化工工艺学期末复习题答案(共8页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上合成氨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？主要反应主要副反应抑制副反应：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转化为可逆反应，温度越高，平衡转化率越高，从组成计算看出，1000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)转化和高温(1200)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)，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，按甲烷平衡浓度来确定温度，要求yCH4<0.005，出口温度应为1000左右。凯洛格(Kellogg)甲烷蒸汽转化工艺流程1-钴钼加氢反应器；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、钴钼加氢法、氢氧化铁法、活性碳法等 湿法脱硫：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，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CO2合成尿素的化学反应过程与相态。（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60以下时，尿素水解缓慢；温度到100 时尿素水解速度明显加快；温度在145 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，合成塔出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CO2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 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0.65 0.7； 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。主反应：一步反应过程两步反应过程:副反应：副反应不仅损失磷，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？写出其主要反应式。亚硝基法和接触法亚硝基法 接触法 S + O2SO2 2 SO2 + O22SO3 2SO3 + H2OH2SO42. 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 = SO2 3. 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？t/lgk441 560 727 977设备：沸腾培烧炉 460560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为过渡阶段，反应速度受温度影响较小。 > 720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。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98.3%的浓硫酸？浓度太高、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SO3分压较高，气相中的不能完全被吸收。因为标准发烟硫酸游离SO3浓度为21%。从上表看出，在气体中SO3浓度为7时，则说明吸收酸温不能超过80。 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7.4%的曲线与上表数据一致。可见，温度升高，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？ 主反应副反应在反应温度下，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0.951.07g/cm-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 主要副产物CaO NH4Cl3. 从干盐相图分析，为什么在P1点NaHCO3的结晶析出最多？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，P2、P2、P2P1、P1、P1为饱和线；1,2,3区为NaHCO3、NH4HCO3、NH4Cl的析出区；P1点可析出三种结晶。 氨盐水碳酸化后的组成在AC线上。如果只需析出NaHCO3时，组成应R-S线内，超过S析出NH4HCO3,超过R析出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，析出结晶越多。可见P1点操作最好。4. 氨盐水碳化是在什么设备中进行的？CO2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CO2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，HCO3-积累超过溶度积，析出碳酸氢钠： 氨盐水进塔温度约3050 ，中部温度升到60左右，中部不冷却，但下部要冷却，控制塔底温度在30以下，保证结晶析出。 碳化塔中部温度高，一方面反应本身有一些热量放出，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出来： 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 (CH2) n nH2O H=-158 kJ/mol (250ºC) H2O + CO CO2 + H2 H=-39.5 kJ/mol (250ºC) 4.费托合成流程及产品加工流程的主要过程5.煤的成焦过程及影响因素。 在高温脱氧情况下，煤大分子的侧链不断脱落，芳核缩合并稠化，最后形成煤气、焦炭及硫铵、苯、酚等多种化学产品。煤的成焦过程分为：煤的干燥预热阶段(温度<350ºC)胶质形成阶段(温度350480ºC) ®半焦形成阶段(温度480650ºC) 焦炭形成阶段(温度650950ºC)。专心-专注-专业