Промышленное производство аммиака

Аммиак или аммониак бесцветный газ с чрезвычайно острым, характерным, вызывающим слезы запахом, состоящий из 1 объема азота и 3 объемов водорода, а потому отвечающий формуле NH3 (связи N— Н полярны;, у атома N имеется неподеленная пара электронов, к-рая обусловливает способность аммиака к образованию донорно-акцепторной и водородной связей; для NH3 т. пл. -77,7°С, т. кип. -33,35°С)
Структура молекулы NH3

Нахождение в природе
Небольшие количества аммиака находятся в воздухе в виде углекислой и азотнокислой соли аммония, откуда они уносятся атмосферными осадками, как например дождем, росой, снегом и достигают таким образом поверхности земли уже в более концентрированном состоянии; поглощенный почвою аммиак является важным питательным материалом для растительных организмов и преобразуется ими в белки и прочие необходимые составные части растении.

Действие на организм
При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательных пути, при хронических отравлениях наблюдаются расстройство пищеварения, ослабление слуха. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги кожи. Смесь аммиака с воздухом взрывоопасна

Аммиак был открыт Дж. Пристли в 1774г. и назван им щелочным воздухом или газом. Твердый аммиак - бесцветные кристаллы с кубической решеткой (а = =0,515 нм, 2 = 4, пространств, группа Р213). Жидкий аммиак растворяет щелочные и щел.-зем. металлы, Al, Eu, Yb, P, S, I, мн. интерметаллиды.

Схема производства аммиака
включает следующие стадии:
Характеристика реакции синтеза аммиака: Аммиак образуется при взаимодействии азота с водородом: N2 + 3H2 → 2NH3 + Q .
Синтез аммиака – реакция обратимая, экзотермическая, гетерогенно – каталитическая. Для проведения реакции синтеза аммиака необходима повышенная температура. Если, реакция идет с уменьшением объема, то при повышении давления ее равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Высокий выход аммиака может быть получен только при высоком давлении.
Сжатие
азотово-
дородной
смеси
Нагревание
смеси
Синтез
аммиака
Охлаждение
газовой
смеси
Отделение
аммиака
от газовой
смеси

Условия промышленного
синтеза аммиака:
Давление - 300-350 МПа наибольший выход
Проблема: процесс должен идти при высоком давлении и температурах.
При таких условиях азот и водород взаимодействует со сталью конструкций. Поэтому оборудование должно быть изготовлено из материала не только сверхпрочного, но и инертного.
Такой материал очень дорог.
Поэтому осуществление синтеза аммиака при высоком давлении порядка 300 МПа делает его производство дорогим и к тому же небезопасным.

СИНТЕЗ АММИАКА:
Вспомогательный материал: катализатор (пористое железо).
Основной химический процесс: азотоводородную смесь получают парокислородной конверсией метана:
СН4 + Н2O(г) ↔ СО + ЗН2 — 207 кДж
2СН4 + O2 ↔ 2СО + 4Н2 + 70 кДж
СО + Н2O(г) ↔ СO2 + Н2 + 42 кДж
Газы реагируют при 450—500 °С в присутствии катализатора под давлением 15-106 Па
с образованием 10—20% аммиака:
N2 + ЗН2 ↔ 2NН3 + 92 кДж
Рис.Устройство аппарата
синтеза аммиака

Аппараты для синтеза аммиака