化工工艺简答题

第三章：

一．简答

第一章

1.甲烷蒸气转化反应的同时会产生哪些析碳反应？如何控制析碳？防止析碳的主要措施有哪些？如果已有析碳，该如何除去？

•碳黑生成后主要有以下几点不利：堵塞反应管道增大压降、使局部区域高温损坏催化剂、增大反应阻力。从热力学分析，几个析碳反应如下：

•CH4(g) = C (s) + 2H2(g) (3)

•2CO(g) = CO2(g) + C(s) (4)

•CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) (5)

•只要满足下列条件其中之一就可避免析碳：

•防止析碳的主要措施是适当提高水蒸气用量，选择适宜的催化剂并保持良好的活性，控制含烃原料的预热段温度不要太高等。

2.甲烷蒸气转化时，生产上为什么采用二段转化？如何实现？

•为什么用二段转化方式？

•转化率高必须转化温度高，全部用很高温度，设备和过程控制都不利，设备费用和操作费用都高。采用二段方式，一段温度只在800°C左右，对合金钢管要求低，材料费用降低。在二段才通入空气，使与一段的H2反应产生高温，保证二段中转化较为完全。

•一段炉温度主要考虑投资费用及设备寿命，一般选择760~800 ℃。

•原因：一段炉最重要最贵的合金钢管在温度为950℃时寿命8.4万小时，960 ℃时减少到6万小时。一段炉投资约为全厂30％，其中主要为合金钢管。

•二段炉温度主要按甲烷控制指标来确定。压力和水碳比确定后，按平衡甲烷的浓度来确定温度。一般要求y CH4<0.005,出口温度应为1000°C左右。实际生产中，转化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高，这个差值叫平衡温距。

T＝T－T e（实际温度－平衡温度）

•平衡温距低，说明催化剂活性好。一、二段平衡温距通常分别为10~15 °C和15~30 °C 。

6.变换工序主要任务是什么？为什么要分中压变换和低压变换？各部分特点如何？

•变换的作用是将原料气中的CO变成CO2和H2。H2是合成氨需要的最重要成份。CO、CO2对氨的合成有害，后面工序还需将其除去。

•中变(高变)催化剂

•中变催化剂一般用铁铬催化剂，其主要成份为：

•Fe2O3 低变催化剂一般用铜催化剂。其主要成份为：Cu O

7.脱碳工序基本原理和流程特点是什么？能量消耗主要在哪个设备上？

•基本原理

主要化学反应为：

CO2(aq)+K2CO3(aq)+H2O(aq)=2KHCO3(aq)

•为了提高反应速度和增加碳酸氢钾的溶解度，吸收在较高温度（105-130℃）下进行，故称热碳酸钾法。

主要分脱碳和再生两部分，再生需要供给很多热量，也是合成氨中耗能的一个较重要部位。

8.氨合成流程中先分离氨与后分离氨为什么都可采用？各自特点如何？简述轴向和径向冷激式合成塔的特点。

•一种径向冷激式合成塔如图1.40。其优点是：气体通过床层路径短，通气面积更大，阻力更小；适宜用更小粒度催化剂，提高内表面积，减少内扩散影响；催化剂还原均匀；降低能耗，更适宜于离心式压缩机。

第三章：

1. 硫铁矿焙烧时发生哪些反应？如何回收硫铁矿焙烧是放出的大量热量？对回收热量的设备有什么特殊要求？

2FeS2 = 2FeS + S2

S2 + O2 = SO2

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 +4SO2

•焙烧时放出大量的热，炉气温度850~950°C，若直接通入净化系统，设备要求高。直接冷却后净化也是能量的极大浪费。通常设置废热锅炉来回收热量，或产蒸汽发电或直接推动动力机械作功。

•硫铁矿废热锅炉的特殊性：1.含尘量大，不要直接冲击锅炉管，注意炉管排列间距要大，防止积灰。2. 含S 量大，腐蚀性强，注意防止SO3在壁内冷凝。所以应采用较高压力以提高SO3露点，防止腐蚀。3.防止炉气泄

漏和空气进入炉内。

2.酸雾是如何形成的？可采用什么措施清除？

炉气中少量三氧化硫要与水反应生成硫酸，温度较低时，炉气中大多数三氧化硫都转化成硫酸蒸汽。当气相中硫酸蒸汽压大于其饱和蒸汽压时，硫酸蒸汽就会冷凝。

• 酸雾雾滴的直径很小，很难除去，洗涤时只有小部分被酸吸收，大部分只能在后续的电除雾器中除去。电除雾

器的原理与电除尘器一样，只不过是除去液态雾滴罢了。

• 即使用电除雾器，也要采取增大雾滴直径的基本措施来保证除雾效果。雾滴直径越大，表面效应越少，与平面

液体差异越小。工业上往往设置冷却塔既降低温度又通过增湿来增大雾滴直径。

第四章：

1.比较氨碱法和联合制碱法的优点和缺点。

1、氨碱法的优点：原料易于取得且价廉，生产过程中的氨可循环利用，损失较少；能够大规模连续生产，易于机械化，自动化；可得到较高质量的纯碱产品。

2、氨碱法缺点：是原料利用率低，造成大量废液废渣排出，严重污染环境；碳化后母液中含有大量的氯化铵，需加入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨，这样就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而造成流程长，设备庞大和能量上的浪费。

3、联合制碱法与氨碱法比较有下列优点：原料利用率高；不需石灰石及焦碳，降低了很多成本；纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰机等笨重设备，缩短了流程，建长投资花费减少；无大量废液、废渣排出，可在内地建厂。

第五章：

1.乙烯液相直接氧化法生产乙醛的原理是什么？工艺过程中对该反应的主要影响因素有哪些？

• 以乙烯、氧气(空气)为原料，在催化剂氯化钯、氯化铜的盐酸水溶液中进行气液相反应生产乙醛。总化学反应式为： •

• 实际过程分为如下三步：快速的乙烯氧化反应：

(1) • 控制总反应速度的再生反应：

(2) (3) 2.丙烯氨氧化生产丙烯腈的主要工艺条件有哪些？如何确定？

• ⒈原料配比

• ⑴丙烯与氨配比

• 一般控制氨比为1：1.05~1.1，氨略为过量。

• ⑵丙烯与空气配比

• 丙烯氨氧化以空气作氧化剂，理论用量是丙烯：空气=1：7.3。因为副反应要消耗氧，尾气中要有过量氧存在以防止催化剂被还原失去活性。一般控制在丙烯：空气=1：9.5~12。

• ⒉反应温度

• , 丙烯腈的适宜合成温度为450℃，一般控制在470℃。

• ⒊反应压力

⒋接触时间

，丙烯腈收率随接触时间增长而增加，而主要副产物增加不大。因此，可以适当利用增加接触时间的方法提高丙烯腈收率。目前，生产装置控制接触时间在5~7秒范围内

第六章：

1.天然气分离与净化过程中分离、净化目的各是什么？

分离目的：分离采出气中的液体、固体杂质。

HCl

Pd CHO CH O H PdCl CH C H 232222++→++=O H CuCl HCl O CuCl 222222

12+→++CuCl

PdCl CuCl Pd 2222+→+CHO CH O CH C H 322221→+=