Синтез аммиака и азотной кислоты как пример комбинированного химического производства

В процессе изучения этого производства нужно:

а) ознакомить учащихся с сущностью синтеза аммиака и его окисления в азотную кислоту;

б) расширить уже имеющиеся у учащихся представления об условиях протекания химических реакций и способах управления ими в промышленности;

в) закрепить и углубить ранее приобретенные учащимися знания о научных принципах химических производств – дать представление о применении в химическом производстве оптимальных давлений и принципа циркуляции реагирующих веществ.

Изучение производства проводится примерно по следующему плану:

I. Синтез аммиака.

1. Азот и его свойства (повторение с записью уравнения реакции взаимодействия азота с водородом).

2. Аммиак, его получение в лаборатории, свойства и значение и народном хозяйстве (повторение с записью уравнений химических реакций и демонстрациями соответствующих опытов). Синтез аммиака в лабораторных условиях (рис. 7).

Рис 7. Синтез аммиака в лабораторных условиях

3. Синтез аммиака в промышленности: а) реакция взаимодействия азота с водородом и её обратимость, б) условия этой реакции (роль температуры, катализатора и давления), в) основные аппараты (колонна синтеза, холодильник-конденсатор, сепаратор-разделитель, компрессор и циркуляционный насос), принципы действия этих аппаратов (рис. 8).

Рис. 8 Синтез аммиака в промышленности

4. Получение исходной азотоводородной смеси: а) газогенератор, б) состав генераторного газа, в) способы удаления ненужных газов (уравнения реакций), г) конвертор, д) теплообменник, е) башни для поглощения углекислого газа и окиси углерода, ж) компрессоры, з) принцип противотока и теплообмена (рис. 9).

5. Обобщение и закрепление всех основных научных принципов синтеза аммиака в промышленности.

II. Окисление аммиака в азотную кислоту.

I. Реакции, лежащие в основе производства азотной кислоты: а) окисление аммиака (в присутствии катализатора) в окись азота (уравнение реакции); б) окисление окиси азота в двуокись азота и поглощение двуокиси азота водой (уравнение реакции).

2. Окисление аммиака в азотную кислоту в лабораторных условиях (демонстрация).

3. Получение азотной кислоты в промышленности: а) аммиачно-воздушная смесь; б) контактный аппарат; в) условия окисления; г) поглотительные башни и их действие – принцип противотока, увеличение поверхности соприкосновения газа и жидкости; поглощение двуокиси азота водой – использование давления (рис. 10). [6]

Оптимальные температуры, теплообмен, катализаторы, дробление твердых веществ и всевозможные «насадки» – важнейшие средства ускорения химических процессов – общие научные принципы, типичные для всех современных химических производств.

Характерными условиями организации химических производств являются механизация и автоматизация: применение аппаратуры непрерывного действия, а также довольно широкое использование автоматического контроля над производственным процессом и управления этим процессом. Здесь же учитель отмечает охрану труда как одну из характерных особенностей организации производства.

В процессе последующего изучения химических производств сделанные на данном занятии обобщения ещё больше конкретизируются и углубляются.