西南大学《化学工艺》网上作业及参考答案.docx
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西南大学《化学工艺》网上作业及参考答案
1：
[填空题]
填空题
1、合成氨的生产过程主要包括（ ）、（ ）、（ ）等三个步骤
2、典型的合成氨原料有（ ）、（ ）和（ ）。
3、合成氨原料气中水蒸气对甲烷的摩尔比称为（ ）。
4、甲烷蒸气转化过程受压力、（ ）、原料配料中的水碳比及空间速度等因素影响。
5、铜氨液洗涤法、甲烷化法和液氮洗涤法都是常用的合成氨原料气中残余（ ）的脱除方法。
6、对合成氨原料气的净化目的是除去其中的（ ）、（ ）和二氧化碳等杂质气体，而得到纯净的氢气和氮气。
7、在合成氨生产中，从反应物系的相态看，氨合成是（ ）反应，合成塔是（ ）反应器。
8、氨合成反应是中等放热的可逆、体积缩小的气固相催化反应，（ ）压力、（ ）温度有利，合成塔是固定床反应器。
9、常用的微量元素肥料有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。
10、尿素生产过程中主要有（ ）和（ ）两类副反应。
11、在（ ）或（ ）时，硝铵有结块现象。
12、磷酸溶液中硫酸钙结晶可以以（ ）、（ ）、（ ）三种水合物形式存在。
13、（ ）和（ ）是接触法生产硫酸的主要原料。
14、硝酸生产的尾气治理方法主要有（ ）、（ ）和（ ）。
吸附剂可以是分子筛、硅胶、活性炭及离子交换树脂等。
15、用于生产硫酸的原料主要有（ ）、（ ）、冶炼烟道气和石膏等硫酸盐。
16、通常的硫酸生产工艺流程是以炉气的净化方法来命名的，常见的有（ ）、干洗法和（ ）三种制酸流程。
17、硫酸生产中采用的二转二吸流程之优点是提高了二氧化硫的（ ），既提高了硫的利用率又减少了（ ），该工艺既适合二氧化硫浓度高的炉气，也适用于二氧化硫浓度低的炉气。
18、氨氧化工艺条件主要考虑温度、压力、接触时间及（ ）。
19、电解制碱时，最影响电极过电位的因素是（ ）。
20、隔膜法电解制碱可以用来抑制副反应的措施包括选用性能良好的隔膜、采用较高的温度、采用饱和精制食盐水以及控制（ ）。
参考答案：
第一批次（填空题）
1、合成氨的生产过程主要包括（造气）、（净化）、（压缩和合成）等三个步骤
2、典型的合成氨原料有（煤）、（焦碳）和（天然气）。
3、合成氨原料气中水蒸气对甲烷的摩尔比称为（水碳比）。
4、甲烷蒸气转化过程受压力、（温度）、原料配料中的水碳比及空间速度等因素影响。
5、铜氨液洗涤法、甲烷化法和液氮洗涤法都是常用的合成氨原料气中残余（一氧化碳）的脱除方法。
6、对合成氨原料气的净化目的是除去其中的（硫化物）、（一氧化碳）和二氧化碳等杂质气体，而得到纯净的氢气和氮气。
7、在合成氨生产中，从反应物系的相态看，氨合成是（气固相）反应，合成塔是（固定床）反应器。
，
8、氨合成反应是中等放热的可逆、体积缩小的气固相催化反应，（提高）压力、（降低）温度有利，合成塔是固定床反应器。
常用的微量元素9、肥料有（硼肥）、（锌肥）、（锰肥）、（钼肥）。
10、尿素生产过程中主要有（尿素缩合反应）和（尿素水解反应）两类副反应。
11、在（润湿）或（晶型转变）时，硝铵有结块现象。
12、磷酸溶液中硫酸钙结晶可以以（二水物）、（半水物）、（无水物）三种水合物形式存在。
13、（硫铁矿）和（硫磺）是接触法生产硫酸的主要原料
14、硝酸生产的尾气治理方法主要有（催化还原法）、（溶液吸收法）和（固体吸附法）。
吸附剂可以是分子筛、硅胶、活性炭及离子交换树脂等。
15、用于生产硫酸的原料主要有（硫铁矿）、（硫磺）、冶炼烟道气和石膏等硫酸盐。
16、通常的硫酸生产工艺流程是以炉气的净化方法来命名的，常见的有（水洗法）、干洗法和（酸洗）三种制酸流程。
17、硫酸生产中采用的二转二吸流程之优点是提高了二氧化硫的（最终转化率），既提高了硫的利用率又减少了（环境污染），该工艺既适合二氧化硫浓度高的炉气，也适用于二氧化硫浓度低的炉气。
18、氨氧化工艺条件主要考虑温度、压力、接触时间及（混合气体组成）。
19、电解制碱时，最影响电极过电位的因素是（电极材料）
20、隔膜法电解制碱可以用来抑制副反应的措施包括选用性能良好的隔膜、采用较高的温度、采用饱和精制食盐水以及控制（电解液流速）。
1：
[单选题]
以下哪项措施不能在甲烷转化制取合成氨原料气过程防止析碳
A：
适当提高水蒸气用量
B：
选择适宜的催化剂
C：
保持催化剂活性良好
D：
控制甲烷预热温度不要太低
参考答案：
D
2：
[单选题]
甲烷蒸气二段转化温度范围是
A：
400-600℃
B：
600-800℃；
C：
800-1000；
D：
1000-1200℃
参考答案：
D
3：
[单选题]
若需要控制合成氨原料气中CO含量在0.3%左右，则一氧化碳变换工艺流程应采取
A：
中温变换
B：
低温变换
C：
中变-低变串联
D：
高温变换
参考答案：
C
4：
[单选题]
苯菲尔法脱碳脱碳法又叫
A：
二乙醇胺热钾碱法；
B：
氨基乙酸法；
C：
碱液吸收法；
D：
乙醇胺法
参考答案：
A
5：
[单选题]
生产上甲烷蒸气转化一般采用
A：
一段转化
B：
二段转化
C：
三段转化
D：
四段转化
参考答案：
B
6：
[单选题]
一氧化碳中温变换指的是以下哪个温度范围的变换过程
A：
200-280℃
B：
280-350℃
C：
350-550℃
D：
550-700℃
参考答案：
C
7：
[单选题]
在氨合成反应宏观动力学的表面反应过程中，控制表面反应的步骤是
A：
氮气的活性吸附；
B：
氢气的活性吸附；
C：
生成氨的反应；
D：
氨的脱附。
参考答案：
A
8：
[单选题]
氨合成反应表面动力学过程的控制步骤是
A：
氮气的活性吸附；
B：
氢气的活性吸附；
C：
生成氨的表面反应；
D：
氨的表面解吸。
参考答案：
A
9：
[单选题]
在氨合成过程中，由于有（ ）存在，使催化剂永久失去活性而中毒，导致催化剂的活性无法恢复。
A：
硫、氢、碳等；
B：
铁、砷、铜等；
C：
铁、氢、碳等；
D：
硫、磷、砷等
参考答案：
D
10：
[单选题]
世界上最早的合成氨装置的反应温度为500-600℃，压力为17-20MPa，所使用的催化剂是
A：
铁系；
B：
锇系；
C：
铬系；
D：
铝系。
参考答案：
B
11：
[单选题]
对中压法合成氨流程的两个特点，以下说法正确的是
A：
反应速率高，转化率高；
B：
氢氮比和进口氨含量合理；
C：
水冷、氨冷二次分离氨效果好；
D：
驰放气位置设计在压缩机后比较合理。
参考答案：
C
12：
[单选题]
重过磷酸钙生产的关键工艺条件是
A：
CaO矿粉细度
B：
磷酸浓度
C：
反应温度
D：
混合强度
参考答案：
B
13：
[单选题]
以钾石盐为原料，用溶解结晶法生产氯化钾的原理是
A：
氯化钠和氯化钾在水中的溶解度随温度变化而异；
B：
氯化钾和氯化钠晶体表面与水的润湿程度不同；
C：
氯化钠和氯化钾的分子量不同。
D：
以上都不是
参考答案：
A
14：
[单选题]
常用的微量元素肥料不包括
A：
硼肥
B：
钼肥
C：
锰肥
D：
钾肥
参考答案：
D
15：
[单选题]
以下哪种是最重要的氮肥
A：
尿素
B：
硝酸钾
C：
硫酸铵
D：
氯化铵
参考答案：
A
16：
[单选题]
钾石盐溶解结晶法生产氯化钾的原理是根据氯化钾和氯化钠在水中的溶解度随（ ）变化而异
A：
浓度
B：
温度
C：
压强
D：
时间
参考答案：
B
17：
[单选题]
普通硫铁矿的主要成分是
A：
FeO
B：
FeS2
C：
Fe2O3
D：
FeS
参考答案：
B
18：
[单选题]
以下几项哪个不能提高硫铁矿焙烧速度
A：
提高焙烧温度
B：
增大矿石粒度
C：
增加空气与矿石颗粒相对运动
D：
提高入炉空气氧体积分数
参考答案：
B
19：
[单选题]
以下哪个浓度的酸适宜于吸收SO3生产浓硫酸
A：
100%
B：
98.3%
C：
97.5%
D：
75%
参考答案：
B
20：
[单选题]
原料气中含有大量无机硫需要脱除时，应采用以下哪种脱硫方法
A：
改良ADA法
B：
氧化锌法
C：
钴-钼加氢法
D：
活性炭法
参考答案：
A
21：
[单选题]
以下哪种溶液不能用来吸收硝酸生产尾气
A：
尿素
B：
氢氧化钠
C：
碳酸钠
D：
酸性高锰酸钾
参考答案：
D
22：
[单选题]
以下几项哪个不是氨碱法的突出缺点
A：
氯化钠利用率低
B：
回收氨成本高
C：
废液环境污染大
D：
对设备腐蚀严重
参考答案：
D
23：
[单选题]
最早的工业生产纯碱方法是（ ）
A：
柯氏制碱法
B：
路布兰法
C：
氨碱法
D：
联碱法
参考答案：
B
24：
[单选题]离子交换膜法电解制碱时电解槽操作温度应控制在
A：
40-60℃
B：
50-70℃
C：
70-90℃
D：
90-100℃
参考答案：
C
1：
[论述题]
写出相应的化学反应方程式
1、甲烷蒸气转化反应
2、甲烷蒸气转化副反应CO+H2--
3、氧化锌法脱硫化氢ZnO+H2S--
4、氧化锌法脱硫醇ZnO+C2H5SH--
5、氨与合二氧化碳液相中合成尿素
6、硝酸钙液态转化生产硝酸铵Ca（NO3）2+（NH4）2CO3--
7、磷酸一铵与氯化钾混合反应KCl+NH4H2PO4--
8、硫铁矿焙烧总反应方程式4FeS2+11O2--
9、三氧化硫的吸收反应
10、浓硝酸合成反应
11、电解食盐水制碱总反应
12、分别写出隔膜法电解阳极区和阴极区的主要副反应
参考答案：
1、甲烷蒸气转化反应CH4+H2O（g）--CO+3H2O
2、甲烷蒸气转化副反应CO+H2--H2O+C
3、氧化锌法脱硫化氢ZnO+H2S--ZnS+H2O
4、氧化锌法脱硫醇ZnO+C2H5SH--ZnS+C2H5OH或（C2H4+H2O）
5、氨与合二氧化碳液相中合成尿素2NH3（l）+CO2--NH4COONH2（l）
NH4COONH2（l）--CO（NH2）2（l）+H2O（l）
6、硝酸钙液态转化生产硝酸铵Ca（NO3）2+（NH4）2CO3--2NH4NO3+CaCO3（s）
7、磷酸一铵与氯化钾混合反应KCl+NH4H2PO4--KH2PO4+NH4Cl
8、硫铁矿焙烧总反应方程式4FeS2+11O2--2Fe2O3+8SO2
9、三氧化硫的吸收反应nSO3+H2O--H2SO4+（n-1）SO3
10、浓硝酸合成反应2N2O4（l）+O2（g）+2H2O（l）--4HNO3
11、电解食盐水制碱总反应2NaCl+2H2O--Cl2（g）+H2（g）+NaOH
12、隔膜法电解主要副反应NaOH+HClO--NaClO+H2O（阳极区）
NaClO+H2--NaCl+H2O（阴极区）
1：
[论述题]
简要回答：
1、甲烷蒸气转化过程中如何防止析碳？
2、为什么要防止析碳？
3、什么是干法脱硫？
有什么优缺点？
4、合成氨过程中为什么要脱碳？
5、氨合成催化剂的组成是什么？
提高平衡氨浓度的措施有哪些？
6、生产尿素原料气中的惰性气体对生产过程有什么影响？
7、什么叫复合肥？
什么是复混肥？
各举几例
8、尿素合成反应机理是什么？
控制步骤是什么？
9、什么是湿法磷酸和热法磷酸？
10、提高硫铁矿焙烧速率的主要途径有哪些？
11、焙烧炉气中含有哪些杂质？
其危害是什么？
12、两转两吸工艺流程有何特点？
13、硫酸生产中的烧渣如何综合利用？
14、比较两大类氨催化氧化催化剂。
15、氨碱法生产纯碱的原理是什么？
16、如何防止隔膜法电解过程中的不利副反应？
参考答案：
1、甲烷蒸气转化过程中如何防止析碳？
答：
防止甲烷蒸气转化过程中析碳需要适当提高水蒸气用量以调整气体组成，选择适宜催化剂并保持活性良好，控制含烃原料的预热温度不要太高。
2、为什么要防止析碳？
答：
析碳反应生成碳黑会覆盖在催化剂表面堵塞微孔，使甲烷转化率下降，出口气体中残余甲烷增多，同时使局部反应区产生过热而缩短反应管使用寿命，甚至还会使催化剂粉碎而增大床层阻力。
3、什么是干法脱硫？
有什么优缺点？
答：
干法脱硫指用固体吸收剂吸收原料气这的硫化物。
优点是既能脱除有机硫又可脱除无机硫，而且可以把硫脱除到很精细程度。
缺点是脱硫剂不能再生或再生非常困难，设备庞大，占地密集大，不适用于脱除大量无机硫。
4、合成氨过程中为什么要脱碳？
答：
脱除和回收二氧化碳的过程称为脱碳。
经过一氧化碳变换后的气体中含有较多的二氧化碳，如不清除在合成氨生产时二氧化碳会使合成氨催化剂中毒。
此外，回收的二氧化碳还是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵的重要原料。
5、氨合成催化剂的组成是什么？
提高平衡氨浓度的措施有哪些？
以氧化铁为主要组分，提高压力，降低温度，保持氢氮比=3，控制进口气体组成。
6、生产尿素原料气中的惰性气体对生产过程有什么影响？
尿素生产的原料气为氨气和二氧化碳。
从合成氨来的CO2原料气中通常含有氮气、氢气等气体，被称为惰性气体，可降低反应体系中氨和二氧化碳分压，在给定操作压力下会降低反应温度，导致二氧化碳转化率下降。
此外，氢气还可能使尾气发生燃烧爆炸影响生产安全。
工业生产中要求原料二氧化碳的摩尔分数大于98%，氢气越少越好。
7、什么叫复合肥？
什么是复混肥？
各举几例
复合肥料指用化学加工方法制得的含有氮、磷、钾三大营养元素中任意两种或两种以上的肥料。
如磷酸铵、硝酸钾。
复混肥指将尿素、磷铵、氯化钾等含有氮、磷、钾的基础肥料经混合、造粒而制成的化学肥料，如尿素-磷铵-氯化钾复混肥、硫酸铵-氯化钾复混肥。
8、尿素合成反应机理是什么？
控制步骤是什么？
答：
尿素生产机理是：
氨和二氧化碳在液相中发生合成反应。
方程式为：
2NH3+CO2=NH4COONH2
（1）NH4COONH2==CO（NH2）2+H2O
（2）
第一步是快速放热反应，易达化学平衡其二氧化碳平衡转化率很高；第二步甲铵脱水生成尿素反应速度慢且必须在液相中进行，二氧化碳平衡转化率较低，是尿素合成的控制步骤。
9、什么是湿法磷酸和热法磷酸？
答：
湿法磷酸指用酸分解磷矿制磷酸的方法。
生产中所用酸是酸性较强的无机酸。
热法磷酸指磷元素通过氧化、水化而制成磷酸的方法。
10、提高硫铁矿焙烧速率的主要途径有哪些？
答：
主要途径有：
提高焙烧温度；减小矿石粒度；增加空气与矿石颗粒相对运动；提高入炉空气氧体积分数。
11、焙烧炉气中含有哪些杂质？
其危害是什么？
答：
焙烧硫铁矿制得的炉气中含有因升华而进入炉气的气态氧化物As2O3、SeO2和HF。
砷的存在会使SO2转化的钒催化剂中毒；硒的存在会使成品酸着色。
氟的存在不仅对硅质设备及塔填料具有腐蚀性，而且会侵蚀催化剂引起粉化，使催化床层阻力上涨。
随同炉气带入净化系统的还有水蒸气和少量SO3等，本身并非毒物，但在一定条件下两者结合形成酸雾带入转化系统会降低SO2转化率，腐蚀系统的设备和管道。
12、两转两吸工艺流程有何特点？
答：
反应速度快，最终转化率高；采用较高体积分数的二氧化硫炉气；减轻尾气污染；热量平衡；因增加中间吸收和换热器，气流阻力增加，鼓风机压力增大，动力消耗增大。
13、硫酸生产中的烧渣如何综合利用？
答：
硫铁矿焙烧烧渣可以作为建材配料；可以作为炼铁原料；可以回收烧渣中贵重金属；可以用来生产氧化铁颜料铁红、制硫酸亚铁、玻璃研磨料、钻探泥浆增重剂等。
14、比较两大类氨催化氧化催化剂。
答：
氨催化氧化催化剂有两大类。
一类是铂系催化剂，一类是非铂系催化剂。
铂系以铂为主体，价格昂贵，催化活性最好，机械性能和化学稳定性良好，易再生，容易点燃，操作方便。
非铂系主要有铁系和钴系。
价廉易得，但氧化率不及铂系高，目前还不能在工业生产上大规模应用。
15、氨碱法生产纯碱的原理是什么？
答：
氨碱法是以氨作为中间媒介生产纯碱的方法，其主要反应是氨盐水碳酸化：
NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3（s）+NH4Cl
生成的碳酸氢钠经煅烧分解为纯碱、二氧化碳和水：
2NaHCO3====Na2CO3+CO2+H2O
另一产物NH4Cl与石灰乳共煮回收氨。
16、如何防止隔膜法电解过程中的不利副反应？
答：
隔膜法电解过程中会发生一些不利的副反应，浪费电能，影响产品质量，还可能造成爆炸事故。
抑制措施包括：
选用良好性能的隔膜；采用较高温度；用饱和精制盐水；控制电解液流速。
1：
[论述题]
论述题
1、合成氨原料气为什么必须进行脱硫处理？
举例说明脱硫方法的分类及各自优缺点。
2、阐明氨合成反应中催化剂的作用和成分。
3、叙述苯菲尔法脱碳原理
4、焙烧硫铁矿得到的二氧化硫炉气为什么要进行净化和干燥？
5、讨论硫酸生产中的三废治理及综合利用。
6、试述联合制碱法的基本工序
7、说明电解制碱原理
参考答案：
1、合成氨原料气为什么必须进行脱硫处理？
举例说明脱硫方法的分类及各自优缺点。
答：
生产合成氨的原料气一般都含有一定数量的二氧化碳、一氧化碳、硫化物等成分，其中的硫化物主要是硫化氢，其次是有机硫。
它们的存在能够使各种催化剂中毒，对合成反应不利，且腐蚀管道设备，必须在进入合成塔之前除去。
根据脱硫剂的物理形态，脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫。
干法脱硫是用固体吸收剂吸收原料气中的硫化物，常用的有氧化锌法、钴-钼加氢法。
干法脱硫的优点是既能脱除有机硫，又能脱除无机硫，而且可以把硫脱除到极精细的程度。
缺点是脱硫剂不能再生或再生非常困难，且设备庞大，占地多，不适用于脱除大量无机硫。
湿法脱硫是用液体物料作为吸收剂进行脱硫。
脱硫剂便于输送，且可以再生并回收富有价值的化工原料硫磺，从而构成连续脱硫的循环系统，适用于脱除大量无机硫。
典型的是改良蒽醌二磺酸钠化学吸收法。
2、阐明氨合成反应中催化剂的作用和成分。
答：
合成氨的实际生产要求有较高的产率和较高的速度以提高单位时间内的产量，而对氨合成反应没有催化剂的存在，即使有高压高温条件，反应速度也极其缓慢，所以必须添加催化剂以提高氨合成反应速度。
常用的氨合成反应催化剂是以铁为主体并添加有促进剂的铁系催化剂，主要成分有FeO、Al2O3、MgO、CaO、K2O、SiO2。
3、叙述苯菲尔法脱碳原理
答：
苯菲尔法脱碳又称为热碳酸钾法，即二乙醇胺催化热钾碱法脱除CO2。
其基本方程式是：
K2CO3+H2O+CO2===2KHCO3。
为提高反应速度及增加KHCO3溶解度，吸收在较高温度下进行。
在KHCO3溶液中加入少量二乙醇胺作为活化剂可以改变吸收反应历程，大大加快吸收速度同时降低液面上CO2的平衡分压，使脱碳气的净化度提高。
同时还能除去原料气中的H2S等酸性组分。
4焙烧硫铁矿得到的二氧化硫炉气为什么要进行净化和干燥？
答：
焙烧硫铁矿制得的炉气中含有因升华而进入炉气的气态氧化物As2O3、SeO2和HF。
砷的存在会使SO2转化的钒催化剂中毒；硒的存在会使成品酸着色。
氟的存在不仅对硅质设备及塔填料具有腐蚀性，而且会侵蚀催化剂引起粉化，使催化床层阻力上涨。
随同炉气带入净化系统的还有水蒸气和少量SO3等，本身并非毒物，但在一定条件下两者结合形成酸雾带入转化系统会降低SO2转化率，腐蚀系统的设备和管道。
所以二氧化硫催化转化前必须进行净化和干燥。
5、讨论硫酸生产中的三废治理及综合利用。
硫酸生产中有大量的废水、废气和废渣产生。
废气中的有害物主要是二氧化硫、少量的三氧化硫和酸雾。
可以采用两次转化两次吸收提高二氧化硫的转化率和三氧化硫的吸收率，使尾气达到排放标准。
这是消除尾气污染的根本措施。
焙烧铁矿产生的大量烧渣除含铁和少量残硫外还有一些有色金属和其他物质，可以作为建筑材料的配料；含铁镐的烧渣可以用作炼铁原料；可以回收烧渣中的贵重金属；还可以用于生产氧化铁颜料、制取硫酸亚铁、玻璃研磨料、钻探泥浆增重剂。
硫酸生产中会排出污酸和污水，含有矿尘和有毒物质、有色金属及稀有元素等。
排放前应进行处理回收有用元素，使有害物质含量降到排放标准以下。
目前常用加入碱性物质的多段中和法和硫化-中和法。
6、试述联合制碱法的基本工序
联合制碱法基本工序有：
1）食盐水的制备和精制；2）食盐水吸氨成氨盐水；3）氨盐水碳酸化；4）碳酸化悬浮液过滤；5）NaHCO3煅烧成纯碱；6）母液回收吸氨；7）母液冷析和盐析增稠；8）氯化铵浆液离心分离、干燥制氯化铵。
7、说明电解制碱原理
电解制碱原理：
电解时电能转化成化学能的过程。
在水溶液电解时，溶液中的阴离子向阳极迁移而阳离子向阴极迁移。
食盐水溶液中，氯化钠和少量水电离，存在Na+、H+、Cl-、OH-,直流电通过时，阳离子向阴极迁移，电位低的离子先在电极上放电析出；
阳极电极反应：
2Cl--2e==Cl2（g）
阴极电极反应：
2H2O+2e==H2+2OH-
钠离子与OH-离子在阴极区生成氢氧化钠：
Na++OH-=NaOH
食盐水电解生成烧碱总反应式为：
2NaCl+2H2O===Cl2（g）+H2（g）+NaOH
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