中学化学中有关合成氨工业的教学策略:合成氨工业生产中用a
时间：2019-01-04 03:27:27 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
人教版中学化学(选修)第三册中讲述了合成氨的有关知识,这节内容难度较大,实验操作危险系数大,如何在课堂教学中顺利、准确、系统地完成这项教学任务一直被视为教学难点。下面我结合多年教学经验谈谈本节内容的教学策略。
一、合成氨工业在中学化学教学中的地位及作用
知识技能:初步认识合成氨的化学原理;了解应用化学反应速率和化学平衡原理来选择适宜的化工生产条件的一般原则;了解合成氨生产的主要流程。
二、引导学生思考合成氨工业条件的选择
1.温度。从平衡角度考虑,合成氨低温有利,但温度过低,速率很慢,需要很长的时间才能达到平衡,很不经济,所以实际生产中,采用500℃左右的适宜温度。(此时催化剂的活性最大)
2.压强。温度一定时,增大混合气的压强有利于氨的合成;但压强越大需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求越高。一般采用2×10―5×10Pa的高压。
3.催化剂。为加快反应速度,采用以铁为主体的多成分催化剂,以称铁触媒。
在实际生产中,我们还需要将生成的NH及时分离出来,并且不断地向循环气体中补充N、H,以增加浓度。
疑难问题分析:适宜条件的选择。
目的:尽可能加快反应速率和提高反应进行程度。
依据:外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律。
原则:①既要注意条件对速率的影响,又要注意对转化率的影响。
②既要注意温度、催化剂对速率的影响,又要注意催化剂活性对温度的限制。
③既要注意理论生产,又要注意实际可能性。
适宜条件:①2×10―5×10Pa;②500℃;③铁触媒;④循环操作,氨及时分离,增加N、H浓度。
三、展示合成氨工业流程,最好参观合成氨工厂生产流程
合成氨工艺,其工艺流程为:
1.无烟煤或焦碳破碎筛分→煤气化→煤气预处理→煤气变换→脱除残硫或脱除CO→甲烷化→合成气压缩→氨合成,其特征在于脱除残硫或脱除CO。
2.采用低温甲醇洗技术,煤气预处理后,大部分进入氨合成工艺,小部分作为燃气透平的燃料,带动煤气压缩机,外来脱盐水经煤气变换工序末端冷却器预热后进入脱氧槽脱氧,脱氧水大部分泵往煤气化工序和氨合成工序的锅炉给水预热器和废热锅炉,产生压力为2.5―6.5MPa的饱和蒸汽,经过热,导入蒸汽透平,膨胀做功,背压蒸汽小部分导入脱氧槽,大部分经燃气透平的排烟道加热后导往煤气化工序,余热回收工序和煤气变换工序的装置间设有循环热水管道。
无烟煤或焦碳破碎筛分→煤气化(C+HO=CO+H)→煤气预处理→煤气变换(CO+HO=CO+H)→脱除残硫或脱除CO→甲烷化→合成气压缩→氨合成(N+3H=2NH),有条件的地方最好参观合成氨工厂生产流程。参观工厂生产各环节,边参观边思考,以达到运用知识的目标。
四、了解用途
合成氨是生产尿素、磷酸铵、硝酸铵等化学肥料的主要原料,工业生产过程是以天然气或煤炭为原料通过水蒸气重整工艺制得氢气,然后与氮气进行高压合成制得合成氨。
五、国内先进工艺简介
据中国化工报报道,南京国昌化工科技有限公司已开发成功自热非等压醇烷化合成氨原料气净化新工艺,并在山东肥城化肥厂装置上获应用,总醇氨规模达20万吨,各项运行指标均达到国内先进水平。该工艺比原铜洗工艺降低吨氨成本90元,且可比其他净化工艺多产甲醇,为我国氮肥行业节能降耗、保护环境、实现多种经营创出一条新路。
自热非等压醇烷化合成氨原料气净化新工艺是在合成氨原料气压缩至8.0―16.0MPa压力下设置一套中压醇化装置,再在20―31.40MPa压力等级下设置一套高压醇化和一套高压烷化装置。中压醇化装置以产醇为主,可实现1∶1―1∶10的醇氨比;高压醇化及高压烷化装置以净化为主。
六、合成氨工业废水污染现状
我国合成氨企业普遍规模小、能耗高和管理水平低,所以造成了严重的水污染等问题。分析原因主要有以下几个方面。
1.废稀氨水的大量排放。企业废水中氨严重超标的主要原因是合成、精炼、脱硫等工段大量废稀氨水的直接排放所造成的。近几年来,人们在废稀氨水回收方面做了大量的技术研究工作,对以生产碳酸氢按为主导产品的企业来说,将工艺装置排放的稀氨水通过逐级提浓后送入碳化工段制成碳酸氢氨的办法,基本做到了稀氨水的回收与利用。但是对于以生产液氨、尿素和非碳酸氢按产品的合成氨企业来说,氨氮污染问题仍未得到有效的控制。因此走“清洁生产”之路,尽快寻求一种技术先进、经济合理,适合中、小型合成氨生产企业经济状况的氨回收技术已经成为当务之急。
2.工业废水和污水混合排放,造成排水量大。多年来,合成氨企业废水排放大多采用混流方式,即各生产工段排放的污水与循环冷却水系统排放的较清洁废水混合后一起排放,这不仅增大了污水的排放量,而且造成了大量水资源的严重浪费。因此,已建成的污水处理站投资费用和运行费用均居高不下,企业难以正常运行。“清污分流,分质处理,循环利用”应是治理合成氨工业水环境污染重点考虑的问题。
3.污水治理技术相对滞后。由于合成氨企业污水中成分比较复杂,采用传统的活性污泥法处理工艺,可能对去除COD效果较好,但难以保证特征污染物氨氮的有效去除。尽快加强合成氨污水治理新技术的开发与应用研究,强化氨氮脱除效率,是摆在我们面前新的研究任务。
总之,教师应在宏观上把握知识结构,在教学活动中采取灵活多样的方式,让学生感到化学就在身边,化学与实际生产密切相关。
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