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无机化工

无机化工工艺学

作者:admin 时间:2020-11-12 17:44   

  无机化工工艺学_工学_高等教育_教育专区。昆明理工大学无机化工工艺学作业问题总结

  合成氨作业 1、内表面利用率:固体内孔隙中深度大于宽度的裂缝,孔和空腔内壁的面与反应介质相接触的面积。 1、少量 CO 最终化法:甲烷化法、深冷分离法、铜氨液吸收法。 1、富液:在 吸 收 塔 的 吸 收 操 作 中 , 易 溶 组 分 在 塔 内 被 吸 收 剂 吸 收 后 , 于 塔 底 流 出 的 溶 液 ( 其 中 包 含 有 被 吸 收 组 分 ) 贫液:洗涤滤饼 。 所得到的极少或没有回收价值的液体(溶液)。 2、闪点:在规定条件下,加热式样,当式样达到某温度时,式样的蒸汽和周围空气的混合气,一点与火焰接触,即发生闪燃现象,发生闪燃时试 样的最低温度称为闪点。 3、氨净值:氨合成塔出口气相中氨含量与进口气相中氨含量的差值。 4、最佳温度:对一定类型的催化剂和一定气体组成而言,必将出现最大的反应速度值,与其对应的 T。 5、为什么不能按最佳温度线操作? 答:①在反应前期,因距平衡尚远,即使离开最佳温度线,仍有较高反应速率。②随着反应的进行,温度应逐渐降低,故需要从催化剂床层中不断 移去热量,因此,变换各段温度是综合各方面因素而确定的:A、高温变换:a、应在催化剂活性温度范围内操作,反应开始温度应高于催化剂起始 活性温度 20 左右。b、对着催化剂使用年限的增长,由于中毒、老化等原因,催化剂活性降低,操作温度应适当提高。c、为了尽可能接近最佳温 度线进行反应,可才用分段冷却;冷却方法:间接换热式(用原料气或饱和蒸汽间接换热) ,直接冷激式(用原料气、水蒸汽或冷凝水直接加入反 应系统进行降温)B、低温变换:由于温升小,催化剂不必分段;注意根据气相中水蒸汽含量,确定低变过程的温度下线、煤气有哪几种?各有什么特点? 答:①空气煤气,以空气为气化剂所制的的没气。按体积分数计,其中约含 50%N2,一定量的 CO 及少量的 CO2 和 H2。属于一种低热值煤气可作工 业燃料气用,也可作合成氨原料气中 N 的来源。②水煤气,以水蒸汽作为气化剂所制的的煤气。按体积分数计,其中 H2 和 CO 的含量约在 85%以上, 含 N 量低,热值高,主要作为合成氨原料气中 H2 来源。③以空气和适量水蒸汽的混合物做气化剂所制的煤气,主要用于工业气体燃料。④半水煤 气,分别以空气和水蒸汽作为气化剂,然后将分别制得的空气煤气和水煤气,两者按混合后气体中(H2+CO)与 N2 的摩尔比为 3.1~3.2 的比例进行 参配. 7、尿素中加甲醛的作用?尿素合成率?在什么相中完成?怎么完成?反应?防腐蚀? 答: 作用: 提高产品强度, 减少粉尘。 合成率: 50~75%。 在气相中完成, 2NH3+CO2=NH2CONH2+H2O,防腐蚀: 加入空气, 形成氧化膜, 工业一般加 H2O2。 8、临界流化速度:物料刚开始运动的速度;最大流化速度:颗粒的吹出速度。 9、尿素生产的反应原理,在每个设备个发生了哪些法院?为什么? 答:氨和 CO2 合成尿素的反应分两步进行,首先 NH3 和 CO2 合成中间产物 NH4COONH2,然后脱水成 NH2CONH2,总反应式:2NH3+CO2=NH2CONH2+H2O. 合成塔:NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2,2NH2CONHCONH2+NH3.气提装置:在于合成压力相同的压力下,将合成液中一部分 NH3 和 CO2 气提出来,随后再冷 凝为液体,可不用泵而直接返回合成塔。高压甲铵冷凝器:可视为合成塔的前导,主要进行甲铵的合成反应。蒸发设备:一般采用长管升膜式蒸发 器,尿液从底部进入,经受热气化,并向上流动,未汽化的形成薄膜,在高气流的抽携下,快读上升继续汽化。预蒸发器:减少加热蒸汽的耗量。 结晶器:利用冷却水夹套,液体冷却至 50~65,析出尿素结晶。离心分离机:浆液经离心分离机使结晶与母液分离。干燥器:干燥结晶出来的结晶 尿素。造粒机:温度 140,尿素浓度达 99.7%送往几十米高空,喷洒出来,下降过程中与自下而上的空气逆流接触,熔体得到凝固并冷却。 1、合成气的生产方法主要有几种?什么是? 答:气态烃蒸汽转化法、固体燃料气化法、重油部分氧化法。2、天然气水蒸气转化反应过程的主副反应有哪些? 答: 主反应: CH4+H2O→CO+3H2, CH4+2H2O→CO2+4H2, CH4+CO2→2CO+2H2, CH4+2CO2→3CO+H2+H2O,CH4+3CO2→4CO+2H2O,CO+H2O→CO2+H2.副反应: CH4→C+2H2,2CO→C+CO2,CO+H2→C+H2O. 3、影响天然气水蒸气转化反应的平衡组成因素有哪些?有何影响? 答:因素:温度、压力、水碳比(H2O/CH4),CH4+H2O→CO+3H2,①P 一定,T 升高,残余 CH4%下降,平衡向反应正方向移动;②T 一定,P 升高, 残余 CH4%升高,平衡向反应逆方向移动;③(H2O/CH4)升高,残余 CH4%下降,平衡向反应正方向移动。因此,甲烷蒸汽转化应在高温、高水碳比 和低压条件下进行。 4、天然气水蒸汽转化反应的催化剂组成及使用 答:组成:NiO 为最主要成分,同时加入助催化剂,并以 AL2O3,MgO.催化剂的使用:①对不同的生产流程有不同的催化剂装填方式;②催化剂使 用前先进行还原;NiO→O;③充分考虑催化剂的活性、机械强度、耐热性,④尽量避免催化剂中毒。 5、影响天然气水蒸汽转化反应速率的主要因素有哪些?如何影响? 答:因素:温度、压力、扩散作用。温度升高,反应速率升高;压力升高,反应速率升高;催化剂粒度降低,内表面积升高,内扩散影响下降,反 应速率升高。 6、天然气水蒸汽转化过程为何分为二段进行?如何根据化学热力学,化学动力性原理和工程实际来优化天然气-水蒸汽转化制合成气的工艺条件? 答:⑴原因:转化率高必须转化温度,全部用很高温度,设备和控制都不利,使设备费用和操作费用增多,采用二段方式,一段温度只在 800℃左 右,对合金钢管要求低,材料费用低,在二段才通入空气,使与一段的 H2 反应,产生高温,保证二段中转化较为完全。⑵工艺条件:①压力:从 平衡角度看,由于转化反应是一个增体积的可逆反应,压力增大对反应不利;从实际生产运行来看,加压转化可以节约压缩功能耗有利于提高反应 速率,减少触媒用量,可以提高蒸汽余热的利用,可减少设备投资费用,综合考虑,压力通常在 3.5-5.0MPa②温度,温度是转化气进出口组成的主 要因素,温度升高,有利于转化反应的进行,但温度过高,炉管使用寿命降低,燃料消耗增加。一段炉温度 760-800,二段炉 1000 左右。③水碳比, 提高水碳比,经济成本提高,系统阻力增加,使能耗增大,以不析碳,原料充分利用,能耗小为原则,2.5-2.7;④空间速度,以提高生产能力和 降低催化剂用量为原则,在催化剂活性高时,提高空速,生产能力提高,催化剂用量减少,可以通过提高压力来提高空速。 8、从化学角度看,天然气水蒸汽转化反应压力不宜过高,但为何选择 3MPa? 答:第 6 题工艺条件-压力的确定 9、为什么天然气-水蒸汽转化过程需要供热?供热形式是什么?一段转化炉有哪些形成? 答:供热的目的:将原料气预热到一定温度,使转化反应转化率和反应速率达到最佳。供热方式:燃烧一定量的烃类气体。炉型:顶部烧嘴炉,侧 壁烧嘴炉,梯台烧嘴炉。 11、为什么转化炉的对流室内要设置许多热交换器?转化气的显热是如何回收利用的? 答:为了充分回收烟道气的热量。回收:一段转化炉对流段:烟道气的预热除加热原料、工艺蒸汽与空气用去一部分,别外尚有的热量可以用来加 热锅炉给水、过热蒸汽。二段转化气:尚且回收的余热用来产生高压蒸汽。 12、天然气-水蒸汽转化法制合成气过程有哪些步骤?为什么天然气要预先脱硫才能进行转化?用哪些脱硫方法较好? 答:⑴天然气→压缩→脱硫→一段转化(蒸汽)→二段转化(空气压缩)→高温变换→低温变换→脱碳(CO2)→甲烷化→压缩→合成→氨。⑵在 转化反应过程中若原料气中有硫元素,则会使转化催化剂产生中毒现象,降低催化剂的活性,使转化反应转化率降低。因此,天然气转化前要先脱 硫,以保护转化催化剂。⑶方法:干法,湿法。 制气过程(以煤为原料) 1、简述常压固定床煤气炉操作循环和炉内煤气化主要区域。 答:主要反应在气化区中进行。当气化剂为空气时,该区分为还原区和氧化区。区域:干燥区、干馏区、气化区(还原区、氧化区) 、灰渣区。操 作循环:吹风阶段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空气吹净。 2、简述常压固定床煤气炉为什么常用间歇操作?为什么一个工作循环要分为五个过程? 答:⑴碳与水蒸气的反应为吸热反应,但是前期碳燃烧供给的热量不能维持自热平衡,为了能制的合格的半水煤气,需要进行间歇操作。⑵为了安 全、高产、提高质量和降低能耗,需按照 5 个阶段的工序反复循环。 3、简述气化过程及化学反应。 答:干燥、热解、由热解生成的碳与气化剂反应。以空气或富氧空气为气化剂:C+O2=CO2,C+1/2O2=CO,C+CO2=2CO,CO+1/2O2=CO2;以水蒸汽为气化 剂:C+H2O=CO+H2,C+2H2O=CO2+2H2,CO+H2O=CO2+H2,C+2H2=CH4。 4、由煤制合成气有哪些生产方法?这些方法相比较各有什么优点?比较先进的方法是什么? 答:⑴按供热方式:蓄热法(广泛采用) 、富氧空气气化法(连续制气生产) 、外热法。⑵按气化性质:以水蒸汽为气化剂蒸汽转化法,以纯氧或富 氧空气为气化剂部分氧化。⑶按气化炉床层形式:固定床,流化床,气流床。⑷按排渣形态:固体排渣式、液体排渣式。 变换过程 1、 写出 CO 变换的反应, 影响该反应的平衡和速度的因素有哪些?为什么该反应存在最佳反应温度?最佳反应温度与哪些参数有关?CO 最终转化率: 高变:96%~97%;低变:99.5~99.7%。 答:CO+H2O=CO2+H2(△H=-41.19KJ/mol);影响平衡因素:温度、压力、汽气比(H2O/CO) ;影响速率的因素:内扩散、压力、温度、汽气比。温度 升高,速率常数 K 值增加的影响大于 Kp(平衡常数)的影响,故对反应有利,温度继续升高,二者影响互相抵消,反应速度对 T 的增值为 0,再提高 T 时,Kp 的不利影响K 值的影响,此时反应速度会随 T 升高而下降。Tm=Te/[1+(RTe/E2-E1)Ln(E2/E1)],Tm 与平衡温度 Te,CO 变换率 x,平衡常数 Kp 有关。 2、为什么一氧化碳变换过程要分段进行并要用多段反应器?段数的选定依据是什么? 答:对于高温变换反应,由于温升大,为使反应沿着最佳温度线进行,反应采用分段进行,采用多段反应器,段数越多,越接近最佳温度线。根据 原料气中 CO 的含量一般将催化床层分为一段、二段或多段,段间进行冷却。 3、CO 变换催化剂有哪些类型?各适用于什么场合?使用中注意哪些事项? 答:催化剂类型:高变催化剂,低变催化剂,耐硫变换催化剂(低温、活性好、奶刘、抗毒) ,注意事项:使用前必须还原,操作温度要在催化剂 活性温度范围内,防止催化剂中毒。 4、变换过程有哪几种常用流程?各有何特点? 答:⑴中(高)变-低变串联流程:原料气 CO 含量较低,催化剂只配置一段。⑵多段变换流程:允许原料气 CO 含量高,后续工序常用铜氨液法除 去少量 CO。⑶全低变流程:全部采用宽温型钴钼系耐硫变换催化剂进行 CO 变换,节能降耗效果显著,热回收率高,有效能损失少,所需换热面积 可减少一半,对原料含硫量要求降低,催化剂用量减少,提高变换炉生产能力。 净化过程 1、为何要脱硫?如何脱硫? 答:各种原料制取的粗原料气都含有硫的化合物,为了防止合成氨生产过程催化剂中毒,必须在氨合成工序前将硫脱除。根据硫化物的物理、化学 性质,选择适当方法将其吸收或转化为易被清洗的物质,从而将其脱除。 2、讲述常用脱硫方法及技术特点以及适用的流程。选用原则? 答:脱硫方法:干法脱硫(用于脱除有机硫和气体中的微量硫) ,湿法过流(适用于脱除气体中高硫) 。特点:①干法脱硫:既能脱无极硫又能脱有 机硫,可能脱硫至极微量。缺点:脱硫剂不能再生,不适于脱除大量硫化物。②湿法脱硫:吸收速度低,脱硫液再生简便,可以回收硫磺,缺点: 脱硫精度不高,对有机硫脱除能力差。湿法选用原则:①满足特定工艺对脱硫要求的净化度,②硫容量大,③脱硫剂活性好,容易再生,且消耗定 额低;④不易发生硫堵;⑤脱硫剂价廉易得;⑥无毒性,无污染。 3、合成气制造过程中,为什么要有脱 C 步骤?通常有哪些脱 C 方法,各适用于什么场合? 答:原料经 CO 变换后,生成 CO2,CO2 是氨合成催化剂的毒物,同时也是制造尿素、碳酸铵的原料,因此要对 CO2 进行回收利用。脱 C 方法:物理 吸收法:适用于脱除气体中少量的酸性组分;化学方法:适用于在高压下脱除高含量 CO2;物理化学法。 4、合成气为何精制:少量 CO、CO2、O2 的脱除方法有哪些? 答:防止 CO、CO2、O2 和硫化物等对氨合成催化剂的毒害作用。方法:铜氨液吸收,甲烷化法,深冷液氮洗涤法,变压吸附法。 合成过程 1、合成氨反应历程包括几个步骤? 答:①混合气体向催化剂表面扩散;②N2、H2 在催化剂表面被吸附,吸附的氮和氢发生反应,生产的氨从催化剂表面解析;③氨从催化剂表面向气 相主体扩散。 2、合成氨催化剂的组成及作用。 答:高变催化剂:主要成分为 Fe3O4,同时加入促进剂:K2O、CaO、MgO、Al2O3、SiO2 等。铁系催化剂的活性成分是金属铁,将 Fe3O4 还原为 Fe 后 催化剂才有活性。其中 K2O、CaO 为电子型促进剂,CaO 起助溶剂的作用就,降低熔融物的熔点和黏度,提高催化剂的热稳定性,K2O 可促使催化剂 的金属电子逸出功降低, 提高催化剂活性; Al2O3、 为结构型促进剂: MgO Al2O3 起到保持原结构骨架作用、 能增强 CAT 抗毒能力, MgO 可以保护 cat。 低变催化剂:CuO+H2=Cu+H2O,Cu+CO=Cu+CO2,并添加 ZnO, Al2O3,Cr2O3 对铜微晶有稳定作用。 3、影响合成氨反应速度的因素有哪些? 答:温度、压力、催化剂粒径、内扩散影响 4、合成氨的工艺条件如何确定? 答:⑴温度:反应初期,T 升高,有利,随着反应进行,X 升高,T 升高,有利因素降低,反应中后期,温度接近最佳温度,采取冷却措施,因为温 度过高会导致催化剂失活,设置进口温度催化剂起始温度 20 以上.⑵压力:压力提高,氨的平衡温度提高,反应速率增大,且高压下,设备体积 减小,占地面积减小,使生产流程紧凑;但是压力锅高,设备制作费高,催化剂寿命下降,综合考虑,中小型厂 20-32MPa,大型厂 14MPa。⑶空间 速度:空速增大,放应速率增大,生产能力增大,但是空速越大,放映时间越短,转化率越小,出口氨含量降低,同时系统阻力增大,能耗增大, 综合考虑:30MPa,S=20000~30000/h,15MPa,S=10000/h.⑷合成塔进口其他组成:①氨氮比:3:1,保持生产稳定,②惰性气体含量:以增产为目标, 10%~14%,③进口氨含量:30MPa,3.2%~3.8%;15MPa,2.8%~3.0%. 5、温度、压力、惰性气体对平衡氨浓度的影响如何? 答:温度升高,平衡氨浓度降低;压力升高,平衡按浓度升高;惰性气体含量升高,平衡氨浓度降低;所以提高平衡氨含量的途径:降低温度,提 高压力,保持氢氮比在 3 左右,减小惰性气体含量。 硫酸 5、炉气净化的任务是什么?在净化过程中怎样实现? 答:任务:清楚有害杂质,包括:矿尘、As2O3、SeO2,HF,SiF4,H2O,SO3.清除砷、硒、氟化物用湿法净化法,清除酸雾用静电沉降法。 6、炉气中各种杂质对制酸有何危害?在净化过程中怎样清除? ①砷和硒对转化催化剂有毒害作用,②HF 对设备有腐蚀作用;③H2O,SO3 会形成酸雾,对设备,管道有腐蚀作用。清除方法见 5 题。 7、炉气净化的流程有哪些?各有何特点? 答:净化流程有酸洗流程和水洗流程。酸洗流程:酸可循环使用,多余酸排出系统他用,可利用炉气中的 SO3,提高 S 的利用率,可回收酸泥中的砷 和硒,排污量少。缺点是:净化效率不高。水洗流程:流程简单,投资少,操作方便,净化效率高,缺点是:S 利用率低,污水量大。 8、炉气干燥过程的工艺条件如何确定? 答:⑴吸收酸浓度(93%~95%的硫酸)浓度低,吸收率低;浓度高,SO2 损失大;⑵吸收酸温度(30~45℃) ;⑶喷淋密度(10~15m3/m2.h)密度过高, 压力降升高,循环酸量升高,能耗升高;⑷气流速度(0.7~1.0m/s)气速升高,引起液泛,S 损失升高。 9、SO2 催化氧化过程的转化率指什么?影响其平衡转化率的因素是什么? 答:转化率:最终转化率。影响平衡转化率的因素有温度、压力、原始气体混合物组成(SO2、O2 含量)XT= 10、由 SO2 催化氧化的本证动力学方程式分析影响化学反应速度的因素有哪些? 从此式看出:①a 增加,r 降低,达到一定转化率所需的催化剂用量增加;a 降低,r 增加,身边其他条件不变时,生产能力下降。②影响因素:温 度、SO2 起始浓度 a,a 增加,r 下降;T 增加,平衡常数 Kp 下降,速率常数 K 升高。 11、SO2 催化氧化的工艺条件有哪些?为什么称为最佳工艺条件? 答:工艺条件:最适宜温度 Topt,SO2 起始浓度,SO2 最终转化率。 12、SO2 催化氧化最佳工艺条件如何确定? 答:①最佳温度 Topt:对反应方程式,T 下降对反应有利,X 转升高,Topt 下降,V 反下降,所以在 Topt 下要保证较高的转化率和反应速率,且 Topt 处于催化剂活性温度范围内。②SO2 最适宜浓度: 炉气 SO2%7 左右,C 下降,生产能力下降,CAT 层阻力增大,C 升高,O2 降低,X 转降低,当采 用两转两吸时,SO2 浓度可提高至 8~9%;③最终转化率:X 转升高,S 利用率升高,SO2 尾气减少,采用一转一吸时,X 转=97.5~98%,两转两吸时, X 转=99.5%。 13、SO2 催化氧化工艺流程有哪些?其对应的 X-T 图有何特点? 答:工艺流程:⑴间接换热式工艺(图 P61) ;X-T 图的特点:①各段的初始摩尔流量和初始组成相同,②各段的 XA-Teq,XA-Topt 曲线相同,③各段 的绝热操作线相互平行,④各段的冷却线相互平行于横轴。⑵炉气冷激式工艺(图 P62) ;T-X 图的特点:①各段的绝热操作线相互平行,②冷却 线不水平,③冷气体混合后混合物转化率降低。⑶空气冷激式工艺;X-T 图特点:①各段进口气体初始浓度不同,②各段绝热操作线不平行,且斜 率逐渐增大,③各段冷却线、 “一转一吸”与“二转二吸”流程指什么?各有何特点? 答:⑴一转一吸:炉气进行一次转化,然后一次吸收;特点:最终转化率 97.5%~98%,设备不复杂,能耗不大,阻力不大,处理的气体 SO2 含量不 高,生产能力不高,尾气中 SO2 含量大,对污染较大。⑵二转二吸:炉气进行一次转化,一次吸收后,再进行第二次转化和第二次吸收;特点: ①反应速度快,最终转化率高 99.5%,②可用 SO2 浓度较高的炉气,③减轻尾气污染和尾气处理负荷,④需增加一个换热器,一次吸收需要加热到 420℃左右才能进行转化反应,⑤动力消耗增加。 15、SO2 催化氧化过程的催化剂是什么?其装填方式有几种?换热器配置有几种?各有何特点? 答:催化剂为钒催化剂,主要成分为 V2O5,以 Na2O、K2O 为助催化剂,以 SiO2 作为载体。装填方式:中温催化剂各段均可装填,低温催化剂装填 在一段上部和最后一段。换热器配置:①Ⅲ,Ⅰ-Ⅵ,Ⅱ式,进一段催化剂炉气温度最高,适用于进料炉气温度较低的情况;②Ⅲ,Ⅱ-Ⅵ,Ⅰ式,进 一段催化剂炉气温度最低,一段催化剂活性降低时可由二、三段换热器来保证一次转化正常;③Ⅵ,Ⅰ-Ⅲ,Ⅱ式,进一段催化剂炉气温度较高,有 利于一段催化床的转化气换热升温。 16、吸吸过程的工艺条件如何确定?SO3+H2O=H2SO4 答:⑴H2SO4 含量:酸浓度降低,水的压力增大,酸雾量增大,吸收率下降,SO3 损失增大;酸浓度98%,浓度释放出 SO3,吸收推动力下降,吸收 率下降,综合考虑:酸含量为 98.3%的 H2SO4 时,可使 SO3 吸收率达到最完全程度。⑵吸收酸温度:酸温度升高,吸收率下降,从吸收角度考虑, 酸温度低好,但酸温度过低,酸雾量升高,同时为保持较低的酸温,将增加生产成本,酸温一般在 60~75℃. 硫酸 1、硫酸生产分哪几个工序?写出硫铁矿制酸的原理及工艺条件? 答:工序:SO2 的烧制;炉气的净化与干燥;SO2 氧化制 SO3;SO3 吸收;原料加工;三废处理;成品酸储存;计量。原理: 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2;2SO2+O2=2SO3;SO3+H2O=H2SO4.工艺条件:硫铁矿制酸①矿石破碎,可用球磨机粉碎矿石;②筛分将已达到要求的颗粒 筛分出来;③配矿,为使焙烧炉操作易于控制,炉气成分均一,应采用恒定品位的矿料;④焙烧炉,将碎矿石进行焙烧制取 SO2 炉气;⑤脱水, 在滚筒烘干机内烘干;⑥净化,⑦吸收⑧三废处理,成品酸储存,计量。 1、硫铁矿接触法制硫酸生产分几个步骤?设置了哪些工序?各工序的任务是什么? 答:步骤:焙烧,转化,吸收;工序:原料预处理,焙烧、净化、转化、吸收、三废处理;原料预处理:粉碎、筛分、配矿、干燥脱水;焙烧:制 取 SO2 粗原料气;净化:除去 SO2 原料气中的有害杂质;转化:将 SO2→SO3;吸收 SO3+H2O→H2SO4;三废处理:除去尾气中的 SO2,综合利用烧 渣,处理酸液,污水。 2、硫酸焙烧的主要反应是什么?影响焙烧的原因有哪些?它们怎样影响焙烧速度? 答:主要反应:4FeS2+11O2=8SO2+2FeO3,3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4;影响焙烧因素:温度,矿料粒度,氧含量;温度升高,粒度减小,氧含量升高, 均能提高焙烧速度。 3、硫铁矿石中的杂质各以什么形态进入炉气和炉渣中? 答:铜、锌、镉的氧化物存在于炉渣中,PbO2、As2O3、SeO2、氟化物部分气化存在于炉气中。 17、硫酸生产产生的废料有哪些?其主要成分是什么?如何处理及应用? 答:废料:SO2、SO3(酸雾)的尾气;固体烧渣,酸泥,有毒废液,酸液。⑴尾气脱硫:湿法:氨法、碱法、金属氧化物法;干法:活性碳法、金属 氧化物干式脱硫法;⑵固体烧渣: (主要成分是氧化铁,同时伴有少量有色金属) ,回收利用:①作为高炉炼铁,②制取 FeCl3 和铁粉,③制 FeSO4 和铁红,④回收有色金属;⑶废液、酸液:采用碱性物质中和法或硫化中和法进行处理。⑷酸泥:从中提取硒。 18、硫酸生产的原料有哪些?用其生产硫酸有何特点?污染? 答:生产原料:硫铁矿,硫磺,冶炼烟气,石膏,硫化氢。硫铁矿:原料处理复杂,需净化炉气工序,所制炉气含 SO212~14%。天然硫磺:原料处 理简单,无净化炉气工序,便于控制,转化率可大 99.96%,排放尾气中 SO2 小于 50ml/m3.冶炼烟气:无原料处理和焙烧工序,需炉气净化,流程 复杂,制得的 SO2 浓度低,且气量及浓度波动大,成分复杂。有色金属硫化物:原料处理复杂,用空气燃烧的过程中生成 SO3 极少,尾气中 SO2 小于 200ml/m3, 取降到 100mg/m3, SO3 总脱硫率大于 99.5%。 石膏与磷石膏: 原料处理复杂, 需净化炉气工序, 流程复杂, 制得的 SO2 含量在 8~9%。 磷酸 1、写出电炉制磷的特点及工艺条件,反应式,每种原料各起什么作业? 答:Ca(PO4)2+5C+3SiO2=3CaSiO3+5CO+P2;在该反应中:磷矿石提供磷矿的有效成分以制的黄磷;焦炭的质量,用量和粒度是影响炉料导电性的主 要因素之一,该反应中既是还原剂又是导电体;硅石在还原过程汇总起助熔剂作用,能降低反应温度,加快原反应速度。⑴特点:生产流程由 5 部分组成,换料系统,供电系统,制磷电炉,除尘装置,收磷系统;工艺技术成熟,发展趋势是增大电炉容量,研究适于不同磷矿的原料预处理 技术和开发环境保护新技术;高污染,焦耗大,低电压,高电流,危险性大;强烈吸热反应,约在 1000℃开始,而反应加剧则是在 1450℃左右形 成熔融体后,在此高温下,磷从 P2 状态逸出,然后再结合 P4 分子。⑵工艺条件:①对原料的要求:在选择磷矿石,通常需要混合物种 P2O5 含量 大于 25%,磷矿的机械迁都热稳定性与力度也该适中,焦炭的质量、用量应适中,力度控制在 3~5mm,硅石要求 SiO2 含量大于 96%。②控制三相电 极端头在同一平面,电炉必须正压操作以防炉内吸入空气引发爆炸事故,应保证电极密封的正常状况电压控制在 220~240V。③粗磷的精制:含磷 炉气虽经过了除尘,但仍有部分粉尘与磷蒸汽在冷凝塔中同时进入液相,而形成稳定胶状物,未得到工业黄磷必须对粗磷精制。④4h 定时出渣, 压力系用微正压 2~20mmH2O。 2、写出热法磷酸的原理、特点 答: 热法磷酸生产系用黄磷燃烧一步法热法制酸, 发生的基本化学反应: P4+5O2=P4O10, P4O10+6H2O=4H3PO4;来自黄磷厂的精制磷放入熔磷槽融化, 用泵送入压磷桶,借助高位谁槽的压力降液态磷压入供磷桶,再送至燃烧水化塔顶部喷头,同时向磷喷头送入压缩空气雾化液磷并在塔内燃烧。 特点: 热法磷酸的生产方法, 普通系用电炉两步法: ①电炉逸出气体中 CO 含量达到 85~90%, 易于利用; ②制得磷酸纯度高; ③回收磷酸的设备小。 3、写出湿法磷酸的反应式并比较湿法磷酸和热法磷酸的特点 答: 湿法磷酸: CaF(PO4)2+5H2SO4+溶液=3H3P04+HF+5CaSO4+H2O+溶液; 第一步: H2PO4 分解磷矿: CaFPO4+mH2PO4+溶液=5Ca(H2PO4)2.H2O+(m.7)H3PO4+ 溶液+HF;第二步:磷酸钙料浆与稍过量的硫酸反应生成硫酸钙结晶与磷酸溶液:Ca(H2PO4)2+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4.nH2O+10H3PO4,与热法磷酸不 同,湿法磷酸具有:产品浓度低,杂质多,能耗低的特点。 4、写出湿法磷酸生产过程中 F 的变化式 答: ①产生的 HF 与磷矿中带入的 SiO2 反应:6HF+SiO2=H2SiO2+2H2O;②随磷酸浓度及湿度提高, H2SiF6 易分解: H2SiF6=SiF4↑+2HF↑;③过量 SiO2 存在时,分解加剧:2H2SiF6+SiO2=3SiF4↑+2H2O;④逸出的 SiF4 可用水吸收:3SiF4+(n+2)H2O=2H2SiF6+SiO2.nH2O↓. 5、影响湿法磷酸生产的因素 答: 湿法磷酸生产对硫酸钙结晶有两个明确要求: ⑴晶形稳定, 在生产过程中不会发生任何晶形的转变, 以保证生产操作的正常运行; ⑵结晶粗大, 整齐而均匀,具有良好的过滤盒洗涤性能。磷矿的酸分解影响:提高磷矿的分解速度,使实际生产的反应时间进一步缩短,提高反应温度与氢离 子浓度,提高矿粉细度从增大有效表面积,提高搅拌强度以增大向矿粒表面扩散的速度,强化反应过程并提高搅拌强度从增大向矿粒表面扩散的 速度,强化反应过程并提高磷矿的分解速度。杂质及添加剂的影响:杂质的存在降低了磷酸的质量,影响磷酸进一步加工利用,在相当程度上影 响硫酸钙的结晶过程与结晶的转化过程,溶解在磷酸中的无机和有机杂质及少量外加添加剂都能干扰硫酸钙结晶,从而影响磷酸的生产。 磷氨 1、比较普钙生产和重钙生产的异同 答:普钙是用硫酸分解硫矿分,经过混合、化成、熟化工序制成的,2CaF(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2PO4)2.H2O+7CaSO4+2HF;分两个阶段进行: (1) 硫酸分解磷矿生产磷酸和半水硫酸钙, (2)以第一阶段生成的磷酸分解剩余的磷矿粉,只有当硫酸耗尽后才能发生。工艺:烯酸矿粉法、弄算矿 浆法。主要设备:混合器、化成器(回转化成室,皮带成化室) 。重钙含有效 P2O5 有 40~50%,比普钙高 2~3 倍。生产方法:化成室法、无化成室 法。反应:7H3PO4+CaF(PO4)3+5H2O=5Ca(H2PO4)2.H2O+HF;工艺条件:磷酸含量:提高磷酸含量相应提高了氢离子浓度,从而加快了反应速率,同 时又降低了产品水分含量,缩短了熟化时间,减轻了干燥负荷,提高了产品质量。磷酸温度:主要影响初始的磷矿分解率,磷酸含量低时,采用 较高的磷酸温度有利于磷矿的分解。混合强度与时间:磷酸和磷矿粉混合时,其物料形态变化可一次分为流动期、塑性期、固态期。磷矿粉细度: 重钙所用矿粉细度比普钙高,一般要求通过 200 目的粒度要占 50%以上。 2、普钙生产和湿法磷酸的异同 答:普钙详见 1 题。详见 5、4、3 题。 3、写出磷铵的生产原理,比较磷酸一铵和磷酸二铵的异同 答:磷酸一铵和磷酸二铵养分含量高、物理性质和农化性质优良,既可作肥料直接施用,也是复混肥和液体肥料的重要磷源;不同:(主要有效成 分)一铵: NH4H2PO4, 热稳定性好, 不易吸潮, 在水中溶解度大;二铵: NH4) ( 2HPO4,NH4H2PO4, 稳定性较一铵差;原理: H3PO4(l)+NH3(g)=NH4H2PO4(固), △H=-,H3PO4+2NH3=(NH4)2HPO4(固) ,H3PO4+3NH3=(NH4)3PO4(固)。