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Ｋ 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 10╳10-5; B 10╳10-6;
C 10╳10-4; D 10╳10-2.
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10－20－15，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 —→┺───┹
① 选100mol C3H8进料为基准
100molC3H8完全燃烧需O2量 100×5＝500mol
实际进料O2 500×125％＝625mol
进料空气量 625/21%＝2976mol
其中 N2＝2976×79％＝2351mol
100molC3H8完全燃烧后产生（300＋400＋2351＋125＝3176mol）：
CO2 100×3=300mol
H2O 100×4＝400mol
N2 2351mol
O2 625-500=125mol
2976mol空气 ──→ 3176mol烟道气
x 100
x=2976×100/3176=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；21
c.福尔马林组成%（重量）HCHO；CH3OH；H2O = 36.22；7.9；55.88
d.进料空气含氧摩尔比为21%，氮气79%
主反应 CH3OH +1/2 O2 HCHO+ H2O ①
CH3OH HCHO+ H2 ②

副反应 CH3OH +3/2 O2 CO2 + 2 H2O ③
CH3OH+ H2 CH4 + H2O ④
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
CH4
O2
N2
CO2
H2
HM3
0.8
0.5
73.7
4
21
mol
35.7
22.3
3290.2
178.6
937.5

进料空气量 3290.2/79% = 4164.8 mol
其中O2量 4164.8×21%= 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②和④的结果
（2）计算甲醇消耗量
反应③消耗甲醇量 4×103 /22.4 =178.6 mol
反应④消耗甲醇量 0.8×103 /22.4 =35.6 mol
反应②生成的H2，部分消耗于反应④，现尾气中H2 21%
21×103 /22.4 =937.5 mol
则反应②消耗甲醇量为 937.5+35.6=937.1mol

从氧消耗量计算反应①的甲醇消耗量
反应③消耗氧量为 1786×1.5=267.9
反应①消耗氧量为 852.3-267.9=584.4
反应①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 64.26×0.98=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 174×7.9%=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 174×0.558=97.1 kg
工业甲醇含水 91×0.02 =1.82kg
按反应①生成水 1169.4 mol
按反应③生成水 2×178=356 mol
按反应④生成水 35.6 mol
共生成水 1169.4+356+35.6=1561 mol
1561×18/1000=28.12kg
为制取 174kg 福尔马林需补充水： 97.1－1.82－28.12＝67.16kg
按产量2吨/h须补充水2000/174×67.16=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
P56-58

FeS2+O2=SO2+Fe3O4 (850-950度)
2SO2+O2=2SO3(450-600度，钒催化剂)
SO3+H2O=H2SO4

2．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