泰山医学院化工工艺学题和答案

化工工艺学试题一一、填空题（本题共 20 分，共 10 小题，每题各 2 分）1、在合成氨烃类蒸汽转化的过程中，从热力学角度分析有三个副反应存在析炭的可能性，这三个副反应的化学反应方程式分别为 24HC , 2CO,，OHC22而从动力学角度分析只有_ 24才可能析炭。2、按照用途的不同可将工业煤气分为四类，分别为：_空气煤气；水煤气；混合煤气；半水煤气3、煤中的水分主要分为三类，其中包括：游离水、_吸附态水；化学键态水4、在合成氨 CO 变换工序阶段低温变换催化剂主要有_铜锌铝系_和_铜锌铬系_-_两种类型。5、在合成氨原料气的净化过程中脱硫的方法主要分为：_湿法脱硫_和_干法脱硫_两种类型。6、氨合成塔的内件主要由催化剂筐,热交换器 _和电加热器三个部分组成。7、尿素的合成主要分两步进行分别为：_2NH 3 (g)+CO2 (g)=NH4COONH2 (l)（反应方程式）和_ NH 4COONH2 (l)NH 2CONH2 (l)+H2O (l)（反应方程式）。8、在以硫铁矿为原料生产硫酸过程中，硫铁矿在进入沸腾焙烧炉前需要达到的组成指标为：S20%、As0.05% ；C1%；Pb0.6%；F0.05%和 H2O8%。9、在沸腾炉焙烧硫铁矿时要稳定沸腾炉的炉温需要做到的三个稳定分别为：稳定的空气量、_稳定的矿石组成和稳定的投矿量10、电解法生产烧碱的电解反应为_（反应方程式）。二、简答题（本题共 50 分，共 5 小题，每题各 10 分）1、简述烃类蒸汽转化过程中析炭的危害及防止析炭应采取的措施。1、答：危害： 炭黑覆盖催化剂的表面，堵塞催化剂的孔道，降低催化剂的活性。 炭黑的生成影响反应器内的传热，致使转化炉管壁局部过热，而缩短其使用寿命。 炭黑的生成能使催化剂粉碎，增大床层阻力，影响生产能力。应采取的措施： 提高蒸汽比（水碳比） ； 保持催化剂的活性； 选择适宜的操作条件。2、简述铁铬系高温变换催化剂的组成（含量）及各组分的作用。2、答： 铁氧化物，含量为 8090%，是催化剂的活性组分； 三氧化二铬，含量为 3.015%，是催化剂的稳定剂，防止催化剂中的铁组分过渡还原； 氧化钾，含量为 0.20.4%，是催化剂的助剂，能提高催化剂的活性，强度及耐热性。3、简述硫酸生产两转两吸工艺的优、缺点。3、答：优点： 转化反应速度快，最终转化率高； 能处理 SO2 含量较高的气体； 能减轻尾气的危害。缺点： 热量损失大； 阻力大，能耗增加； 流程长，操作复杂。4、简述氨碱法生产纯碱的优、缺点。4、答：优点：原料便宜；生产过程中氨能循环使用，损失少；能实现大规模连续生产；易实现机械化和自动化；产品质量高。缺点：原料利用率低；废液废渣污染严重，不便在内陆建厂；母液中含有大量的 NH4Cl，需加入石灰乳才能使之分解，并通过蒸馏回收氨，设置蒸氨塔消耗大量蒸汽和石灰；流程长，设备庞大，能量消耗大。5、写出转化率、产气率、选择性、收率及质量收率等衡量裂解结果指标的定义式。5、答： 转化率：转化率(参加反应的原料量通过反应器的原料量) 100%； 产气率： 产气率(气体产物总质量原料质量 )100%； 选择性：选择性(转化为目的产物的原料摩尔数反应掉的原料摩尔数) 100%； 收率：收率(转化为目的产物的原料摩尔数通过反应器的原料摩尔数) 100%； 质量收率：质量收率(实际所得目的产物质量通入反应器的原料质量) 100%三、计算题（本题共 30 分，共 2 小题，每题各 15 分）1、在 CO 变换的实际生产中，通常可测得原料气及变换气中 CO 的干基含量，假设以 1mol干原料气为基准，初始 CO 的干基含量为 y1，变换后 CO 的干基含量为 y2，试计算在转化过程中 CO 的转化率 x。1、解：CO 变换的方程式为：CO+H 2OCO 2+H2设：在变换过程中干基原料气的物质的量为 1mol，CO 的转化率为 x，由假设及题意可得：当反应到平衡时，CO 转化的物质的量为 y1mol，而生成的 CO2 和H2 的物质的量分别为 xy1mol 和 1mol，则平衡时变换气的物质的量为：)(1molxy平衡时 CO 物质的量为： 21)(yx由 CO 物质的量的守恒则有：初始 CO 的物质的量转化的 CO 的物质的量+未转化的 CO 的物质的量，即有： 211)(yxy整理得：%0212、在隔膜法电解食盐水溶液时，若电解槽的实际电压（V 槽 ）为 3.35V，电流效率为 95%，食盐水的理论分解电压（V 理 ）为 2.171V，试求电解过程中的电能效率。（计算结果保留小数点后两位有效数字）2、解：电能效率=(W 理 /W 实 )100%=(I 理 V 理 )/ (I 实 V 实 ) 100%=(I 理 /I 实 )(V 理 /V 实 ) 100%=95%(2.171/3.35) 100%=61.65%在电解过程中的电能的效率为 61.65化工工艺学试题二一、填空题（本题共 20 分，共 10 小题，每题各 2 分）1、在合成氨工艺中应用蒸汽转化制得的粗原料气应满足：残余甲烷含量的体积分数小于0.5%；(CO+H 2)/N2(摩尔比)在 _2.83.1之间。2、在合成氨烃类蒸汽转化的过程中，当析炭较轻时可采用降压减量和提高水碳比_两种法将积炭消除。3、在煤热解的过程中，对热解产物的组成有较大影响的因素有温度；加热速率和压力。4、煤气化的工业方法要有蓄热法；富氧空气气化法和外热法。5、在用铜氨液对合成氨原料气进行最终净化时，对 CO 的吸收具有活性的离子为 Cu(NH3)2+6、在用甲烷化法脱碳时的主反应为 CO+3H2=CH4+H2O；和 CO2+3H2=CH4+2H2O；副反应为 2COC+CO 2；Ni+4CONi(CO) 47、在合成尿素时适当提高氨碳比是有利的，其有利方面主要表现在抑制缩二脲的生成；降低物系介质的腐蚀性和有利于调节操作的热平衡。8、硫铁矿接触法生产硫酸的过程包括_焙烧；转化 和吸收三个基本过程。9、目前，世界上生产纯碱的方法主要有氨碱法；天然碱加工和联合制碱法。10、生物质是指自然界中含有纤维素；半纤维素；淀粉；糖类和油脂等的物质。二、简答题（本题共 50 分，共 5 小题，每题各 10 分）1、写出气态烃蒸汽转化的主反应和副反应的化学反应方程式。主反应： 2243HCOH； 2244HCO； ； 3； 2243； 22副反应： ； ； 2、从热力学分析气态烃蒸汽转化宜在低压下进行，但在工业生产中一般将压力提高到3.54.0Mpa，简述其原因。2、答： 可以节省压缩功消耗； 提高过量蒸汽余热的利用价值； 可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。3、简述合成氨原料气净化阶段湿法脱硫和干法脱硫两种方法各自的特点。3、答：湿法脱硫：吸收速度或化学反应速度快，硫容量大，适合于高硫含量的原料气，脱硫液再生方便，可循环使用，还可回收硫黄，但脱硫精度不高。干法脱硫：使用固体脱硫剂，脱硫精高，可将硫化物脱至 0.10.5cm3/m3，但脱硫设备机组庞大，更换脱硫剂工作笨重，再生能耗大，仅适用于脱除低硫或微量硫。4、简述在合成氨粗原料气净化阶段采用低温甲醇洗涤法的优、缺点。4、答：优点： 可脱除多种杂质：H 2S、 CO2、COS 、CS 2、RSH、C 4H4S、HCN 、NH 3 和 NO，同时还有脱水作用，使气体得到干燥，有用的组分在甲醇的再生过程中得到回收。 净化程度高：总硫可降到 0.1ppm 以下；CO2 可降到 10ppm 以下。 可选择性脱除 H2S 和 CO2，并可分别加以回收利用。 甲醇热稳定性和化学稳定性好，不会被降解，不腐蚀设备管道，便宜，易获得，可大量生产。 可与液氮脱除 CO、CH 4 联合使用，工艺更加合理，能节省投资和动力消耗。缺点： 甲醇有毒，对设备管道安装要求非常严格。 工艺流程长，再生过程比较复杂。5、试写出尿素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。5、答： 尿素水解反应：NH 2CONH2+H2O=2NH3+CO2； 缩合反应：2 NH 2CONH2NH 2CONH2+NH3； 异构反应：NH 2CONH2NH 4NCO，NH 4NCONH 3+HNCO三、计算题（本题共 30 分，共 2 小题，每题各 15 分）1、在 CO 变换的实际生产中，通常可测得原料气及变换气中 CO 的干基含量，假设以 1mol干原料气为基准，初始 CO 的干基含量为 y1，变换后 CO 的干基含量为 y2，试计算在转化过程中 CO 的转化率 x。1、解：CO 变换的方程式为：CO+H 2OCO 2+H2设：在变换过程中干基原料气的物质的量为 1mol，CO 的转化率为 x，由假设及题意可得：当反应到平衡时，CO 转化的物质的量为 xy1mol，而生成的 CO2 和 H2 的物质的量分别为 xy1mol 和 1mol，则平衡时变换气的物质的量为：)(1molxy平衡时 CO 物质的量为： 21)(yx由 CO 物质的量的守恒则有：初始 CO 的物质的量转化的 CO 的物质的量+未转化的 CO 的物质的量，即有：211)(yxy整理得：%021x2、在隔膜法电解食盐水溶液时，若电解槽的实际电压（V 槽 ）为 3.35V，电流效率为 95%，食盐水的理论分解电压（V 理 ）为 2.171V，试求电解过程中的电能效率。（计算结果保留小数点后两位有效数字）2、解：电能效率=(W 理 /W 实 )100%=(I 理 V 理 )/ (I 实 V 实 ) 100%=(I 理 /I 实 )(V 理 /V 实 ) 100%=95%(2.171/3.35) 100%=61.65%在电解过程中的电能的效率为 61.65化工工艺学试题三一、 填空题（本题共 30 分，每空 1 分，共 30 空）1、合成氨生产过程包括造气、净化、压缩与合成三大步骤。2、以天然气为原料，采用蒸汽转化法制造粗原料气时应满足两大要求：残余 CH40.5%、 （H 2+CO） / N2 =2.83.13、写出甲烷蒸汽转化反应的独立主反应： 4223CHO；22CO。4、甲烷蒸汽转化过程所用催化剂的主要活性成分是 Ni、 ，载体是 Al2O3 。5、脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫，其中低温甲醇洗涤法属于湿法脱硫。干法脱硫中最典型的方法是氧化锌脱硫。6、一段转化炉对流段和辐射段两个主要部分组成。7、氨合成反应是在高温高压下进行，为了适应该条件，氨合成塔通常由内件和外筒两部分组成，其中内件只承受高温，外筒只承受高压。8、合成尿素反应为： 2322CONHCOH 。9、硫酸生产原料主要有：硫铁矿、硫磺、硫酸盐、硫化氢等，我国硫铁矿 分布较广。10、硫铁矿在氧较充足的条件下，其焙烧反应方程式为 2232418FeSOeS 。11、目前 SO2 炉气在净化过程中主要采用酸洗流程（请选择：酸洗流程或水洗流程） 。12、SO 2 催化氧化所用催化剂为：钒催化剂。13、为了降低尾气中 SO2 的含量，提高硫的利用率，对 SO2 的转化工艺进行了改进，最有效的技术是两次转化两次吸收。14、生产纯碱最重要的方法为氨碱法、联合制碱法和天然碱加工。15、氨碱法制碱过程中，碳酸化所需的 CO2 主要来源于石灰石煅烧。16、电解法制烧碱的原理为： 2NaClHOaClH 。17、有机化学工业的最基本的产品为乙烯。18、烃类管式炉裂解生产乙烯要求为：高温、停留时间短、低烃分压19、裂解气从裂解炉出来之后应立即进行急冷处理，然后再净化。二、简答题（本题共 60 分，每题 10 分，共 6 题）1、请绘出以硫铁矿为原料生产硫酸的方块流程图。2、对裂解气进行深冷分离包括哪三大部分？每部分作用是什么？气体净化系统脱酸性气体、脱水、脱炔、脱一氧化碳。压缩和冷冻系统加压降温。精馏分离系统精馏塔、分离甲烷、乙烯、丙烯、C 4馏分及 C5馏分。3、不论是氨的合成还是裂解气的分离，都要进行压缩，而且采用的是多级压缩，为什么？3、 （1）氨合成与烃类裂解都需要在高压下进行。（2）压缩机压缩功与压缩比的对数成正比，在压缩过程中绝热压缩功耗最大，温升最大，等温压缩功耗最低，当压缩比太大时，绝热压缩温升可能超过润滑油闪点，造成压缩机摩擦损耗和功耗增加。因此需要采用多段压缩，目的是尽可能接近等温压缩。4、联合法制碱包括哪两个过程？绘出其原则流程图？ 4、 （1）制碱过程 NaCl + NH3 + CO2 + H2O NaHCO3 + NH4Cl（2）从母液中将氯化铵结晶出来：NH 3 + HCO3 NH4+ + CO32NH3 + HCO3 NH2COO + H2O原则流程图：5、简述天然气为原料进行蒸汽转化的工艺条件。5、压力：热力学上，降压有利，但是实际采用加压操作，可以节省压缩功消耗；可以提高蒸汽余热利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。3.54.0Mpa。温度：升温在热力学和动力学上都有利，但受反应管寿命限制，温度不能太高，具体与操作压力大小有关。一段炉 1.8Mpa，出口温度约 7603.2Mpa ，出口温度约 800二段炉：确保出口甲烷低于 0.5%。出口温度需达 1000以上。水蒸汽与甲烷的摩尔比 m：提高水碳比，可以提高甲烷的转化率；此外还可抑制付反应即析碳反应的发生。但是过高，从经济上不合理；而且还会增大系统阻力、增加动力消耗；增加辐射段的热负荷，一般水碳比选择为 2.53.5。空间速度：越大，催化剂用量越少，其大小的选择由设备尺寸，催化剂的颗粒大小以及操作压力等因素综合决定。6、简述该课程的特点。三、计算题（10 分）原料丙烷进料 1000kg/h，反应掉丙烷量 700kg/h，得乙烯 400 kg/h， ，求反应的转化率、选择性和收率。转化率：70%，选择性：89.8%，收率：62.86%化工工艺学试题四二、 填空题（本题共 30 分，每空 1 分，共 30 空）1、氨的生产方法有氰化法、直接合成法2、以天然气为原料，采用蒸汽转化法制造粗原料气时应满足两大要求：残余CH40.5%；（H 2+CO）/ N 2 =2.83.1 3、CO 变换所用催化剂分为低温变换催化剂 、高温变换催化剂和宽温耐硫变换催化剂。4、我国一般小型的合成氨厂在脱除 CO2 时，常采用化学家侯德榜提出的碳化法合成氨流程制取碳酸氢铵。5、铜铵液吸收法中，所采用的再生装置中三个塔从上到下的正确位置是：回流塔、还原器、再生器6、一段转化炉根据烧嘴的位置不同可分为顶部烧嘴炉、侧壁烧嘴炉和梯台炉。7、氨合成塔分为连续换热、多段间接换热、多段冷激式等塔型，在布朗深冷净化工艺中，合成塔采用的是绝热式 氨合成塔。8、合成尿素反应为 2322CONHCOH 。9、目前，焙烧硫铁矿主要采用沸腾焙烧（沸腾焙烧或固定床焙烧）技术。10、硫铁矿在氧不够充足的条件下，其焙烧反应方程式为 2342386FeSOeS 。11、SO 2 炉气干燥所采用的干燥剂为 9395%的浓硫酸。 12、硫酸的生产方法主要有硝化法、接触法两种方法。13、纯碱的分子式为 Na2CO3，倍半碱的分子式为 Na2CO3NaHCO32H2O，洁碱的分子式为： NaHCO 。14、联合法制碱过程中，碳酸化所需的 CO2 主要来源于