化工工艺学习题.docx
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化工工艺学习题
目录
目录1
化工工艺学教学大纲2
一、课程的性质、目的和任务2
二、课程的基本要求2
化工工艺学习题7
第一章合成氨7
第二章硫酸10
第三章纯碱与烧碱11
第四章化学肥料12
第五章天然气化工13
第六章石油化学及炼制15
第七章石油化工原料合成16
第八章煤的化学加工17
参考资料18
化工工艺学教学大纲
（ChemicalEngineeringTechniquesSyllabus）
一、课程的性质、目的和任务
本课程是高等学校本科化学工程与工艺专业学生的主干专业课。
本课程的目的是使学生通过学习，了解化工生产工艺技术的发展概况，获得化工生产技术必要的基本理论、基本知识和基本的分析方法，受到基本技能训练，为从事本专业有关的技术工作打下基础。
本课程的内容除合成氨、三酸两碱、化学肥料等原无机化工工艺学的主干内容外，还纳入了石油、天然气化工与煤化工等主要内容。
本课程的任务是使学生通过学习，了解现代化工产品生产技术的全貌，掌握典型化工产品生产方法和工艺流程、工艺原理和工艺条件、关键设备及其材质选择、物料与能量衡算、节能降耗与三废治理等技术知识。
为今后从事化工生产、管理、设计工作和从事化工新产品、新技术的开发工作打下基础。
二、课程的基本要求
第一章合成氨
本章主要从原料气制取、原料气净化及氨的合成等工艺过程，详细讲述了氨的合成原理、工艺方法、工艺条件的选择及工艺计算。
绪论
本门课程的性质和任务，课程教学内容和教学环节的安排，课程的特点和学习要求。
合成氨生产的概况。
目的要求
（1）了解合成氨的发展历史和我国合成氨的工业概况
（2）了解合成氨生产的典型流程
（一）原料气的制取
1．烃类蒸汽转化
烃类蒸汽转化反应，甲烷蒸汽转化反应理论，烃类蒸汽转化催化剂，工业生产方法和美国凯洛格工艺流程和设备
目的要求
（1）了解气态烃类转化的主要反应
（2）掌握甲烷气态烃类转化的基本理论
（3）了解烃类蒸汽转化催化剂的性质作用
（4）掌握烃类蒸汽转化的工业生产方法
2．重油部分氧化
油气化和碳黑回收
目的要求
（1）掌握重油气化基本原理及工艺条件分析
（2）了解工艺流程及主要设备
3.煤气化
煤气化基本原理和制取半水煤气的方法，
目的要求
（1）掌握煤气化的基本原理
（2）掌握半水煤气制取的工业方法
4.一氧化碳变换
目的要求
（1）掌握一氧化碳变换的基本原理
（2）掌握一氧化碳变换的工艺条件
（3）了解工艺流程及热能回收
（二）原料气净化
5.原料气脱硫
目的要求
（1）掌握干法脱硫、湿法脱硫的基本原理
（2）了解氧化法催化剂的选择
6.二氧化碳的脱除
目的要求
（1）掌握物理吸收法脱除二氧化碳的一般问题
（2）掌握化学吸收法脱除二氧化碳的过程，原理，工艺流程条件
7.原料气的最终净化
目的要求
（1）掌握铜氨液吸收法
（2）掌握甲烷化法的基本原理
（三）合成与综述
8.氨的合成
合成热力学基础，合成反应的动力学分析，氨的合成
目的要求
（1）掌握氨合成的热力学基础及工艺条件，参数的选择
（2）了解氨合成的反应动力学和氨合成的催化剂
（3）了解氨的分离及合成流程
（4）了解氨合成的主要设备
9.合成氨生产综述
目的要求
（1）评价生产总流程
（2）掌握合成氨生产中能量消耗及节能措施
第二章硫酸
绪论
硫酸生产的概括和本篇主要内容。
目的要求
（1）了解硫酸在国民经济中的地位及国内外发展状况
（2）熟悉H2SO4性质及其生产中的几种重要原料
1.从硫铁矿制SO2炉气
硫铁矿焙烧（反应、速度、物料及能量衡算），沸腾焙烧（原理、设备、流程、工艺条件），几种焙烧方法。
目的要求
（1）掌握硫铁矿焙烧的基本原理，焙烧的热力学和动力学。
（2）熟悉沸腾焙烧的原理、设备和工艺条件的选择。
（3）了解硫铁矿焙烧的工艺流程
（4）了解几种焙烧方法。
2.炉气的净化与干燥
炉气净化（原理、湿法流程、文丘里除尘），酸雾形成原理及控制方法，炉气干燥（工艺条件、流程）
目的要求
（1）掌握炉气净化的基本原理
（2）熟悉湿法流程和文丘里除尘
（3）了解酸雾形成原理及控制方法
（4）掌握炉气干燥的工艺条件，了解其流程
3．SO2催化剂
SO2催化氧化原理，工艺条件，催化氧化工艺流程
目的要求
（1）掌握SO2催化氧化原理（热力学、动力学）
（2）掌握催化氧化工艺条件的选择
（3）了解催化氧化工艺流程
4.SO2吸收
SO2吸收原理、工艺条件，干燥-吸收系统（产量、物料衡算、工艺条件）
目的要求
（1）掌握SO2吸收的基本原理和工艺条件的选择
（2）了解干燥-吸收系统的流程
（3）掌握产量等物料的衡算
5.三废治理
硫酸尾气的环境保护及处理
第三章纯碱与烧碱
本篇主要讲述用氨碱法、天然碱法等制取纯碱的方法，以及苛化法制取烧碱的方法。
（一）、纯碱
纯碱的性质和生产概括；氨碱法制取纯碱；联碱法制取纯碱和氯化铵；由天然碱等原料和其它方法制碱
目的要求
1、掌握纯碱的性质、用途
2、了解纯碱工业的历史及我国工业概况
3、掌握氨碱法制取纯碱的基本原理和生产程序
4、掌握生产流程中各具体工段的原理、工艺条件
5、了解联碱法总工艺流程
6、掌握联碱法相图分析及工艺条件讨论
7、了解氯化铵生产方法
8、掌握天然碱及其加工方法
9、了解芒硝制碱，有机胺制碱的方法
10、了解反应设备
（二）、烧碱
苛化法制取烧碱；电解法制取烧碱和氯气、氢气
目的要求
1、掌握烧碱的性质及生产方法
2、了解我国氯碱工业概况及氨碱工业的发展情况
3、了解苛化法制取烧碱的基本原理和简化流程
4、掌握电解过程基本原理
5、了解隔膜法电解的工艺过程、工艺条件、技术指标
6、了解水银法电解，离子交换膜法电解的工艺过程、工艺参数
7、掌握氯碱生产的主要工艺过程、流程
第四章化学肥料
化肥生产概括；化学肥料的生产方法和原理；尿素和尿素生产的原理、工艺条件、工艺方法；其它肥料的生产
目的要求
1、了解农作物对营养的要求
2、了解化学肥料的分类，化学肥料工业的发展状况
3、掌握生产化肥的方法和工艺过程
4、掌握尿素的用途、性质、规格
4、掌握尿素生产的基本原理（原则性流程、蒸发、结晶、造粒的工艺条件和设备）
5、了解水溶液全循环法（盐水溶液全循环法、溶液全循环改良C法）
6、掌握气提法生产尿素（气提法原理、CO2气提、氨气提法的工艺流程、工艺条件、设备）
7、了解尿素生产工艺和质量改进
8、了解其它肥料（钾肥、磷肥及复合肥）
第五章天然气化工
绪论
有机化工工艺学的基本内容；有机化学工业的概括。
天然气的组成与化工利用；天然气的分离与净化；天然气提氦；天然气制碳黑；天然气转化合成甲醇
目的要求
1、了解有机化工工艺的任务、作用、发展和前景。
2、了解天然气的利用途径
3、掌握分离器的工作原理
4、掌握重力分离器的工艺计算
5、了解天然气脱水的常用方法，了解天然气脱硫及硫磺回收的方法
6、掌握三甘醇脱水工艺流程和计算
7、掌握膜分离的方法和甲醇合成工艺
8、了解碳黑的用途和生产工艺
第六章石油化学及炼制
石油的化学组成；燃料油的生产；润滑油生产；炼油厂典型流程
目的要求
1、了解石油的一般性质和组成
2、掌握原油的预处理和精馏，掌握常减压蒸馏装置及主要影响因素
3、掌握延迟焦化的基本原理
4、掌握催化裂化的特点、反应、催化剂和工艺流程
5、了解加氢裂化和精制
6、掌握润滑油的使用性能和一般生产流程
7、掌握炼油厂典型流程
第七章石油化工原料合成
石油烃裂解；烃类裂解炉；裂解气的压缩与净化；裂解气分离；催化重整；裂解汽油加氢
目的要求
1、掌握烃类裂解反应的机理和操作条件对裂解结果的影响
2、掌握烃类裂解反应的工艺计算，了解管式裂解炉型及工艺流程
3、掌握裂解气压缩的目的和流程
4、掌握裂解气净化过程中酸性气体脱除、脱水和脱炔的要求和工艺流程
5、掌握深冷分离流程以及甲烷塔、乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的流程和特点
6、了解催化重整的化学反应
7、掌握催化重整催化剂的组成和要求，掌握重整过程操作因素和流程
8、掌握汽油加氢反应及工艺条件，了解目前汽油加氢反应常用的催化剂
第八章煤的化学加工
煤及其转化利用；煤的气化；煤的液化；煤的焦化
目的要求
了解煤炭资源，煤的性质，煤的分类，煤的转化利用。
掌握煤气化基本原理，煤气化炉原理和分类，固定床气化法，沸腾床气化化法，气流床气化法，煤气化发展和方法选择。
掌握煤液化原理，煤加氢液化工艺。
了解炼焦化学产品的性质与回收。
化工工艺学习题
第一章合成氨
1、以天然气为原料的合成氨厂中，其净化过程包括哪些步骤？
所需控制的最终指标是什么？
2、说明湿基组成与干基组成的定义，并计算：
已知某混合气体中MA=4.2mol，MB=2.3mol，M水=5.5mol。
则A、B物质各自的湿基组成和干基组成各为多少？
3、CO变化过程中（高）温变换和低温变换催化剂的组成分别是什么？
4、工业用催化剂的基本组成?
5、选择催化剂应满足的工艺要求有哪些？
6、催化剂在升温还原是应控制的工艺条件，有哪些指标？
7、绘出以天然气为原料生产合成氨的典型工艺流程简图？
8、绘出以重油为原料生产合成氨的典型工艺流程简图？
9、绘出以煤为原料生产合成氨的典型工艺流程简图？
10、结合工艺流程比较说明分别以天然气、重油和煤为原料生产合成氨工艺的优缺点？
11、合成氨的性质，主要用途？
12、原料气制取过程中，造成析碳的原因是什么？
析碳的危害表现有哪些？
如何防止？
13、合成氨生产中操作温度最高的设备是什么?
设备投资最大的是什么？
14、苯菲尔法脱碳液的主要成分有哪些？
各起什么作用？
15、简述间歇制气过程中半水煤气呈周期性变化的组成和原因？
16、绘出两段变换过程中原料气冷激的T—X图，并加以说明。
17、绘出两段变换过程中软水冷激的T—X图，并加以说明
18、绘出两段变换过程中（间接换热，催化剂改变）的T—X图，并加以说明。
19、绘出两段变换过程中（间接换热，催化剂不变）的T—X图，并加以说明。
20、乙烷与过量50%的空气燃烧，乙烷的转化率为90%，燃烧的乙烷有25%生成CO，其余生成CO2，试计算烟道气干、湿基组成（摩尔分率）？
21、氨合成催化剂在使用前要进行升温还原。
若假设每吨催化剂中有FeO：
10%，Fe2O3:
22%（重量%）。
试写出还原反应并计算每吨催化剂的还原出水量。
22、已知某反应：
A+2D=B+H2O，C为惰性物质。
反应器进口混合气体中MA=2.2mol，MB=0.8mol，MC=0.1mol，MD=7.9mol，M水=10.3mol，若A物质的转化率为90%时，试计算反应器出口混合气体中各物质的干基和湿基组成？
23、根据22题的计算结果，列出该过程的物料衡算表？
24、平衡温距的定义和意义是什么？
一般工业上认为生产情况正常时的平衡温距是多少？
25、合成氨制气是吸热过程，根据热量来源的不同，供热的方法有哪些？
26、烃类蒸气转化一段转化炉由哪些部分组成，简单绘图说明其结构？
27、分析说明烃类蒸气转化采用两段转化的原因?
28、1mol混合气（C2H6与C3H8各占50％）与1molCH4相比，理论上少产多少H2?
29、烃类蒸气转化，已知原料气的处理气量为2000Kmol/h，催化剂有效体积为15.2m3和原料气组成，求原料气的空间速度和理论碳空速。
组分
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
CO2
H2
V%
81.18
7.31
3.37
1.10
0.15
0.01
5
30、甲烷与水蒸气混合物中设S/C＝5，若转化过程中没有炭黑析出，试计算1atm和600゜C条件下各组分干、湿基的平衡组成，并列出物料衡算表。
已知此条件下Kp1=0.9618，Kp2=2.7
31、转化反应CH4+H2O=CO+3H2（不平衡）；CO+H2O=CO2+H2（平衡），已知操作温度为799゜C，操作压力为30.1atm，转化气的组成为：
组成
CO2
CO
H2
CH4
H2O
N2
摩尔%（湿基）
6.26
5.32
38.42
5.05
40.46
0.49
试就天然气甲烷蒸气转化制氢气过程进行物料衡算：
生产能力每小时消耗4700m3天然气，其组成（体积%）见表。
在初始混合物中，水蒸气与天然气之比为2.5，烃的转化率为67%。
此过程包括下列反应：
CH4+H2O=CO+3H2
（1），CH4+CO2=2CO+2H2（3），CO+H2O=CO2+H2（6），在已转化的气体中，CO对CO2之比率可取为在气体离开转换器的温度，即700゜C下式（6）呈平衡时的比率。
另知，上述反应700℃时Kp1=2.5；Kp3=20；Kp6=1.54
组成
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
N2
体积%
97.8
0.5
0.2
0.1
1.4
32、燃料用过量20%的空气燃烧，得到燃烧气组成见表，假设燃料组成为甲烷、乙烷和氮气，试计算燃料的组成。
（提示：
元素守恒法）
组成
CO2
CO
O2
N2
体积%
8.4
1.2
4.2
86.2
33、
如图所示，在0.2MPa，500℃下含苯蒸气的物流通过两个换热器后被冷却至200℃，其中在换热器2中锅炉给水由75℃、5MPa被加热至饱和，由气液分离器出来的饱和水在换热器1中加热至沸腾。
该气液混合物与换热器2出来的饱和水在混合器中混合，然后进入气液分离器分离出饱和蒸汽。
如果通过换热器1的水量为通过换热器2水量的12倍。
求换热器1所产生的蒸汽量和每摩尔工艺物料所产生的蒸汽量。
C+O2=CO2+Q
（1）
C+CO2=2CO–Q
（2）
CO+1/2O2=CO2+Q（3）
2C+O2=2CO+Q（4）
34、已知以煤为原料制取空气煤气的化学反应方程式，试计算该反应体系的独立反应数。
第二章硫酸
1、工业上常用的20%发烟硫酸A，又常称105酸B，试述其两种表示法中是以何种物质含量为基准的，并写出由A到B的互换关系。
2、简述工业接触法生产硫酸的步骤和反应方程式
3、硫酸的性质，用途和含量的表示？
4、为何要根据气候选择硫酸产品的浓度？
5、为何不能用浓缩的方法得到纯态的硫酸?
6、硫酸工业的生产原料有哪些？
7、从动力学分析提高硫铁矿焙烧反应速率的措施？
8、硫铁矿焙烧过程的物料衡算？
9、绘出硫铁矿原料预处理的流程简图？
10、绘出硫铁矿沸腾炉的结构简图，并说明其特点？
11、硫铁矿焙烧后炉气中的杂质有哪些，各有什么危害？
12、如何选择除尘的方法？
13、二氧化硫在催化剂表面和氧进行的氧化反应共分为几个步骤？
14、二氧化硫转化反应的段间冷却有那几种形式？
15、比较说明一转一吸和两转两吸流程的特点？
16、二氧化硫氧化时，若采用常压操作，起始反应温度为420℃，原料气中SO2浓度为8%。
采用一段钒催化剂催化转化，其转化率是否可以达到90%？
17、在“文－泡－冷－电”净化流程中，文、泡、冷、电各代表什么设备，有什么作用？
第三章纯碱与烧碱
1、我国工业生产烧碱有哪些？
其中采用较多的方法是什么？
又可分为哪些方法？
并比较说明各方法的优缺点？
2、写出纯碱和烧碱的分子式和俗称，各有哪些性质和用途？
3、采用联合法制纯碱和氯化铵时，其制铵过程的主要设备是什么？
设计时应满足的要求有哪些？
4、比较说明联合法制纯碱与氨碱法制纯碱的优缺点？
5、绘出联合法制纯碱与氨碱法制纯碱的工艺流程简图？
6、写出电解法制NaOH的电极反应，若忽略阴、阳极溶液对分解的影响，试计算电解时的理论分解电压是多少？
已知：
（φθCl2/Cl-=1.3583V）
7、写出石灰石煅烧的反应式，并从热力学分析其影响因素？
8、已知石灰石煅烧反应在298K的焓值为181KJ/mol，熵值为160.8J/mol·K，求常压下石灰石分解的最低温度是多少?
9、25゜C的氨母液Ι,C（NH3）为80tt以150m3/h投入结晶器中,冷析温度计10゜C,主泵循环量2500m3/h双泵作业,半母液Ⅱ中C（NH3）为67.2tt,试求
（1）稀释倍率
（2）以温度和浓度表示的过饱和度。
10、某一氯碱厂电解车间有40个电解槽，每个电解槽通过的电流为10000A，实际每天产出342.912Kg氢气，求电流效率和每天生产NaOH和Cl2的量。
11、新建一电解车间，年产含30%NaOH的烧碱6000t，采用隔膜电解槽进行生产，已知槽电流为29000A，电流效率为96%，求每年运行时间为8400h所需的电解槽数。
12、试进行氨盐水碳酸化系统的物料与热量衡算，
已知：
①进入系统的气体：
（炉气与窑气）平均温度30℃、压力0.4MPa、CO2%=57%
②排出系统气体：
平均温度42℃、压力0.25MPa
③CO2在碳化系统的吸收率为93%
TCl/tt
CO2/tt
FNH3l/tt
CNH3l/tt
密度/Kg/m3
温度/℃
热容/KJ/KgK
氨盐水
89.8
24.1
100.8
0
1175.0
35
3.266
取出清液
97.5
41.1
25.0
71.5
/
30
3.266
13、简述氨碱法生产的步骤？
14、绘出石灰窑的结构简图，并标示从窑顶向下共分为几个区/
15、盐水精制的目的和方法？
16、盐水吸氨的目的、主要反应和吸氨过程的变化？
17、氨盐水碳酸化的目的和基本原理/
18、碳化吸收速度的影响因素？
19、碳化塔的适宜控制条件？
20、重碱煅烧的原理和化学反应？
21、氨碱法生产中出现的三废组成有哪些？
22、如何选择联碱法的工艺条件？
23、影响氯化铵结晶过程的主要因素？
24、电解过程的法拉第第一、第二定律？
25、绘出隔膜电解槽的结构示意简图？
第四章化学肥料
1、尿素的性质和用途？
2、尿素合成反应，并从热力学分析其合成反应的主要影响因素？
3、写出尿素的化学名称和分子式，计算尿素的理论含N量为多少？
4、尿素生产工艺方法主要有哪些？
其中建厂最多，生产能力最大的工艺是什么？
并绘出流程简图？
5、尿素结晶造粒时采用加入晶种的优点有哪些？
6、化学肥料的品种有哪些？
7、写出尿素合成的化学反应方程式？
8、影响尿素合成反应化学平衡的因素？
9、填表比较水溶液循环法和CO2气提法工艺参数的区别
生产工艺
氨碳比NH3/CO2
水碳比H2O/CO2
压力/MPa
水溶液循环法
CO2气提法
10、绘出斯特米卡帮公司CO2气提法的工艺流程简图？
11、比较说明水溶液循环法与CO2气提法的优缺点？
12、复合肥料如何加工，其优点有哪些？
13、微量元素肥料与复合肥料、复混肥料有何区别，植物生长所需的微量元素主要有哪几种，举例说明其作用？
第五章天然气化工
1、天然气从气井采出后为何必须先进行分离和净化，其中分离的主要方法是什么？
2、表示天然气含水量的两个指标是什么？
3、溶剂吸收法进行脱除天然气中水分的溶剂有哪些？
各有什么特点？
4、绘出以三甘醇为脱水剂的工艺流程简图？
5、硫磺回收中使用较多的催化剂是什么，其活性组分是什么，使用时应控制的条件是什么？
6、氦的用途有哪些？
工业上天然气提氦流程中要求氦的含量为多少时才有工业价值？
7、天然气的氧化加工是一种什么过程？
其主要产品是什么？
8、溶剂吸收法是目前天然气工业中普遍使用的方法，请说明选择脱水吸收剂的一般要求。
9、写出天然气转化合成甲醇的反应方程，并从热力学分析有利于甲醇生成的工艺条件？
10、“三大高分子合成材料”是什么？
11、PE、LDPE、LLDPE、PP、MTBE、TPA和PET各代表什么基本有机化工产品？
12、绘出重力分离器的工作简图，并说明重力分离器由哪些部分构成？
13、重力分离器的设计步骤？
14、质量流量为2.50Kg/s，温度为20℃的常压含尘空气在进入反应器之前必须进行除尘并预热至150℃。
已知所含尘粒密度为1800Kg/m3,u0=1.81*10-5Ns/m2。
假设含尘微粒的直径为100μm时，试设计一立式重力分离器，
（1）先除尘；
（2）先预热再除尘。
15、简述三甘醇脱水流程中吸收塔工艺计算的步骤？
16、填表说明物理吸附与化学吸附的区别？
项目
物理吸附
化学吸附
作用力
选择性
过程可逆性
吸附热
吸附作用
吸附所需活化能
吸附速度
平衡
17、天然气脱硫的方法有哪些？
选择这些脱硫方法的原则是什么？
18、写出氧化催化法-克劳斯（Claus）脱硫法在燃烧炉和转化器中的主要反应？
（酸性气体的主要成分是H2S）
19、填表说明工业使用氧化催化法进行硫磺回收的工艺过程。
硫磺回收方法
适用要求
酸性气体中H2S的含量
硫的收率
20、影响硫回收率的因素有哪些？
21、绘出单硫法、分硫法和阿莫科法回收硫磺的工艺流程简图，并比较其不同点？
22、应用膜分离技术进行工业提氦时常用的分离膜有哪些，各有什么特点？
23、膜分离计算的两点假设是什么？
24、炭黑的用途和特点？
25、炭黑的主要生产方法和工艺？
26、填表比较说明甲醇合成方法的工艺特点
方法
合成压力MPa
合成温度℃
催化剂
特点
27、写出部分氧化热解法制乙炔的化学反应方程式？
28、写出一部法和二步法制甲醛的化学反应方程式，并比较两种工艺的特点？
第六章石油化学及炼制
1、组成石油的主要元素？
2、何谓初馏点，终馏点（干点）和馏程？
3、石油加热蒸馏得到的馏分有哪些？
4、举例说明石油馏分的催化裂化是一种复杂的平行――顺序反应？
5、石油裂化的实质是什么，要改变C/H比，其主要途径有哪些？
6、试比较说明加氢裂化和催化裂化产品的特点？
7、通常说的优质润滑油主要指什么性能好？
8、原油在油田开采出后，为什么要进行脱水和脱盐处理？
9、防碍机械运动的阻力主要是什么，为减少摩擦采取的措施有哪些？
10、常温下石油分离出来的固态烃类的工业名称，根据其结晶形状又分几类？
11、工业上广泛应用的二大类裂化催化剂是什么，有何特点？
12、常减压蒸馏装置一般分为几段，绘出工艺流程简图？
13、何谓催化裂化？
14、何谓延迟焦化？
15、在石油加工过程中，硫及其化合物的危害主要是什么？
16、简述润滑油一般要求应具有的性能有哪些？
17、炼油厂典型工艺流程有哪些，比较说明特点？
18、润滑油生产的一般流程？
19、举例说明催化裂化过程中的化学
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