《典型化工工艺》专题十九 合成氨（6）（举一反三考点练） -课后自测（卷2）

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题十九 合成氨（6）-课后自测 知识点一 合成氨的基本原理 1.在工业氨合成生产中，为什么需要严格控制原料气中的硫含量？ 2.氨合成反应采用循环流程的目的是什么？请简要说明其工作原理。 3.工业生产中为何选择铁催化剂而非其他金属催化剂？列举两个主要原因。 4.氨合成反应的最佳温度通常选择在______℃左右，这是因为需兼顾______和______两个因素。 5.工业氨合成催化剂使用前需进行______处理，将其主要成分从______还原为具有活性的______。 知识点二 合成氨工艺条件的选择 1.某合成氨厂发现催化剂活性下降，氨产量降低。请分析可能的原因及解决措施。 2.某厂采用30MPa压力合成氨，但能耗较高。请提出两种降低能耗的合理措施，并说明原理。 3. 生产中发现合成塔出口氨浓度低于设计值，请列出三种可能的工艺参数异常及调整方法。 4.氨合成反应的最适宜温度随氨含量的增加而______（升高/降低），这是因为该反应是______（放热/吸热）反应。 5.操作压力为30MPa时，空速一般控制在______h⁻¹，此时氨净值约为______%。（2分） 知识点三 合成氨的工艺流程 1. 在氨合成生产过程中，为什么要控制循环气中的惰性气体含量？实际生产中如何调节惰性气体含量？ 2. 凯洛格氨合成流程中，新鲜气为什么要经过多级冷却（8℃→1℃→-23℃）后才进入高压氨分离器？ 3. 中压合成流程中，中置式锅炉是如何实现热能回收的？这对工厂经济效益有何影响？ 4. 实际生产中，若发现合成塔出口氨含量突然下降，可能有哪些原因？如何排查？ 5.在中压合成流程中，循环气通过________和________两次冷却分离液氨，未反应的氢氮气经循环压缩机返回合成塔。 6.凯洛格流程中，新鲜气在第二缸压缩机与循环气混合后，经水冷却器温度降至________，再通过三级氨冷却器最终冷却至________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题十九 合成氨（6）-课后自测 知识点一 合成氨的基本原理 1.在工业氨合成生产中，为什么需要严格控制原料气中的硫含量？ 【答案】硫化物（如H₂S）会使铁系催化剂永久中毒，导致催化剂失活。因此，原料气在进入合成塔前必须经过严格的脱硫处理，以延长催化剂使用寿命，保证生产效率。 2.氨合成反应采用循环流程的目的是什么？请简要说明其工作原理。 【答案】由于氨合成反应的单程转化率较低（约10%-20%），循环流程可将未反应的H₂和N₂重新送回合成塔继续反应。工作原理：反应后的气体经冷却分离出液氨后，剩余气体（含未反应的H₂、N₂）经压缩机增压后重新进入合成系统，从而提高原料利用率。 3.工业生产中为何选择铁催化剂而非其他金属催化剂？列举两个主要原因。 【答案】（1）铁催化剂（Fe₃O₄基）活性高且成本较低； （2）铁催化剂在高温高压条件下稳定性好，寿命长。 4.氨合成反应的最佳温度通常选择在______℃左右，这是因为需兼顾______和______两个因素。 【答案】450-500；反应速率；平衡产率 【解析】温度过低时反应速率太慢，过高则平衡产率下降（因反应放热）。450-500℃是工业上权衡速率与平衡后的优化区间。 5.工业氨合成催化剂使用前需进行______处理，将其主要成分从______还原为具有活性的______。 【答案】还原；Fe₃O₄；α-Fe 【解析】新鲜催化剂的主要成分是Fe₃O₄，需用H₂在高温下还原为α-Fe才具有催化活性。还原过程直接影响催化剂的最终性能。 知识点二 合成氨工艺条件的选择 1.某合成氨厂发现催化剂活性下降，氨产量降低。请分析可能的原因及解决措施。 【答案】可能原因：催化剂中毒：原料气中含硫、氯等杂质使催化剂失活。温度过高：长期超温导致催化剂烧结。老化失活：催化剂使用时间过长，活性自然下降。 解决措施：净化原料气：加强脱硫、脱氯处理。严格控制温度：避免超温操作。更换催化剂：若失活严重，需停车更换。 2.某厂采用30MPa压力合成氨，但能耗较高。请提出两种降低能耗的合理措施，并说明原理。 【答案】优化反应温度：控制在最适宜温度范围（400-500℃），避免过高温度增加能耗。提高原料气纯度：减少惰性气体含量（如CH₄、Ar），降低循环气压缩能耗。采用节能设备：如使用高效换热器回收反应热。（任选两点） 3. 生产中发现合成塔出口氨浓度低于设计值，请列出三种可能的工艺参数异常及调整方法。 【答案】氢氮比偏离3:1：调整新鲜原料气的H₂/N₂比例至3:1。空速过高：降低空速，延长气体与催化剂接触时间。惰性气体积累：排放部分循环气，降低惰性气体含量。 4.氨合成反应的最适宜温度随氨含量的增加而______（升高/降低），这是因为该反应是______（放热/吸热）反应。 【答案】 降低；放热 【解析】氨合成是放热反应，平衡氨含量随温度升高而降低。随着反应进行（氨含量增加），需降低温度以维持较高反应速率和平衡。 5.操作压力为30MPa时，空速一般控制在______h⁻¹，此时氨净值约为______%。（2分） 【答案】 20000-30000；10-15 【解析】教材明确数据：中压法（30MPa）空速典型值为20000-30000h⁻¹。对应氨净值范围为10%-15%。 知识点三 合成氨的工艺流程 1. 在氨合成生产过程中，为什么要控制循环气中的惰性气体含量？实际生产中如何调节惰性气体含量？ 【答案】惰性气体（如甲烷、氩气）不参与反应，但会降低氢气和氮气的分压，影响反应速率和平衡转化率。实际生产中，通常采用部分放空（驰放气）的方式排放部分循环气，以降低惰性气体积累，同时补充新鲜原料气维持系统压力。 2. 凯洛格氨合成流程中，新鲜气为什么要经过多级冷却（8℃→1℃→-23℃）后才进入高压氨分离器？ 【答案】多级冷却可逐步降低气体温度，使氨气充分冷凝为液氨，提高分离效率。若直接冷却至-23℃，能耗高且可能冻结水分或杂质，影响设备运行。分级冷却能优化能耗，并确保氨的高效回收。 3. 中压合成流程中，中置式锅炉是如何实现热能回收的？这对工厂经济效益有何影响？ 【答案】合成反应放出的热量通过中置式锅炉产生蒸汽，可用于发电或工艺加热。热能回收降低外购能源成本，提高能源利用率，直接提升工厂经济效益。 4. 实际生产中，若发现合成塔出口氨含量突然下降，可能有哪些原因？如何排查？ 【答案】可能原因：催化剂活性降低（中毒或老化）；原料气比例失调（H₂/N₂偏离3:1）；系统压力或温度异常； 排查步骤：① 检查催化剂状态；② 分析原料气组成；③ 监测反应温度、压力曲线。 5.在中压合成流程中，循环气通过________和________两次冷却分离液氨，未反应的氢氮气经循环压缩机返回合成塔。 【答案】水冷器、氨冷器 【解析】 流程中气体先经水冷器初步冷却分离部分液氨，再经氨冷器深度冷却分离剩余液氨。 6.凯洛格流程中，新鲜气在第二缸压缩机与循环气混合后，经水冷却器温度降至________，再通过三级氨冷却器最终冷却至________。 【答案】38℃、-23℃ 【解析】 混合气经水冷却器降至38℃，再通过氨冷却器三级冷却至-23℃。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$