化工工艺学期末复习题答案

1、合成氨1. 合成氨生产过程主要分为哪几个工序？以煤为原料以天然气为原料2. 天然气水蒸汽转化制气的主反应和副反应有哪些？抑制副反应的策略如何？主要反应 (I)CH4 H2O = Co 3H 2 -206.4 kJ mol (2)CO H2O = CO2 H2 41.2kJ mol 主要副反应 CH 4= 2H 2 C -74.9kJ.mol J 2CO =CO2 C 1724kJ .mol J抑制副反应：为控制积碳，增加水蒸汽用量以调整气体组成和选择适当的温度、压力来解决。从反应平衡及副反应来看，水碳比高，残余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用较高 的水碳比，约 3.03.5转化为可逆反

2、应，温度越高，平衡转化率越高，从组成计算看岀，1000 C以上CH4含量才小于0.5% ,要求设备的耐高温性能。3. 为什么采用两段转化？两段转化的供热方式各有什么不同？如何确定和控制二段转化的温度？全部采用高温转化，设备费用和操作费用太高，所以采用低温(700800 C)转化和高温(1200 C )转化的两段方式。一段温度对合金钢管要求低，用合金钢管保证传热和供热；二段采用砖内衬的绝热设备，并通入一定比例的空气与一段的 H2反应产生热量和高温(12001400 C ),保证CH4转化彻底，同时加入了合成氨需要的 原料N2。二段炉温度：按甲烷控制指标来确定。压力和水碳比确定后，按甲烷平衡浓度来

3、确定温度，要求yCH4<0.005 ,岀口温度应为 1000 C左右。凯洛格(Kellogg)甲烷蒸汽转化工艺流程1-钻钼加氢反应器；2-氧化锌脱硫罐；3-对流段；4-辐射段(一段炉)；5-二段转化炉；6-第一废热锅炉；7-第二废热锅炉；8-汽包；9-辅助锅炉；10-排风机4. 天然气中的硫成分有哪些？干法脱硫和湿法脱硫的主要方法有哪些？其适用范围有何区别？硫化氢(H2S),同时此外还可能有一些有机硫化物，如硫醇(C2H5SH)、硫醚(CH3SCH3)及噻吩(C4H4S)、二硫化碳(CS2)等。? 干法脱硫：一般适用于含S量较少的情况氧化锌法、钻钼加氢法、氢氧化铁法、活性碳法等? 湿法脱

4、硫：一般适用于含S量较大的场合化学吸收法、物理吸收法和化学物理综合吸收法等5. 氧化锌脱硫的工作原理是什么？其工艺流程和工艺条件如何？氧化锌脱硫法也可以脱除硫醇、硫醚等有机硫，但反应速度较慢，一般选择较高的温度350400 C，才能获得较快的反应速度。反应式如下：在有H2存在时，一些有机硫可先转化为H2S ,再被氧化锌所吸收，反应式如下：流程1:硫含量较高流程2 :硫含量较低6. 变换工序的反应原理和主要任务是什么？为什么要分中温变换和低温变换？是将原料气中的 CO变成CO2和H2。H2是合成氨需要的原料成份，CO2在后面的脱碳和甲烷化两个工序中除去，作为生产尿素或食品级CO2的原料。变换反应

5、为放热反应，温度升高，平衡常数减小。为了变换过程进行彻底，要求尽可能低的反应温度；但温 度低，反应速度必然减缓7. 苯菲尔脱碳的主要化学反应和脱碳原理是什么？再生指数(碳化度)的定义是什么？原理：CO2的吸收过程是 CO2与K2CO3反应生成KHCO3。但是由于受反应速度的限制，气体中 CO2与溶 液中K2CO3的反应速度较慢。为了加快 CO2在K2CO3溶液中的吸收速度，通常在 K2CO3溶液中又添加了 一种催化剂二乙醇胺再生指数(碳化度)的定义：每摩尔 K2CO3所已经吸收的 CO2摩尔数，即溶液中 K2CO3转化为KHCO3的转化度。化肥1. 描述由NH3和C02合成尿素的化学反应过程与

6、相态。(重点)上述两个反应中，第一个反应为快速放热反应，反应程度很大，生成溶解态的氨基甲酸铵；第二个脱 水生成尿素的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。2. 尿素合成反应过程的主要副反应及控制措施。(熟悉就行)当温度在60C以下时，尿素水解缓慢；温度到 100 C时尿素水解速度明显加快；温度在 145 C以上时，水 解速度剧增。尿素浓度低时，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。3. 尿素生产的氨汽提法流程中，合成塔岀来的尿素溶液主要经过了那些设备，溶液的温度、压力、组成如 何？(常识了解)设备：气提塔，降膜分解器，目前，工业合成尿素的方法都是在液相中由NH3和C

7、02反应合成的，温度的影响： 温度较低时平衡转化率随温度升高而增加，在190 C时达最大，温度进一步升高，平衡转化率反而下降。一般选择尿素合成温度为180190 C组成的影响：CO2过量对转化率影响很小，氨过量则明显提高转化率。氨碳比的影响如右图。水碳比增加0.1 ,转化率下降约1 %。不同工艺选择的合成过程物料比不同。如：水溶液全循环法氨碳比4.0，水碳比0.650.7; 汽提法工艺氨碳比 2.93.1 ,水碳比0.30.4。压力的影响： 压力对液相反应的影响很小。但由于体系存在惰性气体和气液平衡，操作压力应该大于平衡压 力4. 硝酸铵的主要用途是什么？1 硝铵是重要的氮肥，特别适用于温度低

8、的旱田。还是制造复合肥料的原料。2. 硝铵是炸药的主要原料。3. 硝铵还是制麻醉剂(N2O ,笑气)的原料。5. 湿法磷酸是用磷酸为催化剂、硫酸溶液分解磷矿的过程，磷矿以Ca5F(PO4)3为主，还有Si、Fe、Al等杂质元素，试分析一下反应过程的主、副反应及其产物，并说明副反应对反应过程的影响。Ca5F(PO4)3 nH3PO4 5H2SO4 =(n 3)H3PO4主反应：一步反应过程'5CaSO4.H2O ' HF两步反应过程：Ca5F(PO4)3 nH3PO4=(n-7)H3PO4 5Ca(H2PO4)2 HF副反应：6HF SiO2=H2SiF6JH2O副反应不仅损失磷

9、，而且沉淀会包裹在矿石表面，阻止酸分解反应的进一步进行，产生钝化现象。硫酸和硝酸1. 工业上曾经氧化 SO2制硫酸的方法有哪些？写岀其主要反应式。亚硝基法和接触法亚硝基法 接触法S + O2 SO2 2 SO2 + O2 2SO32SO3 + H2O H2SO42. 硫铁矿的主要成分是什么？焙烧硫铁矿的主要化学反应有哪些？FeS2主要反应：2FeS2=2FeS+S2 S2 + O2 = SO23. 焙烧硫铁矿的设备是什么？根据物料状态，设备内可分几个区域？ 各区域的物料特点是什么？不同雀比 w*ttw 的 Ca0727977SO3分压较高，气相中的不能完SO3浓度为7%时，则说明吸收酸7.4%

10、的曲线与上表数据2Q4Q 601®Naa<A>N;NlilaCA)设备：沸腾培烧炉460560 C为第一阶段，斜率大，活化能大。温度升高，反应速率增加很快。化学反应受动力学(速度)控制560720 C为过渡阶段，反应速度受温度影响较小。> 720C为第三阶段，反应速度随温度升高再增加，但增加幅度 小。实验证明，第三阶段活化能较小，焙烧反应主要受氧扩散的控制。4. SO2氧化为SO3的温度、压力、 SO2含量等工艺条件如何？ 温度：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变 化，即先高后低压力：二氧化硫氧化反应是体积减小的反应，提高压力可提高平衡转化率SO2

11、含量：根据硫酸生产总费用最低的原则来确定二氧化硫的起始浓度，最适宜的最终转化率与所采用 的工艺流程、设备和操作条件有关。98.3%的浓硫酸？浓度太5. SO3的吸收过程通常采用发烟硫酸或/和浓硫酸吸收，为什么采用浓度为高、太低有什么影响？确定吸收塔操作温度主要考虑哪些方面的因素？如图所示，在任何温度下选择浓度为98.3%的硫酸作为吸收液比较合适。若吸收酸浓度太低,因水蒸气分压增高，易形成酸雾；但若吸收酸浓度太高，则液面上 全被吸收。因为标准发烟硫酸游离 SO3浓度为21%。从上表看岀，在气体中 温不能超过80 CO不同转化气SO3浓度下，SO3吸收率与温度的关系如右图所示，其中 致。可见，温度

12、升高，吸收率下降；气相 SO3浓度增加，吸收率上升。6. 制硝酸氨氧化的主要反应，其相态、热效应、反应平衡、催化剂等有什么特点？主要副反应有哪些？主反应4NH 3(g)5。2=4NO6H2O90728kJmol副反应4NH 3(g)4O2=2N2O6H 2O1104.9kJmol在反应温度下，上述反应的平衡常数都很大。如果对反应不加控制，氨和氧反应的最终产物必然是 N2。要得到希望的产物 NO ,不能从反应热力学去改变化学平衡来达到目的，只能从反应动力学方面去着手。即寻找一种选择性 的催化剂，抑制不希望的反应。目前最好选择性的催化剂是铂。纯碱和烧碱复习思考题1. 纯碱中的重碱是什么意思？密度为

13、 0.951.07gcm-3的纯碱2. 氨碱法制纯碱的主要原料有哪些？制碱过程的主要反应有哪些？主要副产物是什么？原料：氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO3)主要反应CaCO3(S)焙烧CO2(g) CaO(S) -仃6.105kJmol主要副产物 CaO NH4Cl3. 从干盐相图分析，为什么在P1点NaHCO3的结晶析岀最多？且 Na利用率最高？如何控制操作点的位置。升高温度对最佳操作点P1、Na利用率和NaHCO3结晶有什么影响？右图中，1 P2、P2> P2P1、P1 皿、P1 W为饱和线；1,2,3 区为 NaHCo3、NH4HCO3、NH4Cl 的析岀 区；P1点可析岀三种

14、结晶。氨盐水碳酸化后的组成在AC线上。如果只需析岀NaHCO3时，组成应 R-S线内，超过 S析岀NH4HCO3,超过 R 析岀 NaCl。如果总组成在 X点，T点为饱和溶液，结晶与溶液比为TX:XD ,比值越大，析岀结晶越多。可见 P1点操作最好。4. 氨盐水碳化是在什么设备中进行的？C02经氨盐水吸收，生成氨基甲酸铵、碳酸氢铵、最终生成碳酸氢纳，各步骤的速度、温度有何特点？氨盐水碳酸化是在碳酸化塔中进行随着C02的不断溶解，溶液中过量的氨基甲酸铵进一步发生水解反应。甲铵水解是慢反应，是碳酸化 的控制步骤：当PH值10.5的强碱性时，碳酸氢盐也存在下述离解反应 当氨盐水被碳酸化达到一定程度，

15、HCO3-积累超过溶度积，析岀碳酸氢钠：氨盐水进塔温度约 3050 C,中部温度升到 60C左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在 30 C以下，保证结晶析岀。碳化塔中部温度高，一方面反应本身有一些热量放岀，另一方面主要是考虑结晶初期温度高一点 对晶粒长大有利，可形成较大晶体以利过滤。同时冷却速度不宜过快，过快可能形成结晶浆，难于过滤 分离。5. 工业生产烧碱的方法有哪些？电解法生产烧碱的原料、电极反应、总化学反应是什么？精制食盐水 时，其中的镁、硫酸根杂质如何去除？方法：生产氢氧化钠通常用电解法（NaCl为原料）、苛化法（Na2CO3为原料）。原料：NaCl水溶液电极反应：总反应：除去杂质：去除镁离子的方法用OH-而沉淀Mg（OH）2岀来：少量硫酸盐对电解过程影响大，在这一步也要除去： 煤的化学加工1. 煤的结构及煤气化原理。煤的基本结构单元为缩合芳烃及环烷烃及多种侧链，杂原子及官能团。网络结构模型-整体平均结构单元模型-有机质煤气化原理：煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦的气化等过程。2. 煤气化主要方法及能量利用。煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为固定床、沸腾床、气流床三种形式。3. 费托合成原理。化学反应基本反应：nCO + 2nH2（CH 2） n