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化工工艺思考题

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Ca2+ + CO32- = CaCO3↓ 澄清后制得母液Ⅱ(MⅡ)。 (2)一次吸氨和吸CO2

MⅡ进入喷射吸氨器吸氨后成AⅡ。用泵将其送入碳化塔,吸收CO2。 NH3(g) + H2O(l) = NH4OH(l) + 35.2kJ NH4OH(l)+ CO2(g) = (NH4)2CO3 + H2O + 24.6kJ

联碱法优点:

原料利用率高,可达95%以上;无需石灰窑,成本较低;有副产品NH4Cl;不需要蒸氨,缩短了制碱的流程,可节约投资四分之一;无大量废渣、废液排出。

缺点:

生产NH4Cl,溶液pH大大下降,腐蚀严重,影响产品纯度和设备使用寿命;由于一个循环过程包括制铵和制碱二个过程,生产周期长,生产强度比索尔维法低;NH4Cl作为化肥使用己有限,出路也有问题。

2. 联合制碱法生产纯碱的主原料及生产过程,有什么优缺点? 3. 制碱中所用到的主要设备有哪些?各有什么特点?

4. NaCl、 NH4Cl在水中和混和溶液中的溶解度有什么变化? P133 图表

5. 制碱过程中,二个重要参数β= c NH3 /c NaCl和α= c NH3 /c CO2,如何选择?为什么? β值 在AⅡ中, β= c NH3 /c NaCl, β<1,氨的浓度低,不能保证Na的充分利用;制碱要生成NaHCO3,pH最好在8~9之间,NH3稍过量,pH值正合适。若β= 1,生成的NH4Cl为酸性,不利于析出NaHCO3。若NH3过量太多,pH太大,会产生Na2CO3,而Na2CO3溶解度远大于NaHCO3,不易析出,氨也会被尾气带走,造成损失。 β值太高,吸CO2 后,也会有NH4HCO3 沉淀产生。所以β选择在1.04~1.12之间。

α值 α=c NH3 /c CO2。α值过低,会发生NaHCO3和NH4Cl共析现象;同时,CO2过多,pH太小, NaHCO3生成量很少。过高,氨的分压提高,逸出损失增大并使环境恶化。同时,pH太大,会产生Na2CO3,而Na2CO3溶解度远大于NaHCO3,不易析出。α值还和结晶温度有关。结晶温度为10 oC时, α= 2.1~2.4。

6. 制铵过程中,参数γ= cNa+/c NH3如何选择?为什么?

γ值 γ= cNa+/c NH3。它表达了盐析时应加入的NaCl量。从p134的图7-5可以看出,加入过少,达不到C15点,析出NH4Cl较少。加入过多,超过C15点,会有NaCl同时析出。当然γ也与析出温度有关,在10~15 oC时,γ应控制在1.5~1.8。

7. 制铵时为使NH4Cl更完全地沉析出来,可采取什么措施?原理是什么?

NH4Cl结晶(冷析) 母液换热器降温,使其温度接近NH4Cl结晶临界点 盐析效应 同离子效应,NH4Cl的溶解度更小

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第八章

1. 在矿石的精选中,有哪几种选矿法?浮选法的原理和所用试剂是什么? 手选、重力选,磁选和浮选

2. 化学热加工有哪些型式?各有什么特征?

煅烧 在低于熔点的高温下处理矿样,使矿石分解出挥发性组分的热加工方法。

焙烧 根据反应剂的不同,焙烧可分为氧化(氧气)焙烧;氯化(氯气)焙烧;硫酸化(三氧化硫)焙烧;还原(还原剂,如C、CO等)焙烧;SO2制造就属于氧化焙烧。

烧结 将矿粉、纯碱、硫酸钠、亚硫酸钠等烧结剂混合加热至半熔融状态的过程叫烧结。进行了化学转换。

熔融 将矿粉与固体反应剂在熔融状态下进行化学反应。

3. 无机矿物加工中,主要的分离方法有哪几种,都有哪些实例?

浸取 用溶剂分离和提取固体中组分的过程,又称固-液萃取。典型的实例有:用氨水提出明矾石中的硫酸钾;用氰化钠从金矿中提取金、银等。

置换 用电极电位低的活泼金属置换电极电位高的不活泼金属。例如:制取硝酸锌时,可用Zn(-0.763v)除去杂质Pb(1.69v)、Cd(-0.403v)、Cu(0.337v):

Pb2+(Cd2+、Cu2+ ) + Zn = Zn2+ + Pb(Cd、Cu)

沉淀法 杂质少而主成分多的体系,可采取沉淀杂质的办法;杂质多而主成分少的体系,可采取沉淀主成分的办法。如此,共沉淀影响小、损失小,有利于提纯。

萃取 将矿料制成溶液,用萃取剂(包括溶剂)从水相中将贵金属、稀有有色金属萃取进入有机相。关键是选择好萃取体系。要求分配比D>>1,选择性系数β>50。

4. 硫酸法和氯化法生产钛白粉的工艺过程和主要化学反应。 硫酸法 原料准备 酸解与浸取 FeTiO3 + 3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O FeTiO3 + 2H2SO4 = Ti OSO4 + FeSO4 + 2H2O 还原 净化 水解 Ti OSO4 + 2 H2O = TiO2·H2O↓+ H2SO4 Ti(SO4)2 + 3H2O = TiO2·H2O↓+ 2H2SO4 前处理 TiO2·x SO3·y H2O = TiO2 + x SO3↑+ y H2O↑ 煅烧

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后处理 氯化法 原料处理 氯化 TiO2 + 2C + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO t>700 oC TiO2 + C + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO2 t<700 oC

TiO2+2C + 4Cl2 = TiCl4 + 2COCl2 t = 900~1000oC TiCl4纯化与精制 氧化 TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2 后处理

5. 硫酸法生产钛白粉时,在钛铁矿被硫酸浸取后,为什么要加铁屑?

还原 :用铁屑(每吨矿消耗20~80kg)将浸取液中Fe3+还原为Fe2+。为了防止第e)步水解时, Fe3+先水解,影响钛白粉的颜色。同时亚铁盐溶解度低,可通过沉析除去。为防止钛液水解,温度应<60 oC。

6. 电化学生产的理论依据是什么?如何计算电化学方法的能量消耗?各种效率如何计算? 理论依据 电解过程依照法拉第定律进行。法拉第第一定律给出了电极上析出物质的量与电量之间的定性关系:

m = kIτ

而第二定律确定了k的值:电极上析出mol/n(n为析出物质离子所带电荷数)的物质,消耗相同的电量,为96500库仑,又称为1个法拉第。k = 96500n库仑/mol。

在工业上经常使用〝电化当量〞来表达通过1A·h电量时生产产品的质量: 1A = 1C/s 1A· h = 3600C 1F = 96500C = 96500/3600 = 26.8 A· h 电解1mol物质需26.8A·h电量,每A·h可生产物质即〝电化当量〞: k = M/26.8n (A· h) M:该物质摩尔质量,g/mol;

n:1mol该物质电解中,得到或失去的电子的摩尔量。 kCl2 = 70.92/(2×26.8) = 1.32g/ A· h kH2 = 2.016/(2×26.8) = 0.038g/ A· h kNaOH = 40.0/(1×26.8) = 1.492g/ A· h kCu = 63.5/(2×26.8) = 1.185g/ A· h

Eo/ E槽×100% = ηE

ηE称为电压效率。

实际产量/理论产量×100% =ηI ηI 叫电流效率。

电能效率η =ηE·ηI

= 生产1t产品理论电耗/生产1t产品实际电耗。

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7. 槽电压的构成。什么叫〝过电位〞?它在电化学生产中有什么影响?

E槽 = Eo + ES + △EL + △ER

式中:Eo:理论电压;ES:过电位;△EL:电解液电压降;△ER:外电路电压降。 离子在电极上放电、析出的实际电位比理论电位高,差值叫〝过电位〞。 金属离子过电位很小;而气体析出的过电位较大,有时会影响析出的顺序。

8. 电解NaCl溶液制NaOH的原理是什么?工艺过程和最后结果是什么? 2NaCl + H2O = 2 NaOH + H2(阴极)+ Cl2(阳极) 隔膜法 电解液制备与纯化 电解 浓缩 电解槽

阴极上析出氢气,水离解出的OH-与从阳极区渗透扩散来的Na+形成NaOH,由阴极一侧流出。

离子膜法 盐水二次精制 电解槽

电解液由阳极进入,在阳极上析出氯气,而Na+通过离子膜进入阴极室,水不能通过;阳极室的水的NaCl浓度降低,从阳极排出,经浓缩可再使用;在阴极,水分子析出氢气和OH-,由于OH-无法通过膜进入阳极室,所以OH-和Na+溶解在水中成为烧碱液,由阴极流出。

9. NaCl溶液的电解的阴、阳二极各由什么材质制得?它们的压力各需保持什么状态?理由何在?

阳极现以金属钛为基体,上涂有钌-钛层或钌-铱层 阴极为铁丝网或铁质多孔板

阳极 氯气 压力在20~30 Pa 小于大气压,防止氯气泄露 阴极 氢气 压力略大于大气压, 防止氢气混入空气

10. 精制NaCl溶液时,可用哪些絮凝剂?哪些不能用?为什么?

加纯碱、烧碱和氯化钡除去Ca2+、Mg2+、SO42-;再加入苛化淀粉、羧甲基纤维素或聚丙烯酰胺絮凝剂沉淀悬浮物。

11. 简述电解法精炼铜的原理和工艺过程。

精炼铜用电解法。粗铜作阳极,精铜片作阴极。CuSO4溶液为,阴阳两极间加直流电压 粗铜Cu在阳极上失去电子形成Cu2+,进入电解液

12. 简述工业制备〝去离子水〞的原理。

工业上可用阳离子和阴离子交换树脂混合床将自来水阴、阳离子除去,制得〝去离子〞纯水。

13. 简述〝电渗析法〞淡化海水的原理。

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