《化工工艺学》题库

合成氨

1.合成氨生产过程主要分为哪几个工序?

以煤为原料

以天然气为原料

2、天然气水蒸汽转化制气得主反应与副反应有哪些？抑制副反应得策略

如何？

主要反应(1)C“4+以2°=。。+3H2-2064左J/mo/(2)CO+H2O=CO2+H2+41.2kJ/mol

主要副反应田4=2玛+C-74.9kJ.mor1ICO=CQ+C+1724左尸

1

CO+H2=H,O+C+13136kJ.mor

抑制副反应：为控制积碳，增加水蒸汽用量以调整气体组成与选择适当得

温度、压力来解决。

从反应平衡及副反应来瞧，水碳比高，残余甲烷含量降低，且

可防止析碳。因此一般采用较高得水碳比，约3、0〜3、5

转化为可逆反应，温度越高，平衡转化率越高，从组成计算瞧

出，1000C以上CH4含量才小于0、5%,要求设备得耐高温性能。

3、为什么采用两段转化？两段转化得供热方式各有什么不同？如何确定与

控制二段转化得温度？

全部采用高温转化，设备费用与操作费用太高，所以采用低温(700〜

800℃)转化与高温(1200C)转化得两段方式。

一段温度对合金钢管要求低，用合金钢管保证传热与供热；二段采用病

内衬得绝热设备，并通入一定比例得空气与一段得H2反应产生热量与高

温(1200〜1400C),保证CH4转化彻底，同时加入了合成氨需要得原料

N2o

二段炉温度：按甲烷控制指标来确定。压力与水碳比确定后，按甲烷平

衡浓度来确定温度，要求yCH4<0、005,出口温度应为1000℃左右。

凯洛格(Kellogg)甲烷蒸汽转化工艺流程

转化气去变换

1-钻铝加氢反应器；2-氧化锌脱硫罐；3-对流段；4-辐射段(一段炉);

5-二段转化炉；6-第一废热锅炉；7-第二废热锅炉；8-汽包；9-辅助

锅炉；10-排风机

4、天然气中得硫成分有哪些？干法脱硫与湿法脱硫得主要方法有哪些？其

适用范围有何区别？

硫化氢(H2S),同时此外还可能有一些有机硫化物，如硫醇(C2H5SH)、硫酸

(CH3SCH3)及睡吩(C4H4S)、二硫化碳(CS2)等。

・干法脱硫：一般适用于含S量较少得情况氧化锌法、钻钥加氢法、

氢氧化铁法、活性碳法等

・湿法脱硫：一般适用于含S量较大得场合化学吸收法、物理吸收

法与化学物理综合吸收法等

5、氧化锌脱硫得工作原理就是什么？其工艺流程与工艺条件如何？

氧化锌脱硫法也可以脱除硫醇、硫酸等有机硫，但反应速度较慢，一般选

择较高得温度350〜400℃,才能获得较快得反应速度。反应式如下：

ZnO(s)+C2H5SH(g)=ZnS(s)+C2H5OH(g)

ZnO(s)+CH3SCH3(g)=ZnS(s)+C2H4(g)+H2O(g)

在有H2存在时，一些有机硫可先转化为H2S,再被氧化锌所吸收，反应式

如下：

CS2+4H2=H2S+CH4COS+H=H2S+CO

1一轻油泵；2一预热炉；

3一第一段脱硫槽(ZnO),

4一第二段脱硫槽(Co~Mn、ZnO)1一钻钳加氢脱硫槽；2一氧化锌槽

流程1：硫含量较高流程2：硫含量较低

6、变换工序得反应原理与主要任务就是什么？为什么要分中温变换与低温

变换？

CO+玛。催化剂>CQ+H2+41.2kJ/mol

就是将原料气中得C0变成C02与H2oH2就是合成氨需要得原料成份，C02

在后面得脱碳与甲烷化两个工序中除去，作为生产尿素或食品级C02得原

料。

变换反应为放热反应，温度升高，平衡常数减小。为了变换过程进行彻底,

要求尽可能低得反应温度；但温度低，反应速度必然减缓

7、苯菲尔脱碳得主要化学反应与脱碳原理就是什么？再生指数(碳化度)

得定义就是什么？

CO2(aq)}-K2cO3(aq)¥H2O(aq)=2KHCO3(aq)+Q

原理；C02得吸收过程就是C02与K2C03反应生成KHC03。但就是由于受反

应速度得限制，气体中C02与溶液中K2C03得反应速度较慢。为了加快C02

在K2C03溶液中得吸收速度，通常在K2C03溶液中又添加了一种催化剂二

乙醇胺

再生指数(碳化度)得定义：每摩尔K2c03所已经吸收得C02摩尔数，即溶

液中K2C03转化为KHC03得转化度。

化肥

1、描述由NH3与C02合成尿素得化学反应过程与相态。(重点)

汽相NH3CO2H2O

-r2NH+CO2=NH2COONH4=CO(NH)+H2O

液相3、22，、

(1)(2)(4)(5)(3)

2NH3(l)+CO2(/)=NHWONH曲+86.93kJ

NH2coONH£l)=NHCONH(l)+H.O(l)-28A5kJ.mor*1

上述两个反应中，第2一个反2应为神速放热反应，反应程度很大，生成

溶解态得氨基甲酸镂；第二个脱水生成尿素得反应为慢速吸热反应，

且为显著可逆反应。

2、尿素合成反应过程得主要副反应及控制措施。(熟悉就行)

2NH2CONH2(l)=NH2CONHCONH7(/)+NH3(g)

NH2CONH2(l)+H2O(l)=2NH3(g)+CO2(g)

当温度在60℃以下注，尿素水解缓慢；温度到100℃时尿素水解速度明显

加快；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得作用，氨含量高得尿素溶液得水解率低。

3、尿素生产得氨汽提法流程中，合成塔出来得尿素溶液主要经过了那些

设备，溶液得温度、压力、组成如何？(常识了解)

设备：气提塔，降膜分解器，

目前，工业合成尿素得方法都就是在液相中由NH3与C02反应合成得，

温度得影响：温度较低时平衡转化率随温度升高而增加，在190C时达最

大，温度进一步升高,平衡转化率反而下降。一般选择尿素合成温度为180〜

190℃

组成得影响：C02过量对转化率影响很小，氨过量则明显提高转化率。氨

碳比得影响如右图。水碳比增加0、1,转化率下降约1%。不同工艺选择

得合成过程物料比不同。如：水溶液全循环法氨碳比4、0,水碳比0、65〜

0、7；汽提法工艺氨碳比2、9〜3、1,水碳比0、3〜0、4o

压力得影响：压力对液相反应得影响很小。但由于体系存在惰性气体与气

液平衡，操作压力应该大于平衡压力

4、硝酸核得主要用途就是什么？

1.硝镂就是重要得氮肥，特别适用于温度低得旱田。还就是制造复合肥料

得原料。

2、硝镂就是炸药得主要原料。

3、硝镂还就是制麻醉剂(N20,笑气)得原料。

5、湿法磷酸就是用磷酸为催化剂、硫酸溶液分解磷矿得过程，磷矿以

Ca5F(P04)3为主，还有Si、Fe、Al等杂质元素，试分析一下反应过程得

主、副反应及其产物，并说明副反应对反应过程得影响。

CasF(PO4)3+nH3PO4+5HzsO&=(n+3)H3PO&

主反应：一步反应过程+5CaSO4.H2O+HF

两步反应过程勿5万(P&)3+nH3PO4=(n-7)H3PO4+5Ca(H,PO4\+HF

5Ca(H2PO4)2+5H2SO4=10H3PO4+5CaSO4.nH2O

副反应：6HF+SiO2=H2SiF6+2Hq

k

畲他旅做鬣雎S爆趣窠在矿石表面，阻

止酸分解反应得进一步进行，产生“钝化现象”。

硫酸与硝酸

1.工业上曾经氧化S02制硫酸得方法有哪些？写出其主要反应式。

亚硝基法与接触法

亚硝基法

S+C)2(局I温)->S。2so?+NO2-sq+NO

SO3+H20fH2s。4

接触法

S+02-S022S02+02-2s032S03+H20-H2s04

2.硫铁矿得主要成分就是什么？焙烧硫铁矿得主要化学反应有哪些？

FeS2

主要反应

2FeS2=2FeS+S2S2+02=S02

3.焙烧硫铁矿得设备就是什么？根据物料状态，设备内可分几个区

域？各区域得物料特点就是什么？

设备：沸腾培烧炉

460〜560℃为第一阶段，斜率大，活化能大。温度升高，反应速率增

加很快。化学反应受动力学（速度）控制。

560〜720℃为过渡阶段，反应速度受温度影响较小。

>720℃为第三阶段，反应速度随温度升高再增加，但增加幅度

小。实验证明，第三阶段活化能较小，焙烧反应主要受氧扩散得控制。

4.SO2氧化为SO3得温度、压力、S02含量等工艺条件如何？

温度：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变

化，即先高后低

压力：二氧化硫氧化反应就是体积减小得反应，提高压力可提高平

衡转化率

S02含量:根据硫酸生产总费用最低得原则来确定二氧化硫得起始浓度,

最适宜得最终转化率与所采用得工艺流程、设备与操作条件有关。

SO3得吸收过程通常采用发烟硫酸或/与浓硫酸吸收，为什么采用浓

度为98、3%得浓硫酸？浓度太高、太低有什么影响？确定吸收塔操

作温度主要考虑哪些方面得因素？

如图所示，在任何温度下选择浓度为98、3%得硫酸作为吸收

液比较合适。若吸收酸浓度太低，因水蒸气分压增高，易形成酸雾;

但若吸收酸浓度太高，则液面上S03分压较高，气相中得不能完全

被吸收。

因为标准发烟硫酸游离S03浓度为21%。从上表瞧

出，在气体中S03浓度为7%时，则说明吸收酸温

不能超过80℃o

不同转化气S03浓度下，S03吸收率与温度得关

系如右图所示，其中7、4%得曲线与上表数据一致。

硫酸质量分数/%

可见，温度升高，吸收率下降；气相S03浓度增加，吸收率上升。

6.制硝酸氨氧化得主要反应，其相态、热效应、反应平衡、催化剂等

有什么特点？主要副反应有哪些？

主反应4NH3(g)+5O2=4NO+6H2O+907.28kJ/mol

副反应4N4(g)+4。2=2N2O+6H2O+11049kJ/mol

4NH3(g)+3O2=2N2+6H2O+126Sl02kJ/niol

22VH3(g)=N[+3Hz-91.69kJ/mol

2NO=N2+O2+18Q6kJ/mol

4NH3+6NO=5N2+6H2O+181Q6kJ/mol

在反应温度下，上述反应得平衡常数都很大。如果对反应不加控制，氨与

氧反应得最终产物必然就是N2。要得到希望得产物NO,不能从反应热力学

去改变化学平衡来达到目得，只能从反应动力学方面去着手。即寻找一种

选择性得催化剂，抑制不希望得反应。目前最好选择性得催化剂就是伯。

纯碱与烧碱复习思考题

1.纯碱中得重碱就是什么意思？

密度为0、95~1、07g/cm-3得纯碱

2.氨碱法制纯碱得主要原料有哪些？制碱过程得主要反应有哪些？主

要副产物就是什么？

原料：氯化钠(NaCl)与碳酸钙(CaC03)

主要反应CaCO3(s)^^CO2(g)+CaO(s)-17GlOScJ/mol

主要副产物CaONH4C1

从干盐相图分析，为什么在P1点NaHCO3得结晶析出

最多？且Na利用率最高？如何控制操作点得位置。

升高温度对最佳操作点Pl、Na利用率与NaHC03结晶有什么影响？

右图中，IP2、P2^、P2Pl、Plm、PlIV为饱与线；l与，3区为NaHC03、

NH4HC03,NH4cl得即出时吊电咿喈后排笔晶。

氨盐水碳酸出信春组晟鱼就邠尚滁只需析出NaHC03时，组成

应R-S线内，超过S析出NH4HC03,超过R析出NaCl。

如果总组成在X点，T点为饱与溶液，结晶与溶液比为TX:XD,比值

越大，析出结晶越多。可见P1点操作最好。

氨盐水碳化就是在什么设备中进行得？C02经氨盐水吸收，生成氨

基甲酸镁、碳酸氢钱、最终生成碳酸氢纳，各步骤得速度、温度有

何特点？

氨盐水碳最化就是在碳酸化塔中进行

随着C02得不断溶解，溶液中过量得氨基甲酸镂进一步发生水解反应。

甲镂水解就是慢反应，就是碳酸化得控制步骤：

当PH值〉10、5得强碱性时，碳酸氢盐也存在下述离解反应

当氨盐水被碳酸化达到一定程度，HC03-积累超过溶度积，析出碳酸氢

钠：

氨盐水进塔温度约30~50℃,中部温度升到60C左右，中部不冷却，

但下部要冷却，控制塔底温度在30℃以下，保证结晶析出。

碳化塔中部温度高，一方面反应本身有一些热量放出，另一方面

主要就是考虑结晶初期温度高一点对晶粒长大有利，可形成较大晶体以

利过滤。同时冷却速度不宜过快，过快可能形成结晶浆，难于过滤分离。

工业生产烧碱得方法有哪些？电解法生产烧碱得原料、电极反应、

总化学反应就是什么？精制食盐水时，其中得镁、硫酸根杂质如何

去除？

方法：生产氢氧化钠通常用电解法(NaCl为原料)、苛化法(Na2c03为原

料)。

原料：NaCl水溶液

电极反应：

失去电子(氧化，阳极)的正极反应;

2a一—20=。式3)

得到电子(汪原，阴菽)的负极反应;

2HaO+2e=HKg)+2OH~

Za-和口2。可以透过分隔膜，在阴极区(富OH-区)的高

子反应;

Za++OH-=NaOH^aqy

总反应：

除去杂质：去除镁离子得方法用0H-而沉淀Mg(0H)2出来：

少量硫酸盐对电解过程影响大，在这一步也要除去：

煤得化学加工

、煤得基呈结构单元为笳合芳煌及环烷煌及多种侧链，杂原子及官能团。

网络结构模型一整体平均结构单元模型一有机质

煤气化原理：煤气化就是煤与气化剂作用生成气体混合物得反应过程。

目得就是将煤转化成可

燃气体。解轴醉钝分煤痔物〃平%依赤由0+2NaO〃(aq)

2、煤气化主要方法及能量利用。

煤气化方法有多种，气化炉也有多种。可分为固定床、沸腾床、气流床

2++

三种形式。Mg+2NaOH=Mg(OH)2(s)+2Na

SOj+BaCl2=BaSO4(s)+2CP

3、费托合成原理。

化学反应

基本反应：nCO+2nH2(CH2)n+nH20

△H=-158kj/mol(250℃)

H20+COC02+H2

△H=-39、5kj/mol(250℃)

4、费托合成流程及产品加工流程得主要过程

核缩合并稠化，最

得成焦过程分为：

~480℃)

950℃)o

乙烯副产得裂解石

果用得有多种，工

实际应用得主要就

基取代生成烷基得

甲苯主要采用精储

去

图8-19费托合成框图

7、芳煌转化反应所采用得催化剂主要有酸性卤化物与固体酸两

大类

8、烷基芳烧分子中与苯环直接相连得烷基，在一定得条件下可

以被脱去，此类反应称为芳烧得脱烷化

9、芳煌主要有如下三方面来源：1、来自煤得焦化得副产煤焦油

与粗苯；2、来自催化重整得汽油；3、来自乙烯生产中得裂解气油

10、芳煌得转化反应主要有异构化反应，歧化与烷基转移，烷基化反应

与脱烷基化反应。

11、工业上得C8芳烧得异构化就是以不含或少含对二甲苯得C8芳煌为

原料，通过催化剂得作用，转化成浓度接近平衡浓度得C8芳烧，从而达到

增产对二甲苯得目得

12、两个相同芳烧分子在酸性催化剂得作用与下，一个芳煌分子上得侧

链烷基转移到另一个芳睡分子上去得反应称为芳烧得歧化

13、C8芳烽中得乙苯沸点最低，与关键组分对二甲苯得沸点仅差2、2℃,

可采用精储塔法进行分离

14、在催化剂作用下，烧类脱氢生产两种或两种以上得新物质称为催化

脱氢

15、加氢反应可以细分为加氢与氢解两大类

16、影响加氢反应得因素有温度、压力以及反应中氢得用量

17、有机化合物中一个或几个不饱与得官能团在催化剂作用下与氢气加

成，这个过程称为催化加氢

18、催化加氢反应一般就是加热反应过程

19、催化脱氢反应一般就是吸热反应过程

20、乙苯脱氢生产苯乙烯得反应体积增大，应采用较低得压力提高平衡

转化率；反应吸热，应采用较高得温度

21、合成气主要成分就是氢气与一氧化碳，用于制甲醇，应采用较高得

压力

22、乙苯脱氢生产苯乙烯工艺采用稀释剂水蒸气得目得就是降低苯乙烯

得分压

一■、名词解释

1.芳燃脱烷基化：

烷基芳烧中与苯环相连接得烷基，在一定得条件可以脱去，此类反应称为

烷基得脱烷基化

2.烷基化剂能为炫得烷基化提供反应得物质成为烷基化剂

3芳妊烷基化

就是芳煌分子中苯环得一个或几个氢被烷基所取代而生成烷基芳烧得反应

4.芳煌歧化

指两个相同得芳蜂分子在酸性催化剂得作用下，一个芳烧分子上得烷基转

移到另一个芳烧分子上得反应

5.烷基转移指两个不同芳煌分子之间发生烷基转移得过程

6.催化加氢

系指有机化合物中一个或几个不饱与得官能团在催化剂得作用下与氢气加

成

7.催化脱氢在催化剂作用下，烧类脱氢生成两种或两种以上物质称为催

化脱氢

8.破坏加氢

又叫氢解，在加氢过程得同时有机化合物分子发生分解，此时氢分子一部

分进入生成物大分子中，另一部分进入氢解所得得小分子中

三、简答题

1.简藕炫转化包括得化学反应

包括异构化反应，歧化反应，烷基化反应，烷基转移反应，脱烷基化反应

2.列出芳燃转化得催化剂种类

有酸性催化剂与固体酸，固体酸又分为浸附在适当载体上得质子酸；浸附

在适当酸性卤化物，混合氧化物催化剂，贵金属-氧化硅-氧化铝催化剂；

分子筛催化剂

3.C8芳炫异构化反应所用得催化剂

无定型SiO2-A12O3催化剂，负载型铝催化剂。ZSM催化剂，HF-BF3催化剂

4.简述目前工业上分离对二甲苯得方法

深冷结晶法，络合分离法，吸附分离法

5.简述开发芳煌转化工艺得原因

不同来源得各种芳烧镭分组成就是不同得，能得到各种芳烧得产量也不同,

因此如果仅从这里取得芳煌，必然导致供需矛盾，所以用该工艺调节芳烧

产量

6.简述加氢反应催化剂类型

金属催化剂，骨架催化剂，金属氧化物催化剂，金属硫化物催化剂，金属

配位催化剂

7.简述加氢反应类型

不饱与快煌、烯煌双键加氢、芳!IS加氢、含氧化合物加氢，含氮化合物加

氢，氢解

8.简述制取苯乙烯得方法乙苯脱氢法，乙苯共氧法，甲苯原料合成，乙

烯苯直接合成

9.合成气生产原料有哪些煤、天然气、重油或渣油

B

一、填空或选择性填空（20分，填空每空2分）

1.化工生产过程一般川概括为原料预处理、化学反及/和产品分离及精制三大步马聚

2.蜂类裂解反应机理研究表明裂解时发生的基元反应大部分为自由基反应。大部分妙类裂

解过程包括链引发反应、链增长反应和链终止反应三个阶段。链引发反应是自由基的产生

过程；链增长反应是自由基的转变过程，

3.由反应方程式CH4+H2O=CO+3H2表示的反应，常被称为反应。

4.平衡氨浓度与温度、压力、氢氮比和惰性气体浓度有关。当温度，或压力

时，都能使平衡氨浓度增大。

5.反应器特别适用于有串联式深度氧化副反应的反应过程，可抑制串联副反应

的发生；反应器适合用于深度氧化产物主要来自平行副反应，且主、副反应

的活化能相差甚大的场合。

三、选择你认为正确的答案（20分，每题2分）

1.下列哪个过程属于对石油的一次加工：

A.母类热裂解；B.催化重整；C.催化裂化；D.常压蒸储和减压蒸储

2.各族妙类的裂解反应难易顺序为：

A.正烷烧〉异烷环烷羟》芳/B.正烷羟v异烷妙v环烷属v芳妙

C.环烷元〉芳:正烧元＞异烷妙D.环烷足v芳烧v正烷蜂v异烷正

3.下列可用来评价裂解原料性质的指标为：

A.转化率；B.氢含量；C.选择性；D.氢碳比；

4.对于天燃气水蒸汽转化反应，下列说法正确的为：

A.水蒸气转化反应是吸热的可逆反应；B.低温对转化反应平衡宥利；

C.高压有利于转化反应平衡；D.低水碳比育利于转化反应;

5.对CO变换反应，下列说法正确的是:

6.合成氨反应是：

A.可逆放热反应B.放热反应

C.可逆吸热反应D.吸热反应

7.保持强放热的氧化反应能稳定进行的关键是：

A.合理选择载热体和载热体的温度控制.B.控制好单程转化率.

C.控制好原料的配比.D.控制好适宜的空速.

8.乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂的活性组分是：

A.CuB.AgC.三氧化二铝D.Fc

9.丙烯氮氧化制丙烯精工艺流程回收部分设置急冷器，是为了

A.冷却反应后物料.B.除去反应后物料中未反应的氨同时使其冷却.

C.除去反应后物料中未反应的氨.D.防止丙烯月青,HCN等副产物聚合.

10.乙烯氧氯化双组分催化剂中的KC1可视为：

A.活性组分之一B.助催化剂C.抑制剂D.氧化促进剂

三、判断对错.（对的在括号内划错的划X）（10分，每题2分）

1.通过CO变换可产生更多氢气和降低CO含量。（）

2.对煌类的裂解过程，要求高温，高压，低停留时间（）

3.吸热反应是热力学上不利的反应。（）

4.用于氨合成的熔铁催化剂，使用前必须升温还原活化。（）

5.醋酸铜氨溶液精制合成氨用合成气是工业上应用是广泛的方法，增加高价铜浓度

能增加铜液的吸收能力。（）

四、简要回答下列各题.（30分，每题6分）

1.常采用哪些方法对