被淘汰。 合成氨法利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。合成氨从实验室研究到实现工业生产,大约经历了150年。直至1909年,德国物理化学家F.哈伯用锇催化剂,将氮气与氢气在17.5~20MPa和500~600℃下直接合成,反应器出口得到6%的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。但是,在高压、高温及催化剂存在的条件下,氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此,哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。由于金属锇稀少、价格昂贵,问题又转向寻找合适的催化剂。该公司在德国化学家A.米塔斯提议下,于1912年用2500种不同的催化剂进行了6500次试验,并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题,如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法,都被该公司的工程师C.博施所解决。此时,德国国王威廉二世准备发动战争,
人教版化学高二选修2第一单元课题2人工固氮技术——合成氨同步练习D卷姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共20题;共40分) 1. (2分) (2019高一下·北仑期末) 下列制备物质的工业生产流程合理的是() A . 由铝土矿冶炼铝:铝土矿 Al B . 制硫酸:硫铁矿 SO2 H2SO3 H2SO4 C . 由NaCl制漂白粉:NaCl(aq) Cl2 漂白粉 D . 合成NH3:NH4Cl和Ca(OH)2固体 NH3 纯净干燥的氨气 2. (2分)下列关于催化剂的说法中正确的是() A . 用过氧化氢制取氧气时,加入催化剂可使氧气的质量增加 B . 催化剂只能加快其他物质的反应速率 C . 化学性质改变 D . 本身的质量和化学性质不会改变 3. (2分) (2016高二上·鞍山期中) 在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g)?nY(g);△H=Q kJ/mol.反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: /L积体气温体c(Y)/mol?L﹣1度/℃123 100 1.000.750.53 200 1.200.900.63 300 1.30 1.000.70 下列说法正确的是() A . m>n
B . Q<0 C . 温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 D . 体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 4. (2分)(2019·崇明模拟) 工业制硫酸和合成氨生产中相同的是() A . 所有原料气都循环使用 B . 都用压缩机压缩原料气 C . 用了完全相同的催化剂 D . 都用热交换器进行加热 5. (2分) (2018高二下·洛阳期末) 能影响水的电离平衡,并使溶液中的c(H+)>c(OH-)的措施是() A . 向水中通入SO2 B . 将水加热煮沸 C . 向纯水中投入一小块金属钠 D . 向水中加入NaCl 6. (2分)实验室制备氨气,检验是否收集满的正确方法是() A . 用手扇动收集的气体,有气味则已收集满 B . 将润湿的淀粉KI试纸接近瓶口,试纸变蓝则已 C . 将润湿的红色石蕊试纸伸入瓶内,试纸变蓝则已收集满 D . 用玻璃棒一端蘸取浓盐酸,接近瓶口,产生大量白烟,证明已收集满 7. (2分)漂白粉在溶液中存在下列平衡:ClO- + H2O HClO + OH- ,下列措施能提高漂白效果的是() A . 加水稀释
人工髋膝关节外科【李章华廖文王志林主编 本书共分两篇,详细地介绍了髋、膝关节置换术的发展简史,生理解剖与生物力学,关节的检查,置换手术的适应证、禁忌证,术前准备,手术技术,术后康复,疗效评价等内容。本书在注重基础理论的阐述的同时,更眷重地描述了每一个手术的具体过程,以及术中、术后各种并发症的原因和处理方法。本书作者多为一线临床医生,他们在工作中边摸索边治疗,积累了一些宝贵的临床经验,为基层医院从事人工关节置换术的临床医生提供了既系统又实用的参考资料。本书适合骨科及相关专业医师参考阅读。 第一篇人工髋关节置换市 第一章人工髋关节发展简史与研究进展 一、人工髋关节发展筒史 1891年,Gluck首先进行了人工髋关节置换术,之后,Jones将金箔覆盖于截骨面 上完成了金箔关节成形术,提出了人工关节置换的概念和应用的可行性。但在此之 前Ollier、Lexer、Loewe、Beer等已先后利用肌肉、筋膜、皮肤等进行隔开型关节 成形术,开始了人工髋关节置换的早期探索。1923年,Smith Petersen设计了一种 玻璃杯状假体套在股骨头表面行单杯成形术,它被认为是髋关节置换术的鼻祖。他 们的尝试由于科学技术发展的限制,大部分处于探索阶段,无法开展大范围的推广 应用。 到第二次世界大战以前,人工关节仍没有很大的进展。人们从19世纪中叶就开始 了人工关节置换的探索。目的是缓解疼痛、矫正畸形、重建一个稳定的关节,并恢
复和改善关节的运动功能。20世纪40年代起,人工关节的研究得到迅速发展。60 年代,英国John Charnley使人工关节置换进入了新的纪元。目前人工关节置换技 术已经普及并广泛应用,尤其是人工髋、膝关节。在西方国家,髋关节置换术是继 胆囊切除术而占第二位的手术。在美国,每年开展的髋关节置换术不少于20万例,而在全世界每年髋关节置换术就约50万例。为了更好地认识和总结人工髋关节的 发展过程,以便推动人工髋关节的发展,达到温故而知新的目的,现按人工髋关节 发展史的重要纪事将其分为如下几个发展阶段。 在第二次世界大战前后,再度兴起人工股骨头及全髋关节置换的研究。1938年, Smith Petersen采用了生物惰性较好的钴铬钼制成的金属杯并广泛推广使用。1938 年,Phillip Wiles设计了全金属的全髋关节,治疗了6例病人,Phillip Wiles被认定 是第一位施行真正的全髋关节置换的人。1939年,Haboush对Smith Petersen假体 模式作了改进,设计了带边缘的钴铬钼合金杯。1940年,Valls和Townely在美国 进行了短弯柄形股骨头假体的半关节置换术,Mckee用黄铜和不锈钢假体进行了全 髋关节置换术。1941年Moore和Bohlman设计了自锁型人工股骨头,其柄为直柄 型并带有自锁孔。同时期Thompson设计出弯度更大的实心柄型人工股骨头。这些 关节成为后来的McKee,Muller,Harris,Aufranc-Turner等全髋关节的参照。Urist 和McBride设计了凸面带尖或脊状突起的髋臼假体,当今某些髋臼假体仍沿用这 种模式。1943年,Harmon用丙烯酸酯杯做了16例髋关节置换术。 第一篇人工髋关节置换术 第一章人工髋关节发展简史与研究进展 一、人工髋关节发展简史 二、我国人工髋关节置换的发展 三、髋关节表面置换技术 四、微创全髋关节置换术 第二章髋关节的生理解剖与生物力学 一、髋关节的生理解剖 二、髋关节的滑膜、滑囊、滑液 三、股骨头的生物力学 四、髋关节的生物力学 五、关节置换术后的生物力学问题 第三章髋关节的检查 一、髋关节的物理检查 二、髋关节的X线检查 三、常用的其他检查 第四章人工髋关节置换术的手术适应证、禁忌证及假体的选择与固定 一、人工髋关节置换术的手术适应证 二、人工髋关节置换术的手术禁忌证 三、髋关节假体的选择 四、髋关节置换的固定技术 第五章人工全髋关节置换术前准备 一、评定是否符合人工全髋关节置换适应证 二、术前准备 三、术前模板测量