【应用化工系】 无机化工生产技术——习题

无机化工生产技术复习提纲
(适用范围:应用化工专业)
一.考核知识点
考核知识点是指学习本课程中的基本原理、原料路线选择、工艺流程组装、设备选择和参数优化等,也就是学习了本课程应达到的最基本要求。
二.各章考点及要求
模块一: 合成氨生产
1:识记合成氨的三种常用原料,三个基本步骤。
2:掌握以煤和天然气为原料合成氨的原则流程;流程中的基本化学反应、使用的催化剂。
3:了解合成氨工艺的特点
项目一:合成氨原料气的生产
1:掌握半水煤气的生产原理、煤气特点、煤气发生炉的结构。
2:掌握间歇法制半水煤气的工作循环的5个阶段。了解其中每个阶段的作用。
4:了解半水煤气生产进行工艺流程组织、工艺条件优化。
5:掌握间歇法制半水煤气时燃料分区。
6:了解煤气发生炉操作控制要点和半水煤气制取过程中节能关键技术。
7:了解富氧-蒸汽连续制半水煤气的工业方法。
8:掌握天然气为原料时,烃类蒸汽转化的基本原理,催化剂组成,为什么采用两段转化。
项目二 合成氨原料气的脱硫与脱氯
1:掌握脱硫方法的分类
2:掌握湿法氧化脱硫的基本步骤,栲胶的脱硫基本原理;了解栲胶法的工艺条件的优化。
3:了解脱硫岗位操作控制要点、开停车操作要点;能够结合所学知识,对脱硫岗位出现的异常现象(硫化氢超标等),分析其原因。
4:掌握干法脱硫氧化锌脱硫、加氢转化脱硫的基本原理;了解活性炭脱硫技术,有机硫水解的基本原理。
项目三:原料气的变换
1:掌握原料气变换的基本原理。
2:掌握几种典型的变换催化剂的主要成分;了解变化催化剂升温还原与钝化的方法。
3:了解变换过程节能降耗的基本措施。
4:掌握变换工艺流程组织及工艺条件的初步优化。
5:了解变换岗位操作控制要点、开停车操作要点能够结合所学知识,对变换岗位出现的主要异常现象(CO超标等),分析其原因。
项目四:原料气的脱碳
1:了解湿法脱碳中物理脱碳方法的基本原理和工艺条件
2;掌握脱碳的分类,了解化学法和物理法脱碳的特点。
3:掌握本菲尔特法的基本原理、两段吸收两段再生流程的能耗较高的原因。
4:了解本菲尔特法脱碳工艺流程组织及工艺条件优化。
5:了解变压吸附的基本原理。
项目五:原料气的精制
1:理解铜氨法、甲烷法精制的基本原理,了解两种工艺的优缺点,能根据原料气的具体情况选择合理的精制方法。
2:了解铜氨法原料气精制工艺流程组织及工艺条件优化。
3:了解双甲工艺和醇烃化醇醚化工艺的基本原理。
4:了解原料气精制节能降耗的操作要点。
项目六:氨的合成
1:掌握氨合成反应的基本原理:
2:掌握氨合成过程中平衡氨含量的影响因素。
3:了解氨合成催化剂的升温还原与钝化方法。
4:了解氨合成过程中节能降耗的基本措施。
5:掌握氨合成塔的结构特点
6:掌握氨合成过程的基本步骤,了解工艺流程组织及工艺条件的初步优化。
7:了解合成过程中的“三气”
项目七:尿素生产
1:掌握尿素的分子式,结构式和主要的副反应方程式(缩合反应和水解反应)。
2:掌握水溶液全循环法尿素生产的四个基本步骤,能够绘制水溶液全循环法尿素合成工序的工艺流程图。
3:掌握尿素合成的基本原理,影响尿素合成反应的因素。
4:理解尿素合成副反应及控制,合成工艺条件的优化。
5:了解水溶液全循环法工艺流程存在的主要问题
6:理解尿素合成与未反应物分离与回收的基本原理,能够根据原理确定合适的工艺条件。
7:掌握尿素合成塔的结构特点。
8:能够理解尿素-水二元体系相图,结合相图说明为什么尿素蒸发工艺为两段真空蒸发。
项目九:磷肥生产
1:掌握磷肥的分类,磷肥生产方法的分类。
2:掌握普钙和重钙的成分、化学反应方程式、所使用的无机酸。,
3:掌握酸法磷肥基本原理,分析生产过程中的影响因素。了解热法磷肥的基本原理。
4:了解过磷酸钙生产工艺流程组织,能根据原料特性,调整生产的工艺条件。
项目十:复合肥料与复混肥料生产
1:掌握磷铵的组成(MAP和DAP)
2:掌握磷铵生产过程的基本原理,能根据相图分析磷铵生产条件及控制方案。
项目十一:硫酸生产
1:掌握以硫铁矿、硫磺为原料生产硫酸的基本工序,能够自行绘制流程简图。
2:掌握硫铁矿焙烧的基本原理,能根据原理确定焙烧条件。
3:理解二氧化硫炉气净化的基本原理,能根据炉气中杂质类型及净化要求确定净化方法及净化流程。
4:掌握二氧化硫炉气催化氧化的基本原理,催化剂。了解催化氧化的工艺条件
5:了解三氧化硫的吸收及尾气处理。
项目十三:氨碱法制纯碱
1:掌握氨碱法制纯碱的基本工序及各工序的反应原理。
2:掌握氨碱法制纯碱的工艺流程框图。
3:了解氨盐水碳化过程的相图分析。
三.本课程的考试题型及题量说明
   本课程考试试题分为四种题型:
(1)第一大题为填空题,共计30分。
(2)第二大题为判断题,共计10分。
(3)第三大题为分析简答题。考查本课程中所涉及化工产品生产过程的基本原理,原料路线选择、工艺条件、常见故障原因分析等,共计30分。
(4)第四大题为相图分析与流程绘制题,考查典型化工生产中的相图分析、以及组装与绘制产品方框流程图,共计30分。
                                                    
绪论
1、无机化工生产中“三酸两碱”指什么?
2、化工生产中的“三传一反”指_____、_____、_____、和_____。
3、世界上第一套合成氨工业生产装置是在_____年,______国家建成的。
4、目前中国的合成氨产量在世界排第____位。
第一部分 煤气化
1、合成氨生产过程可分为______、______、_____三大步。
2、半水煤气的主要成分为______、_____、_____、______。
3、在固定床间歇式生产半水煤气的过程中,吹风阶段进行的反应主要有哪些?从化学平衡的角度考虑,如何降低吹风气中CO的含量?
4、在固定床间歇式生产半水煤气的过程中,制气阶段进行的反应主要有哪些?从化学平衡的角度考虑,如何提高水煤气中CO和H2的含量?
5、试述固定床煤气发生炉中煤的分层情况,并简要说明各层可能有的作用或层内发生的变化。
6、试述固定床间歇式生产半水煤气的工作循环分哪几个阶段?详细说明为什么?
7、在气固相反应的宏观动力学中,把整个反应过程分成哪五步?当过程处于外扩散控制时,你认为采取哪些措施最有利于改善过程进行的速度。
8、试述燃烧室的结构及作用。
9、试述废热锅炉和洗气塔的结构及作用?
10、在固定床间歇式生产半水煤气的过程中,为什么提高吹风速度更有利于煤的热值利用?
11、试述高炉温对半水煤气的生产有哪些有利的方面,同时又有哪些不利的方面?
12、间歇式生产半水煤气的工作循环的长短对生产过程有什么样的影响?
13、试述固定床间歇式生产半水煤气的煤气发生炉中,燃料层的高度对生产过程有什么样的影响?
14、目前还存在哪些煤气化技术,与固定床间歇式生产相比有什么样的优势?
15、固定床间歇式制气对煤种的要求主要有哪些?
第二部分 脱硫
1、试述半水煤气中硫分的主要存在形式?
2、试述半水煤气脱硫的必要性。
3、脱硫方法按脱硫剂的状态分可分为_____和_____。
4、试述钴钼加氢-氧化锌法脱硫的原理。
5、试述活性炭法脱硫的原理。
6、试述湿式氧化法脱硫的主要原理。
第三部分 变换
1、在合成氨生产中变换工段的主要作用为______。
2、写出变换反应的化学平衡方程式,并说明从化学平衡的角度考虑,如何提高CO的变换率?
3、变换反应的反应速率主要受哪些因素的影响?是如何影响的?
4、变换反应的催化剂主要有哪些种?各有什么特点?
5、催化剂的主要成分是什么?什么叫催化剂的中毒?催化剂的中毒分哪几类?
6、水蒸汽的用量对变换过程有什么影响?
7、为什么认为加压变换比常压变换有优势?
8、试述温度对变换的反应速度是如何影响的,为什么?简述变换炉内温度控制的原则。
9、试画出加压变换的工艺流程图,并叙述工艺气在整个工段的流动路线。
10、试述饱和热水塔的结构和作用。
第四部分 脱碳
1、目前存在哪些脱碳方法?试述一下大致的原理。
2、写出改良热钾碱法脱碳的化学平衡方程式,并说明如何提高CO2脱除的效果?
3、二段吸收二段再生的工艺流程与一段吸收一段再生的流程相比有什么优势?
4、碳酸丙烯脂法脱碳吸收和再生的原理是什么?如何提高吸收和再生的效果?
第五部分 原料气的精制
1、 原料气为什么要进行最后的精制?
2、 目前原料气精制的方法有哪些?各有什么特点?分别适用于什么样的流程?
3、 铜氨液的主要成分是什么?各组分的作用是什么?
4、写出铜氨液吸收CO的化学平衡方程式,并说明如何提高CO脱除的效果?
5、铜氨液再生的原理是什么?
第六部分 氨的合成
1、写出氨合成反应的化学平衡方程式,并说明从化学平衡的角度看如何提高平衡氨的含量?
2、氨合成的反应速度受哪些因素的影响?是如何影响的?
3、氨合成催化剂的活性组份是什么?在还原时应注意哪些方面?能引起氨合成催化剂中毒的因素有哪些?
4、试述压力对氨合成的功耗的影响。
5、试述氨合成塔催化剂床层中的温度是如何控制的。
6、试述合成塔的空速对合成操作的影响。
7、试述合成回路中的惰性气体含量对合成操作的影响。
8、试述合成塔入口氨含量的高低对合成操作的影响。
9、画出传统中压氨合成的工艺流程图,并叙述工艺气在流程中的流动路线。
第七部分 其它
一、选择题
  1.工业合成氨的反应是在500℃左右进行,主要原因是(   )
  A.500℃时反应速率最快
  B.500℃时的平衡浓度最大
  C.500℃时的转化率最高
  D.500℃时催化剂能发挥最大效力
  2.在1L容器中有,设法使反应达平衡,测得转化率为20%,此时的浓度是(   )
  A.1.8amol/L  B.1.6amol/L  C.0.8amol/L  D.0.4amol/L
  3.对于可逆反应
  
  下列说法正确的是(   )
  A.达平衡时反应物和生成物的浓度都相等
  B.达平衡后加入,当重新达到平衡时,的平衡浓度比原平衡时增大,的浓度比原平衡时减少(反应前后体积不变)。
  C.达到平衡时,升高温度,加快了吸热反应速率,降低了放热反应速率,所以平衡向逆反应方向移动。
  D.达平衡后加入,当重新达到平衡时,在混合气中体积分数增大。
  4.下列平衡体系
  
  为了增加甲醇产量,工厂应采取的正确措施是(   )
  A.高温,高压  B.适宜温度,高压、催化剂
  C.低温,低压  D.低温,高压,催化剂
  5.合成氨厂所需可由煤与水反应制得,其中有一步反应为
  
  欲提高转化率可采用的方法是
  ①降低温度;②增大压强;③使用催化剂;④增大浓度;⑤增大水蒸气浓度
  A.①②③  B.④⑤  C.①⑤   D.⑤
  6.下列反应达到平衡后,加压并降温,平衡有可能不移动的是
  A.2NO2N2O4+Q
  B.N2+2O2 2NO2-Q
  C.CO+NO2 CO2+NO+Q
  D.4NH3+5O2 4NO+6H2O(g)+Q
  7.可逆反应 A(g)+2B(g) 2C(g)+Q在达到平衡时,要使C的浓度达到最大值,最适宜的条件是
  A.低温、高压   B.高温、低压
  C.高温、高压   D.使用合适的催化剂
  8.现有一可逆反应:A+B 2C,达到平衡后,若增大压强,体系中C的百分含量减少。下列叙述正确的是
  A.B为固体,A、C为气体
  B.A、B、C都是气体
  C.降温后C的浓度增大
  D.A为气体,B、C为固体
  9.对于平衡体系:A+B(固)→C,增加压强,B的转化率增大,则A和C的状态应是
  A.C是固体,A是气态      B.C是气态,A是固态
  C.A是气态,C是气态      D.A是固态,C是固态
  10.工业合成氨时,必须除去原料气中的杂质,其主要原因是(    )。
  A.减少副反应         B.提高N2、H2的浓度
  C.防止催化剂中毒     D.有利于平衡移动
  11.能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是(    )。
  A.升高温度     B.降低压强    C.使用催化剂     D.不断移去NH3
  12.合成氨反需的H2,由煤和水发生反应制得,其中一步反应为:,欲使CO的转化率提高,同时提高H2的产率,可以采取的措施是(    )。
  A.加大水蒸气的浓度
  B.增大CO的浓度
  C.降低温度
  D.增大压强
  13.在合成塔中安置热交换器的目的是(    )。
  A.预热原料气以利于NH3的合成
  B.降低出塔气体的温度,以利于NH3的分离
  C.终止合成氨的反应
  D.降低出塔混合气的压强
  14.在平衡,为了增加甲醇的产量,工厂应采取的正确措施是(    )。
  A.高温、高压    B.适宜温度、高压、催化剂  
  C.低温、低压    D.低温、高压、催化剂
  15.有关合成氨工业的说法中,正确的是
  A.从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低。
  B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中是循环使用,所以总体来说氨的产率很高。
  C.合成氨工业的反应温度控制在500℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动。
  D.合成氨厂采用的压强是2~5,因为该压强下铁触媒的活性最大。
  16.一定温度压强下,达到平衡时,氨的转化率为50%,此时平衡混合气的密度与氨未分解时的密度之比为(    )。
  A.1 :1    B.2 :3    C.3 :2     D.2 :1
  17.Z%是气体生成物在平衡体系中的百分含量,t℃为温度,下列反应中符合下图曲线的是(    )。

  A.
  B.
  C.
  D.
  18.当可逆反应 达到平衡后,如果再加入H2,则下列说法不正确的是(    )。
  A.正反应速率加快
  B.平衡向右移动
  C.达到平衡时,H2的量比原来的少
  D.达到平衡时,NH3的量比原来的多
  19.对于可逆反应,下图图像正确的是(    )。

  20.合成氨时,假设其他条件相同,下列反应的混合物中,可以获得最多氨气产量的氢气、氮气的体积比是(    )。
  A.1 :1    B.6 :4    C.7 :3    D.8 :2
  二、计算题
  1.298K时,合成氨反应的热化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+92.4kJ,在该温度下,取1mol的N2,3mol的H2,放在一密闭容器中,在催化剂存在时进行反应,测得反应放出的热量总是小于92.4kJ,其原因是什么?
  2.在某温度时,2SO2+O2 2SO3已达平衡,各物质的浓度分别为:
  c(SO2)=0.1 mol/L,c(O2)=0.05 mol/L
  c(SO3)=0.9 mol/L
  如果温度保持不变,而将混合物的总体积缩小一半,试通过计算说明平衡移动方向。   
  3.将2 L N2和6 L H2充入密闭容器反应,达到平衡时,混合气体的体积为7.2L,计算:
  (1)反应达到平衡后,各气体的质量分数。
  (2)N2转化为NH3的转化率。
  (3)混合气体中NH3全部被0.005L水吸收,所得氨水的物质的量的浓度是多少?质量分数是多少?(氨水的浓度为0.96/mL,气体在标准状况下)
  4.把H2和N2按一定比例混合,在相同状况下其密度是H2的3.6倍,取0.5 mol该混合气体盛入密闭容器中,使其发生反应并在一定的条件下达到新平衡,已知反应达到平衡后压强是相同条件下反应前压强的0.76倍。
  (1)求反应前混合气体中N2和H2的体积比;
  (2)求达到平衡时混合气体中氨的物质的量;
  (3)求平衡后N2的转化率。
  三、简答题
  1.利用天然气合成氨的工艺流程示意如下图:

  依据下述流程,完成下列填空:
  (1)天然气脱硫时的化学方程式是_______________________。
  (2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2_____________mol (用含n的代数式表示)。
  (3)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是_______________(多选扣分)。
  A.相似相溶原理
  B.勒沙特列原理
  C.酸碱中和原理
  (4)由分解得到的CO2可以用于_______________(写出CO2的一种重要用途)。
  (5)整个流程有三处循环,一是循环,二是循环,请在上述流程力中标由第三处循环(循环方向、循环物质)。
  答案:
  一、1.D
  2.C
  提示:列出反应式即可求解。
  3.B、D
  4.B
  5.C
  提示:此反应前后气体的体积不变,因此增加压强不会改变化学平衡。
  6.B、D
  提示:加压、降温时平衡移动方向刚好相反,要出现平衡不发生移动的情况,只有下面两类可逆反应:气体体积减小的反应方向又是吸热的方向,或是气体体积增大的反应方向而又是放热的方向,才符合本题的要求。
  7.A
  提示:按题意知,使平衡向右移动就能使产物C的浓度增大。根据化学方程式,向右进行的反应是气体体积减小和放热的反应。各选项提供的条件对平衡移动方向的影响情况是:A项低温、高压都有利于平衡向右移动;B项高温、低压都有利于平衡向左移动;C项高温有利于平衡向左移动,高压有利于平衡向右移动;D项催化剂只能提高反应速率,不影响平衡移动。
  8.A
  提示:对于可逆反应:A+B 2C来说:
  增大压强,体系中C的百分含量减少,即平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理可知增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动。由以上可知,逆反应方向就是气体体积减小的方向。所以C必须是气态物质,A和B至少应有一种是固体。故应选A。
  9.A
  提示:“增加压强,B 的转化率增大”,即向正反应方向移动,说明正反应方向是气体体积减小方向。又因B为固体,A、C的系数都为1,所以A必须是气态,C必须是固体。
  10.选项为C。因为杂质的存在会引起催化剂中毒。
  11.选项D。从影响平衡移动的角度考虑,合成氨工业是一个扩体积和放热反应。
  12.选项为A、C。即从平衡向正向移动的角度来分析。
  13.A、B。
  14.选项B。温度的选择既要考虑反应速度,又要考虑平衡移动。
  15.B
  16.选项为B。通过转化率计算出平衡时和起始时氨的物质的量并计算出平均分子量,而密度之比即相对分子质量之比。
  17.选项为C。温度升高,Z%减小,所以正反应为放热反应,压强增大,Z%减小,所以正反应为扩体反应。
  18.C。因为加入H2后平衡正移,但H2的转化率降低,而H2的量应该是增多的。
  19.选项为A。分析此反应是一个缩体反应又是一个放热反应。
  20.选项为C,因为H2和N2的体积比越接近系数比产量越高。
  二、1.该反应为可逆反应,在密闭容器中达到平衡时,1mol的N2和3mol 的H2不能完全转化为2mol NH3,因此实验放热要小于理论值92.4kJ。
  2.解:               2SO2+O2 2SO3
  平衡浓度/(mol/L)  0.1    0.05       0.9
  
  当总体积缩小一半时,各气态物质的浓度增大一倍。由于温度末变,故K不变
  
  欲使平衡常数保持不变,必须增大分子,减小分母,就是说必须增大SO3的浓度,所以平衡必然向正反应方向移动。
  3.(1)N2   22.2%   H2  66.7%     NH3  11.1%    (2)20%   (3)6.1 mol/L   10.8%。
  4.利用H2和N2混合气体的密度可得出H2、N2混合气体的平均摩尔质量。用十字交叉法即可解出,H2、N2的物质的最之比。
  假设出反应量,用未知量表达出反应后的压强,即可求出反应量。
  答案:(1)混合气本平均摩尔质量为
  
  用十字交叉法计算物质的量之比
  
  所以体积比为
  (2)设N2的反应量为x mol
  则  
  起始 0.1   0.4
  反应  x    3x            2x
  平衡 0.1-x  0.4-3x        2x
  由气体压强关系
  
  (3)N2的转化率为
  三、1.讲解:
   (1)
  (2)2.7n  
  (3)B 
  (4)生产纯碱(或作制冷剂等,其他合理答案也给分)
  
 
 
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