ما هي الأمونيا التي يتم الحصول عليها؟ مواد أولية لإنتاج الأمونيا

أهداف الدرس.

التعليمية- خلال الدرس ، لضمان تكوين معرفة جديدة للطلاب حول الأمونيا وهيكلها وخصائصها وإنتاجها واستخدامها.
ضع في اعتبارك بنية جزيء الأمونيا. عرّف الطلاب على الترابط الهيدروجيني. اكتشف خصائص الأمونيا. ضع في اعتبارك آلية متلقي المتبرع لتشكيل الرابطة الكيميائية
تعليمي- القدرة على المقارنة والتعميم وتطوير التفكير والاهتمام بالموضوع.
تعليمي- السلوك في غرفة الكيمياء ، الملاحظة عند مشاهدة مقطع فيديو ، لتكوين ثقافة معلومات واتصال.

معدات. ماء الأمونيا ، NH4Cl و Ca (OH) 2 ، الفينول فثالين ، جهاز للحصول على الغازات ، HCl (conc) ، KMnO4 (للحصول على O2) ، KI ، نشا ، اختبار عباد الشمس ، تبلور ، اسطوانة ، قضبان زجاجية ، حامل مختبر.

خلال الفصول

أولا - تفعيل المعرفة الأساسية.

نقوم بتمرين كيميائي.

أ) تسمية حالات الأكسدة المحتملة للنيتروجين ،

ب) ما هي الحالات التي يظهر فيها النيتروجين خواص مؤكسدة ، وفي أي منها - اختزال؟

ج) اذكر الخصائص الفيزيائية للنيتروجين.

د) ما هو سبب الخمول الكيميائي للنيتروجين؟

ه) في أي ظروف يتفاعل النيتروجين مع المواد الأخرى؟

هـ) في أي شكل يوجد النيتروجين في الطبيعة؟

ح) ما هو دور النيتروجين في حياة الطبيعة؟

II. تعلم مواد جديدة.

1. هيكل الجزيء.

عندما تفتح باب الثلاجة ، تشعر بالبرد. إذن ما هي المادة التي تسبب هذه الظاهرة؟

العمل في ازواج.

التعليمات رقم 1.

1. اكتب معادلات التفاعل لمركبات الهيدروجين للنيتروجين.

2. ارسم الصيغة الإلكترونية والهيكلية لهذا المركب.

3. تحديد الرابطة الكيميائية في هذا الجزيء.

4. ما هي ميزة الهيكل الإلكتروني التي تراها في ذرة النيتروجين؟

يعمل الطلاب بشكل مستقل في أزواج مع كتاب مدرسي ص 47-48

ثم نتحقق من صحة المهمة المكتملة من خلال الوسائط المتعددة (الشريحة رقم 1 و 2 و 3 و 4) عرض تقديمي .

2. تحديد الخواص الفيزيائية للأمونيا.

سؤال المشكلة.ما سبب الذوبان الجيد للأمونيا في الماء؟

الشبكة البلورية للأمونيا جزيئية ؛ الجزيء خفيف ، ولكن على عكس جزيء النيتروجين ، فهو قطبي.

ومن ثم ، ما هي نقاط الغليان والانصهار التي يجب أن تحتوي عليها الأمونيا؟

التلاميذ: يمكن الافتراض أن - منخفض.

لأن قطبية الجزيء تجعل من الممكن توصيل قوى الجذب الكهروستاتيكية بقوى بسيطة بين الجزيئات.

يجعل هيكل الجزيء أيضًا من الممكن التنبؤ بقابلية الذوبان الجيدة في الماء.

هذا بسبب ظهور رابطة كيميائية خاصة بين جزيئاتها - الهيدروجين. (الشريحة رقم 5). تحتوي ذرة النيتروجين على زوج إلكترون حر في جزيء الأمونيا ، ووجود شحنة جزئية (+) على ذرة الهيدروجين ووجود شحنة جزئية (-) على ذرة النيتروجين.

الهيدروجين هو الرابطة بين ذرات الهيدروجين لجزيء واحد وذرات العناصر الكهربية لجزيء آخر (F ، O ، N). (الشريحة رقم 5)

الخلاصة: عندما يزداد الضغط تتحول الأمونيا إلى حالة سائلة. يترافق تبخر الأمونيا السائلة مع انخفاض الضغط مع تبريد قوي للأجسام المحيطة. تستخدم هذه الخاصية في وحدات التبريد.

الأمونيا غاز عديم اللون.
يدغدغ فمه.
يلدغ الأنف ويلسع العين.
الأمونيا سامة!
الأمونيا مذيب.
التغييرات من الغاز إلى السائل
الأمونيا عبارة عن مغناطيس.
كما أنها لا تجري التيار.
الأمونيا الجافة
تنفجر في الهواء.
يذوب في الماء.
المتفجرات والأسمدة

هذا ليس كذلك القائمة الكاملةتطبيقه.

3. الحصول على الأمونيا في المختبر.

نظهر الخبرة. نقوم بتسخين خليط كلوريد الأمونيوم مع هيدروكسيد الكالسيوم.

2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + H 2 O

يتم إذابة الأمونيا الناتجة في الماء ، والتي نضيف إليها الفينول فثالين. يتحول محلول الأمونيا إلى اللون الأرجواني.

لماذا يتحول محلول الأمونيا إلى اللون الأرجواني؟

الطلاب: أيون الهيدروكسيد الموجود في المحلول ، وسط قلوي.

معلم. في ماء الأمونيا ، يكون معظم الأمونيا على شكل جزيئات NH3 ، ويتحول التوازن إلى اليسار (لأن NH3 عبارة عن إلكتروليت ضعيف) ويحتوي هذا الماء على العديد من جزيئات NH3 ، لذلك تنبعث منه رائحة الأمونيا. أوضحت كيفية التعامل بشكل صحيح مع حلول المواد ذات الرائحة القوية.

نظهر تلون ماء الأمونيا الملطخ بالفينول فثالين عند تسخينه.لماذا حدث هذا؟

الطلاب: اتصال ضعيف.

عند تسخينها ، تقل قابلية ذوبان الغازات (غاز NH3) ، وتبخر الأمونيا ، وينتقل توازن التفاعل أكثر إلى اليسار ، ولا يبقى أيون الهيدروكسيد (OH) عمليًا في المحلول. يصبح المحلول المائي محايدًا.

سؤال المشكلة:من أي مواد خام وبأي طرق يمكن إنتاج الأسمدة النيتروجينية؟

الطلابمن المفترض أن من نيتروجين الهواء.

تم طرح هذه المهمة على العلوم الروسية بواسطة D.I.Mendeleev ، الذي كتب: "تتمثل إحدى مهام الكيمياء التطبيقية في إيجاد طريقة مفيدة تقنيًا للحصول على مركبات تحتوي على نيتروجين قابل للاستيعاب من النيتروجين في الهواء. ويعتمد مستقبل الزراعة كثيرًا على اكتشاف مثل هذه الطريقة ".

الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة للربط الصناعي للنيتروجين الجوي هي تخليق الأمونيا من النيتروجين والهيدروجين:

معلم: صف رد الفعل هذا.

الطلاب:

طارد للحرارة
تفريغ
المحفز
غير متجانسة
مع تقليل الحجم

معلم: ما هي شروط تحول التوازن اللازمة لزيادة إنتاج الأمونيا؟

الطلاب: انخفاض في درجة الحرارة ، زيادة في الضغط.

إنتاج الأمونيا منخفض ، ومن غير المربح إجراء تخليق صناعي بمثل هذه المؤشرات.

نناقش مع الطلاب إمكانية زيادة الإنتاج العملي للأمونيا.معيار مهم لكفاءة الإنتاج هو إنتاجية المفاعل. يسمح لنا تحليل البيانات الكمية حول نمو تركيز الأمونيا في خليط النيتروجين والهيدروجين مع استمرار التفاعل باستنتاج أنه يمكن زيادة إنتاجية المفاعل عن طريق تقليل وقت التفاعل. هذا يقلل من إنتاج الأمونيا لكل ممر لخليط الغاز عبر المفاعل ، ويمكن إعادة الغاز غير المتفاعل إلى الإنتاج. وبالتالي ، فإن فكرة الدوران مبدأ تكنولوجي مهم ، ملائم اقتصاديًا ، يزيد من إنتاجية المفاعل. تعتبر متطلبات جودة المواد الخام ضرورية ، ويجب أن تحتوي على أقل عدد ممكن من الشوائب ، مثل الأرجون والميثان. يجب تنظيف المواد الخام تمامًا من المواد السامة للعامل الحفاز (على سبيل المثال ، مركبات الكبريت). العامل الحفاز لتخليق الأمونيا هو الحديد ، الذي يتم تنشيطه بواسطة مواد مضافة (أكسيد الألومنيوم والبوتاسيوم) لإعطاء فعالية عالية الثبات.

4. يتم تكوين كاتيون الأمونيوم وفقًا لآلية المتبرع المتلقي.

تحتوي ذرة النيتروجين على زوج إلكترون حر ، بسبب تكوين رابطة تساهمية أخرى مع كاتيون الهيدروجين ، والذي ينتقل إلى الأمونيا من الماء أو جزيئات الحمض. (الشريحة رقم 6)

تتم إضافة كاتيون الهيدروجين + H من جزيء الماء إلى جزيء الأمونيا بواسطة هذه الآلية ويتم تكوين أيون NH4 + ، حيث يتم تشكيل ثلاث روابط تساهمية بواسطة آلية التبادل ، والرابع بواسطة آلية المتلقي المتلقي. ومع ذلك ، فإن جميع الاتصالات متساوية.

5. الخصائص الكيميائية.

أ) ذوبان الأمونيا في الماء.

إظهار الخبرة:نقوم بخفض أنبوب الاختبار المملوء بالأمونيا في جهاز التبلور بالماء ، والذي تمت إضافة القليل من الفينول فثالين إليه. يملأ الماء أنبوب الاختبار بسرعة ، ويتحول محلول الأمونيا إلى اللون القرمزي.

إن قابلية ذوبان الأمونيا في الماء عالية جدًا - يتم إذابة 700 حجم من الأمونيا في حجم واحد من الماء. لماذا تذوب الأمونيا جيدا في الماء؟

الطلاب. السبب هو تكوين روابط هيدروجينية.

معلم: ما نوع البيئة التي يحتوي عليها المحلول المائي للأمونيا؟

الطلاب: قلوي.

معلم: إذن ما هي الخصائص التي يجب أن يمتلكها المحلول المائي للأمونيا؟

الطلاب: أساسي.

ما هو الاستنتاج الذي يمكننا استخلاصه من هذا؟

استنتاج: الأمونيا المائية قاعدة.

معلم: إذا كان المحلول المائي للأمونيا عبارة عن قاعدة ، فما المواد التي ستتفاعل معها؟

الطلاب: مع الأحماض.

إظهار الخبرة:"دخان بدون نار" ، نحضر لبعضنا قضيبين زجاجيين مبللين بمحاليل مركزة من الأمونيا وحمض الهيدروكلوريك. يظهر دخان وفير بين هذه العصي.

اكتب المعادلات الأيونية الكاملة والقصيرة تفاعل محلول مائي من الأمونيا مع حمض الهيدروكلوريك.

يكتب أحد الطلاب معادلة التفاعل على السبورة ، ثم يتحقق من الإدخالات في دفاتر ملاحظاتهم.

NH 3 + HCl \ u003d NH 4 Cl

معلم: ما هو نوع الملح الذي تم تكوينه واسمه؟

يسمي الطلاب هذا الملح.

يتم تكوين كاتيون الأمونيوم عند التفاعل مع الأحماض وفقًا لآلية المتبرع المتلقي.

نلفت انتباه الطلاب إلى أن المتبرع هو النيتروجين ، والمقبل هو الهيدروجين ، لأن. يحتوي النيتروجين على زوج إلكترون حر ، ولهيدروجين مدار حر.

في الأمونيا ، يحتوي النيتروجين على نسبة أقل من sd. (-3).

إذن ، ماذا ستكون الأمونيا في تفاعلات الأكسدة والاختزال؟

شاهد فيديو تفاعل الأمونيا مع الأكسجين (مع وبدون عامل حفاز).

بعد مشاهدة الفيديو ، أطلب من الرجال كتابة معادلات التفاعلات مع الأكسجين ، ووضع sd. والمعاملات بطريقة التوازن الإلكتروني.

نتحقق من صحة كتابة المعادلات (الشريحة رقم 7 ، 8)

استنتاج: النيتروجين في الأمونيا يحتوي على dd أقل. (-3) ، لذلك ، يمكن للنيتروجين أن يتبرع بالإلكترونات فقط ، مما يزيد من SD ، وبالتالي فإن الأمونيا لا تعرض سوى خصائص مخفضة. تتماشى الخصائص الكيميائية للأمونيا مع تغيير في sd. النيتروجين وتكوين رابطة تساهمية بواسطة آلية متقبل المانح.

ثالثا. اصلاح:

أ) كيف يمكن التعرف على الأمونيا؟ (بالرائحة ؛ عن طريق تلطيخ ورقة مؤشر مبللة - يتحول إلى اللون الأزرق ؛ بظهور الدخان عند ظهور قضيب زجاجي مبلل بحمض الهيدروكلوريك المركز).

ب) ما هو نوع التفاعل الذي يحدث عندما تتفاعل الأمونيا مع الأحماض؟ (روابط)

ج) كتابة معادلات تفاعل الأمونيا مع حامض الفوسفوريك وإعطاء أسماء الأملاح الناتجة.

رابعا. الواجب المنزلي 17 $ c.52 تمرين 6،7،9 - 1 المستوى ؛ 6-11- المستوى الثاني. تحضير مذكرة التطبيق وقيمة الأمونيا.

طرق الحصول على الأمونيا

المادة الخام لإنتاج الأمونيا هي خليط من النيتريك والهيدروجين (ABC) من التركيب المتكافئ N2: H2 = 1: 3. الوقود ، التحويل غاز طبيعي(الشكل 14.5).

أرز. 14.5. مواد أولية لإنتاج الأمونيا

لقد تغير هيكل قاعدة المواد الخام لإنتاج الأمونيا ويتم إنتاج أكثر من 90٪ من الأمونيا على أساس الطبيعة - 14.3 يوضح ديناميكيات التغييرات في هيكل الأنواع الرئيسية للمواد الخام لإنتاج الأمونيا.

الجدول 14.3. التغييرات في قاعدة المواد الخام لإنتاج الأمونيا

يحتوي خليط النيتريك والهيدروجين ، بغض النظر عن طريقة تحضيره ، على شوائب من المواد ، بعضها عبارة عن سموم محفزة ، مما يتسبب في إمكانية عكسها (الأكسجين ، وأكاسيد الكربون ، وبخار الماء) وغير قابل للانعكاس ( وصلات مختلفةالكبريت والفوسفور) التسمم بمحفز.

من أجل إزالة هذه المواد تخضع ABC للمعالجة المسبقة ، وتعتمد طرقها وعمقها على طبيعتها ومحتواها ، أي على طريقة إنتاج ABC. عادةً ما يحتوي ABC الذي يتم الحصول عليه عن طريق تحويل الغاز الطبيعي على أول أكسيد الكربون (IV). ) والميثان والأرجون وآثار الأكسجين وما يصل إلى 0.4٪ بالحجم. أول أكسيد الكربون (II).

يتم استخدام الامتصاص باستخدام الكاسحات السائلة (الطريقة الرطبة) والامتصاص باستخدام الكاسحات الصلبة (الطريقة الجافة) في الصناعة لتنقية ABC. في الوقت نفسه ، يمكن إجراء عملية التنظيف في مراحل مختلفة من الإنتاج:

مصدر الغاز قبل تقديمه للتحويل ؛

الغاز المحول لإزالة أول أكسيد الكربون (IV) منه ؛

خليط النيتروجين مباشرة قبل تخليق الأمونيا (تنقية ABC الدقيقة).

يتم النظر في العمليتين الأوليين في وصف الصناعات المعنية.

يتم تحقيق التنقية الدقيقة لـ ABC عن طريق الامتصاص الكيميائي للشوائب مع الكواشف السائلة ، وأخيراً عن طريق الهدرجة التحفيزية أو غسل ABC بالنيتروجين السائل.

لإزالة أول أكسيد الكربون (IV) وكبريتيد الهيدروجين ، يتم غسل ABCs في أبراج معبأة بكواشف قلوية تشكل أملاحًا غير مستقرة حرارياً: محلول مائي من الإيثانولامين أو محلول ساخن من كربونات البوتاسيوم يتم تنشيطه عن طريق إضافة ثنائي إيثانول أمين. في هذه الحالة ، تحدث ردود الفعل التالية:

ح 2S + CH 2أوه- CH 2نيو هامبشاير 2+ HS- -؟ Н ،

لذا 2+ ك 2ثاني أكسيد الكربون + H 2أوه؟ 2KNSO3 - ؟ن.

تتم إزالة أول أكسيد الكربون (II) من ABC عن طريق غسله بمحلول أمونيا من النحاس من أسيتات النحاس:

ثاني أكسيد الكربون + NH3 + + تيار متردد؟ + أس -؟ H ،

حيث: AC \ u003d CH3 سو.

تشكل المواد الماصة المستخدمة في الامتصاص الكيميائي مركبات غير مستقرة مع تلك الممتصة من ABC. لذلك ، عندما يتم تسخين محاليلهم وتقليل الضغط ، يتم امتصاص الشوائب الذائبة ، مما يجعل من السهل تجديد المادة الماصة وإعادتها إلى العملية وضمان دورات تشغيل الامتصاص وفقًا للمخطط:

حيث: P هو الخليط الممتص من ABC ، A هو المادة الماصة ، PA هو مزيج من الخليط والممتص.

أكثر طريقة فعالةتنقية ABC من أول أكسيد الكربون (II) هو غسل ABC بالنيتروجين السائل عند -190 درجة مئوية ، والذي يستخدم في التركيبات الحديثة ، والتي يتم خلالها ، بالإضافة إلى أول أكسيد الكربون (II) ، إزالة الميثان والأرجون منه.

يتم تحقيق التنقية النهائية لـ ABC عن طريق الهدرجة التحفيزية للشوائب ، والتي تسمى الميثان أو التحفيز المسبق. يتم تنفيذ هذه العملية في وحدات معالجة الميثان الخاصة (الشكل 14.6) عند درجة حرارة 250-300 درجة مئوية وضغط حوالي 30 ميجا باسكال على محفز من النيكل والألمنيوم (Ni + Al 2ا 3). في هذه الحالة ، تتواصل التفاعلات الطاردة للحرارة لتقليل الشوائب المحتوية على الأكسجين إلى غاز الميثان ، وهو ليس سمًا لمحفز الحديد ، ويتكثف الماء عند تبريد الغاز المنقى وإزالته منه:

ثاني أكسيد الكربون + ZN 2؟ CH 4 + ح 2هو،

لذا 2+ 4 ح 2؟ CH 4 + 2 ح 2هو،

ا 2+ 2 ح 2 - 2 ح 2هو

أرز. 14.6. مخطط محطة الميثان ABC: 1 - ضاغط ، 2 - سخان ، 3 - مفاعل الميثان ، 4 - سخان المياه ، 5 - مكثف ، 6 - مزيل الرطوبة

إذا تم استخدام محفز الحديد في عملية التحفيز المسبق ، فإن بعض الأمونيا تتشكل أيضًا أثناء عملية الهدرجة ، وفي هذه الحالة يسمى التحفيز المسبق بالنفخ.

عملية الميثان بسيطة وسهلة التحكم ، ويتم استخدام الحرارة المنبعثة بسبب تفاعلات الهدرجة الطاردة للحرارة المستمرة في المخطط العام لتكنولوجيا الطاقة لإنتاج الأمونيا. يحتوي ABC المنقى المزود للتوليف على ما يصل إلى 0025 مجلد. حصة الأرجون ، 0.0075 مجلد. حصة من الميثان وليس أكثر ، 00004 المجلد. من أول أكسيد الكربون (II) ، وهو أقوى السموم التحفيزية.

تعتمد عملية تخليق الأمونيا على تفاعل طارد للحرارة عكسي يستمر مع انخفاض في حجم الغاز:

2+ 3 ح 2 + 2NH 3+ س.

وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، مع زيادة الضغط وانخفاض درجة الحرارة ، يتحول توازن هذا التفاعل نحو تكوين الأمونيا. لضمان المعدل الأمثل للعملية ، يلزم وجود محفز ، وضغط متزايد ، ودرجة حرارة 400 ... 500 درجة مئوية وسرعة حجمية معينة للمكونات التي تدخل في التفاعل. في الصناعة ، يتم استخدام محفز الحديد مع إضافات أكاسيد Al. 2ا 3، إلى 2O و CaO و SiO2 .

توجد الأنظمة الصناعية التالية لوحدات تصنيع الأمونيا: ضغط منخفض (10 ... 20 ميجا باسكال) ، متوسط (20 ... 45 ميجا باسكال) وضغط مرتفع (60 ... 100 ميجا باسكال). في الممارسة العالمية ، تُستخدم أنظمة الضغط المتوسط على نطاق واسع ، لأنه في هذه الحالة يتم حل مشكلات فصل الأمونيا من خليط النيتروجين والهيدروجين بنجاح بسرعة عملية عالية بما فيه الكفاية.

CH 4+ H2 اوه؟ ثاني أكسيد الكربون + 3 ح 2

يحدث الاحتراق الجزئي للهيدروجين في الأكسجين الجوي:

ح 2+ س 2 = ح 2يا (بخار)

نتيجة لذلك ، في هذه المرحلة ، يتم الحصول على مزيج من بخار الماء وأول أكسيد الكربون (II) والنيتروجين.

الوحدة الرئيسية لتركيب إنتاج الأمونيا هي عمود التوليف (الشكل 1.1). العمود الأنبوبي في نظام الضغط المتوسط عبارة عن أسطوانة 4 مصنوعة من فولاذ الكروم والفاناديوم بسمك جدار يصل إلى 200 مم وقطر 1 ... 1.4 م وارتفاعه حوالي 20 م. مغلق بأغطية فولاذية 2.

من الناحية الهيكلية ، تختلف الأعمدة بشكل أساسي في حجم الجسم وجهاز التعبئة الداخلية. في الجزء العلوي من العمود قيد الدراسة ، يوجد صندوق محفز 3 ، وفي الجزء السفلي يوجد مبادل حراري 8 ، مما يضمن عملية الحرارة الذاتية. يتم توصيل صندوق المحفز بالمبادل الحراري بواسطة أنبوب مركزي 7. يحتوي جسم العمود على عازل حراري 5. يتم تحميل المحفز على الشبكة 6. لضمان التوزيع المنتظم لدرجة الحرارة ، يتم إدخال الأنابيب المزدوجة 1 في طبقة المحفز.

أرز. 1.1 عمود تصنيع الأمونيا مع أنابيب التبادل الحراري ذات التيار المزدوج

في الوقت الحاضر ، يتم دمج أعمدة تصنيع الأمونيا مع الغلايات البخارية لاستعادة الحرارة المفقودة (يمثل 1 طن من الأمونيا 0.6 ... 1 طن من البخار عند ضغط 1.5 ... 2 ميجا باسكال). تتمتع أعمدة تصنيع الأمونيا ذات الضغط المتوسط بسعة تبلغ حوالي 150 طنًا من الأمونيا يوميًا وتعمل دون استبدال المحفز لمدة أربع سنوات.

في تركيب الأمونيا تحت ضغط متوسط (الشكل 1.1) ، خليط النيتروجين والهيدروجين (N 2:ن 2= 1: 3) في العمود 1 ، حيث يتم تصنيع الأمونيا على المحفز ؛ خليط غاز النيتروجين - الهيدروجين - الأمونيا يترك العمود (محتوى الأمونيا - 14 ... 20٪) ، بدرجة حرارة حوالي 200 درجة مئوية. يتم إرسال هذا الخليط إلى مبرد الماء 2 ، وتبريده إلى 35 درجة مئوية ويدخل إلى الفاصل 3. هنا ، يتم إطلاق ما يصل إلى 60٪ من الأمونيا المتكونة في العمود من الغاز (عند ضغط 30 ميجا باسكال ، لا يمكن للأمونيا أن تتكثف بالكامل في المبرد). يتم إطلاق الأمونيا بشكل كامل عندما يتم تبريد خليط النيتروجين والهيدروجين إلى درجات حرارة منخفضة. يتم إرسال هذا الخليط مع بقايا الأمونيا من الفاصل 3 إلى ضاغط التدوير 4 ثم إلى المرشح 6 لفصل زيت الضاغط. عند مدخل المرشح ، يضاف خليط جديد من النيتروجين والهيدروجين إلى الغازات المتداولة ، ويتم ضغطه إلى ضغط التشغيل باستخدام ضاغط متعدد المراحل. 5. من المرشح ، يتم تغذية خليط الغاز في نظام التكثيف الثانوي للأمونيا ، والذي يتكون من عمود تكثيف 7 ومبخر للأمونيا السائلة 8. في عمود التكثيف ، يتم تبريد الغاز مسبقًا في مبادل حراري موجود في الجزء العلوي من العمود ثم إرساله إلى المبخر 8 ، حيث ، بسبب تبخر الأمونيا السائلة الواردة ، يتم تبريد الغاز إلى -5 درجة مئوية ويتم تكثيف الأمونيا من الغاز إلى محتوى متبقي يبلغ حوالي 2.5٪ NH3 فيه. يتم إطلاق الأمونيا المكثفة في الجزء السفلي من عمود المكثف 7 ، وهو الفاصل. بعد فصل الأمونيا ، يقوم خليط النيتروجين والهيدروجين بتبريد الغاز الذي يدخله في الجزء العلوي من العمود 7 ، ثم يتم إرساله مرة أخرى إلى عمود التوليف 1.

في حالة تخليق الأمونيا عند ضغط أعلى (45 ميجا باسكال وأعلى) ، ليست هناك حاجة لتكثيفها الثانوي ، نظرًا لأن محتوى الأمونيا المتبقي في خليط النيتروجين والهيدروجين عند مخرج مبرد الماء غير مهم.

أرز. 17.16. مخطط تركيب لتخليق الأمونيا تحت ضغط متوسط

وصف العملية التكنولوجية لإنتاج الأمونيا وخصائصها.

. طريقة القوس.تتكون طريقة القوس من نفخ الهواء عبر لهب قوس كهربائي. عند درجة حرارة حوالي 3000 درجة مئوية ، يحدث تفاعل عكسي

2 + س 22NO - س.

يمكن أكسدة أكسيد النيتريك الناتج (II) إلى أكسيد النيتريك (IV) ومعالجته إلى حمض النيتريك ومركبات أخرى. للحصول على 1 طن من النيتروجين المرتبط بهذه الطريقة ، يتم استهلاك 60.000 ... 70.000 كيلو وات ساعة من الكهرباء.

2. طريقة السياناميد.كانت أول عملية صناعية تستخدم لإنتاج الأمونيا هي عملية السياناميد. عندما تم تسخين الجير CaO والكربون ، تم الحصول على كربيد الكالسيوم CaC2. تم بعد ذلك تسخين الكربيد في جو من النيتروجين لإعطاء سياناميد الكالسيوم CaCN2 ؛ تم الحصول على مزيد من الأمونيا عن طريق التحلل المائي للسياناميد:

CaCN 2(تلفزيون) + 3N 2س = 2NH 3؟ + كربونات الكالسيوم 3 (تلفزيون)

تطلبت هذه العملية الكثير من الطاقة وكانت غير مربحة اقتصاديًا.

تعتمد العملية الحديثة للحصول على الأمونيا على قدرة كربيد الكالسيوم المطحون ناعماً عند درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية للتفاعل مع النيتروجين حسب المعادلة

CaS 2+ ن 2= CaCN2 + C + 302 كيلوجول

إن حصة إنتاج النيتروجين المرتبط بطريقة السياناميد صغيرة جدًا.

تتكون طريقة الأمونيا لتثبيت النيتروجين في تركيبها من النيتروجين والهيدروجين باستخدام محفز خاص:

2+ 3 ح 2؟ 2NH3 ؟ + 45.9 كج

تتمتع هذه الطريقة بميزة اقتصادية وتكنولوجية على الطرق الأخرى لتثبيت النيتروجين الأولي.

3. طريقة الأمونيا.تتكون طريقة الأمونيا لربط النيتروجين الجوي في الجمع بين النيتروجين والهيدروجين والحصول على الأمونيا:

ن 2+ 3 ح 2؟ 2NH 3+ س.

إنه الأكثر اقتصادا (استهلاك الكهرباء 4000 ... 5000 كيلو واط ساعة لكل 1 طن من الأمونيا) ، أسهل من الناحية التكنولوجية في التنفيذ مقارنة بالطرق الأخرى لتثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي. في إجمالي إنتاج مركبات النيتروجين ، تمثل الأمونيا أكثر من 90٪. يتم الحصول على الهيدروجين لهذا التفاعل عن طريق التكسير الحراري للهيدروكربونات ، أو عمل بخار الماء على الفحم أو الحديد ، أو تحلل الكحول ببخار الماء ، أو التحليل الكهربائي للماء.

4. أحد أنواع طريقة الأمونيا.في عام 1909 ، تم تطوير طريقة أصلية للإنتاج المتزامن للأمونيا وأكسيد الألومنيوم من البوكسيت عبر نيتريد الألومنيوم وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 14.4.

أرز. 14.4. إنتاج الأمونيا من البوكسيت

تم بناء المنشآت الصناعية بهذه الطريقة في الفترة 1909-1918. في عدد من البلدان ، ولكن لم يتم تطبيق الطريقة بسبب انخفاض كفاءة الإنتاج.

مخططات الإنتاج الكيميائية والرئيسية.

توصف المعادلة المرحلة الرئيسية لعملية تصنيع الأمونيا من خليط النيتريك والهيدروجين:

ن 2+ 3H2 = 2NH 3

ومع ذلك ، نظرًا لأن الطريقة السائدة لإنتاج ABC هي إعادة تشكيل الهواء والبخار للميثان ، فإن المخطط الكيميائي لإنتاج الأمونيا يتضمن ، بالإضافة إلى هذا التفاعل ، العديد من تفاعلات إعادة تشكيل الهواء والبخار:

CH 4+ ح 2O = ZH2 + أول أكسيد الكربون ،

CH 4+ 0.5O 2(ن 2) = 2 ح 2 (ن 2) + شركة

والتحويل اللاحق لأول أكسيد الكربون (II) إلى أول أكسيد الكربون (IV):

أول أكسيد الكربون + ح 2O = H2 + شركة 2

عمود امتصاص إنتاج الأمونيا

بعد إزالة أول أكسيد الكربون (IV) من خليط الغازات وتصحيح تركيبته ، يتم الحصول على ABC بمحتوى من النيتروجين والهيدروجين بنسبة 1: 3.

في هذا الطريق، الإنتاج الحديثتتكون الأمونيا من مرحلتين: تحضير ABC وتحويله إلى أمونيا ، يمثلان مخططًا واحدًا لتكنولوجيا الطاقة يجمع بين عمليات الحصول على ABC وتنقيته وتخليق الأمونيا ويستخدم بشكل فعال التأثيرات الحرارية لجميع مراحل العملية ، والتي يسمح عدة مرات لخفض تكاليف الطاقة.

أرز. 14.7. مخطط الرسم البيانيإنتاج الأمونيا

1 - تنقية الغاز الطبيعي من مركبات الكبريت ، 2 - إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار ، 3 - إعادة تكوين غاز الميثان بالهواء ، 4 - تحويل أول أكسيد الكربون (II) ، 5 - تنقية الامتصاص الكيميائي لـ ABC ، 6 - الميثان ، 7 - تصنيع الأمونيا ، 8 - الأمونيا الامتصاصية ، 9 ضغط الأمونيا ، الغاز الطبيعي الأول ، الغاز المحول II ، III-ABC ، IV- الميثان

يتكون المخطط الأساسي لإنتاج الأمونيا من ثلاث مراحل:

المرحلة الأولى هي إنتاج ABC (خليط النيتروجين):

أعمل: تنقية الغاز الطبيعي من مركبات الكبريت ؛

أنا العملية: تحويل بخار الميثان ؛

أنا العملية: تحويل الهواء من الميثان ؛

العملية الأولى: تحويل أول أكسيد الكربون (II).

المرحلة الثانية هي تنقية الغاز من شوائب الصابورة والشوائب التي تسمم المحفز:

العملية الأولى: تنقية ABC من خلال طرق الامتصاص من أول أكسيد الكربون (II) وأول أكسيد الكربون (IV) ؛

العملية الأولى: تنقية دقيقة لـ ABC من أول أكسيد الكربون (II) وأول أكسيد الكربون (IV) عن طريق الميثان أو التحفيز المسبق.

المرحلة الثالثة هي تصنيع الأمونيا من ABC في وجود محفز.

دروس خصوصية

بحاجة الى مساعدة في تعلم موضوع؟

سيقوم خبراؤنا بتقديم المشورة أو تقديم خدمات التدريس حول الموضوعات التي تهمك.
قم بتقديم طلبمع الإشارة إلى الموضوع الآن لمعرفة إمكانية الحصول على استشارة.

يتم استخدام تأثير درجة الحرارة والضغط والمحفزات على معدل التفاعلات والتوازن الكيميائي بنشاط في الصناعة الكيميائية في إنتاج العديد من المنتجات الكيميائية. في هذا القسم ، سنتعرف على الإنتاج الصناعيالأمونيا وأسهب في الحديث عن كيفية تأثير كل هذه العوامل على إنتاجها. ثم نتعرف على الإنتاج الصناعي لحمض الكبريتيك.

إنتاج الأمونيا الصناعية

هناك ثمانية مصانع للأمونيا في المملكة المتحدة. يتجاوز إنتاجهم المشترك 2 مليون طن في السنة. يتم إنتاج ما يقرب من 5 ملايين طن من الأمونيا سنويًا في جميع أنحاء العالم. على التين. 7.1 مقارنة نمو إنتاج الأمونيا مع نمو سكان العالم. لماذا من الضروري أن تنتج عدد كبير منالأمونيا؟

أرز. 7.1. نمو سكان العالم والإنتاج العالمي للأمونيا.

الجدول 7.2. تطبيقات الأمونيا والمنتجات ذات الصلة

إنها ضرورية بشكل أساسي لإنتاج الأسمدة المحتوية على النيتروجين. يستهلك إنتاج الأسمدة ما يقرب من 80٪ من إجمالي إنتاج الأمونيا] جنبًا إلى جنب مع الأسمدة المحتوية على النيتروجين ، يتم وضعها في التربة في صورة قابلة للذوبان تحتاجها معظم النباتات. يتم استخدام نسبة 20٪ المتبقية من الأمونيا المنتجة لإنتاج البوليمرات والمتفجرات ومنتجات أخرى! يتم سرد التطبيقات المختلفة للأمونيا في الجدول. 7.2

إنتاج الأمونيا

كانت أول عملية صناعية تستخدم لإنتاج الأمونيا هي عملية السياناميد. تم الحصول على كربيد الكالسيوم عن طريق تسخين الجير والكربون ، ثم تم تسخين كربيد الكالسيوم تحت تأثير النيتروجين للحصول على سياناميد الكالسيوم. تم الحصول على الأمونيا عن طريق التحلل المائي لسياناميد الكالسيوم:

تتطلب هذه العملية الكثير من الطاقة وكانت غير اقتصادية.

في عام 1911 ، اكتشف F.Haber أنه يمكن تصنيع الأمونيا مباشرة من النيتروجين والهيدروجين باستخدام محفز الحديد. كان أول مصنع لإنتاج الأمونيا بهذه الطريقة يستخدم الهيدروجين ، والذي تم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي في الماء ، وبعد ذلك بدأ الحصول على الهيدروجين من الماء عن طريق الاختزال بفحم الكوك. هذه الطريقة في إنتاج الهيدروجين أكثر اقتصادا.

فريتز هابر (1868 1934)

في عام 1908 ، اكتشف الكيميائي الألماني هابر أنه يمكن إنتاج الأمونيا بواسطة الهيدروجين والنيتروجين الجوي على محفز حديدي. تتطلب هذه العملية ضغطًا مرتفعًا ودرجة حرارة عالية بشكل معتدل. سمح اكتشاف هابر لألمانيا بمواصلة إنتاج المتفجرات خلال الحرب العالمية الأولى. في هذا الوقت ، منع الحصار المفروض على الوفاق استيراد الرواسب الطبيعية من نترات البوتاسيوم (الملح الصخري التشيلي) إلى ألمانيا ، والتي كانت تُستخدم سابقًا كمادة خام لإنتاج المتفجرات.

بعد عام من تطوير هابر لعملية تخليق الأمونيا ، ابتكر قطبًا زجاجيًا لقياس الأس الهيدروجيني (خصائص القاعدة الحمضية) للحلول (انظر الفصل 10).

حصل هابر على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1918. بعد وصول هتلر إلى السلطة ، أُجبر هابر على الهجرة من ألمانيا في عام 1933.

(تم وصف إنتاج حامض النيتريك والنترات من الأمونيا في القسم 1)

عملية إنتاج الأمونيا الحديثة

تعتمد العملية الحديثة للحصول على الأمونيا على تركيبها من النيتروجين والهيدروجين عند درجات حرارة 380-450 درجة مئوية وضغط 250 ضغط جوي باستخدام محفز الحديد:

يتم الحصول على النيتروجين من الهواء. ينتج الهيدروجين عن طريق تقليل الماء (البخار) بمساعدة غاز الميثان من الغاز الطبيعي أو من النفتا. النفثا (النفثا) عبارة عن خليط سائل من الهيدروكربونات الأليفاتية ، يتم الحصول عليه أثناء معالجة النفط الخام (انظر الفصل 18).

إن عمل مصنع الأمونيا الحديث معقد للغاية. على التين. يوضح الشكل 7.2 مخططًا مبسطًا لمصنع أمونيا يعمل بالغاز الطبيعي. يتضمن مخطط العمل هذا ثماني مراحل.

المرحلة الأولى. إزالة الكبريت من الغاز الطبيعي. يعد هذا ضروريًا لأن الكبريت مادة حفازة (انظر القسم 9.2).

المرحلة الثانية. إنتاج الهيدروجين عن طريق الاختزال بالبخار عند 750 درجة مئوية وضغط 30 ضغط جوي باستخدام محفز نيكل:

المرحلة الثالثة. كمية الهواء واحتراق جزء من الهيدروجين في أكسجين الهواء المحقون:

والنتيجة هي خليط من بخار الماء وأول أكسيد الكربون والنيتروجين. ينخفض بخار الماء بتكوين الهيدروجين كما في المرحلة الثانية.

المرحلة الرابعة. تشكلت أكسدة أول أكسيد الكربون في الخطوتين 2 و 3 إلى ثاني أكسيد الكربون من خلال تفاعل "التحول" التالي:

يتم تنفيذ هذه العملية في "مفاعلات القص". في الحالة الأولى ، يتم استخدام محفز أكسيد الحديد ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية. الثاني يستخدم محفز نحاسي ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة 220 درجة مئوية.

أرز. 7.2 مراحل العملية الصناعية للحصول على الأمونيا.

المرحلة الخامسة. غسل ثاني أكسيد الكربون من خليط غازي باستخدام محلول قلوي مخزّن من كربونات البوتاسيوم أو محلول من بعض الأمين ، مثل إيثانولامين. يتم في النهاية تسييل ثاني أكسيد الكربون واستخدامه في صنع اليوريا أو إطلاقه في الغلاف الجوي.

المرحلة السادسة. بعد المرحلة الرابعة ، يتبقى حوالي 0.3٪ من أول أكسيد الكربون في خليط الغازات. نظرًا لأنه يمكن أن يسمم محفز الحديد أثناء تخليق الأمونيا (الخطوة الثامنة) ، تتم إزالة أول أكسيد الكربون عن طريق تحويل الهيدروجين إلى الميثان عبر محفز نيكل عند 325 درجة مئوية.

المرحلة السابعة. يتم ضغط خليط الغاز ، الذي يحتوي الآن على ما يقرب من 74٪ هيدروجين و 25٪ نيتروجين ؛ بينما يزيد ضغطها من 25-30 صراف آلي إلى 200 صراف آلي. نظرًا لأن هذا يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الخليط ، يتم تبريده فورًا بعد الضغط.

المرحلة الثامنة. يدخل الغاز من الضاغط الآن "دورة تصنيع الأمونيا". المخطط الموضح في الشكل. 7.2 يعطي نظرة مبسطة لهذه المرحلة. أولاً ، يدخل خليط الغاز إلى المحول الحفاز ، الذي يستخدم محفزًا حديديًا ويحافظ على درجة حرارة 380-450 درجة مئوية. خليط الغازات الخارج من هذا المحول لا يحتوي على أكثر من 15٪ أمونيا. ثم يتم تسييل الأمونيا وإرسالها إلى قادوس الاستقبال ، ويتم إرجاع الغازات غير المتفاعلة إلى المحول.

اختيار الظروف المثلى لعملية تصنيع الأمونيا

لكي تكون عملية تخليق الأمونيا فعالة واقتصادية قدر الإمكان ، من الضروري تحديد شروط تنفيذها بعناية. أهم المؤشرات التي يتم أخذها في الاعتبار في هذه الحالة هي: 1) الإخراج ، 2) السرعة و 3) كثافة الطاقة للعملية. دعونا ننتقل إلى المرحلة الثامنة من العملية ، أي مباشرة إلى تخليق الأمونيا ، ودراسة تأثير الضغط ودرجة الحرارة والعوامل الحفازة على كفاءة هذه العملية.

تأثير الضغط. كما ذكر أعلاه ، يمكن تمثيل إنتاج الأمونيا بالمعادلة التالية:

يتم إعطاء ثابت التوازن لهذا التفاعل بواسطة

إذا عبرنا عن الضغوط الجزئية للغازات المتضمنة في هذا التعبير من حيث الكسور الجزيئية والضغط الكلي P في النظام ، نحصل على التعبير التالي:

يمكن تبسيط هذا التعبير بإعطائه الصورة

عند درجة حرارة معينة ، يجب أن تظل القيمة ثابتة. إذا ارتفع الضغط الكلي P في النظام ، فيجب أن ينخفض المصطلح في التعبير أعلاه. ويترتب على ذلك أنه نظرًا لأن الحجم يجب أن يظل ثابتًا ، يجب زيادة النسبة. وبالتالي فإن الزيادة في الضغط الكلي يجب أن تؤدي إلى الزيادة والنقصان ، وبالتالي فإن زيادة الضغط تفضل التفاعل الأمامي ، أي زيادة محصول الأمونيا.

تأثير درجة الحرارة والعوامل الحفازة. يعتبر تخليق الأمونيا عملية طاردة للحرارة (انظر الجدول 7.1 ، أ). لذلك ، يجب أن تفضل الزيادة في درجة الحرارة التفاعل العكسي (انظر القسم السابق). هذا يعني أن خفض درجة الحرارة يجب أن يزيد من مردود تفاعل تخليق الأمونيا (الشكل 7.3). لسوء الحظ ، في درجات الحرارة المنخفضة ، يتباطأ معدل هذا التفاعل ، وبالتالي معدل إنتاج الأمونيا ، بشكل كبير. بمعنى آخر ، في درجات الحرارة المنخفضة ، يجب أن تكون العملية ذات إنتاجية منخفضة ، وبالتالي كفاءة منخفضة. لتحقيق الأداء الأمثل ، يجب عليك اختيار حل وسط بين طرفين:

1) إنتاجية عالية ومعدل تفاعل منخفض (عند درجات حرارة منخفضة) و

2) إنتاجية منخفضة ومعدل تفاعل مرتفع (عند درجات حرارة عالية).

أرز. 7.3. تأثير درجة الحرارة والضغط على إنتاج الأمونيا في عملية هابر (تم شرح مصطلح "العائد النسبي" في القسم 4.2).

بالطبع ، يتم زيادة معدل التفاعل باستخدام محفز. وبالتالي ، فإن المحفز يسمح بتنفيذ العملية بشكل أكثر كفاءة في درجات حرارة منخفضة. تزداد كفاءة محفز الحديد المستخدم في تصنيع الأمونيا إذا أضيف إليه ما يسمى بالمحفزات. يتم استخدام أكاسيد البوتاسيوم والألمنيوم لتعزيز كفاءة محفز الحديد.

توضح المراجعة التفصيلية لاقتصاديات عملية تصنيع الأمونيا أنه لتحقيق العائد والإنتاجية المثلى ، يجب الحفاظ على درجة الحرارة عند حوالي 400 درجة مئوية والضغط عند 250 ضغط جوي.

توازن الطاقة

ينتج مصنع الأمونيا النموذجي حوالي 1000 طن من الأمونيا يوميًا. في الوقت نفسه ، تبلغ الحاجة إلى بخار الماء 6000 طن / يوم لتشغيل التوربينات البخارية التي تعمل من خلالها الضواغط. لحسن الحظ ، فإن العمليات الكيميائية المتضمنة في إنتاج الأمونيا طاردة للحرارة. كل الطاقة التي يتم إطلاقها المراحل الأولىعملية إنتاج الأمونيا ، لإنتاج بخار مضغوط للغاية. يتم استخدام الطاقة المنبعثة مباشرة من تخليق الأمونيا نفسه (المرحلة 8) للحفاظ على درجة حرارة المحول الحفاز عند 400 درجة مئوية. تبلغ الكفاءة الحرارية الإجمالية لمصنع الأمونيا حوالي 60٪. بمعنى آخر ، ما يقرب من 40٪ من الطاقة المستهلكة ، والتي يوفرها الغاز الطبيعي ، هي فقدان الحرارة.

ميزات تصميم مصنع الأمونيا

يتطلب تصميم مصنع الأمونيا الحديث وموظفيه وتشغيله مشاركة متخصصين مؤهلين واستخدام معدات هندسية معقدة. على سبيل المثال ، يجب تصميم الضواغط المستخدمة في المرحلة الثالثة من عملية ضغط الهواء وفي المرحلة السابعة لضغط الغاز التخليقي (خليط من النيتروجين والهيدروجين) لتحمل ضغوط عالية جدًا - تصل في بعض الحالات إلى 350 ضغط جوي. يتم تشغيل هذه الضواغط بواسطة توربينات بخارية ، والتي تستقبل البخار عند ضغط 100 ضغط جوي وفي درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية. تدور هذه التوربينات بسرعات تصل إلى عدة آلاف من الدورات في الدقيقة.

يجب أن تلبي المفاعلات التي يتم فيها تصنيع الأمونيا أيضًا متطلبات عالية جدًا. في ظل الضغوط ودرجات الحرارة المرتفعة التي تعمل بها هذه المفاعلات ، يمكن للهيدروجين مهاجمة الفولاذ عن طريق الانتشار في المعدن. نتيجة لذلك ، يتفاعل الهيدروجين مع الكربون الموجود في الفولاذ لتكوين غاز الميثان. يؤدي هذا إلى تكوين ثقوب في المعدن ويجعل الفولاذ هشًا. لمنع ذلك ، تُصنع المفاعلات من سبائك خاصة تحتوي على الكروم والموليبدينوم والنيكل.

يعتبر موقع مصنع الأمونيا أيضًا ذا أهمية اقتصادية كبيرة. من الناحية المثالية ، يجب أن يقع مثل هذا المصنع بالقرب من 1) مصادر الطاقة ؛

2) مصادر المياه التي يمكن استخدامها بكميات كبيرة ؛

3) طرق النقل: الطرق السريعة ، السكك الحديديةأو الأنهار أو البحار.

توجد أربعة مصانع للأمونيا في المملكة المتحدة بالقرب من بيلينجهام على النهر. تاي (في اسكتلندا). تم اختيار هذا المكان في وقت واحد بسبب قربه من رواسب الفحم في دورهام. وقد ثبت أنها مريحة حتى اليوم بسبب قربها من رواسب النفط والغاز على الجرف القاري لبحر الشمال.

الأمونيا (NH 3) هي مركب من النيتروجين والهيدروجين. إنه غاز خفيف ذو رائحة نفاذة. يعد إنتاج الأمونيا في الصناعة والمختبرات ضروريًا لإنتاج الأسمدة والبوليمرات وحمض النيتريك ومواد أخرى.

في الصناعة

يتم إنتاج الأمونيا صناعياً من النيتروجين عن طريق دمجها مع الهيدروجين. يؤخذ النيتروجين من الهواء والهيدروجين - من الماء. تم تطوير الطريقة لأول مرة بواسطة الكيميائي الألماني فريتز هابر. بدأت الطريقة الصناعية لإنتاج الأمونيا تسمى عملية هابر.

يستمر التفاعل مع انخفاض في الحجم وإطلاق طاقة في شكل حرارة:

3H 2 + N 2 → 2NH 3 + Q.

يكون رد الفعل قابلاً للانعكاس ، لذا يجب استيفاء عدة شروط. عند الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة ، تزداد كمية الأمونيا المنتجة. ومع ذلك ، فإن درجات الحرارة المنخفضة تبطئ من معدل التفاعل ، وتزيد زيادة درجة الحرارة من معدل التفاعل العكسي.

تجريبيًا ، تم العثور على الشروط اللازمة للتفاعل:

درجة الحرارة- 500 درجة مئوية ؛
الضغط- 350 صراف آلي ؛
عامل حفاز- أكسيد الحديد Fe 3 O 4 (أكسيد الحديد الأسود) مع شوائب من أكاسيد الفضة والبوتاسيوم والكالسيوم ومواد أخرى.

في ظل هذه الظروف ، يحتوي الغاز الناتج على 30٪ أمونيا. لتجنب رد فعل عكسي ، يتم تبريد المادة بسرعة. في درجات حرارة منخفضة ، يتحول الغاز الناتج إلى سائل. يتم إرجاع الغازات غير المنفقة - النيتروجين والهيدروجين - إلى عمود التوليف. تساعد هذه الطريقة في الحصول بسرعة على كميات كبيرة من الأمونيا ، مما يزيد من استخدام المواد الخام.

أرز. 1. الحصول على الأمونيا صناعياً.

للعثور على المحفز المناسب ، تمت تجربة 20000 مادة مختلفة.

في المختبر

للحصول على الأمونيا في المختبر ، يتم استخدام تفاعل القلويات مع أملاح الأمونيوم:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

أيضًا ، يمكن الحصول على الأمونيا في المختبر من كلوريد الأمونيوم الذي يتم تسخينه مع الجير المطفأ ، أو عن طريق تحلل هيدروكسيد الأمونيوم:

2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O ؛
NH 4 OH - NH 3 + H 2 O.

أرز. 2. الحصول على الأمونيا في المختبر.

يمكن تجفيف الأمونيا تمامًا باستخدام خليط من الجير وهيدروكسيد الصوديوم ، والذي يتم من خلاله تمرير الغاز الناتج. لنفس الغرض ، يتم خلط الأمونيا السائلة بمعدن الصوديوم وتعريضها للتقطير.

الأمونيا أخف من الهواء ، لذلك يتم تعليق أنبوب الاختبار رأسًا على عقب لتجميعها.

طلب

تستخدم الأمونيا في صناعات مختلفة:

في الزراعة- لإنتاج الأسمدة المحتوية على النيتروجين ؛
في الصناعة - لإنتاج البوليمرات والمتفجرات والجليد الاصطناعي ؛
في الكيمياء - لتصنيع حامض النيتريك والصودا.
في الطب - مثل الأمونيا.

أرز. 3. صنع الأسمدة.

ماذا تعلمنا؟

يتم إنتاج الأمونيا بالطرق الصناعية والمخبرية. للإنتاج على نطاق صناعي ، يتم استخدام النيتروجين والهيدروجين. عند الخلط تحت درجة حرارة عالية وضغط وتحت تأثير عامل حفاز ، تشكل مواد بسيطة الأمونيا. لمنع التفاعل عند درجة حرارة عالية من التحرك في الاتجاه المعاكس ، يتم تبريد الغاز. في المختبر ، يتم الحصول على الأمونيا عن طريق تفاعل أملاح الأمونيوم مع القلويات أو الجير المطفأ أو عن طريق تحلل هيدروكسيد الأمونيوم. تستخدم الأمونيا في الصناعة الكيميائية والزراعة والطب والكيمياء.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط تقييم: 4.2 مجموع التصنيفات المستلمة: 263.

N2 (ز) + 3H2 (ز) = 2NH3 (ز)

المرحلة الأولى. إزالة الكبريت من الغاز الطبيعي. يعد هذا ضروريًا لأن الكبريت مادة حفازة (انظر القسم 9.2).

CH4 (g.) + H2O (g.) \ u003d CO (g.) + ZH 2 (g.)

المرحلة الثالثة. كمية الهواء واحتراق جزء من الهيدروجين في أكسجين الهواء المحقون:

2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) والنتيجة هي خليط من البخار وأول أكسيد الكربون والنيتروجين. ينخفض بخار الماء بتكوين الهيدروجين كما في المرحلة الثانية.

المرحلة الرابعة. أكسدة أول أكسيد الكربون المتكون في المرحلتين 2 و 3 إلى ثاني أكسيد الكربون عن طريق تفاعل "التحول" التالي: CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)

يتم تنفيذ هذه العملية في "مفاعلات القص". الأول يستخدم محفز أكسيد الحديد ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة حوالي 400 درجة مئوية ، والثاني يستخدم محفز نحاسي ويتم تنفيذ العملية عند درجة حرارة 220 درجة مئوية.

المرحلة الخامسة. غسل ثاني أكسيد الكربون من خليط غازي باستخدام محلول قلوي منظم من كربونات البوتاسيوم أو محلول من بعض الأمين ، مثل إيثانولامين NH2CH2CH2OH. يتم في النهاية تسييل ثاني أكسيد الكربون واستخدامه في صنع اليوريا أو إطلاقه في الغلاف الجوي.