化工工藝學(xué)期末復(fù)習(xí)題答案

1、合成氨1 1 . .合成氨生產(chǎn)過程主要分為哪幾個工序？以煤為原料焦炭或饌空氣；*造氣 A 除塵 A 脫硫變換水蒸氣.一脫除壓縮已號之本合成恪以天然氣為原料2 2 . .天然氣水蒸汽轉(zhuǎn)化制氣的主反應(yīng)和副反應(yīng)有哪些？抑制副反應(yīng)的策略如何？主要反應(yīng)( (1)CH4+H2O=CO+3H2206.4kJ/mol(2)CO+H2O=CO2+H2+41.2kJ/mol主要副反應(yīng)CH4=2H2c-74.9kJ.mol2CO=COzC172.4kJ.mol1COH2=H2OC131.36kJ.mol抑制副反應(yīng)：為控制積碳，增加水蒸汽用量以調(diào)整氣體組成和選擇適當(dāng)?shù)臏囟取毫斫鉀Q。從反應(yīng)平衡及副反應(yīng)來看，水碳比高

2、，殘余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用較高白水碳比，約3.03.5轉(zhuǎn)化為可逆反應(yīng)，溫度越高，平衡轉(zhuǎn)化率越高，從組成計算看出，1000c以上CH4含量才小于0.5%,要求設(shè)備的耐高溫性能。3 3 .為什么采用兩段轉(zhuǎn)化？兩段轉(zhuǎn)化的供熱方式各有什么不同？如何確定和控制二段轉(zhuǎn)化的溫度？全部采用高溫轉(zhuǎn)化，設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用太高，所以采用低溫(700800C)轉(zhuǎn)化和高溫(1200C)轉(zhuǎn)化的兩段方式。一段溫度對合金鋼管要求低，用合金鋼管保證傳熱和供熱；二段采用磚內(nèi)襯的絕熱設(shè)備，并通入一定比例的空氣與一段的H2反應(yīng)產(chǎn)生熱量和高溫(12001400C),保證CH4轉(zhuǎn)化徹底，同時加入了合成氨需要的原料N2

3、。二段爐溫度：按甲烷控制指標(biāo)來確定。壓力和水碳比確定后，按甲烷平衡濃度來確定溫度，要求yCH4CO2+H2+41.2kJ/mol是將原料氣中的CO變成CO2和H2oH2是合成氨需要的原料成份，CO2在后面的脫碳和甲烷化兩個工序中除去，作為生產(chǎn)尿素或食品級CO2的原料。變換反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡常數(shù)減小。為了變換過程進(jìn)行徹底，要求盡可能低的反應(yīng)溫度；但溫度低，反應(yīng)速度必然減緩7 7 .苯菲爾脫碳的主要化學(xué)反應(yīng)和脫碳原理是什么？再生指數(shù)(碳化度)的定義是什么？CO2(aq)K2cO3(aq)H2O(aq)=2KHCO3(aq)Q原理：CO2的吸收過程是CO2與K2CO3反應(yīng)生成KHCO3。

4、但是由于受反應(yīng)速度的限制，氣體中CO2與溶液中K2CO3的反應(yīng)速度較慢。為了加快CO2在K2CO3溶液中的吸收速度，通常在K2CO3溶液中又添加了一種催化劑二乙醇胺再生指數(shù)(碳化度)的定義：每摩爾K2CO3所已經(jīng)吸收的CO2摩爾數(shù)，即溶液中K2CO3轉(zhuǎn)化為KHCO3的轉(zhuǎn)化度。化肥1 1 .描述由 NH3NH3 和 CO2CO2 合成尿素的化學(xué)反應(yīng)過程與相態(tài)。(重點)汽相NH?CO?NH?CO?HzOHzOJIij*皿2NH2NH3 3+CO?=NH2COONH4+CO?=NH2COONH4- -C0(NHJ)2+H2O+H2O液相一,、(2)(4)(2)(4)2NH3(l)CO2(l)=NH2

5、cOONH4(l)86.93kJ.mol1NH2COONH4(l)=NH2cONH2(l)H2O(l)-28.45kJ.mol上述兩個反應(yīng)中，第一個反應(yīng)為快速放熱反應(yīng)，反應(yīng)程度很大，生成溶解態(tài)的氨基甲酸?。坏诙€脫水生成尿素的反應(yīng)為慢速吸熱反應(yīng)，且為顯著可逆反應(yīng)。2 2 . .尿素合成反應(yīng)過程的主要副反應(yīng)及控制措施。(熟悉就行)2NH2CONH23=NHzCONHCONH2(l)NH3(g)NH2CONH2(l)H2O(l)=2NH3(g)CO2(g)當(dāng)溫度在60c以下時，尿素水解緩慢；溫度到100C時尿素水解速度明顯加快；溫度在145C以上時，水解速度劇增。尿素濃度低時，水解率大。氨也有抑制

6、尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。3 3 . .尿素生產(chǎn)的氨汽提法流程中，合成塔出來的尿素溶液主要經(jīng)過了那些設(shè)備，溶液的溫度、壓力、組成如何？(常識了解)設(shè)備：氣提塔，降膜分解器，目前，工業(yè)合成尿素的方法都是在液相中由NH3和CO2反應(yīng)合成的，溫度的影響：溫度較低時平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加，在190c時達(dá)最大，高，平衡轉(zhuǎn)化率反而下降。一般選擇尿素合成溫度為180190c組成的影響：CO2過量對轉(zhuǎn)化率影響很小，氨過量則明顯提高轉(zhuǎn)化”率。氨碳比的影響如右圖。水碳比增加0.1,轉(zhuǎn)化率下降約1%。不43同工藝選擇的合成過程物料比不同。如：水溶液全循環(huán)法氨碳比4.0,水碳比0.650.7;

7、汽提法工藝氨碳比2.93.1,水碳比0.30.4。N 過壓力的影響：壓力對液相反應(yīng)的影響很小。但由于體系存在惰性氣體和氣液平衡，操作壓力應(yīng)該大于平衡壓力4 4 . .硝酸俊的主要用途是什么？1.硝錢是重要的氮肥，特別適用于溫度低的旱田。還是制造復(fù)合肥料的原料。2.硝錢是炸藥的主要原料。溫度進(jìn)一步升Mfycoj不同!(曜比和?，比附的值*輪牝率t其制翻那13.硝俊還是制麻醉劑(N2O,笑氣)的原料。5 5.濕法磷酸是用磷酸為催化劑、硫酸溶液分解磷礦的過程，磷礦以 Ca5F(PO4)3Ca5F(PO4)3 為主，還有 SiSi、FeFe、AlAl 等雜質(zhì)元素，試分析一下反應(yīng)過程的主、副反應(yīng)及其產(chǎn)物

8、，并說明副反應(yīng)對反應(yīng)過程的影響。Ca5F(PO4)3nH3P045H2sO4=(n3)H3PO4主反應(yīng)：一步反應(yīng)過程.mSS.EOYF兩步反應(yīng)過程：Ca5F(PO4)3nH3PO4=(n-7)H3PO45Ca(H2P04)2HF5Ca(H2PO4)25H2SO4-10H3PO45CaS04mH2O副反應(yīng)：6HFSiO2=H2siF62H2OH2SiF6=2HF(g)SiF4H2SiF6SiO2=SiF4(g)2H2OCaCO3H2sO4-CaSO4(s)CO2(g)H2OFe2032H3PO4=2FePO4(s)3H2OAl2032H3PO4=2A1PO4(S)3H2O副反應(yīng)不僅損失磷，而且沉

9、淀會包裹在礦石表面，阻止酸分解反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象硫酸和硝酸1 1 . .工業(yè)上曾經(jīng)氧化 SO2SO2 制硫酸的方法有哪些？寫出其主要反應(yīng)式。亞硝基法和接觸法亞硝基法S+O2(高溫)TSO2SO2十NO2TSQ+NOSO3+H20TH2SC4接觸法S+02fSO22SO2+02f2SO32SO3+H2O-H2SO42 2 . .硫鐵礦的主要成分是什么？焙燒硫鐵礦的主要化學(xué)反應(yīng)有哪些？FeS2主要反應(yīng)2FeS2=2FeS+S2S2+02=S023 3 . .焙燒硫鐵礦的設(shè)備是什么？根據(jù)物料狀態(tài)，設(shè)備內(nèi)可分幾個區(qū)域？各區(qū)域的物料特點是什么？設(shè)備：沸騰培燒爐460560c為第一階段，斜率大

10、，活化能大。溫度升高，反應(yīng)速率增加很快?；瘜W(xué)反應(yīng)受動力學(xué)（速度）控制。560720c為過渡階段，反應(yīng)速度受溫度影響較小。720c為第三階段，反應(yīng)速度隨溫度升高再增加，但增加幅度小。實驗證明，第三階段活化能較小，焙燒反應(yīng)主要受氧擴(kuò)散的控制。4.SO2SO2 氧化為 SO3SO3 的溫度、壓力、SO2SO2 含量等工藝條件如何？溫度：在催化劑活性溫度范圍內(nèi)催化劑床層溫度應(yīng)沿最佳溫度線變化，即先高后低壓力：二氧化硫氧化反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，提高壓力可提高平衡轉(zhuǎn)化率SO2含量：根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費(fèi)用最低的原則來確定二氧化硫的起始濃度，最適宜的最終轉(zhuǎn)化率與所采用的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。5.SO3SO

11、3 的吸收過程通常采用發(fā)煙硫酸或/和濃硫酸吸收，為什么采用濃度為 98.3%98.3%的濃硫酸？濃度太高、 太低有什么影響？確定吸收塔操作溫度主要考慮哪些方面的因素？如圖所示，在任何溫度下選擇濃度為98.3%的硫酸作為吸收液比較合適。若吸收酸濃度太低，因水蒸氣分壓增高，易形成酸霧；但若吸收酸濃度太高，則液面上SO3分壓較高，氣相中的不能完全被吸收。因為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙硫酸游離SO3濃度為21%。從上表看出，在氣體中SO3濃度為7%時，則說明吸收酸溫不能超過80Co不同轉(zhuǎn)化氣SO3濃度下，SO3吸收率與溫度的關(guān)系如右圖所示，其中7.4%的曲線與上表數(shù)據(jù)一致。可見，溫度升高，吸收率下降；氣相SO3濃度增加

12、，吸收率上升。6.制硝酸氨氧化的主要反應(yīng)，其相態(tài)、熱效應(yīng)、反應(yīng)平衡、催化劑等有什么特點？主要副反應(yīng)有哪些？主反應(yīng)4NH3(g)5。2=4NO6H2O90728kJ/mol副反應(yīng)4NH3(g)4。2=2NzO6H2O1104.9kJ/mol4NH3(g)3O2=2N26H2O1269.02kJ/mol2NH3(g)=N23H291.69kJ/mol2NON2021806kJ/mol4NH36NO=5N26H2O1810.6kJ/mol在反應(yīng)溫度下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大。如果對反應(yīng)不加控制，氨和氧反應(yīng)的最終產(chǎn)物必然是N2。要得到希望的產(chǎn)物NO,不能從反應(yīng)熱力學(xué)去改變化學(xué)平衡來達(dá)到目的，只能從反

13、應(yīng)動力學(xué)方面去著手。即尋找一種選擇性的催化劑，抑制不希望的反應(yīng)。目前最好選擇性的催化劑是鉗。純堿和燒堿復(fù)習(xí)思考題1 1 . .純堿中的重堿是什么意思？密度為0.951.07g/cm-3的純堿2 2 . .氨堿法制純堿的主要原料有哪些？制堿過程的主要反應(yīng)有哪些？主要副產(chǎn)物是什么？原料：氯化鈉(NaCl)和碳酸鈣(CaCO3)主要反應(yīng)CaCO3( (s)-JCO2(g)+CaO(s)-176.105kJ/molNaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3(s)+NH4Cl2NaHCO3(s)=Na2cO3(s)CO2(g)H2O(g)主要副產(chǎn)物CaONH4C13 3 . .從干鹽相圖分析，為什么

14、在 P1P1 點 NaHCO3NaHCO3 的結(jié)晶析出最多？且 NaNa 利用率最高？如何控制操作點的位置。升高溫度對最佳操作點 P1P1、NaNa 利用率和 NaHCO3NaHCO3 結(jié)晶有什么影響？右圖中，IP2、P2H、P2P1、P1in、P1IV為飽和線；1,2,3區(qū)為NaHCO3、NH4HCO3、NH4Cl的析出區(qū)；P1點可析出三種結(jié)晶。氨鹽水碳酸化后的組成在AC線上。如果只需析出NaHCO3時，組成應(yīng)R-S線內(nèi)，超過S析出NH4HCO3,超過R析出NaCl。如果總組成在X點，T點為飽和溶液，結(jié)晶與溶液比為TX:XD，比值越大，析出結(jié)晶越多。可見P1點操作最好。4 4 . .氨鹽水碳

15、化是在什么設(shè)備中進(jìn)行的？CO2CO2 經(jīng)氨鹽水吸收，生成氨基甲酸俊、碳酸氫俊、最終生成碳酸氫納，各步驟的速度、溫度有何特點？氨鹽水碳酸化是在碳酸化塔中進(jìn)行隨著CO2的不斷溶解，溶液中過量的氨基甲酸俊進(jìn)一步發(fā)生水解反應(yīng)。甲俊水解是慢反應(yīng)，是碳酸化的控制步驟：2NH2cOONH4(aq)=NH4HCO32NH3當(dāng)PH值10.5的強(qiáng)堿性時，碳酸氫鹽也存在下述離解反應(yīng)HC031HCO：當(dāng)氨鹽水被碳酸化達(dá)到一定程度，HCO3-積累超過溶度積，析出碳酸氫鈉：NaHCO3INaHCO3(s)氨鹽水進(jìn)塔溫度約3050C,中部溫度升到60c左右，中部不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在30c以下，保證結(jié)晶析出。

16、碳化塔中部溫度高，一方面反應(yīng)本身有一些熱量放出，另一方面主要是考慮結(jié)晶初期溫度高一點對晶粒長大有利，可形成較大晶體以利過濾。同時冷卻速度不宜過快，過快可能形成結(jié)晶漿，難于過濾分離。5 5 . .工業(yè)生產(chǎn)燒堿的方法有哪些？電解法生產(chǎn)燒堿的原料、電極反應(yīng)、總化學(xué)反應(yīng)是什么？精制食鹽水時，其中的鎂、硫酸根雜質(zhì)如何去除？方法：生產(chǎn)氫氧化鈉通常用電解法(NaCl為原料卜苛化法(Na2CO3為原料)。原料：NaCl水溶液電極反應(yīng)：失去電子(氧化.陽極)的正極反應(yīng).得到電子(玨原享陰菽)的負(fù)極反應(yīng)工、鏟和可以透過分隔膜.在陰極區(qū)區(qū))的離子反應(yīng) MA71+-FO7Z-A71+-FO7Z-= =ZuOIT9G總

17、反應(yīng)：2NaCl(aq)2H2O=Cl2(g)H2(g)2NaOH(aq)除去雜質(zhì)： 去除鎂離子的方法用OH-而沉淀Mg(OH)2出來：2一一Mg2NaOH=Mg(OHb(s)2Na少量硫酸鹽對電解過程影響大，在這一步也要除去：SO：BaCl2=BaSO4(s)2C1一煤的化學(xué)加工1 .煤的結(jié)構(gòu)及煤氣化原理。煤的基本結(jié)構(gòu)單元為縮合芳煌及環(huán)烷煌及多種側(cè)鏈，雜原子及官能團(tuán)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型-整體平均結(jié)構(gòu)單元模型-有機(jī)質(zhì)煤氣化原理：煤氣化是煤與氣化劑作用生成氣體混合物的反應(yīng)過程。目的是將煤轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。煤氣化過程包含煤的熱解、半焦的氣化等過程。2 .煤氣化主要方法及能量利用。煤氣化方法有多種，氣化爐也有多種?？煞譃楣潭ù病⒎序v床、氣流床三種形式。3 .費(fèi)托合成原理?；瘜W(xué)反應(yīng)H=-158kJ/mol(250oC)H2O+COCO2+H2H=-39.5kJ/mol(250oC)4.費(fèi)托合成流程及產(chǎn)品加工流程的主要過程煤氣凈化一理輕甌曲（CQQ一反應(yīng)蒸汽）合成反應(yīng)一用過的催化劑產(chǎn)物分離產(chǎn)品桁制I 一蟋科/+SNG,CHHN一 G，c.,c.燃“基本化學(xué)原料 乙