【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。??

第五章氮和磷，氮族元素?

§5-5氨的工業(yè)制法

【01】工業(yè)上氨是利用氮氣跟氫氣的化合反應來制取的，叫做氨的合成法。合成氨所用的原料是普遍存在的水、空氣和煤。它是利用游離氮制取化合態(tài)氮的主要方法。由于工農業(yè)生產對氨以及其他氮的化合物的需要（如氮肥、硝酸等）日益增長，因此，合成氨工業(yè)目前已經是化學工業(yè)里的一個極重要的部門了。

【02】從上節(jié)我們已經知道，氮跟氫化合成氨的反應是一個可逆反應：

【03】并且由于反應放熱和生成的氣體體積縮小的緣故，從化學平衡的理論上來看，增加壓強和降低溫度，會使化學平衡向生成氨的方向移動。但在實際生產上，溫度不可過低，因過低溫度就會使反應速度很慢，到達化學平衡的時間就拖延得很長，這樣對生產是沒有好處的；壓強也不可過高，否則對生產設備和操作技術上都會帶來一定的困難。因此在合成氨工業(yè)里，反應是在適當?shù)臏囟群蛪簭?，并有催化劑存在的條件下進行的。目前一般采用450~530℃的溫度，200~320大氣壓，用還原鐵為催化劑，其中加入少量氧化鉀K?O和氧化鋁Al?O?等以增強鐵的催化作用。

【04】以上是合成氨的反應原理，而合成過程僅是全部生產過程的一部分，在它之前有原料的準備過程；在它之后有生產品的處理過程等部分。全部生產的流程可用簡圖表示如下（見圖5·5）。其中可劃分成三個階段：即(1)氮氣和氫氣的制取，混和，凈化并增大壓強；(2)氨的合成；(3)使氨液化和分離。現(xiàn)分述于下：

1、氮氣和氫氣的制取，混和，凈化并增大壓強

【05】氮氣一般可以通過蒸發(fā)液態(tài)空氣的方法制得（參看§5-1）【山注，化2-5-01第08段，傳送門CV21729057】。氫氣通過從水煤氣中分離出氫的方法來制得（參看第一冊§3-7一氧化碳工業(yè)制法）【山注，化1-3-07，傳送門CV20580226】。這樣制得的氮氣與氫氣，常含有CO、CO?、H?S、水蒸氣等雜質，必須把它們清除掉，否則這些雜質會使合成氨所用的催化劑“中毒”失效或腐蝕設備。這個過程叫做原料的凈化。凈化后的氮氣和氫氣，按氮氣1體積，氫氣3體積的比混和后導入壓縮機壓縮，以加大壓強。然后把混和氣體通入合成塔。

2.氨的合成

【06】氨的合成是在合成塔里進行的。合成塔是一個能耐高壓的厚壁圓形鋼筒（圖5·6）【這個合成塔已比較陳舊，目前已改進】，它主要由二部分組成。上面一部分是接觸室，裝有粒狀的催化劑；下面一部分是熱交換器。

【07】氮、氫混和氣體先通入熱交換器進行預熱，然后就在接觸室里反應生成氨。由于合成氨是個放熱反應，反應時放出的熱量足以使以后進入的氮、氫混和氣體達到反應所需要的溫度，同時接觸室也能經常保持450~530°C的溫度，所以不需再由外界供給熱量。

【08】從接觸室里出來的氣體的溫度很高，通過熱交換器的管子，被從塔外新導入的混和氣體所冷卻；同時亦將這些新導入的混和氣體預熱，進行熱量的交換。

【09】如果進入接觸室的氮、氫混和氣體里的雜質已經全部清除掉，那末催化劑就可連續(xù)使用若干年，反應就能連續(xù)進行。合成塔里反應混和物的進行路線，如圖5·6中箭頭所示。

3、氨的液化和分離

【10】從合成塔里出來的混和氣體，通常約含15%的氨，其余是未起反應的氮氣和氫氣。必須把生成的氨分離開來，然后再把未起反應的氮氣和氫氣重新導入合成塔去。

【11】分離氨的方法是根據氨氣比氮氣和氫氣容易液化的性質，把混和氣體先通入一個冷卻器使氨液化，再通過一個分離器。把液態(tài)氨分離出來，然后導入液氨儲桶儲存。未被液化的氮氣和氫氣，可以用一個循環(huán)壓縮機送回到合成塔去。這種使未起反應的物質從反應后的生成物里分離出來，并送回到反應器里去的工藝過程，叫做循環(huán)操作過程。利用循環(huán)操作過程，可以充分地利用原料來制取所需要的生成物，以彌補在可逆反應達到平衡后，反應混和物里生成物含量不多的缺點。

習題5-5

1、工業(yè)上合成氨時，為什么必須要在適當?shù)臏囟群瓦m當?shù)膲簭姴⒂写呋瘎┐嬖诘那闆r下進行？目前在實際生產時的具體條件怎樣？

2、畫出合成氨生產的流程簡圖，并解答下列各問題：

(1)各個設備的名稱是什么？并用箭號表示設備之間的通路。在各個通路上寫上進出物質的名稱和這些物質的狀態(tài)。

(2)熱交換器裝在哪一個設備里？為什么要有熱交換器？

(3)使用分離器的目的何在？為什么在分離器前要用一個冷卻器？

(4)用作原料的氮與氫為什么必須凈化？又為什么要使用循環(huán)操作的工藝過程？

3、把1體積的氮氣跟3體積的氫氣混和后通入氨的合成塔。由塔里排出的混和氣體里含12%的氨（體積），計算氮氣和氫氣的體積百分含量?！?strong>N?22%，H?66%】

4、生產100噸肥田粉（硫酸銨），問需要用氨和98%的硫酸各多少噸？【25.75噸（NH?），75.75噸（98%的H?SO?）】