化工工艺学复习题.doc

化工工艺复习资料一、问答题：1、 了解尿素合成反应中的相平衡和化学平衡计算的基本方法、影响因素。2、 尿素合成反应过程的主要副反应及控制。3、尿素生产的汽提法流程原理及特点。4、中和法生产硝酸铵的热利用及减少氨损失措施。5、结合相图分析湿法磷酸生产中控制硫酸钙的结晶对过程的影响。6、简述过磷酸钙生产过程两个阶段的特点。7、为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？8、以农副产品为原料生产化工产品的例子，简单地描述一下它们的生产过程。 9、对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？ 10、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，为什么要在不同温度条件下分段进行？ 11、焙烧和煅烧有哪些相同和不同之处？ 12、在湿法磷酸生产中，可采用哪些措施来提高磷的总收率？在诸多生产方法中，你认为哪种比较好？ 13、合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？ 14、合成气的制取方法有哪些？ 15、写出烃类蒸汽转化的主要反应。 16、简述一段转化炉的炉型结构。 17、简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。 18、少量 CO 、 CO2 、 O2 的脱除方法有哪些？ 19、有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？ 20、合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重视？ 21、以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？ 22、由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？ 23、煤的热分解过程条件的变化对煤的干馏和气化有什么影响？ 24、简述常压固定床煤气炉操作循环和炉内煤气化主要区域。 25、天然气 - 水蒸气转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些脱硫方法较好？ 26、为什么天然气 - 水蒸气转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？ 27、写出一氧化碳变换的反应？影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？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？ 28、为什么一氧化碳变换过程要分段进行并要用多段反应器？段数的选定依据是什么？ 29、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？ 30、氨合成反应的平衡常数 f 随温度和压力是如何变化的？ 31、影响氨平衡浓度的因素有哪些？ 32、论述温度和压力对氨合成反应速率的影响。 33、惰性气体对氨合成反应的平衡氨浓度及反应速率的影响？ 34、简述氨合成催化剂活性组分与助剂的作用。 35、在氨合成工艺流程中，排放气为什么在循环压缩机前，而氨冷则在循环压缩机之后？ 36、影响尿素合成的因素有哪些？ 37、硫铁矿焙烧炉气的主要杂质有哪些危害？怎样清除？38、为什么一氧化氮氧化反应速度常数不符合阿累尼乌斯定律？39、氨合成中，提高氨平衡含量的主要途径有哪些？40、普钙生产分几步？各步有什么特点？41、氨碱法制纯碱的主要步骤有哪些？42、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？43、水溶液循环法和气提法生产尿素的流程各有什么特点？44、普钙和重钙的生产有什么不同？45、硝铵的生产方法有哪些？写出其方程式。46、写出氨盐水碳酸化的反应机理，其控速步是什么？47、合成氨生产主要分几个工序？各部分任务如何？48、天然气蒸汽转化制气过程的基本原理与工艺流程如何？能量利用特点如何？49、 脱硫的主要方法有哪些？天然气为原料的厂和煤焦为原料的厂，脱硫工序安排的流程顺序为什么不同？50、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？51、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？52、高压氨合成系统平衡计算特点是什么？53、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。二、填空题: 1、合成氨原料气制备的主要方法有 、 、 。2、合成氨原料气的最终净化方法有: 、 、 。 3、氨氧化法生产硝酸的三个工序： 、 、 。 4、硫酸钙的三种晶型分别为 、 、 。5、 、 、 是含有两种或两种以上主要营养元素的化肥。6、纯碱生产的主要方法有 、 、 。7、尿素合成的两个反应分别为 、 。8、半水煤气的生产中，为解决供热与合格组成的矛盾常采用的方法有： 、 、外热法。9、合成氨原料气中的硫化物有 和 两类，脱除方法有 和 两类。10、湿法脱硫以再生方式可分为 和 两类。11、铜氨液吸收法的铜液组成为 、 、 。12、硫铁矿焙烧的原料预处理有 、 、 。绿色化学的核心内容是 5R: 减量、重复使用、回收、再生、拒绝。清洁生产的定义包含了俩个全过程控制： 生产全过程和生命周期全过程。目前工业硝酸大多采用氨氧化法该过程包括氨的接触氧化、一氧化氮的氧化和氮氧化物的吸收。13、氨碱法制备纯碱的主要原料有 、 、 、 。14、粗盐水中含有 、 等杂质。15、氨合成反应广泛使用的催化剂是 ，其促进剂有 型和 型。煤气化时根据气化剂的不同，物可分为 水煤气 、 空气煤气 、 半水煤气 。目前国内常用的甲烷化催化剂是以 三氧化二铝为载体的 镍系列催化剂，使用前应进行 还原 。氨合成反应应在一定温度、压力和有 催化剂 存在下进行的。基本有机化学工业的原料有 天然气 、 石油 、 煤、 农副产品。裂解气的净化过程包括 脱酸性气 、脱水 、 脱炔、 脱一氧化碳 。16、甲烷蒸气转化制备合成氨原料气所使用的催化剂为 。17、酸法磷肥主要有 、 、 、 。18、硝酸磷肥的生产方法有 、 、 、 。芳烃的转化反应主要有异构化 、歧化与烷基转移、 烷基化、 脱烷基 等。生产尿素的主要原料有：二氧化碳、液氨合成氨工业采用高压条件下进行；接触法制硫酸工业采用常压条件下进行反应，其理由是氨合成反应气相分子数减少；二氧化硫转换反应中气相分子数增加。水泥的生产方法可以简单地概括为两磨一烧，即 生料粉磨 、熟料煅烧 和 水泥粉磨 。三、选择题: 1、炭与水蒸汽反应制水煤气，要得到较高浓度的CO和H2，适宜的条件是 （ ）A 高温、高压； B 低温、低压；C 高温、低压； D 低温、高压。2、干法脱硫中，能把大部分有机硫转化为无机硫的方法是 （ ）A 钴-钼加氢法； B 氧化锌法C 活性炭法； D 氧化铁法。3、下列不属于化学吸收脱碳方法的是 （ ）A 碳酸丙烯酯法； B 热碳酸钾法；C MDEA法； D 氨水法4、合成氨原料气最终净化后CO和CO2的总含量不超过 （ ）A 1010-5; B 1010-6;C 1010-4; D 1010-2.5、氨合成的适宜的条件是 （ ）A 高温、高压； B 低温、低压；C 高温、低压； D 低温、高压。 6、目前生产硫酸的最主要的原料是 （ ）A 硫铁矿； B 硫磺；C 硫酸盐； D 冶炼气。7、硫铁矿沸腾焙烧所使用的床层为 （ ）A 固定床； B流动床；C 硫化床； D 悬浮床。8、二氧化硫氧化过程中，二氧化硫的最适宜浓度约为 （ ）A 14； B 7；C 21； D 97。9、氨催化氧化工艺条件的选择，应考虑的主要因素不包括 （ ）A较高的氨氧化率； B生产强度；C铂损失； D 氨损失。10、目前，被广泛采用的硝酸尾气处理方法是 （ ）A化学吸收法； B催化还原法；C固体吸附法； D物理吸收法。11、尿素合成中，温度应选择 （ ）A 最高转化率时的温度； B 略高于最高转化率时的温度；C 略低于最高转化率时的温度； D 尽可能高。 12、普钙的主要成分 ( )A磷酸一钙； B磷酸一钙与硫酸钙C 硫酸钙； D 磷酸二钙。13、某复合肥料的营养元素含量为102015，其中20表示（ ）A N%； B P%C K%； D P2O5%。14、蒸氨过程所使用的氢氧化钙为 （ ）A 石灰乳； B 消石灰；C 石灰膏； D 石灰水。15、我国化学家侯德榜教授提出的制碱方法为 （ ）A 路布兰法； B 氨碱法；C 联合法制纯碱和氯化铵。 D 联合法制纯碱和氯化钙。16、气态烃类蒸气转化中，关于加压的有利之处错误的是 （ ）A 节约动力； B 有利于平衡转化；C 节省投资； D 提高热回收率。17、CO变换中，常使用的中温催化剂是 （ ）A 铁-铬； B 氧化铜；C 钴-钼 D 氧化铁18、干法脱硫中，能吸收大量无机硫的方法是 （ ）A 钴-钼加氢法； B 氧化锌法C 活性炭法； D 氧化铁法。19、被称为现代低能耗脱碳工艺的是 （ ）A 碳酸丙烯酯法； B 热碳酸钾法；C MDEA法； D 氨水法20、下列不属于合成氨原料气最终净化方法的是 （ ）A铜氨液法； B 甲烷化法；C 深冷液氮洗涤法； D冷甲醇法21、氨合成过程中，不会使催化剂中毒的物质为 （ ）A 氧化物； B 硫化物；C 磷化物； D 氯化物。22氨合成过程中，压力选择的主要依据不包括 （ ）A 能量消耗； B 原料费用；C 设备投资； D 平衡转化率。23、工业上，三氧化硫的吸收剂为 （ ）A 水； B 稀硫酸；C 浓硫酸； D 发烟硫酸。24、二氧化硫氧化应用最广的催化剂是 （ ）A 铁-铬； B 氧化铜；C氧化钒； D 氧化铁。25、预防氨空气混合气爆炸，主要考虑 （ ）A最低爆炸极限； B最高爆炸极限；C 爆炸压力； D爆炸极限宽度。26、下列哪项不是一氧化氮氧化的良好条件： （ ）A加压； B低温；C适宜气体组成； D较长的接触时间。27、尿素溶液的蒸发宜采用 （ ）A一段加压； B分段减压；C一段减压； D分段加压。28、重钙的主要成分为 ( )A磷酸一钙； B磷酸一钙与硫酸钙C 硫酸钙； D 磷酸二钙。29、钙镁磷肥的配料参数中，建立在“网络-晶子”学说基础上的是（ ）A 镁硅比； B 镁磷比；C 余钙碱度； D 玻璃结构因子。四、判断题: 1、半水煤气生产过程中，通过自身的热平衡就可以得到合格的气体组成。（ ）2、气态烃类蒸气转化过程中，平衡温距越高，催化剂活性越好。 （ ）3、一氧化碳变换既是净化过程，又是原料气的制备过程。 （ ）4、氨合成中，气固间的内扩散可忽略，外扩散不可忽略。 （ ）5、二氧化硫炉气的干燥剂常用浓硫酸。 （ ）6、氨氧化法可直接制得浓硝酸。 （ ）7、氨氧化生成一氧化氮常用铂作催化剂。 （ ）8、一氧化氮氧化属于本征反应，符合阿累尼乌斯公式。 （ ）9、尿素合成中，温度应略高于最高转化率时的温度。 （ ）10、重碱的过滤中，要用硬水洗涤。 （ ）11、气态烃类蒸气转化过程中，都要经过甲烷蒸气转化阶段。 （ ）12、在湿法氧化脱硫中，电极电位是选择催化剂的先决条件。 （ ）13、对于大多数可逆放热反应，都有一个最佳温度。 （ ）1、一氧化碳变换反应是放热反应，为使反应沿最佳温度曲线进行，在实际生产中，变换炉分段段数越多越好。 （ NO ）2、湿法氧化法脱硫中，气体中的硫化氢是被氧气氧化成单质硫而从气体中被脱除的。 （ YES ）3、发烟硫酸中，三氧化硫和水的摩尔比小于1。 （ NO ）4、合成甲醇催化剂的有效成份是氧化铜和氧化锌。 （ YES ）5、采用甲烷化法净化合成氨原料气原理是：在一定的温度、压力和催化剂的作用下，气体中的一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷。 （ YES ）14、氨氧化法制硝酸，二氧化氮的吸收和一氧化氮的氧化是交叉进行的。（ ）8、对于可逆的加氢反应提高反应温度，反应速度加快。 （NO）9、接触法制硫酸的过程包括：二氧化硫的制备、二氧化硫在催化剂作用下氧化为三氧化硫以及三氧化硫和水的结合。 （YES ）10、一氧化碳加氢合成甲醇反应是吸热反应，提高温度有利于加快反应速度。 （YES）15、尿素合成中，氨气和二氧化碳过量都能提高转化率。 （ ）16、石灰石的煅烧反应自由度为1。 （ ）17、氨合成中，氢氮比应略高于3。（ ）6、裂解原料的含氢量越高，裂解产物中乙烯收率越高。 （ YES ）7、丙烯氨氧化生产丙烯腈的反应温度越高，丙烯腈收率越高。 （ NO）五、计算题: 1、气态烃类蒸气转化过程中，已知一段转化炉进口气组成如下: 组成： CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 其他 Mol% 81.0 7.0 4.0 1.0 0.5 6.5总处理气量为1500kmol/h(干气)，催化剂量为15m3, ，试计算：原料气空速、碳空素、理论氢空速。2、某石灰石中含92%（质量）的CaCO3和2%的MgCO3，燃料中含固定炭84%，配焦率为6.8%，试计算所得窑气中CO2的百分含量。3某磷矿的一般组成如下：组成： P2O5 CO2(灼失量) Fe2O3 Al2O3质量% 24 12 1 2 每3mol P2O5消耗7mol硫酸，每1mol CO2、Fe2O3、Al2O3分别消耗1mol硫酸，试计算1吨磷矿消耗的硫酸量。4.氨氧化制取NO时，当氨氧比为1.5时，其混合气中氨含量为多少？5. 测得某一氧化碳高温变换炉原料气体中含CO为13（干基），出变换炉的CO含量为0.3(干基)，求一氧化碳变换率。例1：丙烷完全燃烧，空气用量为理论量的125，反应 C3H8 + 5O2 3CO2 +4H2O求产生100mol 烟道气需要多少空气？空气中含氧摩尔比为21%，氮气79%。解： C3H8 烟道气 空气 选100mol C3H8进料为基准 100molC3H8完全燃烧需O2量 1005500mol 实际进料O2 500125625mol 进料空气量 625/21%2976mol 其中 N22976792351mol 100molC3H8完全燃烧后产生（30040023511253176mol）： CO2 1003=300mol H2O 1004400mol N2 2351mol O2 625-500=125mol 2976mol空气 3176mol烟道气 x 100 x=2976100/3176=93.7mol例4 试计算年产15000吨福尔马林所需的工业甲醇原料消耗量，并求甲醇转化率和甲醛产率。已知条件：（1） 氧化剂为空气，用银cat固定床气相催化 （2） 过程损失为甲醛总量的2% （重）， 年开工时数 8000 小时 （3）有关数据 a. 工业甲醇组成%（重）： CH3OH 98 ， H2O 2 b. 反应尾气组成 %（体积）CH4 ；O2 ；N2 ；CO2 ；H2 =0.8；0.5；73.7；4；21c.福尔马林组成%（重量）HCHO；CH3OH；H2O = 36.22；7.9；55.88d.进料空气含氧摩尔比为21%，氮气79%主反应 CH3OH +1/2 O2 HCHO+ H2O CH3OH HCHO+ H2 副反应 CH3OH +3/2 O2 CO2 + 2 H2O CH3OH+ H2 CH4 + H2O 流程图工业甲醇空气反应气体吸收塔福尔马林尾气水反应器解：（1）计算空气消耗量 取100标准立方米尾气作衡算基准，氮气为惰性物质，作为联系物 组分CH4O2N2CO2H2HM30.80.573.7421mol35.722.33290.2178.6937.5进料空气量 3290.2/79% = 4164.8 mol其中O2量 4164.821%= 874.6mol反应掉的O2量 874.6-22.3 = 852.3mol注意：主副反应的比例未知，但尾气中CH4 、 CO2 可以是认为是由副反应生成的 H2 是和的结果（2）计算甲醇消耗量反应消耗甲醇量 4103 /22.4 =178.6 mol反应消耗甲醇量 0.8103 /22.4 =35.6 mol反应生成的H2，部分消耗于反应，现尾气中H2 21%21103 /22.4 =937.5 mol则反应消耗甲醇量为 937.5+35.6=937.1mol从氧消耗量计算反应的甲醇消耗量 反应消耗氧量为 17861.5=267.9 反应消耗氧量为 852.3-267.9=584.4 反应消耗甲醇量为 584.4/0.5=1168.8每生成100标准立方米尾气时消耗甲醇量为 178.6+35.6+973.1+1168.8=2356.1mol =75.4kg（3）计算甲醛总消耗量 每消耗2356.1mol甲醇生成甲醛的量为 1168.8+973.1=2141.9mol=64.26kg 机械损失 2% 实得 64.260.98=63.0 kg 得工业福尔马林 63.0/0.3622=174 kg 其中含未反应的甲醇 1747.9%=13.74 kg 每生成174kg的福尔马林共消耗工业甲醇 （75.4+13.74）/0.98 =91kg 由此得甲醇转化率为 75.4/（75.4+13.74）100%=84.5% 甲醛的重量收率 63.0/（75.4+13.74）100%=70.8%（4）工业甲醇年耗量 15000/8000= 1.875 吨/h 考虑工业设计消耗量 设福尔马林产量 2吨/h 消耗工业甲醇 2000/174 91= 1046 kg/h =8368 吨/年 空气 2000/174 93.3=1073 标准立方米/时（5）用水量计算 工业福尔马林含水 1740.558=97.1 kg 工业甲醇含水 910.02 =1.82kg 按反应生成水 1169.4 mol 按反应生成水 2178=356 mol 按反应生成水 35.6 mol 共生成水 1169.4+356+35.6=1561 mol 156118/1000=28.12kg为制取 174kg 福尔马林需补充水： 97.11.8228.1267.16kg按产量2吨/h须补充水2000/17467.16=772kg/h六、完成工艺流程图，并简述过程:1硫铁矿为原料生产硫酸P56-58FeS2+O2=SO2+Fe3O4 (850-950度)2SO2+O2=2SO3(450-600度，钒催化剂)SO3+H2O=H2SO42以焦炭为原料制氨（1） 原料气的制备。利用焦炭的燃烧将水蒸汽分解，将空气中的氧与焦炭反应而制得氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等的气体混合物。（2） 原料气的净化。原料中含有一定量的硫化物、二氧化碳，以及部分灰尘、焦炭等杂质，为了防止管道设备堵塞和腐蚀以及避免催化剂中毒，必须将杂质除净。（3） 氨的合成。C+H2O=CO+H2 (吸热)C+2H2O=CO2+2H2(吸热)C+O2=CO2(放热)N2+3H2=2NH3 (铁催化剂，高温高压)3. 氨碱法制纯碱