02第二次课-材料合成概论与气相合成-安琪

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过 程
特点：气化设备简单、便于控制。能耗大， 约有一半原料被当作燃料烧掉；生产能力低；产 生三废(煤渣、废水、含硫废气等)较多。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
原料：随原料的性能不同而又很多差异，主要表
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原料气
氮气 氨气 空气
*合成氨工业概述 合成氨工业概述
氮气通过廉价的空气制得。 氢气的来源有：烃类转化、固体燃 料气化和重油氧化。其中以天然气 为原料的气态烃类转化过程经济效
氢气
烃或水
益最高。
原则流程
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管送入二段转化炉。
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工艺空气经空气压缩机加压
到4.5MPa、140℃后经对 流段加热到500℃，如二段 与一段转化气相混合，于锥 形顶部燃烧区进行燃烧反 应，温度升到1250℃左 右，甲烷含量在0.5%以下。
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下表为纯3H2－N2混合气生成φNH3为17.6％系统反应的热效应。
13－2.2 化学平衡及平衡常数
应用化学平衡移动原理可知，低温、高压操作有利 需通过反应的化学平衡研究确定。其平衡常数为：
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于氨的生成。但是温度和压力对合成氨的平衡产生影响的程度，

已知高温有利于甲烷裂解析碳，不利于CO歧化析碳， 却有利于碳被水蒸气所气化，温度越高，水蒸气比例 越大则越有利于消碳；如果气相中H2、CO2分压很大 时，均有利于抑制析碳。

由热力学第二定律知，在任何化学反应自发进 行的过程中，反应自由焓总是减小的。

以上三式中各组分的分压均为体系在某指定状态时的 实际分压，而非平衡分压。可由温度、压力查出Kp， 再根据指定组成和总压计算Jp，最后由Jp/ Kp是否小 于1来判断该状态下有否析碳发生。 当Jp/ Kp<1时，⊿G<0，反应自发向右进行，会 析碳； 当Jp/ Kp=1时，⊿G=0，反应达平衡，是热力学 析碳的边界； 当Jp/ Kp>1时，⊿G>0，反应不能自发进行，体 系不析碳。

甲烷水蒸气转化体系中，水蒸汽是一个重要组分，由各析碳反应 生成的碳与水蒸汽之间存在的平衡，通过热力学计算，可求得开 始析碳时所对应的H2O/CH4摩尔比，称为热力学最小水碳比。 不同温度、压力下有不同的热力学最小水碳比。综上所述，影响 甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素有温度、水碳比和压力。 (1) 温度的影响 甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆 反应，高温对平衡有利，即H2及CO的平衡产率高，CH4平衡含 量低。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利，可以少生成二氧化 碳，而且高温也会抑制一氧化碳岐化和还原析碳的副反应。但是， 温度过高，会有利于甲烷裂解，当高于700℃时，甲烷均相裂解 速率很快，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。 (2) 水碳比的影响 水碳比对于甲烷转化影响重大，高的水碳比 有利于甲烷的蒸汽重整反应，同时，高水碳比也有利于抑制析碳 副反应。 (3) 压力的影响 甲烷蒸气转化反应是体积增大的反应，低压有 利平衡，低压也可抑制一氧化碳的两个析碳反应，但是低压对甲 烷裂解析碳反应平衡有利，适当加压可抑制甲烷裂解。压力对一 氧化碳变换反应平衡无影响。

（2）烃的合成与制备反应机理：掌握烃的合成反应机理，如Friedel-Crafts烷基化反应机理。教学中需通过化学方程式、反应机理图等教学手段，引导学生深入理解反应过程。
（3）有机高分子材料的制备方法：了解有机高分子材料的制备方法，如聚合反应、降解反应等。教学中需结合实际案例，讲解各种制备方法的原理和应用。
典型例题讲解
1.例题1：烃的分类和性质
题目：请根据烃的分类和性质，判断下列物质属于哪一类烃，并说明其性质。
（1）甲烷（CH4）
（2）乙烯（C2H4）
（3）乙炔（C2H2）
（4）苯（C6H6）
答案：
（1）甲烷属于烷烃，性质为无色无味气体，难溶于水，易燃烧。
（2）乙烯属于烯烃，性质为无色气体，有特殊气味，易燃烧。
（1）甲烷（CH4）
（2）乙烯（C2H4）
（3）乙炔（C2H2）
（4）苯（C6H6）
答案：
（1）甲烷具有无色无味气体，难溶于水，易燃烧的性质。
（2）乙烯具有无色气体，有特殊气味，易燃烧的性质。
（3）乙炔具有无色气体，有特殊气味，易燃烧的性质。
（4）苯具有无色液体，有特殊气味，易挥发的性质。
课堂小结，当堂检测
课堂小结：
1.烃的概念与分类：烃是由碳和氢两种元素组成的有机化合物，根据碳氢比例的不同，烃可分为烷烃、烯烃和炔烃等。
2.有机高分子材料的结构与性能：有机高分子材料是由大量重复单元组成的巨分子，其结构决定其性能。
3.烃的合成与制备：烃的合成方法有催化合成、光合成、化学合成等。常见的烃制备反应有Friedel-Crafts烷基化、Friedel-Crafts酰化等。
（3）讨论法：引导学生针对烃的分类、有机高分子材料的结构与性能等主题进行课堂讨论，提高学生的思维能力和团队协作能力。

第二节
蒸发法
合金：
Å在蒸发的过程中会发生成分偏差。 Å但合金中原子间的结合力小于化合物, 各原子蒸 发过程基本属独立蒸发过程。 Å这种成分偏差程度不象化合物那么大。
第二节
纯元素多是以单个原子、但有时也可能是以原子
团的形式蒸发进入气相的。 大多数金属达到其熔点时 , 其平衡蒸气压也低于101Pa。在蒸发法中常温度高于其熔点。 Cr、Ti、Mo、Fe、Si等金属在接近熔点温度时,其 固相的平衡蒸气压己相对较高。因此, 这些元素可 以通过固态物质的升华方式形成气相物质。 可确定物质蒸发的难易程度
电波频谱范围 , 又称 射频放电 , 最常用的频率为 13.56MHz。
微波放电：当电场的频率超过1GHz时,
电。常用的微波放电频率为2450MHz。
属于微波放
第一节
气体放电不同状况
等离子体的基础知识
开始时电流随电压的增
加而增大（电流值极小 < 10 -14 A）。由于气体内 所含自由电荷极少的缘 故。
第一节
E =
等离子体的基础知识
e
在等离子体中的电场 qn x 电子的运动方程
q ne x d x me 2 = − ε0 dt
2 2
ε0
d 2x + ω 2 dt
2 p
x = 0
等离子体振荡频率⎯朗谬尔频率
ωp =
q 2 ne meε 0
+ + + + + + + + + + + x
E
第一节
等离子体的基础知识
1.3 等离子体的粒子密度和温度 子密度和粒子温度。