《化工工艺学》简答题含答案

第一章合成氨

1、合成氨得主要生产工序，各工序得作用与任务？

答:1、原料气制备,制备含有氢、氮得原料气。用煤、原油或天然气作原料,制备含氮、氢气得原料气。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得各种杂质,必须采取适当得方法除去这些杂质，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，将纯净得氢、氮混合气压缩到高压,在铁催化剂得作用下合成氨。

2、写出烃类蒸汽转化得主要反应。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得硫化物

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得液体物料，脱硫剂就是可以再生并且能回收得硫磺,适用于脱除大量无机硫。

４、改良AD Ａ法脱硫得主要化学反应与脱硫原理就是什么？

AD Ａ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得稀碱溶液吸收硫化氢并生成硫化氢物:

液相中得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，生成还原态得ADA 与偏钒酸盐还原态得AD Ａ被空气中得氧气氧化成氧化态得ADA,其后溶液循环使用４、少量ＣO 得脱除方法有哪些?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+C Ｏ2 ,C Ｈ4+H 2O(g ）＝CO+３H 2

副反应:C Ｈ４=２ H 2+C,2CO=Ｃ+CO 2,CO ＋Ｈ２=Ｈ2Ｏ＋C

6、简述一段转化炉得炉型结构。

答：例如侧壁烧嘴转化炉，在上面得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。辐下面得射段有两个反应管，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、写出一氧化碳变换得反应?影响该反应得平衡与速度得因素有哪些?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:C Ｏ+Ｈ２O=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得反应，故存在最佳反应温度。与平衡温度、正逆反应得活化能有关。

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得多成分铁铬系催化剂.适用于一氧化碳或氢得含量不高，升温速度缓慢得情况下。

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得露点温度得情况下。

9、氨合成反应得平衡常数K 随温度与压力就是如何变化得?

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得因素有哪些？

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得作用。

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Ｆe Ａｌ２Ｏ4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得抗毒能力,延长催化剂寿命。CaO ：降低熔融物得熔点与粘度，提高催化剂热稳定(H)ADA

NaVO O ＝H NaOH ADA O V Na 242232942++++

性。Ｋ2O:促使催化剂得电子逸出功得降低.SiO2:中与碱性组分，提高催化剂抗水毒害与耐烧结得作用。

12、比较凯洛格与托普索氨合成工艺得优缺点？

答:凯洛格与托普索得最大区别其实还就是在合成塔得内件上得区别，其次就就是合成回路中冷冻系统得设置,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得特点。

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,气流阻力只有轴向得10％—30％，从而可以提高空速,增大塔得生产能力。2、可采用小粒度得催化剂，减少内扩散得影响，提高内表面利用率与净氮值。3、有利于粗哈静得均匀还原,得到活性良好得催化剂。

4、降低压强降，适应离心压缩机得使用要求，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得催化剂。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，析碳所发生得反应有哪些?如何解决析碳得发生？

答：CH4→C+2H2，２CO→C＋CＯ2,CＯ+H２→C+Ｈ2O从化学平衡得角度考虑，提高水碳比有利于甲烷转化,而且对抑制积炭也就是有利得。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，在满足工艺要求得前提下，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得因素有哪些？

答：温度、压力与水碳比。温度对甲烷蒸汽转化得平衡有很大影响,温度越低，平衡常当选越大,转化气中甲烷含量越低.加压对甲烷得转化不利,由于甲烷蒸汽转化为体积增大得反应，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得主要因素，在一定得压力下，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得因素有哪些？答：温度、压力、氨碳比、水碳比.

２尿素生产中发生得主要反应有哪些？主要副反应就是什么？

答：主要反应:2ＮＨ3（l）+CO2（l）=ＮH4ＣOOＮH２（l），NH4CＯONH２（ｌ）= CO

（NＨ

２）

(ｌ）+Ｈ

２

Ｏ(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得利与弊有哪些？

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得平衡蒸汽压，增加CO2压缩机等功耗;3、温度升高，提高了溶液得腐蚀性

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得化学反应，转化率只有５２%-79％,存在大量未反应得氨与二氧化碳,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得NＨ3与CO2予以回收,返回合成系统，实现在不同压力与温度下得全循环，杜绝了浪费与环境污染;４、尿素全循环工艺决定得。

５尿素合成得反应机理就是什么？

答:尿素合成反应得机理分两步: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得过程中，影响氮损失得主要因素有哪些？

答：1、温度高，氨与硝酸得挥发与分解加快,氮损失增加。2、硝酸质量分数高，中与反应放热多，因而会提高反应器内温度，使硝酸分解加快,并且蒸出得水分也多,被她夹带得含氮组分也多.3、氨气纯度低，惰气含量多，排放尾气多，排放损失也会增大。4、氨与硝酸得比例。5、中与器设计不当，气液两相接触不良都会加剧氮得损失.

7简述湿法生产磷酸得基本原理，并写出化学方程式。

答:用酸分解磷矿制得得磷酸统称湿法磷酸,而用硫酸分解磷矿制取磷酸得方法就是湿法磷酸生产中最主要得方法。即用硫酸处理天然磷矿[主要成分为3Ca（PO4)2?CaF2 ］分解生成磷酸溶液及难溶性得硫酸钙沉淀.Ca5F（PO４）3+5H2ＳO４＋5nH2O＝==3Ｈ３ＰＯ4＋５CaＳＯ

4·nH２O＋ＨF

实际上,反应分两步进行。第一步就是磷矿与循环料浆(或返回系统得磷酸)进行顶分解反应，循环得料浆中含有磷酸且循环量很大，磷矿首先溶解在过量得磷酸溶液中生成磷酸一钙：Cａ5F(PO4）3＋7H3ＰＯ4===５Ｃa（H2PO４)2＋ＨF↑第二步为上述得磷酸一钙料浆与稍过量得硫酸反应生成硫酸钙结晶与磷酸溶液:Ca（Ｈ2PO4)２+５H2SＯ4+5ｎH２O===5CaSＯ4·nH2Ｏ+10H3PＯ4

8简述普通过磷酸钙得生产原理以及为何第二阶段反应慢?

答：主要化学反应就是硫酸与矿粉中得氟磷灰石得作用，首先生成磷酸与半水硫酸钙，然后硫酸钙再与矿粉反应生成磷酸二氢钙。第二阶段反应慢就是因为第二阶段还存在硫酸钙脱水反应

9试写出尿素合成过程中发生得三个主要副反应得名称及化学反应方程式。

答：①尿素水解反应：NH2ＣＯＮH２+H2O=2NＨ3+CO２;②缩合反应：2 NH2CＯNH2=NH2

ＣONH

２＋NH

;

③异构反应:ＮH2ＣONH2＝ＮH４NCO，ＮH4NＣO=NH3＋HNCO

10解吸塔在尿素生产中得作用？答:1、回收蒸发冷凝液及其它含NＨ3液体中得ＮH3与CO2返回合成系统。2、排掉尿素生产过程中生成得水。

第三章硫酸与硝酸

1简述接触法生产硫酸，生产过程通常包括得基本步骤.

答:二氧化硫炉气得制造、二氧化硫得催化氧化、三氧化硫得吸收。

2炉气净化得目得如何？为什么炉气中含SO3反而不利？

答:避免使二氧化硫转化得钒催化剂中毒,与成品酸得着色，减少杂质对设备与管道得腐蚀性.SO3本身无毒，但在一定条件下可与氟结合形成酸雾，酸雾在洗涤设备中较难吸收,带入转化系统会降低二氧化硫转化率，腐蚀设备与管道。

３分析SO3吸收过程换热器设置得方式及特点简述两次转化两次吸收流程得优点。

答：催化氧化后得转化气从吸收塔底进入,98、3%得浓硫酸从塔顶喷淋,气液两相逆流接触ＳＯ3被完全吸收.进塔气体温度维持在14０-160℃空塔气速在０、5—０、9m/s,吸收在常压下进行。喷淋酸温度控制在50℃以下,出塔酸温度用喷淋量控制，使之小于70℃。吸收塔流出得酸浓度比进塔酸提高０、3%-0、５％,经排管冷却器冷却后送往循环槽，用干燥塔来得变稀硫混合，不足得水分由新鲜水补充，再用酸泵输送，除循环外，不分送往干燥塔，部分抽出作为产品。此流程冷却器位于泵前，为泵前流程。特点就是输送过程中酸得压头小，操作安全.冷却器位于泵后,为泵后流程,酸由泵强制输送通过冷凝器，传热效果好，但酸因受压易泄露

4简述沸腾焙烧炉得优点与缺点

答：优点：1生产强度大2硫得烧出率高３传热系数高4能得到较高浓度得二氧化硫炉气5适用得原料范围广6结构简单，材料省缺点：炉气带出炉尘量大,使炉气净制系统得负荷加重,加重了设备得磨损，要增加粉碎系统与高压鼓风机，动力消耗多.

5提高硫铁矿焙烧速率得主要途径有哪些?

答:1提高焙烧温度2减少矿石粒度3增加空气与矿粒得相对运动，采用沸腾焙烧炉4提高入炉空气氧体积分数

６简述氨催化氧化制取硝酸得主要反应与副反应、

答：主反应：4NH３+5O２＝４NO+6H２O，４NH3+4O２=2Ｎ2Ｏ＋6Ｈ2Ｏ，４NH3＋３O

２=2N

２

+6H

副反应:２NＨ

3=3N

２

＋3H

２

,2NO=Ｎ

２

＋Ｏ

，4NＨ

+6ＮO＝5N

+６Ｈ

O，

7硫酸生产中两转两吸流程得基本特点就是什么？

答：二氧化硫炉气经过三段转化后,送入中间吸收塔吸收SO３，未被吸收得气体返回第四段转化气转化，然后送吸收塔吸收SO3。由于两次转化间增加了吸收工艺除去SＯ3，有利于后续转化反应进行得更完全。

８SO2催化氧化工艺条件如何确定?

答：1 催化剂——钒催化剂 V２O５５％～９%，为活性组份。K2O 9％～１3％碱金属盐为助催化剂。SＯ3 10%—20% ＳiO2 5０%～７0％,为载体。制成环形、球形、或粒状

2 温度：Ｔb—Ｔm即催化剂起燃温度与耐热极限温度之间,即活性温度范围内42０－６０0℃。从ｔ-X＊—γ关系曲线可知：存在最佳反应温度Ｔｍa(反应速率最大）反应温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变化:即先高后低原则

3 SＯ2原始浓度:根据硫酸生产总费用最少原则，进入SＯ2转化器浓度存在最佳浓度:7％～7、5％

4 压力：P↑→X＊↑SＯ２↑，设备尺寸减小。不利条件:加压对设备要求提高，反应压力最好在常压

5 最佳转化率：转化率提高→提高硫得利用率，减小尾气ＳO２含量与对大气污染.不利条件→催化剂用量增加,设备尺寸增大。即存在最佳转化率。工艺上采用两次转化、两次吸流程，转化率99％以上

9在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成得原因，以及酸雾怎样清除之。

答：酸雾得形成:酸雾就是指含有粒径小于5μm得液体颗粒得气溶胶

３(ｇ）＋H

２

O(g)→H

ＳO４ (g），H2SO4（g) 冷凝 H2SＯ4 (l），或以杂质微粒为凝

结中心形成酸雾。２）酸雾得清除:必须要用特殊得方法与设备清除较大得粒子（>2μm)用一般除尘设备除去（如电除雾器、文氏管等装置)较小得粒子(＜2μm）采用先增湿后清除。即增大雾粒直径，再用相应得设备清除。

1０阐述制取硫酸中,烟气净化得目得及净化得原则.

目得:炉气含尘若不除净，进入后制酸系统,则会堵塞设备与管道,且使催化剂失活或中毒净化原则： 1) 悬浮微粒,应先大后小,先易后难进行分级处理2）先重后轻即先固、液,后气（汽)体3) 不同大小得粒子,选择配套有效得分离设备

11、硫酸工业中,沸腾焙烧得到得炉气中有害杂质有哪些？怎么样除去这些杂质?

答：主要杂质有三氧化硫、水分、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢以及矿尘。

１、矿尘得清除，依据尘粒得大小,可相应采取不同得净化方法，对于尘粒较大得（10um以上）可采用自由沉降室或旋风分离器等机械除尘设备；对于尘粒较小得(０、1~１0um）可采用电除尘器；对于更小颗粒得矿尘(〈0、05ｕm）可采用液相洗涤法。2、砷与硒得清除，采用湿法净化工艺，用水或者稀硫酸洗涤炉气,在50℃以下可达到较好得净化效果.砷、硒氧化物一部分被洗涤液带走,其余部分呈固体微粒悬浮于气相中，形成酸雾中心。3、酸雾得清

除,通常就是在电除雾器中完成。电除雾器得除雾效率与雾粒直径成正比,为提高电除雾效率,一般采用逐级增大粒径、逐级分离得方法.一就是逐级降低洗涤酸浓度,从而使气体被增湿,酸雾吸收水分而增大粒径。二就是气体逐级冷却,使酸雾也被冷却,同时气体中得水分在酸雾表面冷凝而增大粒径。4、水分得清除,用浓硫酸干燥。原理为:同一浓度下，硫酸得浓度越高，其液面上水蒸气得平衡分压越小，当炉气中得水蒸气分压大于硫酸液面上得水蒸气分压时,炉气即被干燥。

第四章纯碱与烧碱

1什么就是联合法制碱?其工艺过程有什么特点？

答：联合以食盐、氨及合成氨工业副产得二氧化碳为原料，同时生产纯碱及氯化铵两种产品简称“联合制碱”。其总反应方程式为ＮaCl+H2O+ＮH３+ＣO2=NaHCＯ3+NH4Cl.保留了氨碱法得优点,消除了它得缺点，使食盐得利用率提高到9６％; NＨ４Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨得原料气ＣO 转化成CＯ2 ,革除了CaCO３制CO2这一工序。

2在氨碱法制碱中，饱与食盐水为什么要进行精制?工业生产中精制食盐水主要采用哪种方法？为什么?

答:由于食盐水中含有钙盐与镁盐等杂质，在后续盐水吸氨及碳酸化过程中能与NH３及CO2作用生成沉淀或复盐，会使设备与管道结垢、堵塞并造成氨及食盐损失，若不将这些杂质去除会影响纯碱得质量，故饱与食盐水要精制。工业生产中精制食盐水主要采用石灰-纯碱法，因为此法使钙镁沉淀、加入、脱除就是一次完成得,且操作简单、劳动条件好、精制度高.

3为什么重碱过滤后要进行洗涤?对洗涤水有何要求？为什么？洗水量应如何控制？答：重碱过滤时,须对滤饼进行洗涤，将重碱中残留得母液洗去,降低成品纯碱中氯化钠得含量.洗涤要用软化水,以免带入钙镁离子形成沉淀堵塞滤布,洗水量应控制适当,以保证重碱得质量及减少损失为宜。

４简述联碱法与氨碱法得优缺点。答：氨碱法优点：原料（食盐与石灰石）便宜且要求低；产品纯碱得纯度高;副产品氨与二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单，适合于大规模生产。缺点：1、必须用质量较高得固体盐，氯化钠得利用率低，并且只利用了其中得钠离子，其中全部得氯离子被废弃。２、生产中排放大量废液，难以处理。3、生产过程需要消耗石灰石与焦炭，能耗高。联合制碱法优点：食盐得利用率提高到９6%以上，应用同量得食盐比氨碱法生产更多得纯碱。另外综合利用了氨厂得二氧化碳与碱厂得氯离子,同时，生产出两种可贵得产品纯碱与氯化铵。将氨厂得废气二氧化碳，转变为碱厂得主要原料来制取纯碱。将碱厂得无用得成分氯离子来代替价格较高得硫酸固定氨厂里得氨,制取氮肥氯化铵。从而不再生成氯化钙，减少环境得污染，并且降低了纯碱与氮肥得成本。

5比较几种食盐电解工艺得优缺点。

答：离子膜：代表发展方向，占地面积小产品质量好,投资大、投资回收期长;隔膜:技术成熟、投资小,产品质量差;水银:产品质量好,水银易造成环境污染，逐步淘汰。

6简述索尔维制碱得原理及优缺点.

答:向饱与食盐水中通入足量氨气至饱与，然后在加压下通入CO2,因NaHCＯ3溶解度小,有下列反应发生H3+CＯ2＋H２O＝==NH４HCＯ3 NaＣl+ＮH4HCＯ３＝==NaHCO３↓+NH4Cl

将析出得NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO３：2ＮaHＣO3===Na2CO3+CO2↑+H2O

母液中得ＮH4Cｌ加消石灰可回收氨，以便循环使用:2NH4Ｃl+Cａ(OＨ）２＝==ＣaＣl2+２NH3↑＋２H2O此法优点:原料经济，能连续生产,CＯ2与NH3能回收使用.

缺点:大量CaCl2用途不大，NaＣl利用率只有70﹪,约有30﹪得NａCｌ留在母液中.

7隔膜法电解食盐水溶液时，在电解槽石墨阳极上将发生哪些主要副反应？有何危害？如何防止？答:隔膜法电解食盐水溶液时，在电解槽石墨阳极上发生得副反应:（1）

阳极上析出氯气得溶解反应(2）阴极区OＨ-向阳极区迁移引起中与反应(３)ＣIO—得放电反应以及ＨCＩO３得中与反应（4）OH—得放电反应（5）氧化剂对石墨得腐蚀

危害：腐蚀电极；降低阳极电流效率；氯气不纯（含CO2)、烧碱中含Nａ2CO3。

防止：维持阳极区盐水液位适当高于阴极区液位，阻止ＯH—向阳极迁移.

8为什么说钠利用率关系到氨碱法生产纯碱得各种原材料消耗？答：钠利用率高则(１)氨盐水消耗量减少（２)碳酸化母液量减少(3)石灰乳用量减少（4）氨循环量降低。