化学工艺学习题

姓名              分数          

一、概念题（10分，每题1分）

1、变换率：已变换的CO与变换前CO之比。

2、硫容（量）：单位体积脱硫剂脱除硫化氢的量。

3、空速：单位时间单位催化剂所处理的物料量。

4、固体燃料气化：固体燃料气化是指用氧或含氧气化剂对固体燃料（煤或焦炭）进行热加工，使其转化为可燃性气体的过程。

5、标煤：即发热值为7000大卡/公斤或2.9×107焦耳/公斤的煤炭。

6、烃类热裂解：石油烃在高温下发生分解反应生成小分子不饱和烃的过程。

7、催化裂化：将不能用作轻质燃料的常减压馏分油，加工成辛烷值较高的汽油等轻质燃料。

8、非均相催化氧化：气态有机原料在固体催化剂存在下，以气态氧为氧化剂，氧化为有机化工产品的过程。

9、催化剂活性：催化剂改变反应速度的能力                                                                  

10、接触时间：反应物料在催化剂上停留时间。

二、填空题（20分，每空1分）

1、目前，工业大多采用氨氧化法，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。

2、煤气化时根据气化剂的不同，产物可分为 水煤气 、  空气煤气  、 半水煤气  。

3、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    。

4、氨合成反应是在一定温度、压力和有  催化剂  存在下进行的。

5、基本有机化学工业的原料有 天然气  、 石油  、   煤、  农副产品。

6、裂解气的净化过程包括 脱酸性气  、脱水  、  脱炔、 脱一氧化碳  。

7、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。

8、生产尿素的主要原料有：二氧化碳、液氨

三、判断题（10分，每题1分）

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。（  ╳  ）

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。（  √  ）

3、发烟硫酸中，三氧化硫和水的摩尔比小于1。（ ╳   ）

4、合成甲醇催化剂的有效成份是氧化铜和氧化锌。（ √   ）

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。（ √   ）

6、裂解原料的含氢量越高，裂解产物中乙烯收率越高。（ √   ）

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。（  ╳   ）

8、对于可逆的加氢反应，提高反应温度，反应速度加快。（╳     ）

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。（ √   ）

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。（╳ ）

四、简述题（40分。每题5分）

1、简述以煤为原料、间歇制取半水煤气时，一个循环包括的过程及其作用。

答：煤制气操作中一个循环包括一下五个过程：

(1)吹风阶段

    空气从炉底收入，进行气化反应，提高燃料层的温度(积蓄热量)，吹风气去余热回收系统或放空。

 (2)一次上吹制气阶段

    水蒸气相加氮空气从炉底送入，经灰渣区预热进入气化区反应，生成的煤气送入气柜。此过程中，由于水蒸气温度较低，加上气化反应大量吸热，使气化区温度显著下降，而燃料层上部却因煤气的通过，温度有所上升，气化区上移，煤气带走的显热损失增加，因而在上吹制气进行一段时间后，应改变气体流向。

 (3)下吹制气阶段

    水蒸气和加氮空气从炉顶自上而下通过燃料层，生成的煤气也送入气柜。水蒸气下行时，吸收炉面热量可降低炉顶温度，使气化区恢复到正常位置。同时，使灰层温度提高，有利于燃尽残碳。

 (4)二次上吹制气阶段

    下吹制气后，如立即进行吹风，空气与下行煤气在炉底相遇，可能导致爆炸。所以，再作第二次蒸汽上吹，将炉底及下部管道中煤气排净，为吹风作准备。

 (5)空气吹净阶段

    二次上吹后，煤气发生炉上部空间，出气管道及有关设备都充满了煤气，如吹入空气立即放空或送往余热回收系统将造成很大浪费，且当这部分煤气排至烟囱和空气接触，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在转入吹风阶段之前，从炉底部收入空气，所产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜，加以回收。

2、分别从热力学和动力学角度阐述工业生产中氨合成反应的特点。

答：氨合成反应的特点为：放热、可逆、体积缩小、有催化剂。

从平衡观点看,氨合成是放热反应，低温有利于NH3的生成,但在没有催化剂的室温条件下，氢氮气不能生成氨，因此氨合成反应需要催化剂，当温度较低时催化剂的活性不能很好地发挥,不利于NH3的生成,所以反应有一个最适宜温度，生产中应及时移走反应热.氨合成反应是体积缩小的反应，提高压力有利于反应向正方向进行，压力愈高平衡时的NH3含量就愈高.另外，气体成分对氨的合成也有影响，惰性气含量高会降低有效气体成分的分压，不利于氨的合成；该反应为可逆反应。 

3、氨氧化反应在没有催化剂时，最终产物是什么？说明理由。

答：氨和氧的氧化产物可能有NO、N2O、N2和水。如果对反应不加任何控制，最终产物为氮气和水。其原因是：4NH3+5O2=4NO+6H2O, 4NH3+4O2=2N2O+6H2O, 4NH3+3O2=2N2+6H2O以上各反应可视为不可逆反应，平衡常数以生成氮气最大，所以最终产物为氮气。

4、给出四种脱碳方法（物理法或化学法）及其原理。

答：①热钾碱法：溶解在水中的二氧化碳能和碳酸钾溶液反应，达到脱碳的目的

②MDEA法：N—甲其二乙醇胺(R2CH3N) 是一种叔胺，它的水溶液呈弱酸性，可以与CO2反应，达到脱出CO2的目的。

③碳酸丙烯酯法：碳酸丙烯酯是有机溶剂，对二氧化碳、硫化氢等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氮、—氧化碳等气体在其中的溶解度甚微，利用这一特点达到脱碳目的。

④低温甲醇洗法：甲醇对二氧化碳，硫化氢，硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氯、—氧化碳等气体在其中的溶解度甚微，因而甲醇能从原料气中选择吸收二氧化碳、硫化氢等酸性气体，而氢氮气损失很小。

⑤NHD法：NHD溶剂对二氧化碳，硫化氢，硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氯、—氧化碳等气体在其中的溶解度甚微。

5、简述氨氧化时加入蒸汽的原因。

    ①有利于反应物从催化剂表面解析出来，避免丙烯腈的深度氧化。

②可稀释反应物的浓度，使反应趋于平稳，并有利于防爆。

③水蒸气热容较大，可带走大量反应热，便于控制反应温度。

④可以清除催化剂表面的积碳。

6、裂解反应装置必须具备哪些工艺要求？

        高温、低烃分压、短停留时间。

7、通过合成甲醇的热力学分析说明了哪些问题？

  （1）压力为20MPa左右，温度在300-400℃反应，此时，反应热随温度及压力变化小，反应条件控制容易。（2）低温高压对合成甲醇有利。（3）一些副反应在热力学上比主反应有利，因此，需要采用选择性好的催化剂。

8、用热力学和动力学综合分析说明苯和乙烯液相烷基化反应的温度为什么控制在95℃左右。

热力学上：50-200K有利

动力学：低温反应速度慢 

催化剂：热稳定性差，120℃以上树脂化，有腐蚀性

传热：放热反应，沸点移走反应热。

五、计算题（20分，每题10分）

1、铜氨液法净化合成氨原料气操作条件如下：压力l2MPa，入塔气体中CO含量4％，出塔铜液25℃。铜液成分(mol．L-1)为Tcu：2.3，Cu+：2.0，Cu2+：O.3，NH3 ：10．0，CO2：  2.3，HAc：2.0。求该铜液的吸收能力。（25℃时的吸收系数α为6.51MPa）。

2、某30万t/a合成氨厂，合成塔进气流量为900000Nm3/h，进塔气中氨含量3.5％，出塔气中氨含量17.6％，该合成塔装催化剂90m3，试计算：（1）空间速度；（2）氨净值；（3）合成塔产氨速率。

解：（1）空间速度Vs＝合成塔进气量/合成塔装催化剂量＝900000/90=10000 h-1；（2）氨净值△y＝出塔气中氨含量－进塔气中氨含量＝17.6％－3.5％＝14.1％

   （3）合成塔产氨速率＝合成塔进气流量×氨净值△y/(1+出塔气中氨含量)

=900000×14.1％/(1+17.6％)=107908 Nm3/h

=4817 Kmol/h。