四川大学工业化学复习题(完整版)教案.doc

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1、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，并写出主要化学反应式。（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：主反应:4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O33FeS2+8O2=6SO2+Fe3O42.SO2催化氧化工艺条件如何确定？（20分）1)催化剂——钒催化剂V2O55%～9%，为活性组份。K2O9%～13%NaO1%～5%，碱金属盐为助催化剂。SO310%—20%SiO250%～70%，为载体。制成环形、球形、或粒状

2、2)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：存在最佳反应温度Tma（反应速率最大）反应温度原则：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：即先高后低原则3)SO2原始浓度：根据硫酸生产总费用最少原则，进入SO2转化器浓度存在最佳浓度：7%～7.5%4)压力：P↑→X*↑SO2↑，设备尺寸减小。不利条件：加压对设备要求提高，反应压力最好在常压5)最佳转化率：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

3、备尺寸增大。即存在最佳转化率。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：由于反应是SO2的催化氧化是一个放热反应，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：反应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，反应速率就会下降甚至停止反应。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应温度。❤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

4、及酸雾怎样清除之。（15分）1)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。2)酸雾的清除：必须要用特殊的方法和设备清除较大的粒子（>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）采用先增湿后清除。即增大雾粒直径，再用相应的设备清除。❤~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则（10分

5、）目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒净化原则：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，选择配套有效的分离设备7、在制取硫酸过程中，如何提高焙烧反应速率？（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

6、合成反应中平衡氨含量及工艺条件的影响？（12分）1)压力：有利于氨合成和氨分离，但对设备材质，加工制造要求高，必须综合利用，一般20~30MPa2)温度：必须保持在催化剂反应活性温度范围内反应，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转化反应P83图3—15）3)空间速度：v越大，反应接触时间减少，出口氨含量减少，但总氨量增加。4)惰性气体（CH4，Ar）由新鲜气带入，不断积累，对于反应不利，必须放空排除部分。2.试比较氨合成中CO变换与硫酸工业制气中SO2氧化两个反应过程的异同或特点。（20分）一氧化碳变换

7、：CO是氨合成的毒物，在原料中含13~30℅，必须清除。CO+H2O（g）CO2+H2+QCO变换成CO2易于吸收清除，同时生成原料气H2。特点：都是气固相催化，可逆放热反应；温度、反应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应物H2，而SO2的氧化是为了制得中间产物SO3；同时，CO的变换压强对反应平衡没有影响，但是工业上通常采取加压的方法提高反应速率和减少催化剂用量，而SO2的氧化增大压强有利于反应平衡向正方向移动。前者需要过量的水蒸气，减少CO，变换反应前催

8、化剂要进行还原，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分为哪几个阶段？各个阶段起什么作用？（10分）工作循环—间歇式气化时，开始进入空气到下一次进放空气时为上，称为一个工作循环。每个工作循环包括五个阶段：1)吹风：从下而上通入