化工工艺学简答题含答案.docx

第一章合成氨1 .合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？答：1.原料气制备，制备含有氢、氮的原料气。用煤、原油或自然气作原料，制备含氮、氢气的原料气。2.净化，因为无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成宓反应过程有.害的各种杂质，必需实行适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。3.压缩和合成，将纯净的氢、凝混合气压缩到高压，在铁催化剂的作用下合成氨。2 .写出煌蝙蜷篓熊”'摘饮取0+34,CHNH,÷C左懈三瀛歌蠹馥触触。答：下法脱硫（氧化锌法脱硫；钻钳加氢脱硫法）是用固体汲取剂汲取原料气体中的硫化物一般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高标准状态下在3-5g11f'才适用。特点：能脱除有机硫和无机硫而且可以把脱得很精细，但脱硫剂不能再生而且设备浩大占地多，不适用于脱除大量无机硫，只有自然气、油田气等含硫低时才运用；湿法脱硫（化学汲取法，物理汲取法，化学-物理综合汲取法）特点：脱硫剂是便于运输的液体物料，脱硫剂是可以再生并且能回收的硫磺，适用于脱除大量无机硫。4 .改良ADA法脱硫的主要化学反应和脱硫原理是什么？ADA法脱硫主要化学反应及脱硫原理：在脱硫塔中用PH为8.5-9.2的稀碱溶液汲取硫化氢并生成硫化氢物：液相中的硫化氢物进一步及偏乳酸钠反应，生成还原性焦性偏乳酸钠盐并析出无素硫还原性焦性偏乳酸钠盐接着及氧化态ADA反应，生成还原态的D和偏钿酸盐还原态的ADA被空气中的氧气氧化成氧化态的D,其后溶液循环运用4 .少量Co的脱除方法有哪些？答：铜叁液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法。5 .以自然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？答：主反应:C0+Hj0(g)=H2+CO2fCH,+H2O(g)=C0+3副反应：CH1=2比+C,2C0=C+C02,CO÷H2=H2O+C舒睡士学榜斛畿痴尸叫.皿刈4%湍fe%孔彳6例棉的必从上往下依次是，烟道气出口、热回收系统、进料气和蒸汽进U,猪尾管。辐下面的射段有两个反应管，包括催化剂管、烧嘴(气+空气)下端连接猪尾管是气体汇合总管，去往二段转化炉。7 .写出一氧化碳变换的反应？影响该反应的平衡和速度的因索有哪些？为什么该反应存在最佳反应温度？最佳反应温度及哪些参数有关？答：C0+HQ=C(VH3,温度、压力、水蒸气比例；因为变换反应是可逆放热的反应，故存在最佳反应温度。及平衡温度、正逆反应的活化能有关。8 .一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？运用中留意哪些事项？答：中变催化剂，即以三氧化二铁为主体，以氧化铭为主要添加物的多成分铁铝系催化剂。适用于一氧化碳或氢的含量不高，升温速度缓慢的状况下。低变催化剂，主要是以氧化铜为主体。适用于操作温度高于气体的露点温度的状况下。9 .气合成反应的平衡常数K随温度和压力是如何改变的？答：平衡常数K仅及温度有关，及压力无关，随温度上升，K值减小。10 .合成氨中影响反应速度的因素有哪些？答：温度、压力、空速、氢氮比。11 .倚述氨合成催化剂活性组分及助剂的作用.答：铁系催化剂其活性组分为金屈铁，促进剂作用如下：A1.O能及氧化铁生成FeAkO,晶体，其晶体结构及FeG*FCo相同，可增加催化剂表面积，提高活性。Mg0:增加催化剂对硫化物的抗毒实力，延长催化剂寿命。CaO:降低熔融物的熔点和粘度，提高催化剂热稳定性。KXh促使催化剂的电子逸出功的降低。SiO二:中和碱性组分，提高催化剂抗水毒害和耐烧结的作用。12 .比较凯洛格和托普索氨合成工艺的优缺点？答：凯洛格和托普索的最大区分其实还是在合成塔的内件上的区分，其次就是合成回路中冷冻系统的设置，一个一般为三级氨冷：一个为二级氨:冷。13 .筒述合成氨中径向合成塔的特点。答：1.气体通过催化剂床层路径短，通气截面积大，气流速度慢，气流阻力只有轴向的10%-30%,从而可以提高空速，增大塔的生产实力。2.可采纳小粒度的催化剂，削减内扩散的影响，提高内表面利用率和净氮值。3.有利于粗哈静的匀称还原，得到活性良好的催化剂。4.降低压强降，适应离心压缩机的运用要求，降低动力消耗。14 .简述合成氨中冷激式合成塔及冷管式合成塔相比主要优缺点。优点1.结构简洁，安装检修便利。2.催化剂匀称填放，温度和气体分布匀称并可选用多种活性温度范围的催化剂。3.用冷激气量限制温度，操作简便，可接近最适温度生产。4.床层通气截面大，气流阻力小。缺点1.冷激气在汇合前未参及反应，起稀释作用，同样产量时，比冷凝塔用催化剂多，生产强敌度较低。2.换热器换热面积较大。3.冷激气要求纯度高。15 .甲烷蒸汽转化过程中，析碳所发生的反应有哪些？如何解决析碳的发生？答：CH1-C+2H,2C0-C+C0”CO+H-C+HQ从化学平衡的角度考虑,提高水碳比有利于甲烷转化，而且对抑制积炭也是有利的。但水炭比提高，会引起水蒸气耗能增加，炉管热负荷加大，炉管内气流阻力增加。因此，在满意工艺要求的前提下，要尽可能降低水碳比。16 .甲烷蒸汽转发过程中，影响甲烷蒸汽转化平衡组成的因素有哪些？答：温度、压力和水碳比。温度对甲烷蒸汽转化的平衡有很大影响，温度越低，平衡常当选越大，转化气中甲烷含量越低。加压对甲烷的转化不利，由于甲烷蒸汽转化为体积增大的反应，在肯定温度下，压力越高，转化气甲烷含量越高。水碳比也是影响甲烷蒸汽转化的主要因素，在肯定的压力下，水碳比越高，转化气中甲烷含量越低。其次章化学肥料1影响尿素合成反应化学平衡的因素有哪些？答：温度、压力、宓碳比、水碳比。2尿素生产中发生的主要反应有哪些？主要副反应是什么？答：主要反应：2阳(D+co?(I)=NhcoonhkD,NHfooNHKI)=Co(NH+0(D副反应:缩合反应:2NH,C0NH2=NHiC0NHC0NHz+NH3水解反应:CO(NH2)j+H2O=NH1COONH2)+H2O=(NH1)2CO3+h2o=co2+nhs3提高尿索合成反应温度的利及弊有哪些？答：有利方面：1、温度上升，转化率也上升；2、温度上升，加快反应速度，使之很快接近平衡，每提高IOC可以提高24倍：不利方面：1、当温度达到最高温度限时，转化率起先下降；2、提高了温度亦提高了溶液的平衡蒸汽压，增加C0?压缩机等功耗：3、温度上升，提高了溶液的腐蚀性4汲取塔在尿索生产过程中有何作用?答：1、尿素合成反应是可逆的化学反应，转化率只有52%-79%,存在大量未反应的氨和二氧化碳，须要回收；2、尿素合成均采纳过剩NH3,系统中存在大量游离城，须要回收；3、汲取通过水溶液方式，在汲取塔内将未反应的NHJ和C0?予以回收，返回合成系统，实现在不同压力和温度下的全循环，杜绝了奢侈和环境污染；4、尿素全循环工艺确定的。5尿素合成的反应机理是什么？答：尿素合成反应的机理分两步：第一步为液氨和二氧化碳反应生成液体氨基甲酸钺，此称为甲校生成反应：2NH,(1.)+C0.(g)-NUCOONh2(1)其次步为甲铁脱水生成尿素,称为甲铁脱水反应：NHeooNH式1)-CO(NH2)2(1)+H2O(1)6氮和硝酸中和反应制取硝彼的过程中，影响IK损失的主要因索有哪些？答：1.温度高，氨和硝酸的挥发和分解加快，氮损失增加。2.硝酸质量分数高，中和反应放热多，因而会提高反应器内温度，使硝酸分解加快，并且蒸出的水分也多，被他夹带的含氮组分也多。3.氨气纯度低，惰气含量多，排放尾气多，排放损失也会增大。4.双及硝酸的比例。5.中和器设计不当，气液两相接触不良都会加剧氮的损失。7倚述湿法生产磷酸的基本原理，并写出化学方程式.答：用酸分解磷矿制得的磷酸统称湿法磷酸，而用硫酸分解磷矿制取磷酸的方法是湿法磷酸生产中最主要的方法。即用硫酸处理自然磷矿主要成分为3Ca(PO1)JCaFj分解生成磷酸溶液及难溶性的硫酸钙沉淀。Ca-iF(PO1)j+5H2SO1+5nH2O=3HjPO.+5CaSO,nI1.0+HI事实上，反应分两步进行。第一步是磷矿和循环料浆(或返回系统的磷酸)进行顶分解反应，循环的料浆中含有磷酸且循环量很大，磷矿首先溶解在过量的磷酸溶液中生成磷酸一钙：Ca,F(P0.)3+7HsP0.=5Ca(HPO1)2+HFt其次步为上述的磷酸一钙料浆及稍过量的硫酸反应生成硫酸钙结晶及磷酸溶液:Ca(H2PO4)2+5H2S0,+5nH20=5CaS01nH,O+IOH1PO18筒述一般过磷酸钙的生产原理以及为何其次阶段反应慢？答：主要化学反应是硫酸及矿粉中的筑磷灰石的作用，首先生成磷酸和半水硫酸钙，然后硫酸钙再及矿粉反应生成磷酸二氢钙。其次阶段反应慢是因为其次阶段还存在硫酸钙脱水反应9试写出尿索合成过程中发生的三个主要副反应的名称及化学反应方程式答:尿素水解反应:NH3NH¾0=2Wh+CO二:缩合反应：2NHaCONH2=NHEONH产乩；异构反应：NH2CONH,=NH1NCO,NH1.NCO=NH,+HNCO10解吸塔在尿素生产中的作用？答：1、回收蒸发冷凝液及其它含加液体中的N乩和C(返回合成系统。2、排掉尿素生产过程中生成的水。第三章琬酸及硝酸1简述接触法生产硫酸，生产过程通常包括的基本步骤.答：二班化硫炉气的制造、二氧化硫的催化辄化、三氧化硫的汲取。2炉气净化的目的如何？为什么炉气中含SoJ反而不利？答：避开使二班化硫转化的锐催化剂中毒，和成品酸的着色，削减杂质对设备和管道的腐蚀性。SOI本号无毒，但在肯定条件下可及氟结合形成酸雾，酸雾在洗涤设备中较难汲取，带入转化系统会降低二辆化硫转化率，腐蚀设备和管道。3分析SO3汲取过程换热器设置的方式及特点简述两次转化两次汲取流程的优点。答：催化氧化后的转化气从汲取塔底进入，98.3%的浓硫酸从塔顶喷淋，气液两相逆流接触SOJ被完全汲取。进塔气体温度维持在。-。”(:空塔气速在。-。.,汲取在常压下进行。喷淋酸温度限制在50C以下，出塔酸温度用喷淋量限制，使之小于70C。汲取塔流出的酸浓度比进塔酸提高0.3%-0.5%,经排管冷却器冷却后送往循环槽，用干燥塔来的变稀硫混合，不足的水分由簇新水补充，再用酸泵输送，除循环外，不分送往干燥塔，部分抽出作为产品。此流程冷却器位于泵前，为泵前流程。特点是输送过程中酸的压头小，操作平安。冷却器位于泵后，为泵后流程，酸由泵强制输送通过冷凝器，传热效果好，但酸因受压易泄露4简述沸腐焙烧炉的优点和缺点答：优点：1生产强度大2硫的烧出率高3传热系数高4能得到较高浓度的二氧化硫炉气5适用的原料范围广6结构简洁，材料省缺点：炉气带出炉尘量大，使炉气净制系统的负荷加重，加重了设备的磨损,要增加粉碎系统和高压鼓风机，动力消耗多。5提高磁铁矿焙烧速率的主要途径有哪些？答：1提高焙烧温度2削减矿石粒度3增加空气及矿粒的相对运动，采纳沸腾焙烧炉4提高入炉空气氧体积分数6简述气催化氧化制取硝酸的主要反应和副反应.答：主反应：4NHj+502=4N0+6H20,4NHj+402=2N20+6H,0,4NHs+302=2N2+6Hj0副反应：2NH1=3N2+3F1.,2NO=N2+Oj,4NHi+6N0=5N2+6H20,7硫酸生产中两转两吸流程的基本特点是什么？答：二氧化硫炉气经过三段转化后，送入中间汲取塔汲取SOs,未被汲取的气体返回第四段转化气转化，然后送汲取塔汲取SO1.由于两次转化间增加了汲取工艺除去SOs,有利于后续转化反应进行的更完全。8SOI催化氧化工艺条件如何确定？答：1催化剂一一饥催化剂V.A5%9为活性组份。K2O9%-13%碱金属盐为助催化剂。SO110%20%Si0250%70%,为载体o制成环形、球形、或粒状2温度：T-T.即傕化剂起燃温度及耐热极限温度之间，即活性温度范围内420-600C。从t-X-关系曲线可知：存在最佳反应温度T.（反应速率最大）反应温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线改变：即先高后低原则3SO；,原始浓度：依据硫酸生产总费用最少原则，进入SO二转化器浓度存在最佳浓度：7%7.5%4压力：Pt-X*tS0",设备尺寸减小。不利条件：加压对设备要求提高，反应压力最好在常压5最佳转化率：转化率提高一提高硫的利用率.，减小尾气S02含量和对大气污染。不利条件一催化剂用量增加，设备尺寸增大。即存在最佳转化率。工艺上采纳两次转化、两次吸流程，转化率99$以上9在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试说明酸雾形成的缘由，以及酸雾怎样清除之。答：酸雾的形成：酸雾是指含有粒径小于5m的液体颗粒的气溶胶SO3（g）+H2O（g）-H2SO4（g）,H2SO1（g）冷凝H2S04，或以杂质微粒为凝聚中心形成酸雾。2）酸雾的清除：必须要用特别的方法和设备清除较大的粒子（2um）用一般除尘设备除去（如电除雾器、文氏管等装置）较小的粒子（2m）采纳先增湿后清除。即增大雾粒直径,再用相应的设备清除。10阐述制取硫酸中，烟气净化的目的及净化的原则.目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒净化原则：1）悬浮微粒，应先大后小，先易后难进行分级处理2）先重后轻即先固、液，后气（汽）体3）不同大小的粒子，选择配套有效的分别设备11、硫酸工业中，沸H焙烧得到的炉气中有害杂质有哪些？怎么样除去这些杂质？答：主要杂质有三氧化硫、水分、三氧化二神、二氧化硒、毓化氢以及矿尘。1.矿尘的清除,依据尘粒的大小，可相应实行不同的净化方法，对于尘粒较大的（IOUm以上）可采纳自由沉降室或旋风分别器等机械除尘设备；对于尘粒较小的（0.110un）可采纳电除尘器：对于更小颗粒的矿尘（005Um）可采纳液相洗涤法。2.碑和雨的清除，采纳海法净化工艺，用水或者稀硫酸洗涤炉气，在50'C以下可达到较好的净化效果。碎、柄氧化物一部分被洗涤液带走，其余部分呈固体微粒悬浮于气相中，形成酸雾中心。3.酸雾的清除，通常出在电除雾器中完成。电除雾器的除雾效率及雾粒直径成正比，为提高电除雾效率，一般采纳逐级增大粒径、逐级分别的方法。一是逐级降低洗涤酸浓度,从而使气体被增湿，酸雾汲取水分而增大粒径。二是气体逐级冷却，使酸雾也被冷却，同时气体中的水分在酸雾表面冷凝而增大粒径04.水分的清除.用浓硫酸干燥。原理为：同一浓度下，硫酸的浓度越高,其液面上水蒸气的平衡分压越小，当炉气中的水蒸气分压大于硫酸液面上的水蒸气分压时，炉气即被干燥。第四章纯碱及烧碱1什么是联合法制碱？其工艺过程有什么特点？答：联合以食盐、氨及合成氨工业副产的二氧化碳为原料，同时生产纯碱及氯化铉两种产品简称“联合制碱”。其总反应方程式为NaC1+H20+NH1+CO,=NaHCOj+NH1C1»保留了氨碱法的优点，消退了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH1C1.可做氮肥；可及合成氨厂联合，使合成第的原料气CO转化成CO2,革除了CaCO3制C02这一工序。2在氨碱法制破中，饱和食盐水为什么要进行精制？工业生产中精制食盐水主要采纳哪种方法？为什么？答：由于食盐水中含有钙盐和镁盐等杂质，在后续盐水吸筑及碳酸化过程中能和NH,及C0：,作用生成沉淀或夏盐，会使设备和管道结垢、堵塞并造成氨及食盐损失，若不将这些杂质去除会影响纯碱的质量，故饱和食盐水要精制。工业生产中精制食盐水主要采纳石灰-纯碱法,因为此法使钙镁沉淀、加入、脱除是一次完成的，且操作简洁、劳动条件好、精制度高。3为什么重破过渡后要进行洗涤？对洗涤水有何要求？为什么？洗水量应如何限制？答：市碱过滤时，须对滤饼进行洗涤，将重碱中残留的母液洗去，降低成品纯碱中氯化钠的含量。洗涤要用软化水，以免带入钙镁离子形成沉淀堵塞滤布，洗水量应限制适当，以保证市碱的质量及削减损失为宜。4他述联碱法和氨碱法的优缺点。答：氨碱法优点:原料（食盐和石灰石）便宜且要求低；产品纯碱的纯度高：副产品氨和二氧化碳都可以回收循环运用；制造步骤简洁，适合于大规模生产。缺点：1、必需用质量较高的固体盐，氯化钠的利用率低，并且只利用了其中的钠离子，其中全部的氯离子被废弃。2、生产中排放大量废液，难以处理。3.生产过程须要消耗石灰石和焦炭，能耗高。联合制碱法优点，食盐的利用率提高到96%以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种珍贵的产品纯碱和氯化筱。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱。将碱厂的无用的成分氯离子来代替价格较高的硫酸固定纸厂里的双，制取氮肥氯化铉。从而不再生成氯化钙,削减环境的污染，并且降低了纯碱和氮肥的成本。5比较几种食盐电解工艺的优缺点.答：离子膜：代表发展方向，占地面积小产品质量好，投资大、投资回收期长：隔膜：技术成熟、投资小，产品质量差；水银：产品质量好，水银易造成环境污染，逐步淘汰。6简述索尔维制球的原理及优缺点答：向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后在加压下通入C02,因Na1.1.C03溶解度小，有下列反应发生H3+C02+H20=NH4HC03NaC1.+NH4HCO3=NaHCO3I+NH4C1将析出的NaHC03晶体煨烧，即得Na2CO3:2Na1.1.C03=Na2C03+C02t+1120母液中的VMC1.加消石灰可回收纸，以便循环运用：2NH4C1+Ca（OH）2=CaC12+2H3t+2H20此法优点：原料经济，能连续生产，C02和NH3能回收运用。缺点：大量CaC12用途不大,NaC1.利用率只有70%,约有30%的NaC1.留在母液中。7隔膜法电解食盐水溶液时，在电解槽石鼻阳极上将发生哪些主要副反应？有何危害？如何防止？答：隔膜法电解食盐水溶液时，在电解槽石墨阳极上发生的副反应：（1）阳极上析出氯气的溶解反应（2）阴极区OH-向阳极区迁移引起中和反应（3）C1.o-的放电反应以及HC1.O3的中和反应（4）OH-的放电反应（5）氧化剂对石墨的腐蚀危害：腐蚀电极；降低阳极电流效率：氯气不纯（含CO2）、烧碱中含Na2C03o防止：维持阳极区盐水液位适当高于阴极区液位，阻挡0H一向阳极迁移。8为什么说钠利用率关系到氨做法生产纯碱的各种原材料消耗？答:钠利用率高则（1）氨盐水消耗量削减（2）碳酸化母液量削减（3）石灰乳用量削减（4）氮循环量降低。