无机化工工艺学

合成氨工业1.1 气态烃类蒸汽转化法天然气在高温下与蒸汽作用制取合成氨粗原料气反应CnHm+nH2O(l)=nCO+(n+m/2)H2这是强吸热反应，热量的供给方式不同有两种制备粗原料气的方法：外部供热的蒸汽转化法内部蓄热的间歇操作法粗原料气要求：残余甲烷低于0.5% （H2+CO)/N2在2.8~3.1间在高温有催化剂存在的条件下可实现下述反应：CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)但要完成这一工业过程，必须对可能发生的主要反应及副反应进行详细研究。

主要的副反应有CH4(g) = C (s) + 2H2(g)2CO(g) = CO2(g) + C(s)CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g)1.1.2 甲烷蒸汽转化反应原理1.1.2.1 CH4转化反应热力学1、化学平衡常数独立反应数=系统中物质数-物质元素数本反应系统独立数=6-3=3个，若不考虑炭黑的存在，独立反应可取2个，即 CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)两个制气反应的平衡常数为24423CO H p CH H O p p K p p = 2282CO H p CO H Op p K p p =上式是将体系视为理想气体混合物的结论，通常转化过程压力不是太高，用它来计算误差不大。

但要求较高的设计需要计算逸度系数，用逸度代替上式中的压力才是准确关系。

利用热力学原理可导出平衡常数与温度的关系。

只需要反应焓变与温度的关系就可根据导出平衡常数与温度的关系。

02ln //()p d K dT H RT =∆4372lg 9864.57/8.3666lg 2.0814101.87371013.883p K T T T T --=-+-⨯+⨯-8372lg 2183/0.09361lg 0.632101.0810 2.298p K T T T T --=++⨯-⨯-Kp 的求法有两种，查图和经验式。

第二章、固体燃料气化1、最近十多年我国合成氨原料构成是以煤、焦炭为主。

2、煤化过程的第一阶段，首先是形成年轻的泥炭，继后逐次形成褐煤、次烟煤、烟煤、最终形成无烟煤和天然石墨。

3、煤气的分类：（1）空气煤气以空气作为气化剂所制得的煤气，可作为合成氨原料气中氮的来源。

（2）水煤气以水蒸气作气化剂所制得的煤气。

其中氢气和一氧化碳的含量在85%以上。

主要作为合成氨原料气中氢气的来源。

（3）混合煤气以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。

主要用作工业气体燃料。

半水煤气分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气按混合后气体中（H2+CO）与N2的摩尔比为3.1-3.2的比例进行掺配。

4、5、煤在汽化炉中进行的气化过程包括：干燥、热解以及由热解生成的碳与气化剂反应阶段。

一）、煤的干燥：煤中水分包括三类：1、吸附在煤表面的外表水，叫游离水；2、吸附于煤结构体毛细孔中的吸附水3、煤中含氧基团-OH和-COOH相连的水，叫化学键态水。

其中1和2中的水在温度高于100℃，即可缓慢的释出（此过程为蒸发）。

3中的键态水在150-300℃时，开始分解，放出CO2和CO。

二）煤加热分解：三）、气化反应的化学平衡：1、以空气或富氧空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为：C+O2= CO2；C+1/2O2=CO；C+CO2=2CO；CO+1/2O2=CO26、O2全部与C反应生成CO2，CO2的平衡转化率为α，总压为P；空气中N2∕O2的摩尔比为79∕21=3.76计算基准取1molO2。

C + CO2 = 2CO平衡时：1-ɑ2ɑ气相总量=1-ɑ+2ɑ+3.76=4.76-ɑmol由此求得各组分分压将分别代入平衡常数式中整理得：7、以水蒸汽作气化剂时碳与水蒸汽的反应为：C+H2O(g)=CO+H2 ，C+2H2O(g)=CO2+2H2 CO +H2O(g)=CO2+2H2 C +2H2=CH48、制取半水煤气的工业方法，按其供热方式可分为：①蓄热法也称间歇式制气法。

无机化工工艺学第三版《无机化工工艺学》是一本介绍无机化工工艺的教材，这是第三版的版本。

本书内容丰富全面，涵盖了无机化工工艺学的基本理论、技术应用和相关工程实践。

下面将简要介绍本书的主要内容和意义。

首先，本书的第一章到第四章主要介绍了无机化工工艺学的基本概念、基本原理和基本过程。

包括无机化工的定义、分类和特点，以及无机化工工艺的基本原理、传热传质过程、相变过程和反应动力学等内容。

这些章节对于初学者来说是很重要的，它们可以帮助初学者理解无机化工工艺学的基本理论和方法。

其次，本书的第五章到第九章介绍了无机化工工艺学的主要技术应用和相关工程实践。

其中包括无机化工反应器的设计与操作、燃烧和氧化过程、干燥和结晶过程、分离和纯化过程、以及催化剂和吸附剂的应用等。

这些章节详细讲解了各种无机化工工艺的原理、设备和操作方法，对于实际工程中的无机化工工艺设计和操作具有重要意义。

此外，本书还介绍了一些无机化工工艺学的前沿技术和研究方向。

比如，杂质的控制与去除、废水处理和固体废弃物的处理等。

这些内容反映了无机化工领域的最新研究进展和工程实践，并提供了一些解决实际问题的方法和思路。

《无机化工工艺学》第三版的出版对于无机化工工程专业的学生和从事无机化工工程研究和实践的工程技术人员都具有重要意义。

通过学习本书，可以帮助学生掌握无机化工工艺学的基本理论和技术方法，培养工程实践能力。

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综上所述，《无机化工工艺学》第三版是一本内容丰富、全面详细的教材，对于无机化工工程学科的学术研究和实际工程应用都具有重要意义。

希望通过学习本书，读者能够更好地理解无机化工的基本理论和技术方法，并在实际工程中能够灵活运用。

•1生产硫酸的原料有硫磺、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。

硫磺、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

•硫铁矿曾是中国硫酸工业的主要原料，目前硫磺用量最多，也使用冶炼废气和硫磺生产硫酸。

•大部分原料需先制成含二氧化硫的原料气，才能进一步制造硫酸。

• 2.硫酸生产分为原料处理、焙烧、净化、干吸、转化、尾气回收几个阶段，各工序作用如下：•⑴原料工序：•负责硫铁矿的过筛、配料与输送；•⑵焙烧工序：•对硫铁矿进行沸腾焙烧，制取二氧化硫气体；•⑶净化工序：•通过离心除尘、水洗与电除雾对炉气进行净化；•⑷干吸工序：利用浓度为93％的浓硫酸对净化后的炉气进行干燥；同时利用浓度为98％对转化后气体中的三氧化硫进行吸收；干燥酸在使用过程中浓度会降低，而吸收酸在使用过程中浓度会升高。

因此在生产过程中，两种酸之间要进行串酸操作。

•⑸转化工序：干燥后的炉气在催化剂作用下，SO2经过催化氧化为SO3。

•⑹硫酸储存工序：储存产品。

•(7)尾气回收•3、简述硫酸生产两转两吸工艺的优、缺点优点：①转化反应速度快，最终转化率高；②能处理SO2含量较高的气体；③能减轻尾气的危害。

缺点：①热量损失大；②阻力大，能耗增加；③流程长，操作复杂能量消耗大。

4.简述氨碱法生产纯碱的优、缺点。

优点：原料便宜；生产过程中氨能循环使用，损失少；能实现大规模连续生产；易实现机械化和自动化；产品质量高。

缺点：原料利用率低；废液废渣污染严重，不便在内陆建厂；母液中含有大量的NH4Cl，需加入石灰乳才能使之分解，并通过蒸馏回收氨，设置蒸氨塔消耗大量蒸汽和石灰；流程长，设备庞大，能量消耗大。

无机化工工艺学复习 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】•1生产硫酸的原料有硫磺、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。

硫磺、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。

•硫铁矿曾是中国硫酸工业的主要原料，目前硫磺用量最多，也使用冶炼废气和硫磺生产硫酸。

•大部分原料需先制成含二氧化硫的原料气，才能进一步制造硫酸。

• 2.硫酸生产分为原料处理、焙烧、净化、干吸、转化、尾气回收几个阶段，各工序作用如下：•⑴原料工序：•负责硫铁矿的过筛、配料与输送；•⑵焙烧工序：•对硫铁矿进行沸腾焙烧，制取二氧化硫气体；•⑶净化工序：•通过离心除尘、水洗与电除雾对炉气进行净化；•⑷干吸工序：利用浓度为93％的浓硫酸对净化后的炉气进行干燥；同时利用浓度为98％对转化后气体中的三氧化硫进行吸收；干燥酸在使用过程中浓度会降低，而吸收酸在使用过程中浓度会升高。

因此在生产过程中，两种酸之间要进行串酸操作。

•⑸转化工序：干燥后的炉气在催化剂作用下，SO2经过催化氧化为SO3。

•⑹硫酸储存工序：储存产品。

•(7)尾气回收•3、简述硫酸生产两转两吸工艺的优、缺点优点：①转化反应速度快，最终转化率高；②能处理SO2含量较高的气体；③能减轻尾气的危害。

缺点：①热量损失大；②阻力大，能耗增加；③流程长，操作复杂能量消耗大。

4.简述氨碱法生产纯碱的优、缺点。

优点：原料便宜；生产过程中氨能循环使用，损失少；能实现大规模连续生产；易实现机械化和自动化；产品质量高。

缺点：原料利用率低；废液废渣污染严重，不便在内陆建厂；母液中含有大量的NH4Cl，需加入石灰乳才能使之分解，并通过蒸馏回收氨，设置蒸氨塔消耗大量蒸汽和石灰；流程长，设备庞大，能量消耗大。

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。

6、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。