化工工艺学(本科)习题

1. 合成氨1什么是间歇制气法？2以煤为原料的半水煤气制备过程中，大多采用间歇法制气的原因是什么？如何才能使生产连续化？答：半水煤气中（CO+H2）/N2为3.1 —3.2，由反应过程可以看出，以空气为气化剂时，可得含N2的吹风气，以水蒸汽为气化剂时，可得含H2的吹风气。

从气化系统的热平衡看，碳和空气反应是放热的，碳和水蒸气反应是吸热的，如果外界不提供热源，而是通过前者的反应热为后者提供反应所需的热，并能维持系统自热平衡的话，是不可能获得合格组成的半水煤气，反之，欲获得合格组成的半水煤气，该系统就不能维持系统的自热平衡。

为了解决供热和制备合格半水煤气这一矛盾，采用间歇制气法。

采用富氧空气（或纯氧）气化法和外热发能使生产连续化。

3间歇式制取半水煤气一个工作循环要分为几个阶段？各阶段的作用及时间分配的原则是什么？答：①吹风阶段，煤气发生炉底部吹入空气，作用是提高燃料层的温度，吹风气放空②上吹制气阶段，水蒸气由炉底送入，经灰渣层预热，进入气化层进行气化。

4气态烃蒸汽转化为什么要采用两段法？是如何操作的？5在天然气蒸汽转化系统中，水碳比从 3.5〜4.0降至2.5，试分析一段炉可能出现的问题及其解决办法.答：水碳比下降，一段转化炉出口气残余甲烷含量将不能达到所需要求的10%，解决方法是需要提高出炉气体温度，但不要太高，需视转化压力的不同而有所区别，转化压力低，出口温度可稍低，转化压力高，出口温度宜稍高，相应可采用较大的空速。

6试分析烃类蒸汽转化过程中加压的原因和确定操作温度的依据。

答：1）①节约动力消耗②提高过量蒸汽的热回收价值③减小设备容积，降低投资费用。

2）一段转化炉出口温度是决定转化出口气相组成的主要因素，需视转化压力的不同而有所区别，转化压力低，出口温度可稍低，转化压力高，出口温度宜稍高。

3）二段转化炉的出口温度可按压力、水碳比和残余甲烷含量小于0.5 %的要求，以20—45 C的平衡温距来选定，压力变大，水碳比变小，出口温距则相应提高。

反之，则相应降低。

7重油部分氧化法的实质是什么？一段转化炉处理气量为1165kmol/h （干气），催化剂装填量为15.2m3,试计算：一段转化炉的原料气空速、碳空速、理论氢空速。

9对于放热可逆反应为什么存在一个最适宜操作温度？答：对于一个可逆放热反应，温度对动力学和热力学的影响是互为矛盾。

因此，对于一定催化剂和气相组成以及对应每一个转化率时，必定对应有一个最大的反应速度值与该值相对应的温度。

10变换反应如何实现尽量接近最适宜温度曲线操作？变换炉段间降温方式和可用的介质有哪些？11采用甲烷化法的先决条件是什么？答：由于甲烷化过程消耗氢气而生成无用的甲烷，因此仅适用于气体中CO、CO2含量低于0.5%的工艺过程中。

13某小合成氨厂，每小时6840Nm3半水煤气，煤气中含硫化氢量为3g/ Nm3,现用氨水液相催化法脱硫，硫容取0.2g/L,脱硫率90%,试计算该厂的脱硫溶液循环量。

（已知硫的分子量为32）14已知半水煤气中CO 30%,0 20.5%，变换气中CO 0.3%，试计算：（1）变换炉需达到的变换率；（2 ）半水煤气流量为11600 Nm3/h，需变换的CO负荷；（3）离开变换系统的原料气量。

15试分析提高合成氨平衡氨含量的主要途径和氨合成过程最适宜温度的影响因素.16某合成塔进气流量9XI05Nm3/h，已知进塔气中NH3含量4.0%，出塔气中NH3含量16.23%，合成塔催化剂装填量90m3。

试计算：（1）空间速度（2）催化剂生产强度（3）合成塔产氨速率（4）氨净值。

17画出由天然气和煤炭为原料制半水煤气的流程方框图。

2. 化肥1尿素的分子式和主要用途？答：分子式为CO （NH2） 2 主要用途：肥料、工业原料、饲料2尿素生产的方法有哪些？主要采用什么方法？答：尿素工业化的生产方法：氰氨基钙（石灰氮）法、氨与二氧化碳直接合成法3尿素合成反应机理是什么？控制步骤是什么？答：反应式：2NH 3+CO 2=CO(NH 2)2+H2O+Q机理第一步为液氨和CO2 反应生成液体氨基甲酸铵，称为甲铵生成反应2NH 3+CO 2=NH 4COONH 2 强放热反应第二步为甲铵脱水生成尿素，称为甲铵脱水反应NH4COONH 2=CO(NH 2)2+H2O 此反应为微吸热可逆反应，反应速度缓慢，为控制步骤。

4 采用减压加热法或气提法分离未转化物的原理是什么？5 尿液蒸发的原理是什么？6 常见的尿素结晶或造粒方法有哪些？7 硝铵结块的原因是什么，如何防止？8 硝铵的生产方法有哪些？写出其反应式。

答：①中和法②转化法中和法NH 3+HNO 3=NH 4NO3 气态转化法Ca( NO3)2+CO2+2NH 3+H2O=2NH 4NO 3 +CaCO3 液态转化法Ca( NO3)2+(NH 4)CO3=2NH4NO3+CaCO39 中和法硝铵生产可分为哪几种方法？10 什么是湿法磷酸？生产方法有哪几种？11 什么是酸法磷肥？主要有哪些品种？12 熟悉黄磷的生产流程及热法磷酸的主要生产方法。

13 复合肥料、复混肥料和掺混肥料有什么异同点？其养分含量如何表示？14 复混肥料的成粒方法有哪几种？15 写出钾石盐、光卤石的主要成分。

16 钾石盐制氯化钾主要有哪些方法？其原理是什么？17 光卤石生产氯化钾的原理是什么？主要有几种方法？有何区别？18 试述复分解法生产硫酸钾的基本原理。

19 试述明矾石生产硫酸钾的两种方法。

3. 硫酸和硝酸1 硫铁矿焙烧速度及影响焙烧速度的因素有哪些？答：硫铁矿焙烧主要是矿石中的二硫化铁与空气中的氧反应，生成二氧化硫炉气。

提高硫铁矿焙烧速度的途径在于提高焙烧温度，减少矿石粒度，增强气固两相间的相互运动和提高入炉空气中的氧含量等。

2 炉气中的有害杂质有哪些？如何除去？答：硫铁矿焙烧得到的炉气除含有二氧化硫外，还有三氧化硫、水分、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢及矿尘等。

矿尘采用沉降室或旋风分离器、电除尘器即液相洗涤法除去。

砷和硒采用湿法净化工艺用水或稀硫酸洗涤炉气，酸雾通在电除雾器中完成。

3 在＂文－泡－文＂净化流程中，第一文丘里与第二文丘里的作用有何区别？泡沫塔的作用是什么？答：第一文丘里的作用：炉气在文丘里收缩管端以极高流速喷出时，在喉管引入的水被雾化成细小的滴沫，增加了与炉气的接触面积，从而达到冷却、除尘、洗涤之目的。

第二文丘里的作用是清除酸雾。

泡沫塔的作用是使炉气进一步增湿，同时增大酸雾粒径。

4 二氧化硫炉气用什么作干燥剂？干燥的原理是什么？如何选择干燥工艺条件？5 二氧化硫氧化的催化剂主要成分是什么？钒催化剂与常规催化剂相比，最大的不同表现在那里？6 S02氧化成S03时，为什么会存在最佳温度？7请绘出段间分别采取S02炉气冷激、间接冷却、空气冷激的S02催化氧化四段转化反应器流程示意图及反应过程的t-x (温度-转化率)关系示意图。

8 发烟硫酸、不同形式的发烟硫酸浓度之间的换算；硫酸生产的流程方框图。

为什么不能直接用水吸收S03生产硫酸。

9 S02的多段氧化氮一次吸收和多次吸收的区别及对应的T-x图；10 二氧化硫氧化反应五氧化二钒催化剂在某温度范围内反应温度与反应速度常数的关系如图所示，其中，K20／V 205的比值及转化率为3>2>1，请解释实验结果和反常现象。

i. a硝酸1氨氧化反应的主反应式？氨氧化反应在没有催化剂的情况下最终产物是什么？为什么？答：4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q 最终产物是氮气。

因为反应的平衡常数最大。

2非铂催化反应与铂催化反应相比，优缺点如何？答：价格便宜，活性容易降低，不易点燃活化。

3影响氨一空气混合物爆炸极限的因素有那些？其影响如何？答：当气体的压力、温度及含氧量增高，气体流向自下而上通过，容器散热速度减小时，爆炸极限变宽。

反之，则不易发生爆炸。

4为什么NO氧化反应速度常数不符合阿累尼乌斯定律？答：该反应不是基元反应，反应速度常数是表观反应速度常速Ka , Ka=Kk，它包括了平衡常数K和表面反应速度常数k。

由于是放热反应，K随温度的升高而减小，k随着温度的升高而增大，K值减小幅度超过k值增大的幅度。

总结果表现出温度升高，Ka减小。

5简述常压法、加压法和综合法生产稀硝酸工艺流程，并对各法进行比较。

答：常压法：氨的氧化和氮氧化物的吸收均是常压下进行的。

优点是压力低，氨的氧化率高，Pt损耗低，设备简单，吸收塔生产水平要求低。

缺点是压力低成品酸浓度低，吸收不完全尾气需要进行处理，吸收容积大，占地多。

加压法：氨的氧化和氮氧化物的吸收均在加压下进行的。

优点是吸收压力高，硝酸浓度高尾气氮氧化物浓度低，吸收容积小，能量回收率高。

缺点是加压氨的氧化率低，Pt损耗大。

综合法是指氨的氧化在常压下进行的，氮氧化物吸收在加压下进行，综合了前两种方法的优点。

6氮氧化物尾气处理有哪些方法？请比较这些方法的优缺点.答：1)溶液吸收法。

优点：方法简单易行，处理量大，适用于尾气中氮氧化物含量较高的常压法硝酸生产。

缺点：难以将尾气中氮氧化物降到2*10-4以下。

2)固体吸附法。

优点：净化度高，当吸附剂失效后，可用热空气或水蒸气将其再生。

缺点：吸附量小，当尾气中NOx含量高时吸附剂需要量很大，且吸附再生周期短。

3)催化还原法。

特点：脱除氮氧化物效率高，并且不存在湿法吸收伴生副产品及废液的处理问题。

7常压下氨氧化的操作温度通常为多少？若采取加压操作，温度如何调整？答：常压下氨氧化温度取780 —840比较适宜，压力增高时，温度也相应的提高。

8写出水吸收N2O生产硝酸的反应方程式。

3NO2+H2O=2HNO 3+NO+Q9 NO氧化成NO2的反应速度方程式，实验证明可写成：r (NO2)= kp2(NO)p(O2)式中，k为反应速度常数。

有趣的是，该反应速度常数与温度的关系异乎寻常，它是随着温度的上升而减小，不符合阿累尼乌斯定律。

此种反常现象，曾吸引许多学者的关注和研究，而各自的理论解释也颇不相同。

但人们认为前苏联学者古兹和马林的理论观点是比较合乎情理的。

这个理论认为，NO氧化除了在气相中进行外，更主要是在气液相界面和液相中进行的，其步骤有：(1)在相界面上，NO以很快的速度迭合成(NO) 22NO== ( NO ) 2(2)在气液相界面及液相中，(NO) 2与O2作用NO ) 2+ O2= N2O4(NO ) 2 + O2==2NO2(3)当气液相界面积很大时，可能生成络合分子：NO + O2==NO- O2NO-O2+ NO==2NO 2第（1）步反应很快，瞬间可达平衡，第（2）步反应为最慢，是决定总速度的控制步骤，试解释这种反常现象的原因；在这种情况下，活化能是大于0 还是小于0？解释其合理性。