化工工艺学期末复习题答案 .doc

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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

2、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 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

3、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

4、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

5、. 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

6、，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

7、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

8、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 (250C) H2O + CO CO2 + H2 H=-39.5 kJ/mol (250C) 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350C)胶质形成阶段(温度350480C) 半焦形成阶段(温度480650C) 焦炭形成阶段(温度650950C)。