《化工工艺学》复习题

化工工艺学复习题一、简答题：1.氧化锌脱硫的工作原理是什么？其脱硫过程如何？原理：氧化锌法可脱除无机硫和有机硫，主要脱除无机硫，使硫含量0.1×10-6。（6分）脱硫过程：氧化锌脱硫就是H2S气体在固体ZnO上进行反应，生成H2O进入气相，ZnS则沉积在ZnO固体表面上。需要将氧化锌脱硫剂都做成高孔率的小颗粒以增大反应和沉积面积，反应速度主要是内扩散控制。2.描述由NH3和CO2合成尿素的化学反应过程与相态。答：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，属于有气相存在的液相反应，如下图所示。反应被认为分两步进行：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(AmmoniumCarbonate，简写AC，甲铵)；第二个脱水生成尿素(Urea，简写Ur)的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。①尿素生成反应为液相可逆反应，应该具备一定的压力(液化NH3和CO2)和温度(保证反应速度)。②未反应原料必须循环利用，循环的NH3和CO2水溶液也必然携带一定量的水。③合成尿素的原料中有NH3、CO2和H2O，物料配比中采用NH3过量；④合成反应开始，溶液中的CO2以AC形式存在，溶液中存在NH3、AC和H2O；⑤合成反应过程，溶液中存在NH3、AC、H2O和Urea。3.合成氨生产过程主要分为哪几个工序？画出以天然气为原料合成氨的框图。答：合成氨的生产过程主要分为3个工序：造气：制备含氮、氢气的原料气净化：将原料气中的杂质如CO、CO2、S等脱除到ppm级(10-6)压缩和合成：净化后的合成气原料气必须经过压缩到15~30MPa、450℃左右以天然气为原料合成氨的框图：molkJgOHsZnSgSHsZnO/79)()()()(22＝)()()()(5252gOHHCsZnSgSHHCsZnO＝)()()()()(24233gOHgHCsZnSgSCHCHsZnO＝42224CHSHHCS＝122242.45.28)()()(molkJlOHlCONHNHlCOONHNH14223.93.86)()()(2molkJlCOONHNHlCOlNH4.以天然气为原料合成氨工艺中，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：副反应：抑制副反应的策略：（1）生成碳黑。为控制积碳，主要通过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。（2）两段转化。工业中采用串联的两段转化工艺，保证甲烷转化彻底。（5分）5.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？答：天然气中的硫化物主要是硫化氢(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。（4分）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。（3分）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。（3分）6.写出尿素合成反应过程的反应和主要副反应，副反应有哪些控制措施？副反应：（5分）控制副反应措施：在尿素生产过程中的副反应主要有尿素缩合反应和水解反应，它们存在于整个尿素的分molkJHCOOHCH4.2063)1(224＝molkJHCOOHCO/2.41)2(222＝122.36.131molkJCOHHCO＝124.9.742molkJCHCH＝12.4.1722molkJCCOCO14223.93.86)()()(2molkJlCOONHNHlCOlNH)()()(232222gNHlCONHCONHNHlCONHNH)()(2)()(23222gCOgNHlOHlCONHNH122242.45.28)()()(molkJlOHlCONHNHlCOONHNH离纯化过程中。温度越高，副反应速度越快；时间越长，被消耗的尿素越多。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。7.简述氨碱法制纯碱的生产原理（主要反应和生产过程）。氨碱法制备纯碱是以氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO3)为原料。生产过程：①碳酸钙经过焙烧产生CO2和CaO；②CO2与NH3在NaCl水溶液中沉淀出碳酸氢钠(NaHCO3)；③NaHCO3再经焙烧制得纯碱(Na2CO3)；④副产CaO经水合、NH4Cl反应制得氯化钙；⑤释放的NH3循环利用，再与NaCl和CO2制备NaHCO3。8.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？氨碱法制备纯碱是以氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO3)为原料。主要副产物：氨，氯化钙9.简述煤的液化--费托法合成原理，所用催化剂以及主要有哪些工艺？CO+H2→（CH2）n+H2OCO+H2O→CO2+H2目前工业上主要用铁催化剂。主要的合成工艺：Arge固定床合成液体燃料的工艺Synthol气流床合成工艺MFT法合成液体燃料的工艺其他合成工艺10.简述聚合反应中以本体聚合和溶液聚合的聚合机理和产品特性。遵循自由基聚合一般规律，提高速率的因素往往使分子量下降。本体聚合：单体本身加少量引发剂（甚至不加）的聚合。溶液聚合：单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合。本体聚合散热难,自加速显著。可制板材；产品特性：纯度高，分子量分布宽。溶液聚合散热易，反应平稳，产物宜直接使用。产品特性：纯度、分子量较低。二、图形分析题1.从干盐相图分析，为什么在P1点NaHCO3的结晶析出最多？1、2、3区主要析出那些晶体？答案：ⅠP2、P2Ⅱ、P2P1、P1Ⅲ、P1Ⅳ为饱和线；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。1,2,3区为NaHCO3、NH4HCO3、NH4Cl的析出区；2.从干盐相图分析，1、2、3区主要析出那些晶体？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？答案：1,2,3区为NaHCO3、NH4HCO3、NH4Cl的析出区；析出NaHCO3时P1点钠利用率最高。若操作点向P2方向移动，钠利用率降低(溶液中Na+增加，最终被洗掉)，氨利用率提高(溶液中NH4+减小)。因为实际生产中氨被蒸出是循环利用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量靠近P1点。温度升高，氨盐水中的NH3减小，饱和线P1C向右移动(但NaHCO3在溶液中的溶解度变化不大)；P1点向右上移动，溶液的碳酸化度增加；均可析出等多的NaHCO3结晶，钠利用率增大，氨利用率降低。在生产条件下，一般为了得到NaHCO3，NaCl浓度不变，采取较高温度进行碳酸化。碳酸化后降低温度可减少其溶解度，相应提高钠利用率。3.PVC悬浮法的生产流程如下图：写出图中编号1-11的设备名称。答：1－计量泵；2－过滤器；3－聚合釜；4－循环水泵；5－出料槽；6－树脂过滤器；7－浆料泵；8－汽提塔；9－浆料泵；10－浆料冷却器；11－混料槽4.根据下图叙述PVC悬浮法的生产流程：答案：悬浮聚合法是工业生产PVC树脂的主要方法，产品为100～150μm直径的多孔性颗粒，称为S-PVC。单体：氯乙烯单体，纯度要求大于99.98%去离子水：反应介质水分散剂：纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。引发剂：复合型的引发剂。以达到匀速聚合的要求。工艺流程：原料预处理，设置引发剂配置釜，将引发剂、分散剂配置成溶液后再加人聚合体系。经过原料过滤器，除去原料中的杂质。物料进入聚合釜，搅拌聚合，同时搅拌对聚氯乙烯颗粒形态及粒度分布也有很大的影响。聚合是在引发剂作用下的自由基聚合，聚合结束后，经浆料泵将物料打到汽提塔，蒸出未反应单体和溶剂。在混料槽冷却后离心得到产品。5.下图为氨合成流程(凯洛格流程)，简要叙述其工艺流程。答：（1）新鲜气经几级压缩后与循环气混合冷却、升温并分几股进入氨合成塔。（2）反应后气体温度较高，所以先经锅炉给水预热器后再向新鲜气供热。（3）只分离很少部分氨(为维持浓度稳定分离需要排放部分惰性气体)后就进入循环压缩，与新鲜气混后再经复杂冷冻流程逐步冷却到-23℃，经高压氨分离器分离氨后再升温进入氨合成塔。低压氨分离器是为了分离要求设置的。（4）流程特点：①先循环混合再冷却分离，冷冻功耗小但循环功耗大，总能耗小；②循环线中放空，惰气含量高，但有氨回收，氨损耗不大；③三级氨冷和三级氨闪蒸结合，增加了冷冻系数，有节能作用。7.问题：写出图中编号1—19的设备名称。答：1-换热器；2,5-水冷却器；3,6,7,8-氨冷却器；4-冷凝液分离器；9,10-换热器；11-低压氨分离器；12-高压氨分离器；13-氨合成塔；14-锅炉给水预热器；15-离心压缩机；16-开工加热炉；17-放空气氨冷器；18-放空气分离器；19-蒸汽透平8.在制备硫酸的过程中，焙烧硫铁矿的设备是什么？根据物料状态，炉内空间可分几个区域？各区域的物料特点是什么？答：设备为沸腾炉炉内空间分为上部为燃烧空间、沸腾层和空气室三部分1-燃烧空间、2-沸腾层、3-空气室空气室也可称为风室，鼓风机将空气鼓入炉内先经空气室，为使空气能均匀经过气体分布板进入沸腾层沸腾层是矿料焙烧的主要空间，炉内温度此处为最高，为防止温度过高而使矿料熔结，在沸腾层设有冷却装置来控制温度和回收热量。沸腾层的高度一般以矿渣溢流口高度为准。上部燃烧空间的直径比沸腾层有所扩大，在此加入二次空气，使被吹起来的矿料细粒在此充分燃烧，以确保一定的烧出率，同时降低气体流速，以减少吹出的矿尘量，减轻炉气除尘的负荷。