化工工艺学复习资料

1、1. 合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等.2. 合成氨原料气的制备就是将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。3. 对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。4. 合成氨净化工序就是对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。5. 一氧化碳变换过程中由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.

2、3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。 6. 以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。7. 经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。8. 目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。9. 深冷净化法通常与空分（空气分离）以及低温甲醇洗结合。10. 甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生

3、成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。11. 氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%20%。12. 气态烃蒸汽转化法按供热方式的不同，制取粗原料气有外部供热的蒸汽转化法和内部蓄热的间歇操作法。13. 蒸汽转化法制得的粗原料气应满足下述要求：（1）残余甲烷含量不超过0.5%（体积百分数）；（2）(H2+CO)/N2在2.83.1(摩尔比）。14. 工业生产中由化学平衡常数所控制的化学反应，反应器出口物料的组成和达到平衡的物料组成之间总是有一定的差距，反映这两个物料组成的平衡温度之差叫做“平衡

4、温距”。对于一段，平衡温距1015 ；二段，平衡温距1530 15. 气态烃蒸汽转化时，若水蒸汽过高会导致：能耗越高；床层阻力降增大；热量供应受限制等不利操作的状况。16. 甲烷蒸汽转化反应是比较复杂的，在进行化学反应的同时，还存在传质和传热过程。在转化催化剂上进行的反应过程是由外扩散过程、内扩散过程和表面催化剂动力学过程所组成。17. 工业生产中为了促进甲烷蒸汽转化反应速率，可以采取减小催化剂量的粒径和增加有效扩散系数（选择有合适微孔结构的的催化剂）的途径。18. 析碳的危害：覆盖催化剂表面，堵塞微孔，降低催化剂寿命；影响传热，使一段转化炉管壁缩短局部过热而缩短使用寿命；催化剂破碎增大床层阻

5、力，影响生产能力。19. 通过对化学热力学分析，甲烷蒸汽转化过程中只有在转化管进口的一段位置可能析炭，但是否析炭还需结合化学动力学来分析，即对炭的沉积速度与脱除速度的比较。20. 甲烷蒸汽转化过程中防止碳黑生成的条件：1.（热力学角度）避免进入热力学析C区。也就是说需要把水蒸气用量提高到大于理论最小水碳比；2.避免进入动力学析C区，也就是选用适宜的催化剂并保持良好，要求催化剂应具有更高的抗析碳能力；3.控制适当的工艺条件：比如含烃原料的预热温度不要太高，当催化活性下降或出现中毒迹象时，可适当加大水碳比或减少原料烃的流量。4.检查反应管内是否有碳沉积，可通过观察管壁的颜色，如出现“热斑”“热带”

6、现象，或由转化管的阻力变化加以判断。21. 甲烷蒸汽转化过程中消炭的方法有：1.析C较轻: 方法：降低压力，提高水碳比，减少原料量；2.析C较重：采用蒸汽除碳；3.加入空气，进行烧炭，但必须控制氧气量，否则催化剂会失活。22. 甲烷蒸汽转化过程二段转化的目的是：（1）将一段转化气中的甲烷继续转化；（2）加入空气提供合成氨反应需要的氮；（3）燃烧部分转化气中的氢气为转化炉供热。23. 烃类蒸汽转化是吸热、可逆反应，温度增加，甲烷平衡含量下降。温度每降低10，甲烷平衡含量约增加1-1.3。24. 烃类蒸汽转化过程中，一般要将一段转化温度控制在800-900 ，二段转化温度控制在1000-1200

7、。25. 烃类蒸汽转化为体积增大的可逆反应，提高操作压力对转化反应平衡不利，会使甲烷平衡含量也随之增大，但可改善反应速率、传热速率和传热系数，还可节省原料气的压缩功，使变换、脱碳、甲烷化在几乎同一压力下操作，减少净化设备投资。提高过量蒸汽余热的利用价值。26. 烃类蒸汽转化中二段转化加入空气量的多少，用二段炉出口温度反映，但不能用来控制炉温和出口甲烷含量的手段。因为空气量的加入由合成反应的氢氮比决定。27. 烃类蒸汽转化中二段炉出口残余甲烷每降低0.1，合成氨产量增加。一般控制在。28. 重油部分氧化发是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解和裂解产物的转

8、化反应，最终获得以H2和CO为主要组分，并含有少量CO2和CH4（0.5%以下）的合成气。29. 重油部分氧化法造气在实际生产中，可以采用以下措施来防止或减少炭黑的生产：1在喷嘴设计中考虑喷出重油有极好的湍流条件，目的在于使重油充分雾化后和水蒸汽等均匀混合，进入高温气化炉，使它来不及热裂解就进行气化反应；2. 在原料重油预热过程中，加热均匀，保持温度不致升得过高，过急，以免重油在预热器内局部过热产生裂解（原料油的预热温度要视油品和压力而定）；3. 加入适量水蒸汽，促使反应C+H2OCO+H2向右移动，减少炭黑生成量，有些实验者指出，在重油中添加4%左右的水，使水在气化时蒸发产生爆炸，从而促使重

9、油精细的雾化，有效地遏制了炭黑的生产，提高气化率。30. 重油部分氧化法采用加压气化与常压气化相比有：提高压力可以增加反应物的浓度；加快反应速度，有利于降低甲烷和炭黑含量；喷嘴雾化效果好，因而有利于降低气体中炭黑含量。压力高，除炭黑效率高；气化炉容积减少，带来的两个好处：A热损失下降，氧油比降低，氧耗和油耗都可下降，有效气产率增加；B钢材耗量、基建投资，占地面积均可下降 ；功率消耗明显降低，由于氧气量约为氢气量的35%，氧气压缩功率虽有所增加，但氢气压缩功大为降低，因此整个合成氨功率消耗明显下降；升高压力，有利于后序脱硫脱碳。31. 重油部分氧化法中，若氧气用量如果超过良好的生成气成分必要的理

10、论用量时，其结果是重油消耗多，炉温高，使生成的有效成分中二氧化碳和水蒸汽的含量增加，而有效气（CO+H2）相对减少；如果氧气用量过少，会造成炉温低，重油转化不完全，制取的原料气中甲烷和炭黑含量增加。32. 重油部分氧化过程加入蒸汽，不仅是作为氧化剂与各种烃类进行反应，而且还可起到缓冲炉温和抑制炭黑生成的作用。33. 蒸汽在重油部分氧化中的主要作用：（1）“雾化剂”作用；（2）“缓冲剂”作用（3）“气化剂”和降低甲烷及炭黑生成的作用；（4）能替代一部分氧气用量。34. 在重油部分氧化中（1）蒸汽油比过大：炉温会下降，炉温下降过低，会使有效气CO+H2的含量降低，甲烷和炭黑含量增加（2）蒸汽油比过

11、小：重油雾化不完全，不充分具备提高重油油滴的蒸发速度和制备易燃烧的混合物的条件35. 工业生产中重油部分氧化的蒸汽油比最低限度取决于喷嘴雾化的需要，在一般情况下，常压气化的蒸汽油比为0.50.6，加压气化的蒸汽油比为0.40.5，取0.4 较多。36. 重油部分氧化法制取合成气(CO+H2)的工艺流程由四个部分组成：1.原料油和气化剂（氧和蒸汽）的预热；2.油的气化；3.出口高温合成气的热能回收；4.炭黑清除与回收。37. 重油部分氧化法制根据热能回收的方式不同可分为：德士古激冷流程和谢尔废热锅炉流程38. 空气煤气：是以空气为气化剂生成的煤气。成分是含有60%的N2和一定量的一氧化碳、少量二

12、氧化碳和氢气；特点是热值最低。39. 混合煤气：是以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤气，成分是含有N2，CO，CO2，H2。40. 水煤气：是以水蒸气作为气化剂生成的煤气，成分中氢气和一氧化碳的含量共达85%(体积分数)以上。41. 半水煤气：是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂制得的煤气。成分中氢气与一氧化碳的总质量是氮气质量的3倍。42. 碳与水蒸气的煤气化反应过程中：（1）当温度4001100，反应速度较慢，反应受动力学控制； （2）当温度>1100时，反应速度较快，总反应则受扩散控制。间歇式制半水煤气的工作循环：1吹风阶段，空气从炉底收入，进行气化反应

13、，提高燃料层的温度(积蓄热量)，吹风气去余热回收系统或放空。2蒸汽一次上吹制气，水蒸气相加氮空气从炉底送入，经灰渣区预热进入气化区反应，生成的煤气送入气柜。此过程中，由于水蒸气温度较低，加上气化反应大量吸热，使气化区温度显著下降，而燃料层上部却因煤气的通过，温度有所上升，气化区上移，煤气带走的显热损失增加，因而在上吹制气进行一段时间后，应改变气体流向。3.蒸汽下吹制气，水蒸气和加氮空气从炉顶自上而下通过燃料层，生成的煤气也送入气柜。水蒸气下行时，吸收炉面热量可降低炉顶温度，使气化区恢复到正常位置。同时，使灰层温度提高，有利于燃尽残碳。4.蒸汽二次上吹制气；下吹制气后，如立即进行吹风，空气与下行

14、煤气在炉底相遇，可能导致爆炸。所以，再作第二次蒸汽上吹，将炉底及下部管道中煤气排净，为吹风作准备。5.空气吹净阶段，二次上吹后，煤气发生炉上部空间，出气管道及有关设备都充满了煤气，如吹入空气立即放空或送往余热回收系统将造成很大浪费，且当这部分煤气排至烟囱和空气接触，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在转入吹风阶段之前，从炉底部收入空气，所产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜，加以回收。一般循环时间等于或略小于3分钟 。43. 间歇式制半水煤气的气化过程应尽量在较高温度下进行，但有上限，一般在10001200。44. 间歇式制半水煤气的气化过程提高吹风速度可使氧化层反应速度加快，相应降低吹风

15、气中CO含量。但如果吹风气过量，为了防止结疤，势必要消耗更多的蒸汽。吹风速度过快可能会导致吹翻燃料层，导致气化过程恶化，所以吹风速度一般为0.51.5m/s为宜。45. 间歇式制半水煤气工业生产中，一般蒸汽流速为0.10.35m/s，吹蒸汽时间与蒸汽流速有关，通常两者是根据以制气末炉温不低于9501000的条件来确定的。46. 几乎所有制取工业煤气的工艺都需要在较高温度下供给热量来进行，但其供热方式多样，但必须考虑到满足工艺要求，制气系统的自热平衡，以及不同气化剂及炉型特点，故其供热方式可以采用：1蓄热法；2.富氧空气气化法；3.外热法。47. 煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为固定床、

16、沸腾床、气流床三种形式。48. 在合成氨工艺中为什么要脱除CO：( 1 ) 合成反应需要H2和N2，而CO不是合成原料气；（2） 若不脱除CO，在合成氨系统，CO对使合成催化剂中毒，后序还会讲到在合成原料气进合成氨前CO+CO2应降到1PPm。49. 作为合成氨原料气的半水煤气，必须满足半水煤气中（CO+H2）/ N2（摩尔比）为的工艺要求50. 间歇式煤气化过程在固定床气化炉中进行，在稳定的气化条件下，燃料层由上至下可分为：干燥区、干馏区、气化区和灰渣区。51. 间歇式制半水煤气的工作循环中各阶段操作时间分配是由燃料性质、粒度大小、吹风时间和蒸汽加入速度而定。52. 间歇式制半水煤气的工作循

17、环中吹风时间主要是以能提供制气所必需的热量为限，它决定于燃料灰熔点及其流速，与蒸汽一次上吹时间大致相同。53. 间歇式制半水煤气的工作循环中蒸汽上吹和下吹时间以能维持气化区稳定、煤气质量高、热能合理利用为依据54. 二次上吹与空气吹净时间以能排净气化炉下部空间及燃料层中的煤气并回收上部空间残留煤气为准则，吹风气兼有调节煤气中氮气含量的作用55. 在原料气组成一定的条件下，随着温度的降低，变换气中CO的平衡含量降低，CO 转化率提高；水蒸气的加入量对转化率有影响，水蒸气的加入量 增大 ，CO转化率增大。56. 由于水蒸气会损害低温变换催化剂的结构和强度，与铜微晶形成铜氨配合物。所以低温变换操作温

18、度应高于该条件下的露点温度。57. 耐硫变换催化剂的主要特性：1.低温活性好；2. 比较宽的活性温度；3. 耐硫抗毒能力强；4. 使58. 铁系高（中）温变换（铁-钼）催化剂适用于：T=300-550，以天然气或石脑油为原料制得的原料气，含S3g/m3（低含S），变换气含CO在3左右。59. 耐硫变换（钴-钼）催化剂适用于：T=280-450/170-475，煤或重油为原料制得原料气，含S高3g/m360. 低温变换催化剂适用于：T=180-260，高（中）温度变换后的原料气，含CO<4%；低温变换后CO<0.5%，要求原料气中含Cl<0.01ppm用寿命长。62.氯化物是对

19、低变催化剂危害最大的毒物，主要来源是工艺蒸汽或冷激用的冷凝水，一般要求0.03ml/m3.63.当原料气组成一定时，温度越低，平衡变换率越高。低温条件下变换后残余CO含量可以有较大的降低。64.变换工艺在工业上不可能完全按最佳反应温度线操作的理由：（1）在反应前期，因距平衡尚远，即使离开最佳反应温度线，仍有较高的反应速度，而反应开始时无产物，Tm很高，此值大大超过一般中变催化剂允许使用的温度范围，即原料首先预热到相应高的，这需要大量额外的热源。（2）随着反应的进行，温度应逐渐降低，故需从催化剂床层中不断移去热量。（随反应的进行， Kp增大，平衡温度降低，最佳反应温度降低，这与绝热放热反应矛盾。

20、）65.低变催化剂的操作温度除应注意在催化剂活性温度范围内操作外，还应特别注意根据气相中水蒸汽含量确定低变过程的温度下限，即必须高于气体的露点温度（该气体的水蒸汽分压相应的饱和温度）。66.一般情况下，中温变换一段入口温度约为400420，出口变换率约为7580%，出口温度约为500530，二段入口温度约为420440，出口约为440460，变换率约为90%。 低温变换进口为210左右，出口约为230。67. 变换工艺增加水蒸气用量，既有利于提高一氧化碳的变换率，又有利于提高变换反应速度，同时抑制副反应，但能耗增加。68.铜系变换催化剂主要成份为CuO，活性成份为单质铜，使用前要用氢气还原。

21、铁铬催化剂主要成份为Fe2O3，活性的成份是Fe3O4，使用前要用氢气还原。69.多段变换流程里的饱和热水塔的饱和段主要用于回收反应热，提高半水煤气的温度（125142),增湿半水煤气。热水段的作用是给变换气减湿降温。70.工业脱硫方法归纳起来可分为湿法脱硫和干法脱硫。71.湿法脱硫的优点：吸收速率快、硫容高、溶液易再生、硫磺可回收 缺点：净化度低72.干法脱硫的优点：脱硫效率高、操作简单、设备少、流程短、维修方便 缺点：硫容有限、再生困难，阻力大，一般是间歇式操作73. 钴(Co)钼(Mo)加氢脱硫的实质是将有机硫转化成无机硫（硫化氢），然后再用氧化锌法除去无机硫（硫化氢）74. 原料气脱H

22、2S的意义：1.减轻对金属设备和管道腐蚀； 2.避免导致催化剂永久性失去活性；3.减轻对后工序（如热钾碱法和铜洗法）的影响；4.副产硫磺。75. 脱硫方法的选择原则：原料、流程及对原料气要求不同选用不同脱硫方法76. 干法脱硫的常用方法：活性炭、氧化铁、氧化锌、分子筛法77. 活性炭主要用于脱除有机硫及少量的硫化氢。因反应机理不同可分为吸附、氧化和催化三种方法。78. 原料气中碳氢化合物及二氧化碳含量高不适宜用活性炭吸附79. 湿法脱硫选择原则：该法必须能满足特定工艺对脱硫过程要求的净化度；硫容量大；脱硫剂活性好，容易再生，且消耗定额低；不易发生硫堵；脱硫剂价廉易得；毒性，无污染或污染小。80

23、. 氧化法脱硫剂（氧化催化剂）的选择条件是，其标准氧化还原电位（E0）必须大于0.2V，否则，不起氧化作用或氧化不完全。81. 改良ADA法的特点：a. 不依靠溶解态氧，因而溶液硫容可达1000ppm，甚至更高，使溶液循环量大大减少；b. 由偏钒酸盐氧化H2S，由ADA输O2，反应速率比由溶解态O2氧化快很多，因而所需反应空间大大减少；c. ADA-钒酸盐法可以在较低pH值下操作良好，而不设置溶液的脱碳工序，同时又可减少硫代硫酸盐的生成量，Na2S2O3的生成速度随pH值提高而增大。82. 物理吸收法和化学吸收法脱碳的根本不同点：1吸收剂与气体溶质的分子间的力不同，物理吸收是范德华引力，而化学

24、吸收是化学键力；2二者区别决定各自在吸收平衡曲线、吸收热效应、温度对吸收的影响以及吸收选择性、溶液再生等方面的不同。83. 选择脱碳剂或吸收剂的原则：1首先，氨加工的品种是选择脱碳方法最重要的限制条件。当加工成尿素时，可视气化所用原料和方法的不同，选择不同的物理和化学吸收分离法；2选择性要好，若吸收CO，则造成CO2纯度低，不利于加工利用；若吸收H2、N2，则造成气体的浪费；3无毒或毒性小: 保护操作员工的安全和保护环境；4吸收能力: 物理溶解性能要好，吸收能力强，溶液循环量小，动力消耗低，设备投资省易再生。84. 脱碳方法选择与后工序气体精制的方法有关，如果精制方法采用甲烷化法，宜采用使脱碳

25、气中二氧化碳降至0.1的脱碳方法，如本菲尔法和MDEA法；如果精制方法为铜洗法，由于铜洗法能洗涤少量二氧化碳，通常采用净化度不高的常温物理吸收法(例如，碳酸丙烯酯法，聚乙二醇二甲醚法等)。85. 改良热钾碱吸收气体中CO2是一个气液系统。气体组分在气液相间的转移方向，反应速度和程度，主要取决于液相中CO2的平衡分压与气相中CO2的分压关系。86. 改良热钾法脱碳吸收塔吸收温度控制中：1.吸收塔下段溶液温度控制较高，目的是提高反应速度，不看重考虑平衡问题；2.上段要考虑一定要求的净化度，需要考虑受CO2平衡蒸汽压的制约，要降低温度使PCO2降低，出塔气体净化度才能得到保证。一般，下塔吸收温度为9

26、5-115；上塔吸收温度70-80。87. 在再生塔内CO2的解吸温度是重要的控制因素。在塔底设置再沸器对溶液进行加热，使溶液在沸点下操作。其目的一是提高CO2的平衡蒸汽压；二是使水蒸汽蒸发，增加汽提搅拌作用。88.原料气的最终净化方法主要有：铜氨液吸收法，甲烷化法和深冷分离法。89. 精制后原料气中CO和CO2含量（体积比），大型合成氨厂小于10×10-6，中小型合成氨厂含量小于30×10-6。90.甲烷化法在催化剂存在的条件下使 CO和CO2加氢生成甲烷，此法仅适用于烃类蒸汽转化制气的氨厂原料气的最终净化 。91. 深冷分离法是在低温下用液体氮把少量CO及残余的甲烷洗涤

27、脱除。最终净化气中不含水，含CO低于3ppm，含CH4低于1ppm。主要用于重油部分氧化、煤富氧气化的制氨流程中原料气的最终净化。92. 铜氨液洗涤法是指在高压和低温条件下用铜盐的氨溶液吸收CO等,然后溶液在减压和加热条件下再生，洗涤后的气体中CO含量可降低到10ppm。常用于煤间歇制气的中、小型氨厂制氨流程中原料气的最终净化93. 94. 铜氨液中极限铜比随总铜的增大而减小，极限铜比应在810之间，但实际生产中为了有较高的吸收能力，同时又要防止金属铜的析出，总铜一般维持在2.22.5mol/L，铜比一般控制在58。95.铜液再生后，还有少量CO和CO2的存在，为了保证铜液吸收CO的效果，要求

28、再生后的铜液中CO0.05Nm3/m3铜液，CO21.5mol/L96. 铜氨液洗涤法中综合气液相平衡和化学平衡的总平衡常数，与温度、铜氨液性质和组成有关。97. 铜氨液洗涤法的铜液中为了确保总铜含量，醋酸铜氨液中需要有足够的醋酸。操作时酸比总铜高15，一般选用。98. 铜氨液洗涤法中增加低价铜离子的浓度，降低温度和提高压力均能增大铜液的吸收能力。99. 铜氨液洗涤法中铜液的吸收能力与低价铜浓度成正比，而低价铜离子浓度与铜液中的总铜量成正比，在一定范围内随铜比的增加而增加。100. 铜氨液洗涤法中铜氨液的再生任务：1.将吸收的CO、CO2从铜液中解吸出来;2.把高价铜还原成低价铜，恢复适宜的铜

29、比（原料气中带有少量的O2，这部分氧气会造成铜比的下降）;3.补充氨和铜损失。101. 铜氨液洗涤法中铜氨液的再生过程可在常压或减压下进行，一般多维持在微正压下进行，能够克服管道和设备的阻力即可。102. 甲烷化是强烈放热反应，催化剂床层会产生显著的温升。原料气中CO浓度每上升 1，温度上升72；CO2 浓度每上升 1，温度上升60；O2 浓度每上升1，温度上升160。103. 正常的甲烷化操作反应温度都在300以上，生成碳基镍的可能性很小。当发生事故停车时，甲烷化温度可能低于200 。开车时应防止催化剂和一氧化碳接触，用氮气或不含一氧化碳的氢氮混合气置换甲烷化炉。104. 甲烷化是甲烷蒸汽转

30、化的逆反应，甲烷化催化剂的镍含量比甲烷蒸汽转化高，有时还加入稀土元素作为促进剂。为提高催化剂的耐热性，通常以耐火材料为载体。105. 硫对甲烷化催化剂的毒害是累积的。当催化剂吸附0.1一0.2的硫(以催化剂质量计)，其活性明显衰退，若吸附0.5的硫，催化剂的活性完全丧失。106. 实际生产中，甲烷化炉的入口温度受碳基镍生成温度和催化剂起活温度的限制，一般控制在280左右，高限温度受甲烷化炉材质的限制，一般不超过420 。107. 深冷分离法是在深度冷冻（小于-100）条件下用液氮吸收分离少量CO,同时也脱除甲烷和大部分惰性气体。108.由于氨合成反应为可逆放热反应，温度对化学平衡和反应速度的影

31、响是相互矛盾的，因此存在着最适宜的温度。在最适宜温度下，反应速度最大，氨产率最高。最适宜温度与催化剂、压力、气体组成、空速等有关。109.氨合成实际生产中，在合成塔结构和催化层阻力允许的情况下，应当采用粒度较小的催化剂，以减小内扩散的影响，提高内表面利用率，加快氨的生成速度。110.氨合成反应常用的催化剂是铁基催化剂，主要成分是Fe3O4，活性成分为Fe。111. 氨合成反应常用的铁基催化剂中助催化剂的组分和作用：Al2O3：增加催化剂比表面积，防止还原后铁微晶长大聚集，提高催化剂活性和稳定性。 K2O：可使催化剂的金属电子逸出功降低，利于N分子的吸附和活化，加快氨的脱附。提高了催化剂活性。

32、CaO：有利于Al2O3和Fe3O4固熔体的形成，降低固熔体的熔点和黏度，另外还能提高催化剂的热稳定性和抗毒能力。 SiO2：磁铁矿的杂质，类似于Al2O3，可稳定-Fe晶粒，增强催化剂的耐热性和抗水能力。112.空速对氨合成催化剂还原的影响：提高空速有利于还原反应。这是因为提高空速可以降低还原气体中的水汽浓度，减小轴向温差，提高催化剂的活性。但空速过高，会影响还原温度的提高，所以提高空速还要考虑电加热器的能力。同时也要符合还原温度的要求。一般在还原初期用较低空速，而进入出水旺期可用较大空速。113. 氨合成反应常用的铁基催化剂还原过程由升温期、还原初期、还原主期、还原末期、轻负荷养护期五个阶

33、段组成。操作过程中，应把升温速率、出水速率及水汽浓度作为核心指标控制。114. 氨合成催化剂衰老的原因：(1)催化剂长期处于高温之下，因受热的影响，催化剂的细小晶粒逐渐长大，表面积减小，活性下降。特别是在操作中温度波动频繁、温差过大、温度过高，就更容易使催化剂衰老；(2)进塔气中含有少量引起催化剂暂时中毒的毒物，使催化剂表面不停地反复进行氧化还原反应，使催化剂衰老。催化剂破碎.115.氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功116. 工业上合成氨的各种工艺流程，一般都以压力的高低来分类。1.高压法压力为70100 MPa，温度为550650；2.中压法压力范围高者

34、可达4060 MPa，低者也有1520 MPa，一般采用30 MPa左右，温度为450550；3.低压法压力为10 MPa，温度为400450。117.在实际氨合成生产中，进塔循环气的氢氮比控制在2.52.9比较合适。由于氨合成时氢氮比是按31消耗的，因此补充的新鲜气的氢氮比应控制在3，否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来，造成循环气中氢氮比失调。118.为什么在氨合成过程中要部分放空循环气：惰性气体来自新鲜气。随着合成反应的进行，惰性气体留在循环气中，新鲜气又不断补充在循环气中，这样循环气中的惰性气体会越来越多，惰性气体(CH4，Ar)不参加反应，也不毒害催化剂，但由于它们的存在会降低氢氮

35、气的分压，对化学平衡和反应速度都是不利的，导致氨的生成率下降。同时由于惰性气体不参与反应，当通过合成塔时，会将塔的热量带走，造成催化剂层温度下降。另外，还会使压缩机作虚功。因此必须将惰性气体排出。119. 氨合成进塔气中的氨含量，主要决定于进行氨分离时冷凝温度和分离效率。120.为了将新鲜原料气和循环气压缩到氨合成所要求的操作压力，就需要在流程中设置压缩机，若采用离心式压缩机或采用无油润滑的往复式压缩机，可以取消滤油设备，简化流程。121.在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中，当液氨在贮槽内减压后，溶解气体大部分释放出来，通常称为“贮罐气”或“弛放气”。122.在氨合成循环系统中，流

36、程中各部位的惰性气体含量是不同的，放空位置应该选择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方，这样放空的损失最小。123.氨合成塔最主要的结构特点是：由外筒和内件两部分构成。外筒承受高压(操作压力与大气压力之差)，但不承受高温，内件不承受高压 (即强度要求降低),但须承受高温以及腐蚀。124.合成塔大致分为连续换热式、多段间接换热式和多段冷激式三种塔型。125. 并流三套管特点：冷套管顶部催化床层与环隙气体的温度差很大，增强了冷却效果，使反应前期冷管的排热量与反应放热量基本适应；反应后期放热量减少，但传热温差减小，床层温度缓慢下降。整个床层较好地遵循了最适宜温度曲线。同时，催化剂床层入口温度较高，能

37、充分发挥催化剂的活性。126.天然碱的主要成分Na2CO3·NaHCO3·2H2O，又称倍半碱。127.吕布兰制碱法以食盐、硫酸、石灰石、煤粉为原料128. 氨碱法生产过程中，氨仅起媒介作用。 129. 氨碱法制碱氯化钠利用率低，氯化钠理论转化率84%，实际只能达到72-74%，全部Cl-全部废弃，总利用率为30%。130. 氨碱法生产过程中为什么要进行盐水精制？如何精制？因为氨碱法生产过程中所用的氯化钠溶液可以是从盐井直接汲取的卤水，也可以用固体食盐溶解制成的溶液。不论何种氯化钠溶液，其中都或多或少地含有Ca2+、Mg2+ 等杂质，他们在氨化时生成Mg(OH)2沉淀，在氨

38、盐水碳酸化时又会生成CaCO3，MgCO3及其不溶性含镁复盐，这些固体即会堵塞设备和管道，影响传热；又会进入产品中，影响质量，故必须预先加以除去。除去的方法是加入碱性物质，使Mg2+成为Mg(OH)2沉淀；然后再加入某些可溶性碳酸盐，使Ca2+成为CaCO3沉淀。石灰-纯碱法：用石灰乳使Mg2+成为Mg(OH)2沉淀，再用Na2CO3使Ca2+成为CaCO3沉淀。石灰-碳酸铵法：用石灰乳使Mg2+生成Mg(OH)2沉淀一次盐水送入除钙塔中，再用碳酸化塔的尾气（含NH3及CO2）处理，盐水吸收NH3和CO2就生成(NH4)2CO3，与Ca2+作用，生成CaCO3沉淀。131. 石灰窑内部一般划分

39、为三个区：（1）预热区：约占总高的1/4，作用是利用从煅烧区上升的热窑气将石灰石及燃料预热和干燥，以回收窑气的显热，提高燃料的热利用率。（2）煅烧区：位于窑的中部，经预热后的混料在此进行煅烧，完成石灰石的分解。为了避免石灰过烧和窑体结瘤，该区温度不应超过1200。（3）冷却区：位于窑区下部，约占窑有效高度的1/4，主要作用是预热进窑的空气，而将热石灰冷却。这样既回收了石灰的热量，又起到了保护窑箅子的作用。132. 氨盐水的碳酸化是氨碱法生产纯碱过程的中心环节和关键步骤。133. 碳酸化母液无法冷却到所需要的温度时，可以用提高氨盐水中NH3/NaCl比来提高钠的利用率。134.纯碱生产工艺中氨回

40、收一般可分为三段：1加热段，目的是蒸出母液中的游离氨；2.预灰桶，将母液与石灰乳反应，使结合氨转变为游离氨；3.灰乳蒸馏段，将上一工序中由结合氨转变而来的游离氨蒸出。135. 氨回收温度越高，水蒸气分压越高，液体腐蚀性越强，一般塔底维持110117，塔顶在8085，并在气体出塔前进行一次冷凝，使温度降至5560。136. 氨回收蒸氨过程中，塔的上、下部压力不同。塔下部压力与所用蒸汽压力相同或接近；塔顶的压力为负压，有利于氨的蒸发并避免氨的泄漏损失。同时也应保持系统密封，以防空气漏出而降低气体浓度。137. 烧碱产品有固碱和浓碱两种，固碱又有块状，片状和粒状之分，液碱规格我国有30%，40%和5

41、0%三种，国际上通常为50%。138. 电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同可分为水银法、隔膜法和离子膜法。139. 氯碱工业除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点：能耗高；氯与碱的平衡；腐蚀和污染严重 。140. 阴极材料的要求：具有耐氯化钠、氢氧化钠的腐蚀，导电性能良好，且氢在电极上的过电位要低等特点。141.隔膜材料要求：(1) 应具有较强的化学稳定件，既耐酸又耐碱的腐蚀，并应具有相当的机械强度，长期使用不宜损坏；(2) 必须保持多孔及良好的渗透性，能使阳极液维持一定的流速且均匀地透过隔膜，并防止阳极液与阴极液的机械混合；142. 盐水在进入电解槽之前需提高温

42、度，原因是提高温度可提高电解质的电导率，降低氯气在阳极液中的溶解度，提高阳极电流效率。一般入电解槽前的盐水温度在70左右，电解槽温度控制在95左右。143. 氯气总管的压力采用微负压-49-98Pa下操作；电解槽的氢气系统都是保持微正压4998Pa下操作。144. 离子交换膜的性能 能始终保持良好的电化学性能和较好的机械强度和柔韧性。 具有较低的膜电阻，以降低电解能耗。 具有较高的离子选择透过性。145.离子交换膜的性能由离子交换容量(IEC)、含水率、膜电阻这三个主要特性参数决定。146.水银法电解特点：水银法电解槽的阴极材料采用水银；完全由独立的电解室和解汞室两部分构成。在电解室中产生氯气

43、，而在解汞室中得到烧碱并产生氢气。这就从根本上避免了NaOH和Cl2以及Cl2和H2相混合的问题，从而得到纯度极高的NaOH溶液。147.工业原盐溶为盐水后，必须要对所得盐水进行精制，这是因为粗盐水中所含的杂质Ca2+、Mg2+、SO42-和机械不溶杂质对电解十分有害的：1.不溶性的机械杂质会堵塞电解槽上的微孔，降低隔膜的渗透性，恶化电解槽的运行；2.Ca2+、Mg2+将在阴极与电解产物NaOH发生反应，生成难溶解的沉淀；3.SO42-会促使OH-在阳极上放电产生氧气。148. 盐水进行精制过程中对于不溶性的机械杂质，主要通过澄清过滤的方法除去。为加速沉降，多采用高效有机高分子絮凝剂。目前普遍

44、采用的是聚丙烯酸钠（纤维素）。149. 电解碱液蒸发的主要目的： 一是提高碱液的浓度，使其达到成品碱液浓度的要求； 二是把电解液中未分解的氯化钠和烧碱分离开。150. 氯处理任务是将电解送来的高温湿氯气经洗涤、除水、降温、干燥成合格的干氯气经透平机加压送给后工段使用，保证生产的连续性。151. 氢处理任务是将电解送来的高温湿氢气经冷却塔冷却、分离除水、加压后送至后面的工段，保证工艺指标的执行和生产的连续性，稳定进行。152. 氯气液化的两个条件：（1）把温度至少降低到氯气的临界温度（2）增加压力，在临界温度时使氯气液化所必需的最小压力称为该气体的临界压力。153.试计算电解NaCl水溶液的理论

45、分解电压。已知进入阳极室的食盐水溶液的质量浓度为265g/L，阴极电解液中含NaOH为100 g/L，NaCl质量浓度为190100 g/L， PCl2，PH2接近1atm。阳极电极反应：2Cl- 2e-Cl2，Cl2/2Cl- =1.358V；阳极电极反应：H2O+2e-1/2H2+OH-查表可知2H+/H2 =0V，25时NaCl溶液活度系数为0.672，OH-活度系数为0.73，25时水的离子积常数为1×10-14解：a. 计算阳极电位Cl2/2Cl-阳极室电解液NaCl=265/58.4=4.54mol/L, 25时NaCl溶液活度系数为0.672，所以aCl-=0.672×4.54=3.05mol/L Cl2/2Cl-= Cl2/2Cl- +(0.0591/n)×lg(PCl2/aCl-2) =1.358+0.0591÷2×lg(1/3.052)=1.330V b. 计算阴极电位2H+/H2 阴极室电解液中NaOH=100/40=2.5mol/L，NaCl=,190 /58.4=3.25mol/L即Cl-=3.25mol/L， OH-=2.5mo