一、简答题1. 请简述罗茨鼓风机的启动操作要点。
①启动前检查润滑油液位是否正常,电气状况正常;②打开空气放空阀,开风机进口阀,开风机循环阀,风机出口阀关闭;③盘车数转,确认风机正常;④启动电机,查看电流,风压等正常,风机无异常声响;⑤缓慢开启风机出口阀,关闭循环阀,将空气引入系统。
2. 对于以传统银法生产甲醛的装置来说,如何提高装置生产负荷?
①适当提高蒸温,使氧温略降;②适当增加空气流量,使氧温回升;③适当增加配料蒸汽;④调节蒸温以温度氧温;⑤二塔适当增加软水。
3. 请简述电解装置在操作中的注意事项。
①严格控制电流密度和电解温度,严格控制一、二次电解时的电流密度和电解温度;②电解过程中不能使阴极和阳极之间短路,以免烧毁整流器;③清洗电解银时用10%的2~4滴盐酸滴定电解银清洗液,以不发生混浊为合格,若发生混浊,则必须对电解银进行重新清洗;④电解槽一经开工必须连续生产8h以上,中途严禁人为断电;⑤电解时以阴极不发生气泡为限;⑥每周对电解液浓度分析2次以上,如果电解液浓度低于规定要求,则必须立即补加硝酸银。
4. 在反应器点火开车时,应如何控制甲醇蒸发液位?
①甲醇蒸发液位是较重要的参数之一,必须稳定控制,同时在反应器点火前后甲醇蒸发温度波动较大,甲醇的蒸发液位直接影响甲醇蒸发温度,因此甲醇蒸发液位应严格控制;②由于反应器点火时要在甲醇的爆炸极限上限外,即为防止发生爆炸事故,要在甲醇过量的情况下进行点火,此时甲醇蒸发温度较高,甲醇蒸发量大,甲醇蒸发液位调节阀阀门开度较大;③在点火过程中,在未点燃前,应降低蒸发温度,要保持蒸发液位稳定就必须减小蒸发液位阀门开度;④待反应器点火成功后,当反应温度和其他条件都稳定时,蒸发液位控制也较稳定,阀门可保持相对稳定的开度;
5. 温度作为影响甲醛吸收效果的一个重要因素,温度过高对吸收不好,温度过低,影响甲醛产品质量,试问:在实际生产中应如何控制吸收塔温度?
①在甲醛吸收过程中,为了降低吸收的温度,就必须把甲醛的溶解热、水蒸气的冷凝热以及气体混合物的显热等都要不断从吸收塔中移出;②工业上是采用加大喷淋量来带走吸收塔中的富余热量,通过冷却器用冷却水带走吸收液热量,以达到降低吸收液温度的目的;③同时,由于在低温条件下,甲醛容易聚合,会产生多聚甲醛水合物沉淀,因此吸收温度也不能太低;④对于甲醛浓度为37%(质量分数)的一塔吸收液来说,温度应控制在40℃左右;⑤吸收二塔顶的温度应控制到20~25℃,以保持尾气温度在30℃以下。
6. 请分析影响甲醇转化甲醛的反应过程的主要因素。
①反应器的结构与状态;②催化剂性能;③反应温度;④氧醇比;⑤水醇比;⑥空速即接触时间;⑦反应气纯度与反应压力。
7. 请分析电解温度对电解银催化剂质量的影响。
①电解液温度会影响到银析出的速度和形状;②若温度高,银析出的速度快,得到的是长纤维状结晶银;③若温度低,银析出的速度慢,得到的是粗纤维状结晶银;④一般,一次电解时温度控制较低,其目的是为了对使用过的催化剂进行提纯,二次电解时温度控制较高,其目的是为了得到具有一定比表面积的电解银;⑤若电解液温度控制过高,电解液蒸发快,需要经常调整电解液浓度。
8. 请简述甲醛反应过程与原料混合气空速大小的关系。
①在甲醛反应过程中,如空速太大,也就是停留时间太短,则原料混合气在催化剂床层来不及完全反应就通过,导致甲醇转化率低;②如空速太小,则根据吸附理论,气体不易克服外扩散等阻力,使到达催化剂表面的几率减小,甲醇转化率减小;③同时,由于空速小则停留时间长,反应后生成的产物不能及时离开催化剂床层,就会造成副反应增加,亦使产率下降;④因此,空速选择应在合适范围内,过高过低均要影响甲醛产率。
9. 试分析原料气过热的目的及影响原料混合气过热的因素。
①原料气过热的目的是为了提高三元混合气的温度,防止它在输送过程中冷凝,以稳定原料混合气气相三元配比,确保反应顺利进行;②影响原料混合气过热的因素主要有:过热器的结构与状态和传热媒体的温度;③过热器的结构与状态决定着过热效果,以蒸汽为传热媒体的过热器中不凝气的存在和冷凝水的积聚会影响其传热性能的发挥,因此,使用时应排出过热器壳体内的空气和冷凝水,同时要防止疏水器失灵;传热媒体温度高,则过热效果好,以蒸汽为热源时,其温度的高低取决于蒸汽压力的大小,因此在生产中应保持一定的蒸汽压力。
10. 请综合分析甲醛产品中酸含量高的原因。
①催化剂铺装和厚度不均匀,造成气流分布不均,发生局部过热反应;②操作不当,使催化剂床层产生裂缝或塌陷,催化剂床层可见明显亮点,发生深度氧化反应;③原料气夹带液体进入反应器,造成催化剂表面结块,使副反应加剧;④氧温偏高,这是引起酸值升高的常见原因;⑤原料甲醇不合格,如氧化值低,水溶性差或含有乙醇;⑥吸收塔温度高,吸收塔冷却器的冷却效果差;⑦催化剂被铁质或其他杂质毒化。
11. 请简述预防甲醛尾气中CO
2含量偏高的措施。
①净化原料气,防止铁锈等杂质带入反应器污染催化剂;②尽量缩短氧化器花板于列管冷却器管板间的距离,尽量降低催化剂床层铺装厚度;③使反应产物急速冷却,不产生其他副反应。
12. 试简述预防产品中酸含量高的措施。
①保证催化剂的制造质量,提高铺装技巧,按平整、均匀、严实的要求搞好催化剂的铺装;②净化原料气,对各类过滤器都要定期更换过滤介质,过滤介质铺装合理,防止短路;③加强对原料甲醇的监测,不使用不合格的原料;④反应器的入口设计应带有气液分离装置,以防止冷凝液进入催化剂床层,另外,配料蒸汽管道最好选用不锈钢,进反应器前的设备及管路应设有冷凝液排放口,各采汽点接口也应设有排冷凝液装置;⑤适当缩短列管冷却器和花板之间的距离,以尽量减少副反应的发生。
二、计算题1. 测得盛有甲醇溶液25mL的比重瓶的质量为28.649g,空比重瓶的质量为8.254g。求甲醇溶液的密度?
解:根据公式:
解得:ρ=0.8158g/mL
答:甲醇溶液的密度为0.8158g/mL。
2. 试计算空气在温度为20℃、压力为101.3kPa下的密度?(设空气为理想气体)
解:根据公式PV=nRT,
所以得
答:空气的密度为1.206kg/m
3。
3. 某甲醛装置氧化器内直径为1600mm,已知某天进入氧化器的原料混合气体积流量为3600m
3/h,空速为120000h
-1,试求该氧化器催化剂床层的高度。
解:空速的数学表达式为:
则:
式中 S=3.14×0.8
2=2.0096m
2,V=3600m
3/h,V
空=120000h
-1,代入式中得:
h=0.0149m即该氧化器催化剂床层高度约为1.5cm。
答:该氧化器催化剂床层的高度约为1.5cm。
4. 某天甲醛的产量为60t,共消耗甲醇28t,产品中甲醇含量为2.0%,尾气中甲醇含量为0。求甲醇的转化率?
解:
根据题意,代入相关数据得:
答:甲醇的转化率为95.7%。
5. 某甲醛厂甲醛产量为46.743kmol/h,浓度为37%,甲醇总耗量为19.583kmol/h,反应所消耗的甲醇量为18.829kmol/h,试计算甲醇的转化率、催化剂的选择性和甲醛产率?
解:实际所得的目的产物量为:
46.743×37%=17.295kmol/h
答:甲醇的转化率为96.15%;催化剂选择性为91.80%;甲醛产率为88.32%。
6. 某甲醛装置某天生产甲醛产品产量为22t,甲醇投料量为10t(浓度为98%),其中甲醛产品中甲醇含量为1.5%,试求甲醇转化率。(假设甲醇无深度氧化反应)
解:根据公式:
代入数据得:
转化率=(10×98%-22×2%)×100%/10=93.6%
答:甲醇转化率为93.6%。
7. 已知某甲醛装置生产数据为:甲醇消耗为627kg/h,饱和水蒸气的定压比热容为C
P=39.15kJ/kmol,设其他反应条件不变,配料水蒸气浓度从58%升高到62%,原料混合气从120℃升高到640℃。试求氧温将会升高多少?(假设原料混合气升温1℃,平均吸热为3438kJ,水的相对分子质量为18)。
解:当配料浓度为62%时,水蒸气量为:
627÷62%-627=384.3kg/h,折合为摩尔流量为:384.3÷18=21.35kmol/h
当配料浓度为58%时,水蒸气量为:
627÷58%-627=454.0kg/h,折合为摩尔流量为:454.0÷18=25.22kmol/h
即水蒸气减少量为:25.22-21.35=3.87kmol/h。
原料混合气从120℃升高到640℃所吸收的热量为:
3.87×39.15×(640-120)=7.89×104kJ
则反应温度将升高:7.89×104÷3438=22.94℃。
答:氧温将会升高22.94℃。
8. 在甲醇蒸发器中,假设有温度为20℃的甲醇5000kg,为使甲醇升高到50℃,如不发生相变,请问需要多少热量?(已知甲醇定压比热容C
p=2.34kJ/kg·K)
解:根据Q=wCpΔt
式中Δt=t2-t1=30K
w=5000kg Cp=2.34kJ/kg·K
解得:
Q=5000×2.34×30=3.51×105kJ。
答:需要的热量为3.51×105kJ。
9. 为了预热空气,用压力为0.4MPa的饱和水蒸气在列管换热器中加热空气,蒸汽的质量流量为50kg/h,空气流量为1600kg/h,水蒸气冷凝液饱和温度下排出,空气的进口温度为25℃,空气在该温度范围内的平均定压比热容为1.015kJ/kg·K。0.4MPa饱和水蒸气的气化潜热为2138.5kJ/kg,试求空气的出口温度?(假设整个换热过程中热损失为:Q
损=1000kJ/h)
解:Q进=50×2138.5=106925kJ/h,已知t进=273+25=298K
Q出=W空气×Cp空气×(t出-t进)=1600×1.015×(t出-298)
因为:Q进=Q出+Q损
则:106925=1600×1.015×(t出-298)+1000
t出=363K
即:空气加热后的出口温度为90℃。
答:空气的出口温度为90℃。
10. 某甲醛装置反应器内直径为1200mm,如果进入反应器的原料气流量为1500m
3/h。试计算原料气的线速度?
解:已知反应器D=1200mm,V=1500m
3/h,
则:
答:原料气的线速度为0.369m/s。
11. 设某甲醛氧化器直径为1600mm,催化剂床层高度为25mm,原料混合气流量为120kmol/h,试求空速和接触时间?
解:催化剂的装填体积为:
V=3.14×0.8
2×0.025=0.05024m
3 答:空速为53503.18h
-1;接触时间为0.067s。
12. 已知某甲醛装置正常生产时甲醇投料量为1.2t/h,当氧化器处原料混合气中甲醇配料浓度从60%增加到70%(质量分数)时,试问需要减少多少水蒸气量?(假设甲醇蒸发量保持不变)。
解:
当甲醇配料浓度为60%,设需加入系统的水蒸气量为X,
当甲醇配料浓度为70%,设需加入系统的水蒸气量为Y,
因此:需要减少的水蒸气量为0.8-0.5143=0.2857t/h。
答:需要减少的水蒸气量为0.2857t/h。
13. 设甲醛氧化脱氢生成甲醛的过程中无其他副反应,试求甲醇的理论消耗?
解:甲醇氧化反应式为:CH
3OH+1/2O
2=HCHO+H
2O
甲醇脱氢反应式为:CH
3OH=HCHO+H
2 由方程式可看出:每生成1mol甲醛所消耗甲醇均为1mol。
因此,
=1.067t100%CH
3OH/t100%HCHO
答:甲醇的理论消耗为1.067t100%CH
3OH/t100%HCHO。