化工工艺学期末复习题答案

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3.0～3.5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700～800℃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1200～1400℃,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mol kJ H CO O H CH 4.2063)1(224-++＝mol kJ H CO O H CO /2.41)2(222+++＝124.9.742--+mol kJ C H CH ＝12.4.1722-++=mol kJ C CO CO 122.36.131-+++mol kJ C O H H CO ＝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350～400℃,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)()()()(5252g OH H C s ZnS g SH H C s ZnO ++＝)()()()()(24233g O H g H C s ZnS g SCH CH s ZnO +++＝42224CH S H H CS ++＝COS H H COS ++22＝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180～190℃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2.9～3.1,水碳比0.3～0.4;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mol kJ H CO O H CO /2.41222++−−→−+催化剂Q(aq)KHCO O (aq) H (aq)CO K (aq)CO +=++32322214223.93.86)()()(2-+=+mol kJ l COONH NH l CO l NH 122242.45.28)()()(--+=mol kJ l O H l CONH NH l COONH NH )()()(232222g NH l CONHCONH NH l CONH NH +=)()(2)()(23222g CO g NH l O H l CONH NH +=+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Ca5FPO43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HF O H CaSO PO H n SO H PO nH PO F Ca +++=++24434243345.5)3(5)(两步反应过程: O nH CaSO PO H SO H PO H Ca 244342242.5105)(5+=+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22SO )(O S →+高温 NO SO NO SO +→+322 4223SO H O H SO →+接触法S + O2→SO2 2 SO2 + O2→2SO3 2SO3 + 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HFPO H Ca PO H n PO nH PO F Ca ++-=+2424343345)(5)7()(OH SiF H SiO HF 262226+=+)()(2462g SiF g HF SiF H +=OH g SiF SiO SiF H 242622)(+=+O H g CO s CaSO SO H CaCO 224423)()(++=+OH s FePO PO H O Fe 2443323)(22+=+O H s AlPO PO H O Al 2443323)(22+=+t/℃ lgk441 560 727 977 设备：沸腾培烧炉460～560℃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;560～720℃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kJ/mol.O H NO O g NH 28907645)(4223++=+kJ/molO H O N O g NH 9.1104624)(42223++=+kJ/molO H N O g NH 02.1269623)(42223++=+kJ/molH N g NH 69.913)(2223-+=kJ/molO N NO 6.180222++=kJ/molO H N NO NH 6.181********++=+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0.95~1.07g/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,ⅠP2、P2Ⅱ、P2P1、P1Ⅲ、P1Ⅳ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：mol kJ s CaO g CO s CaCO /105.176)()()(23-+−−→−焙烧Cl NH s NaHCO O H CO NH NaCl 43223)(++++＝)()()()(222323g O H g CO s CO Na s NaHCO ++=-+-+=233CO H HCO 334422)(2NH HCO NH aq COONH NH +=氨盐水进塔温度约30~50 ℃,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MgOH2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 + 2nH 2 CH 2 n ＋ nH 2O△H=-158 kJ/mol 250ºCH 2O + CO CO 2 + H 2)(2)()(2)(2222aq NaOH g H g Cl O H aq NaCl ++=++++=+Na s OH Mg NaOH Mg 2)()(222--+=+Cl s BaSO BaCl SO 2)(4224)(33s NaHCO HCO Na =+-+△H=-39.5 kJ/mol 250ºC4.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350~480ºC →半焦形成阶段温度480~650ºC →焦炭形成阶段温度650~950ºC;。