《化工工艺学》简答题含答案
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第一章 合成氨
1、合成氨的主要生产工序,各工序的作用与任务?
答:1、原料气制备,制备含有氢、氮的原料气。用煤、原油或天然气作原料,制备含氮、氢气的原料气。2、净化,因为无论用何种方法造气,原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质,必须采取适当的方法除去这些杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。3、压缩与合成,将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在铁催化剂的作用下合成氨。
2、写出烃类蒸汽转化的主要反应。CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2,CH 4=2 H 2+C
3、简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。
答:干法脱硫(氧化锌法脱硫;钴钼加氢脱硫法)就是用固体吸收剂吸收原料气体中的硫化物一般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高标准状态下在3-5g/m 3才适用。特点:能脱除有机硫与无机硫而且可以把脱得很精细,但脱硫剂不能再生而且设备庞大占地多,不适用于脱除大量无机硫,只有天然气、油田气等含硫低时才使用;湿法脱硫(化学吸收法,物理吸收法,化学-物理综合吸收法)特点:脱硫剂就是便于运输的液体物料,脱硫剂就是可以再生并且能回收的硫磺,适用于脱除大量无机硫。
4、改良ADA 法脱硫的主要化学反应与脱硫原理就是什么?
ADA 法脱硫主要化学反应及脱硫原理:在脱硫塔中用PH 为8、5--9、2的稀碱溶液吸收硫化
氢并生成硫化氢物: 液相中的硫化氢物进一步与偏钒酸钠反应,生成还原性焦性偏钒酸钠盐并析出无素硫 还原性焦性偏钒酸钠盐接着与氧化态ADA 反应,生成还原态的
ADA 与偏钒酸盐 还原态的ADA 被空气中的氧气氧化成氧化态的ADA,其后溶液循环使用 4、少量 CO 的脱除方法有哪些?答:铜氨液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法。 5、以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应?
答:主反应:CO+H 2O(g)=H 2+CO 2 ,CH 4+H 2O(g)=CO+3H
2 副反应:CH 4=2 H 2+C,2CO=C+CO 2,CO+H 2=H 2O+C
6、简述一段转化炉的炉型结构。
答:例如侧壁烧嘴转化炉,在上面的对流段从上往下依次就是,烟道气出口、热回收系统、进料气与蒸汽进口,猪尾管。辐下面的射段有两个反应管,包括催化剂管、烧嘴(气+空气)下端连接猪尾管就是气体汇集总管,去往二段转化炉。
7、写出一氧化碳变换的反应?影响该反应的平衡与速度的因素有哪些?为什么该反应存在最佳反应温度?最佳反应温度与哪些参数有关?
答:CO+H 2O=CO 2+H 2,温度、压力、水蒸气比例;因为变换反应就是可逆放热的反应,故存在最佳反应温度。与平衡温度、正逆反应的活化能有关。
8、一氧化碳变换催化剂有哪些类型?各适用于什么场合?使用中注意哪些事项?
答: 中变催化剂,即以三氧化二铁为主体,以氧化铬为主要添加物的多成分铁铬系催化剂。适用于一氧化碳或氢的含量不高,升温速度缓慢的情况下。
低变催化剂 ,主要就是以氧化铜为主体。适用于操作温度高于气体的露点温度的情况下。
9、氨合成反应的平衡常数K随温度与压力就是如何变化的?
答:平衡常数K仅与温度有关,与压力无关,随温度升高,K 值减小。
10、合成氨中影响反应速度的因素有哪些?
答:温度、压力、空速、氢氮比。
11、简述氨合成催化剂活性组分与助剂的作用。
答:铁系催化剂其活性组分为金属铁,促进剂作用如下:Al 2O 3能与氧化铁生成FeAl 2O 4晶体,其晶体结构与Fe 2O 3*FeO 相同,可增加催化剂表面积,提高活性。MgO:增强催化剂对硫化物的抗毒能力,延长催化剂寿命。CaO:降低熔融物的熔点与粘度,提高催化剂热稳定性。K 2O:促使催↓++=++S NaOH O V Na O H NaVO NaHS 244294223(H)ADA NaVO O
=H NaOH ADA O V Na 242232942++++3
322NaHCO NaHS CO Na S H +=+O H ADA O ADA (H)
22222+=+
化剂的电子逸出功的降低。SiO2:中与碱性组分,提高催化剂抗水毒害与耐烧结的作用。
12、比较凯洛格与托普索氨合成工艺的优缺点?
答:凯洛格与托普索的最大区别其实还就是在合成塔的内件上的区别,其次就就是合成回路中冷冻系统的设置,一个一般为三级氨冷;一个为二级氨冷。
13、简述合成氨中径向合成塔的特点。
答:1、气体通过催化剂床层路径短,通气截面积大,气流速度慢,气流阻力只有轴向的10%-30%,从而可以提高空速,增大塔的生产能力。2、可采用小粒度的催化剂,减少内扩散的影响,提高内表面利用率与净氮值。3、有利于粗哈静的均匀还原,得到活性良好的催化剂。4、降低压强降,适应离心压缩机的使用要求,降低动力消耗。
14、简述合成氨中冷激式合成塔与冷管式合成塔相比主要优缺点。
优点1、结构简单,安装检修方便。2、催化剂均匀填放,温度与气体分布均匀并可选用多种活性温度范围的催化剂。3、用冷激气量控制温度,操作简便,可接近最适温度生产。4、床层通气截面大,气流阻力小。缺点1、冷激气在汇合前未参与反应,起稀释作用,同样产量时,比冷凝塔用催化剂多,生产强敌度较低。2、换热器换热面积较大。3、冷激气要求纯度高。15、甲烷蒸汽转化过程中,析碳所发生的反应有哪些?如何解决析碳的发生?
答:CH4→C+2H2,2CO→C+CO2,CO+H2→C+H2O从化学平衡的角度考虑,提高水碳比有利于甲
烷转化,而且对抑制积炭也就是有利的。但水炭比提高,会引起水蒸气耗能增加,炉管热负荷加大,炉管内气流阻力增加。因此,在满足工艺要求的前提下,要尽可能降低水碳比。
16、甲烷蒸汽转发过程中,影响甲烷蒸汽转化平衡组成的因素有哪些?
答:温度、压力与水碳比。温度对甲烷蒸汽转化的平衡有很大影响,温度越低,平衡常当选越大,转化气中甲烷含量越低。加压对甲烷的转化不利,由于甲烷蒸汽转化为体积增大的反应,在一定温度下,压力越高,转化气甲烷含量越高。水碳比也就是影响甲烷蒸汽转化的主要因素,在一定的压力下,水碳比越高,转化气中甲烷含量越低。
第二章化学肥料
1影响尿素合成反应化学平衡的因素有哪些?答:温度、压力、氨碳比、水碳比。
2尿素生产中发生的主要反应有哪些?主要副反应就是什么?
答:主要反应:2NH3(l)+CO2(l)=NH4COONH2(l),NH4COONH2(l)= CO(NH2)2(l)+H2O(l) 副反应:缩合反应:2NH4CONH2= NH4CONHCONH2+NH3
水解反应:CO(NH2)2+H2O= NH4COONH2)+H2O= (NH4)2CO3 +H2O=CO2+NH3
3提高尿素合成反应温度的利与弊有哪些?
答:有利方面:1、温度升高,转化率也升高; 2、温度升高,加快反应速度,使之很快接近平衡,每提高10℃可以提高2—4倍;不利方面:1、当温度达到最高温度限时,转化率开始下降; 2、提高了温度亦提高了溶液的平衡蒸汽压,增加CO2压缩机等功耗;3、温度升高,提高了溶液的腐蚀性
4吸收塔在尿素生产过程中有何作用?
答:1、尿素合成反应就是可逆的化学反应,转化率只有52%-79%,存在大量未反应的氨与二氧化碳,需要回收;2、尿素合成均采用过剩NH3,系统中存在大量游离氨,需要回收;3、吸收通过水溶液方式,在吸收塔内将未反应的NH3与CO2予以回收,返回合成系统,实现在不同压力与温度下的全循环,杜绝了浪费与环境污染;4、尿素全循环工艺决定的。
5尿素合成的反应机理就是什么?
答:尿素合成反应的机理分两步:第一步为液氨与二氧化碳反应生成液体氨基甲酸铵,此称为甲铵生成反应:2NH3(l)+CO2(g)→NH4COONH2(l)第二步为甲铵脱水生成尿素,称为甲铵脱水反应: NH4COONH2(l)→CO(NH2)2(l)+H2O(l)
6氨与硝酸中与反应制取硝铵的过程中,影响氮损失的主要因素有哪些?