化学工艺学(刘晓勤)复习题2

《化学工艺学》复习题

第三章 合成气衍生产品

1、用方框图写出以煤作原料合成氨的基本过程。

2、氨合成反应必须有适当的催化剂才有可观的反应速度，常用的催化剂主要是铁催化剂，其组成主要是：Fe 3O 4，促进剂为：K 2O 、CaO 、MgO 、Al 2O 3，SiO 2等。

3、简要说明合成氨的主要流程。

原料气制取压缩合成

液氨

4、说出氨合成塔主要类型，并简要说出其操作原理。 为了氨合成反应接近最适宜温度，力求降低塔压力降，减小循环动力，出现几类合成塔：

① 冷管式，在催化剂层内设置冷却管，用反应前的低温原料气移走反应热，

降低反应温度，并预热原料气。

② 冷激式，催化剂分3～5层，每层为绝热反应段，层间掺入冷原料气控制反应气温度。

目前大型氨厂用冷激式多，它具有各床层温度调节方便，操作更接近最佳温度。

蒸汽

煤

空气

5、简要说明尿素的生产步骤。

目前工业上生产的尿素是由NH 3与CO 2直接合成的。工业过程包括四个步骤：（1）NH 3与CO 2的供给与净化；（2）NH 3与CO 2反应；（3）反应生成的尿素熔融液与未反应物的分离；（4）尿素熔融液加工成尿素成品。

6、简要说明尿素合成的反应机理。

由氨和二氧化碳合成尿素的总反应式为：

)l (O H )l (CONH NH )l (CO )l (NH 222223+=+ 一般认为反应是在液相中分两步进行的。

mo /kJ 93.86)l (COONH NH )l (CO )l (NH 24223+=+此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。

mo /kJ 45.28)l (O H )l (CONH NH )l (COONH NH 22242-+=脱水生成尿素的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。

7、尿素合成过程的适宜条件中，氨碳比是指反应原料中NH 3与CO 2的摩尔比； 水碳比是指反应原料中H 2O 与CO 2的摩尔比。

8、工业合成尿素的反应条件一般为：

温度：185～200℃；

压力：18～20MPa ；

氨碳比：3～4.5；

水碳比：水溶液全循环法0.7～1.2，CO 2汽提法0.3～0.35； 转化率：50～75％。

9、常见的尿素生产工艺：水溶液全循环法、CO 2气提法和NH 3气提法。

10、简要说明水溶液全循环法尿素生产工艺。

水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液返回合成系统的生产方法。

未转化物需两段分解、三段吸收。流程较长且分解压力不高，分解气的冷凝热除小部分被利用外，其余须用冷却水移走，能耗较高。此外，循环甲铵液量大，甲铵泵易腐蚀，且发生结晶堵塞时，操作维修麻烦。

11、简要说明CO2气提法尿素生产工艺的特点。

①用原料CO2气提，省去了中压分解回收系统，简化了流程。但该法由于气提塔操作波动，容易造成低压分解以及吸收负荷过大，限制生产能力的提高，所以最近在CO2气提法装置中也增加中压分解。

②高压冷凝器冷凝温度高，热能利用好；返回合成塔水量少，有利于转化；高压液体可自流至合成塔，节省动力。

③合成塔操作压力较低，节省动力。

④不足点：氨碳比较低影响转化率，高架设备维修不便。

12、有机工业中“三烯”是指乙烯、丙烯、丁二烯，“三苯”是指苯、甲苯、二甲苯。

13、写出合成气生产甲醇的主反应式，以及采用不同压力条件下的三种方法主要生产条件。

主反应：CO + 2H2 = CH3OH

当反应物中有二氧化碳存在时，二氧化碳按下列反应生成甲醇：

CO2 + H2 = CO + H2O

CO + 2H2 = CH3OH

两步反应的总反应式为：

CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O

低压法：5MPa、220～270℃，采用铜基Cat（CuO－ZnO－Al2O3）；

中压法：10～15MPa，220～270℃，铜基Cat（CuO－ZnO－Al2O3）；

高压法：25～30 MPa，380～400℃、锌-铬氧化物Cat（ZnO－Cr2O3）。

14、叙述甲醇合成工艺条件。

（1）反应温度：可逆放热反应，温度升高，反应速率增加，而平衡常数下降。反应温度因催化剂种类而异。ZnO-Cr2O3：380 ～400℃；CuO-ZnO-Al2O3：230 ～270℃。

（2）反应压力：与副反应比，主反应是摩尔数减少最多而平衡常数最小的反应，因此增加压力有利。反应压力因催化剂种类而异。ZnO-Cr2O3：30 MPa；CuO-ZnO-Al2O3：5～10MPa。

（3）原料气组成：甲醇合成的原料气化学计量比为H2︰CO=2︰1。CO含量高

不好：①不利温度控制；②引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化剂失活，一般采用氢过量。另外，H2控制过量：①抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高甲醇的浓度和纯度；②氢导热性好，利于防止局部过热和催化剂床层温度控制。因此实际生产时，Zn-Cr2O3: H2与CO比为4.5左右；用铜基催化剂: H2与CO比为2.2- 3.0。

（4）空速：影响选择性和转化率，直接关系到催化剂的生产能力和单位时间的放热量。①增加空速在一定程度上能够增加甲醇产量；②增加空速有利于反应热的移出，防止催化剂过热；③空速太高：转化率降低，循环气量增加，从而增加能量消耗；增加分离设备和换热负荷，引起甲醇分离效果降低；带出热量太多，造成合成塔内的催化剂温度难以控制。因此适宜的空速与催化剂的活性、反应温度及进塔气体的组成有关。ZnO-Cr2O3: 20000- 40000 h-1；CuO-ZnO-Al2O3：10000 h-1。

15、甲醇生产工艺对甲醇合成反应器的要求：

（1）维持适宜反应温度，确保优化确定的转化率、选择性和空速。避免催化剂烧结，关键是移走反应热，避免飞温。

（2）使反应器的生产能力尽可能大。

（3）结构简单，便于装卸。

16、甲醇合成流程包括四个部分：造气、压缩、合成、分离精制四大部分。

17、低压法合成甲醇的工艺流程：低温（240~270℃）、低压（5-10MPa）和高活性铜基催化剂（Cu+ZnO），由合成气合成甲醇。

18、简述以天然气为原料合成甲醇工艺流程。