1、化工工艺学复习题一、简答题：1.氧化锌脱硫的工作原理是什么？其脱硫过程如何？原理：氧化锌法可脱除无机硫和有机硫，主要脱除无机硫，使硫含量0.110 -6。（6 分）脱硫过程：氧化锌脱硫就是 H2S 气体在固体 ZnO 上进行反应，生成 H2O 进入气相，ZnS 则沉积在 ZnO 固体表面上。需要将氧化锌脱硫剂都做成高孔率的小颗粒以增大反应和沉积面积，反应速度主要是内扩散控制。 2. 描述由 NH3和 CO2合成尿素的化学反应过程与相态。答：目前，工业合成尿素的方法都是在液相中由 NH3 和 CO2 反应合成的，属于有气相存在的液相反应，如下图所示。反应被认为分两步进行：上述两个反应中，第一个反
2、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(Ammonium Carbonate，简写 AC，甲铵)；第二个脱水生成尿素(Urea，简写 Ur)的反应为慢速吸热反应，且为显著可逆反应。 尿素生成反应为液相可逆反应，应该具备一定的压力(液化 NH3和 CO2)和温度(保证反应速度)。 未反应原料必须循环利用，循环的 NH3和 CO2水溶液也必然携带一定量的水。合成尿素的原料中有 NH3、CO 2和 H2O，物料配比中采用 NH3 过量； 合成反应开始，溶液中的 CO2以 AC 形式存在，溶液中存在 NH3、AC 和 H2O；合成反应过程，溶液中存在 NH3、AC、H2O 和 Urea
3、。 3. 合成氨生产过程主要分为哪几个工序？画出以天然气为原料合成氨的框图。答：合成氨的生产过程主要分为 3 个工序：造气：制备含氮、氢气的原料气净化：将原料气中的杂质如 CO、CO 2、S 等脱除到 ppm 级(10 -6)压缩和合成：净化后的合成气原料气必须经过压缩到 1530MPa、450左右以天然气为原料合成氨的框图：molkJgOsZnSgsZnO/79)()()()( 22 )(55CC)()()( 2423 g424S122242 .458)()( molkJlOHlCNlCONH43 93.64. 以天然气为原料合成氨工艺中，天然气水蒸汽转化制气的主反应和副反应有哪些？抑制副反
4、应的策略如何？主要反应：副反应：抑制副反应的策略：（1）生成碳黑。为控制积碳，主要通过增加水蒸汽用量以调整气体组成和选择适当的温度、压力来解决。 （2）两段转化。工业中采用串联的两段转化工艺，保证甲烷转化彻底。 （5 分）5. 天然气中的硫成分有哪些？干法脱硫和湿法脱硫的主要方法有哪些？答：天然气中的硫化物主要是硫化氢(H 2S)，同时此外还可能有一些有机硫化物，如硫醇(C 2H5SH)、硫醚(CH 3SCH3)及噻吩(C 4H4S)、二硫化碳(CS 2)等。 （4 分）干法脱硫：一般适用于含 S 量较少的情况，氧化锌法、钴钼加氢法、氢氧化铁法、活性碳法等。 （3 分）湿法脱硫：一般适用于含
5、S 量较大的场合，化学吸收法、物理吸收法和化学物理综合吸收法等。 （3 分）6. 写出尿素合成反应过程的反应和主要副反应，副反应有哪些控制措施？副反应：（5 分）控制副反应措施：在尿素生产过程中的副反应主要有尿素缩合反应和水解反应，它们存在于整个尿素的分molkJHCO4.2063)1(24/112.361molkJCOHC24.974l14223 .9386)()()(2 molkJlCONHllNH)()()( 32222 gllC3glO4 .4离纯化过程中。温度越高，副反应速度越快；时间越长，被消耗的尿素越多。当温度在 60以下时，尿素水解缓慢；温度到 100 时尿素水解速度明显加快；
6、温度在 145 以上时，水解速度剧增。尿素浓度低时，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。 7. 简述氨碱法制纯碱的生产原理（主要反应和生产过程） 。氨碱法制备纯碱是以氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO 3)为原料。 生产过程：碳酸钙经过焙烧产生 CO2和 CaO； CO 2与 NH3在 NaCl 水溶液中沉淀出碳酸氢钠(NaHCO 3)； NaHCO3再经焙烧制得纯碱(Na 2CO3)；副产 CaO 经水合、NH 4Cl 反应制得氯化钙；释放的 NH3 循环利用，再与 NaCl 和 CO2制备 NaHCO3 。8. 氨碱法制纯碱的主要原料有哪些？制碱过程的主要反
7、应有哪些？主要副产物是什么？氨碱法制备纯碱是以氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO 3)为原料。 主要副产物：氨，氯化钙 9. 简述煤的液化-费托法合成原理，所用催化剂以及主要有哪些工艺？CO + H2 （CH 2）n + H 2OCO + H2O CO2 + H 2 目前工业上主要用铁催化剂。 主要的合成工艺：Arge 固定床合成液体燃料的工艺Synthol 气流床合成工艺MFT 法合成液体燃料的工艺其他合成工艺 10. 简述聚合反应中以本体聚合和溶液聚合的聚合机理和产品特性。遵循自由基聚合一般规律，提高速率的因素往往使分子量下降。 本体聚合：单体本身加少量引发剂（甚至不加）的聚合。 溶液聚
8、合：单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合。 本体聚合散热难,自加速显著。可制板材；产品特性：纯度高，分子量分布宽。溶液聚合散热易，反应平稳，产物宜直接使用。产品特性：纯度、分子量较低。二、图形分析题1. 从干盐相图分析，为什么在 P1点 NaHCO3的结晶析出最多？1、2、3 区主要析出那些晶体？答案：P2、P2、P2P1、P1、P1为饱和线； P1 点可析出三种结晶。 氨盐水碳酸化后的组成在 AC 线上。如果只需析出 NaHCO3 时，组成应 R-S 线内，超过 S 析出 NH4HCO3,超过 R 析出 NaCl。 如果总组成在 X 点，T 点为饱和溶液，结晶与溶液比为 TX:XD，比值越大，析
9、出结晶越多。可见 P1 点操作最好。 1,2,3 区为 NaHCO3、NH 4HCO3、NH 4Cl 的析出区； 2. 从干盐相图分析，1、2、3 区主要析出那些晶体？如何控制操作点的位置。升高温度对最佳操作点 P1、Na 利用率和 NaHCO3结晶有什么影响？答案：1,2,3 区为 NaHCO3、NH 4HCO3、NH 4Cl 的析出区； 析出 NaHCO3时 P1 点钠利用率最高。若操作点向 P2 方向移动，钠利用率降低(溶液中 Na+增加，最终被洗掉)，氨利用率提高 (溶液中 NH4+减小) 。因为实际生产中氨被蒸出是循环利用的，所以应主要考虑钠利用率，操作点要尽量靠近 P1 点。温度升
10、高，氨盐水中的 NH3 减小，饱和线 P1C 向右移动(但 NaHCO3在溶液中的溶解度变化不大)；P1 点向右上移动，溶液的碳酸化度增加；均可析出等多的 NaHCO3结晶，钠利用率增大，氨利用率降低。 在生产条件下，一般为了得到 NaHCO3，NaCl 浓度不变，采取较高温度进行碳酸化。碳酸化后降低温度可减少其溶解度，相应提高钠利用率。3. PVC 悬浮法的生产流程如下图：写出图中编号 1-11 的设备名称。答：1计量泵； 2过滤器； 3聚合釜； 4循环水泵； 5出料槽； 6树脂过滤器；7浆料泵； 8汽提塔； 9浆料泵； 10浆料冷却器； 11混料槽4. 根据下图叙述 PVC 悬浮法的生产流
11、程：答案：悬浮聚合法是工业生产 PVC 树脂的主要方法，产品为 100150m 直径的多孔性颗粒，称为 S-PVC。单体：氯乙烯单体，纯度要求大于 99.98%去离子水：反应介质水分散剂：纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。引发剂：复合型的引发剂。以达到匀速聚合的要求。工艺流程：原料预处理，设置引发剂配置釜，将引发剂、分散剂配置成溶液后再加人聚合体系。经过原料过滤器，除去原料中的杂质。物料进入聚合釜，搅拌聚合，同时搅拌对聚氯乙烯颗粒形态及粒度分布也有很大的影响。聚合是在引发剂作用下的自由基聚合，聚合结束后，经浆料泵将物料打到汽提塔，蒸出未反应单体和溶剂。在混料槽冷却
12、后离心得到产品。5. 下图为氨合成流程(凯洛格流程)，简要叙述其工艺流程。答：（1）新鲜气经几级压缩后与循环气混合冷却、升温并分几股进入氨合成塔。 （2）反应后气体温度较高，所以先经锅炉给水预热器后再向新鲜气供热。 （3）只分离很少部分氨(为维持浓度稳定分离需要排放部分惰性气体)后就进入循环压缩，与新鲜气混后再经复杂冷冻流程逐步冷却到-23，经高压氨分离器分离氨后再升温进入氨合成塔。低压氨分离器是为了分离要求设置的。 （4）流程特点： 先循环混合再冷却分离，冷冻功耗小但循环功耗大，总能耗小； 循环线中放空，惰气含量高，但有氨回收，氨损耗不大； 三级氨冷和三级氨闪蒸结合，增加了冷冻系数，有节能作
13、用。 7.问题：写出图中编号 119 的设备名称。答：1-换热器；2,5-水冷却器；3,6,7,8-氨冷却器；4-冷凝液分离器；9,10-换热器；11-低压氨分离器；12-高压氨分离器； 13-氨合成塔；14-锅炉给水预热器； 15-离心压缩机；16-开工加热炉； 17-放空气氨冷器； 18-放空气分离器；19- 蒸汽透平8. 在制备硫酸的过程中，焙烧硫铁矿的设备是什么？根据物料状态，炉内空间可分几个区域？各区域的物料特点是什么？答：设备为沸腾炉 炉内空间分为上部为燃烧空间、沸腾层和空气室三部分1-燃烧空间、2-沸腾层、3-空气室 空气室也可称为风室，鼓风机将空气鼓入炉内先经空气室，为使空气能均匀经过气体分布板进入沸腾层 沸腾层是矿料焙烧的主要空间，炉内温度此处为最高，为防止温度过高而使矿料熔结，在沸腾层设有冷却装置来控制温度和回收热量。沸腾层的高度一般以矿渣溢流口高度为准。上部燃烧空间的直径比沸腾层有所扩大，在此加入二次空气，使被吹起来的矿料细粒在此充分燃烧，以确保一定的烧出率，同时降低气体流速，以减少吹出的矿尘量，减轻炉气除尘的负荷。
