无机化工作业标准.doc
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1、.作 业一、简答题1.无机化工包括哪些类产品?答:1)三酸:硫酸 H2SO4、盐酸 HCl、硝酸 HNO3,两碱:烧碱 NaOH,纯碱Na2CO3;2)无机非金属材料:先进陶瓷,人造金刚石,碳材料,光纤材料等;3)化肥:氮肥(尿素、硝酸铵、氯化铵、硫酸铵) ,磷肥(过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥) ,钾肥(氯化钾、硫酸钾、草木灰) ,复合肥(偏磷酸钾、磷酸铵) ;4)无机盐产品:电池原料(锌锰电池、锂离子二次电池) ,水处理剂(杀菌剂,絮凝剂) ;5)气体:氯气 Cl2、氨气 NH3、SO 2 等。2.无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种?答:1)先进陶瓷(精细陶瓷或特种陶瓷):可作汽车部件
2、,电视机等;2)高温结构陶瓷:氮化硅(Si 3N4)陶瓷,可制作轴承、发动机;碳化硅(SiC)陶瓷,可涡轮叶片;3)功能陶瓷:可作半导体材料。3.烧碱是用什么方法生产的?烧碱的制备方法有两种:苛化法和电解法。现代工业主要通过电解饱和NaCl 溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法和离子膜法。目前国内的烧碱生产主要采用的是离子膜电解法生产烧碱,根据生产工艺中的耗能情况,将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产和废气吸收工序等七个流程。下图是电解法生产烧碱的工艺流程图。1-整流 2-盐水精制3-电解4-氯氢处理5-液碱蒸发6-固碱生产.图 1 电解法生产烧碱的工艺流
3、程4.三酸两碱都包括哪些酸和哪些碱?答:三酸:硫酸 H2SO4、盐酸 HCl、硝酸 HNO3;两碱:烧碱 NaOH,纯碱 Na2CO3。5.最重要的氮肥是什么?其含氮量大概是多少?答:尿素 CO(NH2)2,其含氮量为 46.7%。二、论述题1.简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的,写出主要反应方程式。在硫酸生产历史上,出现过三种方法,即塔式法、铅室法和接触法。塔式法和铅室法是古老的生产方法,现在基本都用接触法生产硫酸。接触法生产硫酸工艺主要工序包括硫铁矿的焙烧、炉气精制、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收。1)焙烧硫铁矿石制备 SO2:4FeS 211O 22Fe 2O38SO 2(硫铁矿焙烧
4、) 目的是在氧气过剩,焙烧温度 600以上的条件下,使矿物中的硫全部转化为SO2。2)炉气精制目的是除去各种杂质,如三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢、矿尘、水蒸气和酸雾等。3)SO 2 的转化:2SO 2+O2=2SO3目的是借助钒催化剂,利用炉气中剩余的氧气(或补充少许空气)将 SO2 转化SO3。通常 SO2 的转化率可达 99%以上。该工序是整个工艺中最为关键的,因为该工序必须使用催化剂,而催化剂的性能及消耗又直接影响到 SO2 的利用率和生产成本。4)SO 3 的吸收:SO 3+H2O=H2SO4目的是制备所需硫酸,吸收时一般用硫酸(浓度为 98.5%)吸收 SO3 制得商品级浓硫酸或发烟
5、硫酸。因为用浓硫酸吸收比用水吸收 SO3 更容易,而且不会产生酸雾。2.简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的,写出主要反应方程式。答:煤气化法是我国合成氨的主要制气方法,也是未来更替天然气和石油资源所必将采用的制气方法。即利用无烟煤、蒸汽和空气在碳发生炉内生产合成氨所需要的气体,俗称半水煤气。在已制得的半水煤气中,除了含有按合成工艺所需要的氮气和氢气外,还含有许多杂质和有害气体。由于这些杂质和有害气体很容易使合成触媒中毒而降低触媒效能。为保护触媒,延长其使用寿命,保证合成氨生产的正常进行,半水煤气中的杂质和有害气体必须在合成之前及时清除。.合成氨的过程一般可分为六个步骤:1)造气:目的是制
6、备出含有氮一定比例的原料气。合成氨的原料氢氮可以用下列两种方法取得:以焦碳与空气、水蒸气作用;将空气分离制取氮,由焦炉气分离制氢,采用煤焦固定床间歇式汽化法。反应方程如下:C+H 2O=CO+H2 (1)CO+O2=CO2 (2) 2)脱硫:目的是保护催化剂的活性,减少铜耗。无论以固体煤作原料还是以天然气、石油为原料制备氢氮原料气都含有一定成分的硫元素,无机硫主要含有硫化氢;有机硫主要含有二硫化碳、 硫化氧碳等。硫化氢能够进入变换及合成系统能使铁催化剂中毒,进入铜洗系统使铜液的低价铜生成硫化亚铜沉淀,使操作恶化,铜耗增加。所以半水煤气总的无机碳化物和有机硫化物必须在进入变换、合成系统前除去。以
7、煤为原料采用间歇式造气炉制半水煤气时,通常先将煤气进行湿法氧化法脱硫,使硫化氢含量降低至 3050mg/m 3 以下,然后经中温变换,使有机硫转化为硫化氢。然后,在脱除二氧化碳过程中和铜氨液洗涤过程中进行更精细的除净。3)变换:目的是将 CO,O 2,甲烷等杂质气体转化为 CO2,以便去除。变化方法:CO(g)+ H 2O(g)=CO2+ H2 (g)4)脱碳:目的是去除气体中大量的 CO2 和少量的 CO。经变换二次脱硫后气体中含有大量 CO2,还有少量的 CO 等其它有害气体,它们会使氨的合成催化剂中毒,必须除去。工业上脱碳的方法很多,通常用碳酸丙烯酯(PC)法脱 CO2。5)铜洗:目的是
8、去除气体中还含有的少量 CO、CO 2、O 2、H 2S 等有害气体,精制原料气。铜洗法的溶液醋酸铜氨溶液是又醋酸铜和氨通过化学反应后制成的一种溶液,简称铜液,其组成为 Cu(NH3)2Ac(醋酸亚铜络二氨)吸收 CO、CO 2 和 O2、H 2S。6)合成:目的制备目标产物。反应方程式:3H 2+N22NH3+Q氨的合成是高温高压(500,2050Mpa) ,以铁为催化剂的条件下而生成的。由上式可知反应产生较大的热量,我们采用后置式废热式锅炉回收,并副产蒸汽。为了保持合成塔塔壁温度不合成过高,冷态气体先从塔壁自上而下,然后经塔外预热器预热后进入合成塔出口气经废热式锅炉回收热量后,进塔外预热器
9、预热为入塔气体。3.简述烃类裂解生产乙烯的过程,裂解气的分离与净化的几个主要步骤和每个步骤的目的。答:1.烃类裂解生成乙烯的过程烃类裂解是指烃在高温下(600800 )发生碳氢键和碳碳键的断裂,一般可分为一次反应和二次反应。一次反应,即由原料烃(特别是烷烃)经裂解生成乙烯和丙烯的反应。二次反应,即一次反应的生成物进行进一步的反应生成多种产物,甚至最后生成焦或碳。这类反应不仅消耗了原料,降低了烯烃的产.率,而且反应生成的焦和碳又会堵塞设备和管道,影响裂解操作的稳定,所以这一类反应是我们不希望发生的。1)链烷烃裂解的一次反应生成乙烯链烷烃裂解的一次反应主要有:脱氢反应 这是碳氢键的断裂反应,生成碳
10、原子数相同的烯烃和氢,其通式如下:CnH2n+2 CnH2n+H2断链反应 这是碳碳键断裂反应,反应产物是碳原子数较少的烷烃和烯烃,其通式为:RCH2CH2R RCH=CH2+ RH环烷烃裂解的一次反应原料中的环烷烃可以发生断链和脱氢反应,生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等。例如环己烷裂解:2)烃类裂解二次反应生成乙烯烯烃在裂解条件下,可以分解生成较小分子的烯烃或二烯烃。例如戊烯可以按下式分解:裂解的结果,可以增加乙烯、丙烯收率。此反应在热力学上是有利的。丙烯裂解主要产物是乙烯和甲烷。2.裂解气的分离与净化1)组成:低级烃类,如 CH4、C 2H2、C 3H6、C 3H8、C 4 等,氢气,水蒸气
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