氮的固定：

1．定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。
2．方法：氮的固定主要方法有：
（1）人工合成氨 ：化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。 
（2）根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。
3．工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。 二、合成氨的反应原理
1．加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体，可以看到湿润的PH试纸变蓝色
2．用氢 气和氨气合成氨的反应式是
N₂+3H₂2NH₃，属放热反应。
3．工业上，采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件下合成氨。
（1）催化剂的主要作用：成千上万倍地加快化学反应速率，缩短达平衡的时间，提高日产量。
（2）合成氨的适宜条件：以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件
（3）选择适宜生产条件的原则：有较高的反应速率和平衡转化率，能最大限度地提高利润。
（4）合成氨生产时，不采用尽可能高的压强，通常采用10MPa~30MPa 的压强，否则会增大设备的动力要求，增大成本。
（5）合成氨的反应为放热反应，降低温度促使平衡向有移动，有利于N2、H2转化为NH3；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率。生产中将二者综合考虑，既要保证N₂、H₂的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度400～500℃左右。应注意该温度为催化剂活化温度，低于此温度，催化剂不起作用。
（6）催化剂是影响反应速率的几个因素中，对反应速率影响程度最大的。
催化剂的特点： 
①选择性：不 同的反应选择不同的催化剂，如合成氨选择了铁触媒。每种催化剂都是对特定的反应有催化作用，并非能改变任何化学反应的速率。 
②灵敏性：催化剂中混入杂质，常常会失去催化作 用，称催化剂“中毒”，因此  反应气体进入反应器前必须净化。 ③催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用，如铁触媒活化温度为400～500℃，因此该温度为合成氨的适宜温度。 

人工固氮技术——合成氨：

1．生产原理
 
2．合成氨的基本生产过程
(1)原料气的制备要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。
①氮气的制备合成氨所需要的氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮气。
②氢气的制备氢气主要来源于水和碳氢化合物。氢气的制取有下表中的几条途径。

(2)原料气的净化
原料气的净化就是除去原料气中的杂质。在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”即是催化剂失去催化活性)，所以必须除去。原料气净化的主要目的是防止催化剂“中毒”。
(3)氨的合成与分离
①氨的合成工业合成氨的主要设备是合成塔。将净化后的原料气经过压缩机压缩后输人合成塔，经过下列化学反应合成氨：

②氨的分离从合成塔出来的混合气体，通常约含15％(体积分数)的氨。为了使氨从未反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。南气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。
3．合成氨适宜条件的选择
外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应物的转化率.


 4．合成氨的环境保护
随着环境保护意识的增强，以及相关的法律、法规的严格实施，合成氨生产中可能产生的“三废”的处理越来越成为技术改造的重要问题。
(1)废渣
主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。
(2)废气
主要是H2S和CO2等气体。对H2S气体的处理，先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。对CO2 的处理，正在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。
(3)废液
主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。

工业生产纯碱：

纯碱（学名碳酸钠）实际上是盐，由于它在水中发生水解作用而使溶液呈碱性。纯碱易溶于水，呈强碱性，能提供
Na⁺离子。这些性质使它们被广泛地用于制玻璃、肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工业等各部门中。
碳酸钠在自然界中存在相当广泛。一些生长在盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠，可以从植物的灰烬中提取；当冬季来临时，碱湖中所含的碳酸钠结晶析出，经过简单的加工就可以使用。
世界上最早是通过路布兰法实现了碳酸钠的工业生产。其生产原理是：
用硫酸将食盐转变成硫酸钠
NaCl+H₂SO₄NaHSO₄+HCl↑NaCl+NaHSO₄Na₂SO₄+HCl↑
将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，反应生成碳酸钠和硫化钙 
Na₂SO₄+2CNa₂S+2CO₂↑   Na₂S+CaCO₃Na₂CO₃+CaS
存在原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等

氨碱法生产硫酸：

氨碱法是由比利时人索尔维发明的，所以，氨碱法也称为索尔维制碱法。氨碱法的原料也是氯化钠和碳酸钙，不同的是它还使用了炼焦的副产品氨。
原料：CaCO₃、NaCl、NH₃ 
1．生成碳酸氢钠和氯气铵
将CO₂通入含NH3的饱和NaCl溶液中 
NH₃+CO₂+H₂O==NH₄HCO₃  NaCl+NH₄HCO₃==NaHCO₃↓+NH₄Cl 
2．抽取碳酸钠2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑
氨碱法生产原理：

氨碱法的优点：原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循环利用，产品纯度高，步骤简单。氨碱法的缺点：副产物氯化钙的处理问题，氯化钠的利用率低。 

联合制碱法：
 
我国化学侯德榜（下图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

（1）上述生产纯碱的方法称联合制碱法或侯德榜制碱法，副产品的一种用途为化肥或电解液或焊药等。
（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是NH₃＋CO₂＋H₂O＋NaCl＝NH₄Cl＋NaHCO₃↓或NH₃＋CO₂＋H₂O＝NH₄HCO₃     NH₄HCO₃＋NaCl＝NaHCO₃↓＋NH₄Cl。
（3）写出上述流程中X物质的分子式CO₂。
（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了I 的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是过滤
（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加稀硝酸和硝酸银溶液
（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用是：
①增大NH₄⁺的浓度，使NH4Cl更多地析出②使NaHCO₃转化为Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl纯度
联合法综合利用了合成氨的原料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染。
NH₃、CO₂都来自于合成氨工艺；这样NH4Cl就成为另一产品化肥。综合利用原料、降低成本、减少环境污染，NaCl利用率达96％。

工业制硫酸的方法：

(1)硫铁矿制酸硫铁矿在沸腾焙烧炉内通空气燃烧产生SO₂气体，经余热锅炉回收热量后，依次通过旋风除尘和电除尘进行干法除尘。随后，炉气再通过洗涤、冷却、除雾等一系列的净化操作进入干燥塔。干燥后的炉气用主鼓风机压送至一转一吸或两转两吸制酸装置内制取硫酸。其反应如下：

(2)硫磺制酸反应时生成的热传递给进入接触室的需要预热的浓和气体并冷却反应后生成的气体（即热交换过程）熔融硫磺在焚硫炉内用干燥空气燃烧产生SO2气体，经余热锅炉回收燃烧热后进入“一转一吸”或“两转两吸”制酸系统制取硫酸。其反应如下：

(3)冶炼烟气制酸主要利用有色金属铜、铅、锌、镍、钴等硫化矿在熔炼过程中产生的SO₂烟气进行制酸。
其工艺流程除焙烧系统随有色金属硫化矿的焙烧工艺不同而有异外，其制酸工艺与沸腾炉炉气制酸相同。

硫酸的生产流程：

(1)原料工段原料处理能力要满足生产周转，与硫酸生产能力相匹配，能够满足焙烧工艺的进料工况条件结合矿源及工程，应着重考虑如下问题原料的卸车及转运方式、矿库的贮存能力(库容)、干燥及含尘尾气处理、块矿的破碎及筛分等。原料工段设置应尽量少进行固体物料的交叉，流程越简单越好。
(2)焙烧流程焙烧流程一般为:焙烧炉—废热锅炉—旋风除尘器—电除尘器，也可以不设旋风除尘器。这种流程非常紧凑，但电除尘器需专门设计且操作管理要求较高。为了尽可能使工艺技术和设备制造立足国内，增加装置操作的可靠性，使用国内的电除尘器，则倾向于设置旋风除尘器。一般采用增湿输送的干法排渣，有刮板输送机—冷却滚筒(增湿)一带式输送机流程和冷却滚筒+冷却滚筒(增湿)—带式输送机两种流程，目前设计倾向于使用后一种流程。
(3)净化流程大型硫酸装置选择酸洗净化流程。国内大型装置空塔流程居多，即空塔(增湿塔)—填料冷却塔(稀酸板式换热器)一两级电除雾器。近十多年来我国投产的硫铁矿制酸酸洗净化流程绝大多数使用此流程，亦是比较容易掌握的流程。近年来冶炼烟气制酸选择动力波洗涤器代替空塔居多，国内有关专家认为，动力波洗涤器特别适用于烟气量波动比较大的情况，效果较好，但压降较大，对气量均衡稳定的硫铁矿制酸并无明显优势。
(4)干吸流程干吸流程有塔槽一体化流程、三塔一槽流程、三塔两槽流程和三塔三槽流程。塔槽一体化即干燥塔、一吸塔、二吸塔均不设外部泵槽，由各塔的底部分别存液，循环泵设于塔外的管道上，国内比较典型的为贵州瓮福2×400kt/a硫铁矿制酸装置。塔槽一体化省去了泵槽和很多的管线，使得工艺流程简单、设备布置紧凑，有一定的优越性，但在设计时要考虑泵的密封，特别是一吸循环泵。目前，国内设计多采用三塔两槽流程，又以干燥塔一个循环槽.两吸收塔共用一个循环槽居多。干吸塔普遍使用不锈钢槽管式分酸器及大规格填料，可大幅增加分酸点，降低填料高度，优化塔的操作状况，提高塔的操作效率，塔的顶部装设高效除雾器。
(5)转化流程转化工序基本采用两转两吸流程，国内“2+2”,“3+2”,“3+1”几种流程都有，但目前采用较多的是，“3+1”流程，配套换热流程有ⅢⅠ—ⅣⅡ和ⅣⅠ—ⅢⅡ等，设计选择较多的ⅢⅠ—ⅣⅡ根据系统热平衡计算，可以考虑设置热管省煤器。转化系统的流程和设计参数的选择，实际上是系统的优化问题，需与所用催化剂和所用设备情况综合考虑，应尽量提高一转化的转化率，使尾气排放更容易达到日益严格的环保要求。
(6)生产硫酸流程图