1. В промышленности:
N2 + 3Н2 (t, p, кат) ⇄ 2NH3
2. В лаборатории:
а) вытеснение щелочами из солей аммония 2NH4Cl+Са(OH)2 -t→CaCl2+ 2NH3+2Н2O
б) гидролиз нитридов: Ca3N2 + 6H2O = ЗСа(OH)2 + 2NH3
Основы промышленного производства аммиака.
Химизм процесса можно представить с помощью уравнения реакции:
N2 + 3H2⇄ 2NH3 + Q |
Реакция является обратимой, экзотермической, идущей с уменьшением объёма.
Поскольку эта реакция экзотермическая, то понижение температуры будет смещать равновесие в сторону образования аммиака, но при этом снижается скорость химической реакции.
Поэтому синтез проводят при температуре 500-5500С и в присутствии катализатора.
В соответствии с принципами смещения равновесия для противодействия влиянию повышенной температуры используют давление. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния.
Отрицательно на скорость образования аммиака влияют вредные примеси: вода, сероводород, оксид углерода (II). Они отравляют катализатор, снижая его активность. Поэтому азото-водородную смесь тщательно очищают. Однако и при этих условиях только часть смеси превращается в аммиак. Для полного использования исходных веществ не прореагировавшую часть смеси вновь направляют в реактор.
Схема производства аммиака.
№ |
Аппарат |
Назначение аппарата, процессы, протекающие в нём. |
1 |
трубопровод |
Подаётся предварительно подготовленная смесь, состоящая из 3 объёмов водорода и 1 объёма азота. |
2 |
турбо- компрессор |
Азотоводородная смесь сжимается до определённого давления, необходимого для данного процесса. |
3 |
колонна синтеза |
Колонна синтеза предназначена для проведения процесса синтеза аммиака. В контактном аппарате расположены полки с катализатором. Процесс синтеза является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого расходуется на нагревание поступающей азотоводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза, состоит из аммиака (20-30%) и не прорегировавших азота и водорода. |
4 |
холодильник |
Предназначен для охлаждения смеси Аммиак легко сжимаем и при высоком давлении превращается в жидкость. При выходе из холодильника образуется смесь, состоящая из жидкого аммиака и непрореагировавшей азотводородной смеси. |
5 |
сепаратор |
Предназначен для отделения жидкого аммиака от газообразной фазы. Аммиак собирается в сборник, расположенный в нижней части сепаратора. |
6 |
циркуляционный насос |
Предназначен для возвращения не прореагировавшей смеси в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаётся довести использование азотводородной смеси до 95%. |
7 |
аммиако- провод |
Предназначен для транспортировки жидкого аммиака на склад. |