四川大学工业化学复习题(完整版).doc

第三章硫酸工业 1. 阐述硫铁矿为原料制取硫酸的主要工序及焙烧原理，并写出主要化学反响式。〔10分〕 主要工序：〔FeS2〕选矿→硫铁矿焙烧→炉气净化→SO2催化转化→三氧化硫吸收→尾气回收SO2 和污水处理 。 焙烧原理：主反响 : 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4 2. SO2催化氧化工艺条件如何确定？〔20分〕 催化剂——钒催化剂 V2O5 5%～9%，为活性组份。K2O 9%～13% NaO 1%～5%，碱金属盐为助催化剂。SO3 10%—20%SiO2 50%～70%，为载体 。制成环形、球形、或粒状 温度：Tb—Tm即催化剂起燃温度与耐热极限温度之间，即活性温度范围内420-600℃。从t—X*—γ关系曲线可知：存在最正确反响温度Tma〔反响速率最大〕 反响温度原那么：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最正确温度线变化：即先高后低原那么 SO2原始浓度：根据硫酸生产总费用最少原那么，进入SO2转化器浓度存在最正确浓度：7%～7.5% 压力： P↑→X*↑SO2↑，设备尺寸减小。不利条件：加压对设备要求提高，反响压力最好在常压 最正确转化率：转化率提高→提高硫的利用率，减小尾气SO2含量和对大气污染。不利条件→催化剂用量增加，设备尺寸增大。即存在最正确转化率。工艺上采用两次转化、两次吸流程，转化率 99%以上。 ?3. 如何从热力学和动力学角度确定SO2催化氧化温度条件？〔10分〕见2，2〕 热力学：由于反响是SO2的催化氧化是一个放热反响，所以为了让平衡向正方向移动应该降低温度更能够提高转化率；动力学：反响速率随着温度的升高而增大，但是由于催化剂的活性温度在420℃-600℃最大，当再随着温度升高时，反响速率就会下降甚至停止反响。综上所述，从热力学和动力学充分考虑到产率和速率的最优值来确定反响温度。 ?4. 在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成的原因，以及酸雾怎样去除之。〔15分〕 酸雾的形成：酸雾是指含有粒径小于5чm的液体颗粒的气溶胶 SO3〔g〕+H2O(g)→H2SO4 (g)，H2SO4 (g) 冷凝 H2SO4 (l),或以杂质微粒为凝结中心形成酸雾。 酸雾的去除：必须要用特殊的方法和设备去除 较大的粒子〔2чm〕用一般除尘设备除去(如电除雾器、文氏管等装置) 较小的粒子〔2чm〕采用先增湿后去除。即增大雾粒直径，再用相应的设备去除。 ?~5.画出四段间接换热式转化器中SO2转化的t-x图，阐述转化器的工艺过程。〔15分〕 6. 阐述制取硫酸中，烟气净化的目的及净化的原那么〔10分〕 目的：炉气含尘假设不除净，进入后制酸系统，那么会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒 净化原那么： 1) 悬浮微粒，应先大后小，先易后难进行分级处理 2) 先重后轻即先固、液，后气(汽)体 3) 不同大小的粒子，选择配套有效的别离设备 7、在制取硫酸过程中，如何提高焙烧反响速率？〔10分〕 1〕升高温度，加快扩散速率但低于炉渣温度，温度控制在850℃-900℃； 2〕减小粒度，增大氧气与矿石的接触面，0.24—0.70mm； 3〕增加氧气浓度，鼓入过量的空气； 4〕扩散剂与矿粒的相对运动，采取沸腾炉； 第四章合成氨工业 ?1. 试简述温度、压力及情性气体含量对氨合成反响中平衡氨含量及工艺条件的影响？〔12分〕 压力：有利于氨合成和氨别离，但对设备材质，加工制造要求高，必须综合利用，一般20~30MPa 温度：必须保持在催化剂反响活性温度范围内反响，催化剂床层温度分布应改尽可能接近最适宜温度线。〔类似于SO2转化反响P83图3—15〕 空间速度：v越大，反响接触时间减少，出口氨含量减少，但总氨量 增加。 惰性气体〔CH4，Ar〕由新鲜气带入，不断积累，对于反响不利，必须放空排除局部。 2. 试比拟氨合成中CO变换与硫酸工业制气中SO2氧化两个反响过程的异同或特点。〔20分〕 一氧化碳变换：CO是氨合成的毒物，在原料中含13~30℅，必须去除。 CO+H2O〔g〕 CO2+H2+Q CO变换成CO2易于吸收去除，同时生成原料气H2。 特点：都是气固相催化，可逆放热反响；温度、反响物组成都是影响平衡转化率的因素。其中，CO的变换是为了方便除去废气防止催化剂中毒，同时变换过程中也产生了反响物H2，而SO2的氧化是为了制得中间产物SO3；同时，CO的变换压强对反响平衡没有影响，但是工业上通常采取加压的方法提高反响速率和减少催化剂用量，而SO2的氧化增大压强有利于反响平衡向正方向移动。前者需要过量的水蒸气，减少CO，变换反响前催化剂要进行复原，而SO2可以循环利用。 3. 工业上以煤矿为原料间歇法制取半水煤气的工作循环可