实验室合成氨装置作用

① 实验室里加热氯化铵和氢氧化钙的固体来制取氨气。那工业是如何制取氨气的呢工业的制取和实验室的制取的

答案：工业制氨气是用N2和H2化合生成氨气

实验室制氨气是氯化铵和氢氧化钙的固体共热生成氨气

一、氨气的工业制法：

1、反应原理：

3、注意：①棉花的作用：可减小NH3与空气的对流速度,收集到纯净的NH3。

②源轿Ca(OH)2 不能用纳裂缺NaOH代替。

② 关于合成氨

20世纪初发展出来来，由源大气中氮制氨的化学方法。是化学方法方面最重要的发明之一，因为它使大气中氮的固定成为可能，从而还能由将转化为硝酸来生产肥料（和炸药）所需的硝酸盐。哈伯（F.Haber）在理论的实验上证明，如何维持来自空气的氮和来自水中的氢在适当的温度和压力，并在有催化剂的情况下反应。博施（C.Bosch）还证明如何在工业规模上实现这种方法。总反应是3H2+n2=2NH3

③ 简述转化工序在整个合成氨装置中的重要性

以天然气为原料生产合成氨，采用的是天然气加压催化蒸气转化法。此法不仅适用于天然气，也适用于油田气，炼油气等以甲烷为主的气体。但由于原料气不同，所以催化反应的条件亦有所不同。 转化工序的作用，是将主要脱硫合格后的天然气和从系统来的中压蒸汽混合，给加热到500°C左右，在镍催化剂的作用下，转化成半水煤气，作为合成氨和氨加工产品的原料气。
目前采取的甲烷蒸汽转化法，除一段炉及其烧嘴结构各有特点外，在工艺流程上均大同小异，都包括有一、二段转化，原料气预热及预热回收。

进一段炉前的气体预热温度不能过高，水碳比不能过小，否则，可能发生析碳反应。 向二段转化炉顶部加入工艺空气（开车阶段）时，应达到以下条件：①一段炉出口总管温度在700以上；②一段转化炉气加大到40以上；③工艺空气的压力比炉内压力高0.5Mpa。上述三个条件同时具备时，才允许向二段炉加入工艺空气，以防止炉顶温度过低，达不到燃烧温度或一段转化倒入空气管而引起爆炸。为防止此种情况的发生，现在很多厂家都在工艺空气管道上设计安装了安全锁保护装置，确保安全生产。
转化反应是可逆反应，要使反应向生成物方向进行，除提高温度，适当降低压力外，最重要的是增大反应物水的浓度，既提高水碳比，使水碳比高于理论值。 提高水碳比，能防止析碳反应发生，但不可提得太高，这样将适得的其反。一般水碳比控制在3.5——4即可。 调节好转化气的气体成分是很重要的，要根据生产实际情况，适时调节气体成分，达到后工序以及合成氨所需比例的要求。

④ 实验室氨气的原理,装置,收集及检验

加热固体铵盐和碱的混合物

反应原理：2NH₄Cl+Ca(OH)₂=加热= CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O

反应装置：固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）等。

净化装置（可省略）：用碱石灰干燥。

收集装置：向下排空气法，验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。

尾气装置：收集时，一般在管口塞一团棉花球，可减少NH₃与空气的对流速度，收集到纯净的NH₃。

注意事项：

不能用NH₄NO₃跟Ca(OH)₂反应制氨气。硝酸铵受撞击、加热易爆炸，且产物与温度有关，可能产生NH₃、N₂、N₂O、NO。

实验室制NH₃不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)₂。因为NaOH、KOH是强碱，具有吸湿性(潮解)易结块，不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下，对玻璃仪器有腐蚀作用，所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH))₂制NH₃。

用试管收集氨气要堵棉花。因为NH₃分子微粒直径小，易与空气发生对流，堵棉花目的是防止NH₃与空气对流，确保收集纯净；减少NH₃对空气的污染。

实验室制NH₃除水蒸气用碱石灰，而不采用浓H₂SO₄和固体CaCl₂。因为浓H₂SO₄与NH₃反应生成(NH₄)₂SO₄。NH₃与CaCl₂反应能生成CaCl₂·8NH₃（八氨合氯化钙）。

(4)实验室合成氨装置作用扩展阅读：

氨气的工业制法：

空气中的氮气加氢

随着大型化的发展，氨合成圈已成为降低合成氨能耗的主要单元之一。近代大型氨合成装置的代表设计有三种：

1、布朗的三塔三废锅氨合成圈

布朗三塔三废锅氨合成圈由3个合成塔和3个废锅组成。塔内有催化剂筐，气体由外壳与筐体的间隙从底部向上流过，再由上向下轴向流过催化剂床。三塔催化剂装填量比二塔多，最终出口氨含量可以从16.5%提高到21%以上，减少了循环气量，节省了循环压缩功。

合成塔控制系统非常简单，各塔设有旁路用阀门调节气体入塔温度。由于氨合成反应平衡的限制，决定了催化剂温度，不需要调节催化剂床层反应温度。

2、伍德两塔三床两废锅氨合成圈

伍德两塔三床两废锅氨合成圈采用两个较小的合成塔，3个催化剂床，两塔塔后各连一个废锅。这种结构使反应温度分布十分接近最优的反应温度，气体的循环量和压降小，投资和能耗节省，副产高压蒸汽多。

3、托普索两塔三床两废锅氨合成圈

托普索S-250系统采用无下部换热的S-200合成塔和S-50合成塔组成。

还包括：

（1）废锅和锅炉给水换热器回收废热；

（2）合成塔进出气换热器，水冷器，氨冷器和冷交换器，氨分离器及新鲜气氨冷器等。合成塔为径向流动催化剂床，采用1.5mm～3mm小催化剂，压降为0.3MPa。由S-200型塔出来的合成气，经废热锅炉回收热量，并保证入S-50型塔的合适温度，以提高单程合成率。

⑤ 二段转化炉在合成氨生产过程中起什么作用

二段转化炉是合成氨装置中最关键的设备之一。经一段转化后的工艺气介质．尚需在二段转化炉中进一步转化，使工艺原料气在氢类蒸汽转化后达到工艺所要求的甲烷（CH4）含量0.9％以下，同时转化后的工艺介质含较高的热能，可由下游的废热锅炉回收并产生高温蒸汽。
二段转化炉是合成氨生产装置中使用温度最高的反应设备，其运行良好与否对整个工艺生产系统影响较大，使用、维护、和检修好该设备意义重大。

⑥ 氨气制备方法

氨气制备方法指的是制取氨气的方法。氨气是实验室与生产中的常用气体。制取氨气的方法主要有加热固体氯化铵与熟石灰的混合物，然后将气体收集起来。

氨气制备方法的工艺流程有很多方案，世界各国采用的也不尽相同。至2014年为止世界上比较先进的有布朗三塔三废锅氨合成圈[2]、伍德两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。

氨气制备的实验室制法，固体铵盐制取
加热固体铵盐和碱的混合物
反应原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O

装置图1
反应装置：固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）等。
净化装置（可省略）：用碱石灰干燥。
收集装置： 向下排空气法，验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。
尾气装置：收集时，一般在管口塞一团棉花球，可减少NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3。
注意事项：
不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气。硝酸铵受撞击、加热易爆炸，且产物与温度有关，可能产生NH3、N2、N2O、NO。[5]
实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2。因为NaOH、KOH是强碱，具有吸湿性(潮解)易结块，不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下，对玻璃仪器有腐蚀作用，所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。
用试管收集氨气要堵棉花。因为NH3分子微粒直径小，易与空气发生对流，堵棉花目的是防止NH3与空气对流，确保收集纯净；减少NH3对空气的污染。
实验室制NH3除水蒸气用碱石灰，而不采用浓H2SO4和固体CaCl2。因为浓H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4。NH3与CaCl2反应能生成CaCl2·8NH3（八氨合氯化钙）。CaCl2+8NH3= CaCl2·8NH3
氮化物制取
可以用氮化物与水反应或者叠氮化物分解。如：[5]
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3↑

氨气制备方法中浓氨水制取
反应原理：NH3·H2O NH3↑+H2O。
装置图2
这种方法一般用于实验室快速制氨气。
装置：烧瓶，酒精灯，铁架台，橡胶塞，导管等。
注意事项：加热浓氨水时也会有水蒸气，需要用干燥装置除杂。同上，这种方法制NH3除水蒸气用碱石灰，而不要采用浓H2SO4和固体CaCl2 。[5]
浓氨水中加固态碱性物质
反应原理：浓氨水中存在以下平衡：

装置图3
NH3+H2O⇌ NH3·H2O⇌NH4+ +OH-，[6]
加入固态碱性物质（如CaO，NaOH，碱石灰等），消耗水且使c(OH-)增大，使平衡移动，同时反应放热，促使NH3·H2O的分解。

氨气制备方法中工业合成氨技术
合成氨指由氢气、氮气在高压、高温、催化剂作用下直接化合生成的氨，是固氮的一种方法。目前世界上的氨，除少数从焦炉气中回收的副产品外，绝大部分均由合成法制造。该法生产工艺基本过程如下：[7]
造气
合成氨原料气中的氮气一般来自空气，氢气则需要制备。制氢的原料有天然气、石脑油、重质油、煤等。
脱硫
制氢的原料中，一般含有少量的硫化氢或硫化物，它们会进入原料气中，这些含硫物质，极易使后续阶段使用的催化剂中毒，必须首先将其除去，这个过程称为脱硫。脱硫主要有物理吸收(用甲醇、聚乙二醇二甲醚作吸收剂)和化学吸收两种，后者常用的有氨水催化法和改良蒽醌二磺酸法等。[7]
变换
经脱硫后的原料气中，除氢气外，还含有一定量的一氧化碳。为提高氢气产量，利用水蒸气和一氧化碳反应，使之转化成氢气，该过程称为变换。反应式如下：
CO+H2O→CO2+H2
反应必须通过使用催化剂完成。
脱碳。将变换气中的二氧化碳除去的过程叫脱碳。其方法有物理吸收和化学吸收两种，后者效果更好。我国开发的氨水脱除二氧化碳得到碳酸氢铵(一种常用氮肥)的方法在小型合成氨厂普遍使用。其反应式如下：[7]
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
精炼
经过上述几个过程得到的氮、氢原料气中还含有少量的一氧化碳和二氧化碳，而合成反应使用的催化剂要求碳的氧化物总量不能大于10ppm，必须进一步脱去;少量水分对催化剂的活性等也有影响， 同样要除去。除去这些微量有害物质的过程， 称为精炼。最早采用铜氨液吸收法，反应式为：[7]
Cu(NH3)2+CO+NH3→Cu(NH3)3CO
少量二氧化碳可被氨进一步吸收。反应式为：
CO2+H2O+NH3→NH4HCO3
60年代后新开发的镍作催化剂， 使二氧化碳、一氧化碳与氢反应生成甲烷的精炼工艺效果更好。反应式如下：
CO+3H2→H4+H2O
CO2+4H2→CH4+2H2O
以天然气为原料的合成氨厂一般采用此工艺。