Аммиак синтез по Габеру

Рис. 14.4. Схема промышленного процесса синтеза аммиака (процесс Габера). Поступающие в систему газообразные N2 и Н2 нагревают приблизительно до 500 С и пропускают над катализатором. Образ ющейся газовой смеси дают расшириться, в результате чего она охлаждается и из нее сжижается КНз. Непрореагировавшие N2 и Н2 возвращают на повторный цикл.

Соединения азота расходуются в огромных количествах они используются в производстве минеральных удобрений, взрывчатых веществ и порохов, красителей и полупродуктов органического синтеза. Опасаясь нехватки природного сырья, химики начали изучать возможность использования азота воздуха. Этим вопросом занимался, в частности, немецкий химик Фриц Габер (1868—1934). Он выяснил, что азот вступает в реакцию с водородом при высоком давлении и высокой температуре в присутствии катализатора (железа), и поставил себе целью найти способ получения аммиака из азота воздуха и водорода. Превратить аммиак в нитраты было несложно. К 1908 г. Габер решил эту задачу. [c.141]

Синтез аммиака из азота и водорода. В начале 20-го столетия Габер разработал физико-химические основы синтеза аммиака. Митташ нашел достаточно эффективный катализатор, а Бош создал соответствующее оборудование. Митташ испытал 20 ООО смесей в качестве катализаторов и остановился, наконец, на одном сорте шведского магнетита, который имел по существу тот же состав, что и катализаторы, применяемые в настоящее время (сталь, промотированная небольшими количествами окиси алюминия и окиси калия). История и технология синтеза аммиака хорошо описаны в литературе [c.324]

До конца 20-х годов в химической термодинамике наибольшее внимание исследователи уделяли изучению фазовых переходов и свойств растворов, а в отношении же химических реакций ограничивались преимущественно определениями их тепловых эффектов. В известной степени это объясняется тем, что именно указанные направления химической термодинамики стали первыми удовлетворять потребности производства. Практическое же использование методов термодинамики химических реакций для решения крупных промышленных проблем долгое время отставало от ее возможностей. Правда, еще в 70—80-х годах методы химической термодинамики были успешно применены для исследования доменного процесса. К 1914 году на основе термодинамического исследования Габер определил условия, необходимые для осуществления синтеза аммиака из азота и водорода, что привело в конечном результате к возможности промышленного получения в больших количествах аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений, взрывчатых веществ и порохов из дешевых и широко доступных исходных материалов. В 20-х годах, лишь после того, как термодинамическое исследование реакции синтеза метанола из Н2 и СО дало возможность определить условия, при которых положение равновесия благоприятно для этого, синтеза, наконец была решена проблема создания производства метанола из дешевого сырья. Полученные результаты показали также, что проводившиеся ранее поиски более активных катализаторов не были успешными не из-за их малой активности, а вследствие недостаточно благоприятного положения равновесия в условиях, в которых пытались осуществить эту реакцию. Известны и другие примеры успешного применения методов термодинамики химических реакций для решения промышленных задач. Однако только с конца 20-х годов плодотворность применения этих методов исследования начинает получать все более широкое признание. [c.19]

Рис. Х1-8. Реакторы синтеза аммиака (характеристики см. в табл. 79) а—конструкция Габера-Боша б—то же N. Е. С. а—то же Уде г—то же Фаузера д—ТО же Казале в—то же Клода /—электроподогреватели 2—трубки с катализатором 5—теплоизоляцня теплообменники 5—холодный баДпас б—катализатор 7— теплообменинк с двойными трубками парогенератор термопара.

Рис. 31. Схема синтеза аммиака по Габеру при 200 ат.

Таким образом, наиболее выгодными условиями проведения синтеза аммиака в процессе Габера являются температура 500° и давление 350 атм. Хотя при этих условиях только около 30% исходных вещеста превращается в аммиак, однако в результате использования циркуляционной технологической схемы (введение непрореагировавших На и N2 вновь в реакцию) суммарная степень превращения исходных веществ в аммиак является очень высокой. [c.144]

ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА АММИАКА Метод Габера—Боша [c.550]

Разрабатывая процесс синтеза аммиака из N3 и Н2, Габер пытался установить, при изменении каких факторов выход NHз увеличивается. Определив значения константы равновесия при разных температурах, он вычислил равновесные количества ЫНз, образующиеся в различных условиях. Результаты некоторых из его расчетов приведены в табл. 14.2. Отметим, что выход ЫНз уменьшается при повыщении температуры и возрастает при увеличении давления. Эти результаты можно качественно объяснить на основании принципа Ле Шателье, с которым мы уже познакомились в разд. 12.4, ч. 1. Здесь мы воспользуемся принципом Ле Шателье для предсказания влияния изменений внещних условий на поведение равновесной системы. Мы рассмотрим три способа, с помощью которых можно сместить химическое равновесие 1) добавление в реакционную систему дополнительных количеств реагентов или продуктов, 2) изменение давления и 3) изменение температуры. [c.52]

В начале текущего столетия развитие наук пошло быстрее достаточно упомянуть большое влияние термодинамики на химию, получение из воздуха окиси азота в электрических печах и способ получения аммиака по Габеру, открытие радиоактивности, первое серьезное сближение неорганической химии с органической через магнийорганические синтезы и исследования А. Вернера, заложившие основу химии комплексных соединений — в том числе и комплексов с органическими лигандами. [c.7]

Техническое осуществление синтеза аммиака по Габер-Бошу встретило на своем пути большие трудности. Постройка подходящего аппарата, приспособленного для проведения реакции, выбор металла для аппарата и выбор хорошего катализатора —вот главные из них, работа на преодоление которых была удовлетворительно выполнена в течение ряда лет. [c.111]

Техническое осуществление синтеза встречает трудности еще с другой стороны. Реакция образования аммиака—экзотермическая. Количество тепла, выделяющееся при образовании 17 граммов аммиака. по Габеру, равна 12700 калор. при 503 С. Вполне понятно, что непрерывное образование больших масс аммиака даст достаточно тепла для того, чтобы газы и части аппарата, где действуют они, могли быть нагреты не только до необходимой для процесса температуры, но и гораздо выше этой температуры. Но перегрев газов нежелателен, потому что он способствует распаду образовавшегося аммиака. Следовательно, для равномерного хода превращения необходимо регулирование температуры контактного аппарата. [c.114]

Синтез аммиака (метод Габера — Боша) [c.197]

Часть концепции (б) — (е), т. е. синтез аммиака из водорода и азота, разработанный Габером и Бошем, и окисление ННз до ЫОг в присутствии платины по Оствальду является в настоящее время общепринятым методом получения азотной кислоты. [c.55]

Синтез аммиака. Синтез аммиака по способу Габера—Боша основан на возможности активировать катализатором реакцию между азотом и водородом при температурах, лежащих значительно ниже той, при которой равновесие, [c.654]

Точный состав комплексов диазота неизвестен. Исходные вещества при определенных условиях могут быть частично регенерированы. Такие реакции не способны конкурировать с промышленным процессом синтеза аммиака по Габеру, но они могут быть использованы для синтеза других соединений азота, таких, как гидразин и органических азотсодержащих соединений [57, 58]. [c.590]

Важный промышленный способ синтеза аммиака (процесс Габера) основан на следующей суммарной реакции [c.207]

Старейший промышленный способ получения аммиака — выделение его из отходящих газов при коксовании угля. Основной современный способ промышленного получения аммиака — синтез из элементов — азота и водорода, предложенный в 1908 г. немецким химиком Ф. Габером. [c.20]

Фриц Габер (1868—1934), профессор и директор Института физической химии в Мюнхене (Бавария), профессор физики и электрохимии в Берлине. Габер был одним из примечательных ученых нашего века. Он изучал различные проблемы электрохимии и применил принципы термодинамики к реакциям между газами. Последние работы привели его в сотрудничестве с К ар л ом Бошом (1874—1940) к практическому осуществлению синтеза аммиака из элементов. Этим синтезом Габер не только предоставил пангерманизму одно из самых страшных средств для ведения войн 1914—1918 и 1939—1945 гг., но и начал новую эру в химической промышленности, потому что таким путем появился способ приготовления в значительных количествах азотной кислоты и аммиака, столь необходимых для ведения цивилизованного хозяйства. [c.384]

Термодинамика вооружила химика знаниями, раскрывающими перед ним все возможности химии и позволяющими планировать любые химические процессы. Особенно она ценна для химика технолога. Впервые (1913 г.) применил термодинамику к процессу фиксации азота из воздуха (синтез аммиака) немецкий химик Ф, Габер (1868—1934). С этого времени термодинамика прочно вошла в практику и стала незаменимым инструментом в поиске новых технологических процессов, их разработ.че и внедрении в практику. [c.152]

Одной из первых задач, возникших перед Габером и его сотрудниками, когда они приступили к работе над проблемой синтеза аммиака, было определение численного значения константы равновесия синтеза КНз при различных температурах. Если бы значение К для этой реакции оказалось слишком низким, это означало бы, что количество образующегося ЫНз было бы мало в сравнении с используемыми исходными количествами N2 и Н2. В таком случае можно сказать, что равновесие реакции [c.45]

Скорость, с которой реакция достигает состояния равновесия, имеет важное практическое значение. В качестве примера снова обратимся к синтезу аммиака из N2 и Н2. При разработке процесса синтеза аммиака Габер столкнулся с очень серьезной проблемой. Желательно было синтезировать аммиак при как можно более низкой температуре, допускающей, однако, достаточно большую скорость реакции. Но в отсутствие катализатора азот реагирует с водородом с незначительной скоростью как при комнатной, так и при намного более высоких температурах. Вместе с тем Габер должен был считаться с быстрым уменьшением константы равновесия при повышении температуры, о чем позволяют судить данные табл. 14.4. При достаточно высоких температурах, обеспечивающих удовлетворительную скорость реакции, образовывалось слишком мало аммиака. Для решения этой дилеммы необходимо было разработать катализатор, который бы обеспечивал довольно быстрое достижение равновесия при сравнительно невысокой температуре, чтобы константа равновесия оставалась еще достаточно большой. Поэтому Габер направил свои усилия на разработку именно такого катализатора. [c.58]

Опробовав эффективность различных веществ в роли катализаторов, Габер в конце концов остановился на смеси железа с оксидами металлов. Некоторые варианты разработанных им рецептов катализаторов используются еще до сих пор. Эти катализаторы позволили достаточно быстро достигать равновесия при температурах порядка 400-500 С и давлении газовой смеси в диапазоне 200-600 атм. Высокие давления необходимы для получения удовлетворительной степени превращения (выхода) при равновесии. Как можно видеть из табл. 14.2, если бы удалось найти улучшенный катализатор, с помощью которого можно было бы достаточно быстро проводить реакцию при температурах ниже 400-500°С, это позволило бы получать аналогичный выход при значительно более низких давлениях. Последнее, в свою очередь, привело бы к большой экономии в стоимости оборудования для синтеза аммиака. Учитывая все возрастающие потребности в азотных удобрениях, фиксацию азота следует рассматривать как весьма актуальную проблему, которая заслуживает затраты дополнительных исследовательских усилий. [c.58]

Процесс Габера (разд. 14.1)-реакция синтеза аммиака ЫНз из Нз и N2, оптимальные условия проведения которой (температура, давление и катализатор) были разработаны Фрицем Габером и его сотрудниками. [c.61]

Если предполагается провести реакцию, имеющую благоприятную константу равновесия, т. е. протекающую с превращением значительной доли реагентов в продукты, то остается только позаботиться о том, чтобы она имела соответствующую скорость. Последнее может оказаться нелегким делом, но напряженная работа и упорные поиски в конце концов нередко позволяют найти катализатор, ускоряющий медленную реакцию, или какой-нибудь способ гулирования слишком быстрой реакции. Прекрасным примером успешного исследования такого типа является открытие Габером катализатора для синтеза аммиака, о котором рассказывалось в гл. 14. Однако, если бы Габер пытался связать азот, проводя реакцию между N2 и О2 при 400-500°С, вместо того чтобы использовать реакцию между N2 и Н2, ему никогда не удалось бы разработать успешный процесс. Константа равновесия реакции между N2 и О2 с образованием N0 в указанном температурном диапазоне слишком мала, чтобы равновесное количество N0 было достаточным для практических целей. Даже если бы имелся катализатор, ускоряющий реакцию между N2 и О2 с образованием N0, то такая реакция все равно не имела бы практического значения. Очевидно, необходим какой-то способ, позволяющий заранее предсказывать, успеет ли реакция в значительной степени сместиться в сторону образования продуктов, прежде чем она достигнет равновесия. [c.171]

Например, в промышленном способе синтеза аммиака из водорода и азота (так называемый процесс Габера — по имени немецкого химика, лауреата Нобелевской премии Ф. Габера, разработавшего физико-химические основы этого метода в 1904—1907 гг.) осуществляется следующая обратимая реакция [c.142]

Первые попытки синтезировать метанол были предприняты в начале XX в. после того, как было обнаружено каталитическое действие металлов и их оксидов в отношении образования соединений из более простых веществ, например аммиака из азота и водорода, а также после разработки основ физикохи-мии и создания подходящего оборудования для проведения процессов при высоких давлениях и температурах. В то время при синтезе метанола использовали результаты исследований по синтезу аммиака Ф. Габера, В. Периста и др. [c.209]

В заключение автор хотел бы вспомнить совет, полученный им в ранней молодости от одного из классиков каталитической химии Алвина Миташа (ответственного за каталитические исследования при разработке знаменитого процесса синтеза аммиака Фрицем Габером) При любых каталитических экспериментах следует пользоваться только сверхчистыми реагентами . [c.168]

В качестве примера обратимся к хорошо известному синтезу Габера, с помощью которого в мире ежегодно синтезируют десятки миллионов тонн аммиака. Катализатором обычно служит железо, специально активированное добавками таких оксидов, как AljOj, KjO и СаО. Главным препятствием для прямого протекания реакции служит огромная энергия тройной связи N=N в молекуле азота (942 кДж/моль), поэтому необходимыми стадиями каталитического процесса являются адсорбция азота поверхностью катализатора и его последующая диссоциация. Не анализируя полностью сложный механизм этого процесса, отметим только его важнейшие стадии [c.160]

Для вычисления АЯо можно пользоваться теплотами реакции синтеза аммиака, измеренными Габером- - . Наиболее точными он считал измерения при 659° (932°К) и при 0° (273°К)-Измеренные в этих условиях теплоты реакции составили соответственно 13 150 кал моль и 10 975 кал моль (средние значения). Подставив эти величины в уравнение (11), получим значения АЯо, 1ра1виые соответственно 9404 и 9613 (среднее значение 9508 кал моль). По предложению Люиса в литературе принято округленное значение АЯо, равное 9500 кал1моль. [c.469]

Отсюда х=14 (азот), г/=12 (углерод) и 2=16 (кислорсд). Одинаковые значения молекулярных м-асс имеют N 0 и СО2 (М=44). Водородные соединения этих элементов — КНз и СН4. Промышленный синтез аммиака разрабстан Габером [c.353]

Однако даже и в наилучших контактных аппаратах стенки, подверженные давлению, должны противостоять действию смесей водорода, азота и аммиака при температурах от 200 до 400" С. Уже давно найдено, что обычные сорта стали с высоким содержглием углерода совершенно не пригодны для изготовления колонн вследствие быстрой декарбонизации, происходящей в результате соприкосновения водорода с горячими стенками. Поэтому были выработаны сплавы, способные противостоять коррозионному действию горячих газов. Патенты Баденской фабрики указывают на особую пригодность для этой цели хромовых, вольфрамовых и ванадиевых сталей, содержащих кроме того еще небольшое количество ншселя. Стали, содержащие достаточное количество вышеупомянутых металлов, удерживают способность сопротивляться высокому давлению даже после потери значительной части углерода от реакции с водородом. Типичная сталь, весьма пригодная для изготовления сопротивляющихся давлению стенок колонн синтеза Габера, содержит 5% вольфрама, 5% никеля и 0,2% углерода. [c.180]

Для орто-пара-превращения при низких температурах эффективны также железные катализаторы с добавками промоторов— окислов алюминия и калия, применяющихся для синтеза аммиака по Габеру активность этих катализаторов уменьшается в значительной степени при адсорбции водорода выше 100 . Обработка кислородом при температурах до 450° подобного влияния на катализ при низких температурах не оказывает это и неудивительно, если считать, что при этом получается магнитный окисел РедО , который согласно вышеизложенным соображениям должен обладать высокой каталитической активностью (Гаркнес и Эмметт, 1933 г.). [c.107]

Применение водорода. Значительные количества водорода расходуют для получения высоких температур (водородно-кислородное пламя) для гидрогенизации жиров (превращение жидких растительных жиров в твердые) для получения аммиака (синтез аммиака по способу Габер-Боша). Водород широко используется и для приготовления искусственного жидкого топлива из угля. При этом получают продукт, похожий на нефть, из которого можно вырабатывать далее бензин, керосин, смазочные масла и другие продукты. Такой способ использования угля известен под названием бергенизация угля (по имени инженера Бергиуса). [c.114]

Первые продукты конденсации мочевины с формальдегидом (карб-амидные смолы) были получены еще в 1896 г., но производство мочевиноальдегидных смол налажено лишь в 1920—1921 гг. сначала в Австрии и Германии, а затем и в других странах. Это стало возможным после разработки синтеза аммиака (способ Габера) и мочевины из аммиака и двуокиси углерода., [c.372]

Габера процесс П(юмышленный каталитический синтез аммиака нз азота и водорода [c.544]

Аммиачный метод. Теоретические основы аммиачного метода фиксации азота были разработаны В. Рамзаем и С. Юнгом (1884—1886), установившими обратимость реакции синтеза и А. Ле-Шателье (1901), изучившим влияние давления на эту систему и взявшему патент на получение аммиака путем взрыва сжатой смеси азота и водорода. В период 1903—1910 гг. состояние системы азот-водород при различных давлениях и температурах было обстоятельно изученоФ. Габером, В. Нернстом, Г. Постом и Р. Ле-Россиньолем. На основе этих исследований в 1910 году был пущен первый опытный реактор производительностью 1 тонна аммиака в сутки, а в 1913 году первый завод производительностью 25 т/сутки. [c.190]

Многие химические реакции не протекают до конца, другими словами, смесь реагентов не полностью превращае-гся в продукты. По прошествии некоторого времени изменение концентраций реагентов прекрашается. Реакционная система в таком состоянии представляет собой смесь реагентов и продуктов реакции. Химическая система в таких условиях находится в состоянии так называемого химического равновесия. Мы уже встречались с примерами простейших равновесий. Так, в замкнутом сосуде устанавливается равновесие между парами вещества над поверхностью его жидкой фазы и самой жидкостью. Скорость перехода молекул жидкости в газовую ф 1зу становится равной скорости перехода в жидкую фазу газовых молекул, ударяющихся о поверхность жидкости. Другим примером является равновесие между твердым хлоридом натрия и его ионами, растворенными в воде (разд. 12.2, ч. 1). В этом примере скорость, с которой ионы кристалла покидают его поверхность, переходя в раствор, равна скорости перехода ионов из раствора в кристаллическое вещество. Приведенные примеры показывают, что равновесие не является статическим состоянием, которое характеризуется отсутствием всяческих изменений. Наоборот, оно имеет динамический характер, т.е. представляет собой совокупность противоположно направленшэгх процессов, протекающих с одинаковой скоростью. Данная глава посвящена рассмотрению химического равновесия и изучению законов, на которых основано его описание. Чтобы продемонстрировать, какую роль играют в химии представления о равновесии, и сделать их более понятными, мы начнем с обсуждения одной из промышленно важных реакций-процесса Габера, применяемого для синтеза аммиака. [c.40]

Если вернуться к реакции синтеза аммиака, выражаемой уравнением (1.1), следует напомнить об ее обратимости и зависимости равновесных концентраций реагентов от условий, т. е. в первую очередь от температуры (Г) и общего давления (Р). В табл. 1 приведены равновесные концентрации аммиака (в мольных процентах) для двух температур и трех давлений, полученные Ф. Габером в начале текущего века. Они показывают, что равновесная концентрация аммиака увеличивается с давлением. При повышении давления от 1 до 600 атм это увеличение характеризуется отношениями ПО (400° С) и 360 (500° С). Таким образом, синтез аммиака следует проводить при возможно более высоком давлении. Как известно, это требование соблюдается в методах синтеза, применяющихся в промышленности, где давления достигают 1000 атм. С другой стороны, повышение температуры уменьшает равновесную концентрацию (выход) аммиака. Следовательно, его синтез надлежало бы проводить при возможно более низкой температуре, у вторую рекомендацию, вытекающую из изучения тепловых явлений и термических свойств, не удается использовать в полной мере. Дело в том, что приведенные в таблице данные характеризуют равновесное, т. е. конечное, состояние реагирующей системы и ничего не говорят, за какое время это состояние может быть достигнуто. Фактор времени учитывается в другом разделе физической химии — химической кинетике. Она подсказывает, что скорость химической реакции очень быстро уменьшается с понижением температуры. Поэтому может оказаться, что при какой-то температуре хороший выход может быть достигнут за слишком продолжительное время, скажем за миллиард лет. С другой стороны, согласно данным кинетики скорость реакцин можно увеличить применением катализаторов. В итоге комплексного физико-химическоге изучения, реакцию синтеза аммиака проводят при температуре 450— —500° С на катализаторах, состоящих из металлического железа, содержащего некоторые активаторы (промоторы). [c.6]

Эффект применения второго положения выглядит наиболее рельефно в работах по синтезу аммиака, в этом вечно совершенствуемом процессе. Известно, что в промышленности, начиная с первых установок Габера — Боша, построенных в 1913 г., до современных, синтез аммиака осуществляется при стехиометриче-ском соотношении компонентов (1 3). Исследования М. Ф. Нагиева с сотр. [57] показали, что максимальный выход аммиака прн стехиометрическом соотношении азота и водорода достигается только в случае проведения реакции в условиях термодинамического равновесия. В условиях же, имеющих место в промышленности, далеких от равновесия, необходимо работать при других значениях соотношения реагентов. Предельная эффективность процесса (гипотетический случай) достигается при степенях превращения, близких к нулю, и соотношении компонентов реакции, соответству- [c.270]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология