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《化学工程工艺学》A卷参考答案
一、填空题（本大题共4个小题，每空1分，共10分
1、_水溶性__和__水不溶性；2、_>30% 、26%~30%_ 、_<26%__ 3、_破碎_、___粉碎__4、成核_ 、生长 和转晶
二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分）
1、D2、A3、A4、B5、C 6、D7、C8、C9、D10、C
三、问答题（本大题共4个小题，每题10分，共40分）
1、答：先将经计量的去离子水加入聚合釜内，在搅拌下加入经计量的分散剂水溶液和其他助剂，再加
入引发剂，上人孔盖密闭，充氮试压检漏后，抽真空或抽氮气排除釜内空气，再加入氯乙烯单体，在搅拌及分散剂的作用下，氯乙烯分散成液滴悬浮在水相中。加热升温至预定温度（45~65℃）进行聚合。反应一段时间后，釜内压力开始下降，当压力降至预定值时（此时氯乙烯的转化率为85%左右），加入终止剂使反应停止。经自压和真空回收未反应单体后，树脂浆料经汽提脱除残留单体，再经离心洗涤分离、干燥、包装，制得PVC树脂成品。
2、答：磷铵肥法（PAFP）烟气脱硫技术是利用活性炭催化氧化制酸的机理，将烟气中
的SO２ 吸附脱除制成H２SO４,通过与之配套的综合利用工艺，最终可生产出磷铵复合肥料或硫酸亚铁等综合利用产品。PAFP烟气脱硫技术是由烟气脱硫和脱硫副产物的综合利用二部分组合而成。其工艺原理是烟气中的SO2在通过活性炭时被吸附，吸附在活性炭表面的SO2被催化氧化成SO3，与烟气中H2O接触，以硫酸的形态吸附在活性炭内，当活性炭吸附饱和后进行洗涤再生，最终以稀硫酸的产品形式产出。本项技术因在活性炭的选择和洗涤方式上具有独特强化的工艺，可以使回收的SO2生产出浓度为30%左右的稀硫酸。
3、答：天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。即：1、压缩工序2、脱硫工序3、一段炉和二段炉转化工序4、一氧化碳变换变换工序5、二氧化碳脱除工序等主要工序。
4、答：1）重选是根据矿粒之间密度的差异，在一定的介质中（通常为水、重液或重悬浮液及空气），借助流体浮力、动力及其他机械力的推动而松散，在重力（或离心力）及黏滞阻力作用下，使不同密度(粒度)的矿粒发生分层转移，从而达到分选的目的。采用重选，矿粒之间的密度差异越大，越易于分选，越小分选越难。重选通常是在垂直重力场、斜面重力场、离心力场中进行。
2）磁选是依据矿物磁性的差异，在非均匀磁场中实现的分选方法。在外磁场作用下使物体显示磁性的过程，称为磁化。矿粒在不均匀磁场中的磁化是磁选过程的基本物理现象。为了衡量物体被磁化的程度，引入磁化强度矢量的概念，用J表示，磁化强度的方向随矿粒性质而异，对于顺磁性矿物，磁化强度方向与外磁场方向一致，对于逆磁性矿粒，两者则相反。 在磁选中，按照比磁化系数的不同可将矿物分为四类，即强磁性矿物、中磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。磁选设备的类型很多，其分类方法也较多，例如按磁源分为电磁和永磁，按作业方式分为干式和湿式，一般按磁场强度或磁场力大小分为弱磁场磁选机和强磁场磁选机（包括高梯度磁选机）。
3）利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒的过程，旧称浮游选矿，是应用最广泛的选矿方法。几乎所有的矿石都可用浮选分选。浮选适于处理细粒及微细粒物料，用其他选矿方法难以回收小于10μm 的微细矿粒，也能用浮选法处理。一些专门处理极细粒的浮选技术，可回收的粒度下限更低，超细浮选和离子浮选技术能回收从胶体颗粒到呈分子、离子状态的各类物质。浮选还可选别火法冶金的中间产品，挥发物及炉渣中的有用成分，处理湿法冶金浸出渣和置换的沉淀产物，回收化工产品（如纸浆，表面活性物质等）以及废水中的无机物和有机物。
四、计算题（本大题共1个小题，共10分 ） 解：(1)原料气的C/H比, 以100mol为基准
出口干气: C 10.12+10.33+9.68= 30.13 H 69*2+9.68*4=176.72 原甲烷中的H 30.13*4=120.52
H2O/ CH4 = 3.8, 加入的水量 30.13*3.8=114.49 原料气的中总氢 228.99+120.52=349.51 C/H=30.13/349.51=0.086, H/C=11.6 (2) 水中折合的H量 114.9*2=228.99
反应后剩余的H量为 349.51 -176.22=173.29 折合成水分子量 173.29/2=86.64 总量 100+86.64=186.64 CO 10.12/186.64=5.42% CO2 10.33/186.64=5.53% H2 69/186.64=36.97% CH4 9.68/186.64=5.19 N2 0.87/186.64=0.466% H2O 86.64/186.64=46.42%
五、综合分析题（本大题共1题，共20分）
（1）用硫酸与矿粉在200℃进行反应，因高温下硫酸腐蚀强，故采用压缩空
气进行搅拌。
（2）反应浸取得到的液体，加入絮凝剂进行沉降。 （3）沉降槽底部的稠浆经板框压滤机过滤。
（4）得到的液体与沉降的清液送入冷冻结晶器得到硫酸亚铁。 （5）硫酸亚铁晶浆送入离心机分离晶体，获得硫酸亚铁产品。 （6）液体送入浓缩，经降膜式蒸发器增浓。 （7）浓缩后的液体送去水解结晶，水解温度110℃。 （8）晶浆经真空叶滤机过滤洗涤，获得偏钛酸 （9）经回转窑煅烧，温度800℃ 硫酸 沉降槽 黑渣 回转窑 压滤机 黑渣 叶滤机 水 冷冻结晶 水 水解槽 硫酸亚铁 蒸发器 离心机 酸解槽 钛精矿粉 钛白粉
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《化学工程工艺学》B卷参考答案
一、填空题（本大题共3个小题，每空1分 共10分）
1、泥炭 、 褐煤 、 烟煤 、 无烟煤 2、 筛分法 和 分级法 3、Cl0- 、 过滤 、 调节PH 、 树脂吸附
二、单项选择题（本大题共5小题，每题2分，共10分）
1、B2、C3、C4、C5、B
三、多项选择题（本大题共5小题，每题2分，共10分
1、ABD2、CD3、ACE4、BC5、BD
四、问答题（本大题共4小题，每题10分，共40分）
答：1、(1)烃类作为制氨原料，要求尽可能转化完全。同时，甲烷在氨合成过程为一惰性气体，会在合成回路中逐渐积累，有害无利。因此首先要求转化气中残余甲烷含量要低，一般要求转化气中甲烷少于0.5%（干基）。为了达到这项指标，在加压操作条件下，相应的蒸气转化温度需在1000℃以上。一段转化炉出口温度实际上由反应管材料而定，目前耐热合金钢管还只能在800～900℃下工作。例如，对于HK-40合金管，当温度为950℃时，管子寿命为84000小时。只要增加10℃，寿命将缩短到60000小时。故大型合成氨系统转化操作压力为3.2MPa，出口温度约800℃。
（2）考虑到合成氨制作中需要通过补充空气来加入氮，同时加入的氧将引起剧烈的氧化反应，为了利用氧化过程的热能，在较高温度下耐火砖衬里的二段转化炉中加入空气，利用反应热继续进行甲烷转化反应。二段转化炉将一段转化气中的甲烷进一步转化，同时加入空气提供合成气需要的氮，并燃烧一部分转化气实现内部给热。因此在二段炉内的反应区可分为两部分，催化床层顶部空间进行燃烧反应。
（3）转化过程中使用的催化剂主要采用镍催化剂。其活性与获得稳定的较小镍晶粒及较大的表面有关，通常1g镍表面积有0.5m2左右。常用的载体有硅铝酸钙粘结型、铝酸钙粘结型和耐火材料烧结型。目前烧结型载体已获得了广泛的应用，如α-Al2O3、MgO- Al2O3、ZrO2- Al2O3、CaO-Al2O3等。这些以氧化态形式提供的镍催化剂并没有催化活性，使用前需要进行活化，即用氢将其化原成金属镍。在二段炉中则有两种催化剂，炉顶部用耐高温铬催化剂。 2、答：（1）因为在介稳区Ⅱ的温度较高，反应速率快得多，具有较高的酸解速率。
（2）和结晶动力学有关，因为半水物转为二水物的时间一般较短，并随磷酸浓度的增加而增加，如当浓度分别为10%、18%、25%，二水物实际转化时间分别为1、2、6~7小时。但是，当形成的二水物进一步脱水成为无水物（稳定相）时，其转化过程是非常慢的，长达几十天，并且随磷酸浓度增加而减小。如当80℃，磷酸浓度分别为30%、19.6%、12.75%时，所需完全转化时间分别为10、19及78天。因此，尽管在相图中，二水法工艺所选取的工作区是Ⅱ区，二水石膏处于介稳态，但二水石膏脱水成无水石膏的时间非常长，人们完全有足够的时间将二水石膏进行分离。故二水法工艺选择在二水结晶的介稳区Ⅱ，而不选择其稳定区Ⅰ。
3、答：先将经计量的去离子水加入聚合釜内，在搅拌下加入经计量的分散剂水溶液和其他助剂，再加入引发剂，上人孔盖密闭，充氮试压检漏后，抽真空或抽氮气排除釜内空气，再加入氯乙烯单体，在搅拌及分散剂的作用下，氯乙烯分散成液滴悬浮在水相中。加热升温至预定温度（45~65℃）进行聚合。反应一段时间后，釜内压力开始下降，当压力降至预定值时（此时氯乙烯的转化率为85%左右），加入终止剂使反应停止。经自压和真空回收未反应单体后，树脂浆料经汽提脱除残留单体，再经离心洗涤分离、干燥、包装，制得PVC树脂成品。
4、答：离子膜烧碱工艺与现有隔膜法烧碱工艺主要区别在于电解工艺，氯氢处理、高纯盐酸、液氯等工段仍采用现有工艺和装置。新上电解工艺主要包括二次盐水精制、电解及淡盐水脱氯。 a.二次盐水精制
现有装置生产的一次盐水经涂有α－纤维素的烧结炭素管过滤器除去悬浮物后，再经螯合树脂塔离子交换去除盐水中的钙、镁、铁等重金属离子，制成合格的二次盐水。 离子树脂的再生采用配制好的高纯烧碱和高纯盐酸，再生产生的酸碱废水 b.电解
二次精制后的盐水用纯水调节NaCl含量为305±5g/l后，送入阳极液循环槽中与淡盐水混合，用高纯盐酸调节pH值为2.5-3后泵入电解槽阳极室，在直流电的作用下，被电解成氯气。
在阳极液循环槽中，氯气从淡盐水中分离出来，送入氯气处理工序，一部分淡盐水在
电解槽阳极室和阳极液循环槽之间循环，另一部分淡盐水送脱氯塔。
在电解槽阴极室，电解产生阴极液和氢气，一部分阴极液在电解槽阴极室和阴极液循环槽之间循环，另一部分阴极液作为成品碱，冷却后送到贮罐，出售给用户；氢气从阴极液循环槽内从阴极液中分离出来，送入氢气处理工序 c、淡盐水脱氯
由阳极液循环槽来的淡盐水，加入盐酸调节pH为1-1.5，送脱氯塔顶部与塔底吹入的空气逆流接触，脱除其中大部分的游离氯，脱氯后的淡盐水游离氯含量为5-10mg/L，加烧碱调节pH值后，加入亚硫酸钠除去残留的游离氯，脱氯后的淡盐水送一次盐水工序。 淡盐水脱氯工段脱除的废氯气汇入湿氯气总管。
固体烧碱生产工艺：首先通过加热设备（炉排加热蒸发锅（精碱锅）内的液碱（30-48%液体氢氧化钠）达到规定温度后（430度）停火，后调色、沉降，使颜色过到片碱规定要求，液状成品碱进入片碱机制片，成型后进入滚桶，冷却器冷却，冷却后包装，进仓库。
五、计算题（本大题共2个小题，每题10分 共20分）
1、解：基准：1 mol CH3OH 根据反应方程式 O2(需要)= 0.5 mol；
O2(输入)= 1.5 × 0.5 = 0.75 mol； N2(输入)= N2(输出)= 0.75(79/21)= 2.82 mol CH3OH为限制反应物
反应的CH3OH = 0.75 × 1 = 0.75 mol 因此
HCHO(输出)= 0.75mol CH3OH(输出)= 1-0.75=0.25mol O2(输出)= 0.75-0.75x0.5=0.375mol H2O(输出)= 0.75mol
2、解：NR=1.5Q0.2T/D2=1.5.0.05.0.2 1.5/1.62=1.5.0,45.1.5/2.56=0.4m/s
六、综合分析题（本大题共1题，共10分）
1、答： 煤 空气 水
液氮洗或甲烷化或铜氨液洗
制合成气 净化 脱硫 变换 脱碳 NH3
分离 驰放气
合成 压缩
（1）制气：主要目的是制氢 （2）净化：主要目的是除灰
（3）脱硫：主要目的是脱出无机及有机硫
（4）变换：主要目的是将CO转化为CO2，同时制氢 （5）脱碳：主要目的是除去二氧化碳
（6）甲烷化：主要目的是进一步脱除一氧化碳、二氧化碳及硫杂质 （7）压缩：主要目的是将合成气加压 （8）合成：主要目的是氢与氮反应得氨 （9）分离：主要目的是将生成的氨分离出来
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《化学工程工艺学》C卷参考答案
一、 填空题（本大题共4个小题，每空1分，共10分）
1、_生物工程__和__化学工程 2、磷酸氢钙__磷酸铁__和磷酸铝 3、隔膜法、汞阴极法和离子交换膜法 4、乙烯和丙烯
二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分）
1、A2、D3、B4、B5、C6、D7、D8、B9、D10、A
三、问答题（本大题共4个小题，每题10分，共40分）
1、答：（1）生产灵活性大；（2）产品收率高，质量好；（3）没有焦炭沉积，不需要
再生催化剂，可采用固定床反应器；（4）总的过程是放热，反应器中需冷却；（5）加氢裂化所得的汽油辛烷值低，须经重整将它的辛烷值提高。
2、答：键能方向(1)同碳原子数烷烃，C—H键能大于C—C键能，断链比脱氢容易。
(2) 烷烃相对热稳定性随碳链增长而降低，越长的烃分子越容易断链。(3) 烷烃的脱氢能力叔氢最易脱去、仲氢次之，伯氢又次之。(4) 带支链烃的C－C键或C－H键的键能小，易断裂。故有支链的烃容易裂解或脱氢。热力学方向(1）脱氢反应比断链反应所需热量多。(2) 断链反应△G0有较大负值，是不可逆反应，脱氢反应△G0是较小负值或正值，是可逆反应，断链比脱氢易进行。(3) 断链反应中，低分子烷烃C—C键在分子两端断裂比在分子中央断裂在热力学上占优势，断链所得的较小分子是烷烃，主要是甲烷；较大分子是烯烃。随烷烃碳链增长，C－C键在两端断裂减弱，在分子中央断裂大。(4) 乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应，生成乙烯及氢。甲烷生成乙烯的反应值是很大的正值，一般热裂解温度不变化。
3、答：(1). 煤的H/C原子比远低于石油，含氧量远高于石油；
(2). 煤的主体是高分子聚合物，而石油的主体是小分子化合物； (3). 煤中矿物质较多。 (4). 石油采用蒸馏、萃取、催化裂化和催化重整等简单的物理化学方法就可分离或改
变结构，在化工中应用广泛。
(5) 煤须经焦化、气化或液化等深加工手段打破化学键，获得组成复杂的低相对分子
量化合物，由于技术及成本原因限制了它在化工中的应用，目前主要是用于生产焦炭、制合成气、合成氨、甲醇等。
4、答：离子膜：代表发展方向，占地面积小、产品质量好，投资大、投资回收期长； 隔膜：技术成熟、投资小，产品质量差；
水银：产品质量好，水银易造成环境污染，逐步淘汰。
四、计算题（本大题共2个小题， 共20分 ）
1、解：基准：100 kmol的废气。
锅炉的能量平衡为：废气的热量损失=将水加热以产生水蒸气所获得的热量 即mCp.m△t=W(hg-hl),将数据代人得：W=229kg
2、解：（1）已知酸性萃取剂可以分离3价Eu/Ed βEu/Ed=1.46
(2)计算纯化数据a.b和两相出口分数fA和fB a=b-YB/b.(1- YB)=9.9 b=PB1/1-PB1 =0.89 fB/fA (3)计算工艺参数
EM=0.828 n=㏒b/㏒(βEM)=24 m+1=㏒a/㏒(β/ EM)=6.5 可得m=5.5,因此可取n=24,m=6.但上述结果偏小，精确结果为n=24.3,取25级；m+1=8.88,取8级
五、综合分析题（本大题共1题，10分）
答：通常所称的“湿法磷酸”实际上是指硫酸法湿法磷酸，即用硫酸分解磷矿生产得到的磷酸。硫酸法的特点是矿石分解后的产物磷酸为液相，副产物硫酸钙是溶解度很小的固相。两者的分离是简单的液固分离，具有其他工艺方法无可比拟的优越性。因此，硫酸法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于主导地位。但是其产生的大量磷石膏废渣无法得到有效的利用，三废问题严重。
湿法生产是用无机酸分解磷矿粉，分离出粗磷酸，再经净化后制得磷酸产品。湿法磷酸比热法磷酸成本低20%~30%，经适当方法净化后，产品纯度可与热法磷酸相媲美。目前，湿法磷酸工艺处于磷酸生产的主导地位。
湿法磷酸工艺按其所用无机酸的不同可分为硫酸法、硝酸法、盐酸法等。矿石分解反应式表示如下：
（1-1） Ca5F(PO4)3+10HNO3 == 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + HF （1-2） Ca5F (PO4)3 + 10HCl == 3H3PO4 + 5CaCl2 + HF
（1-3） Ca5F(PO4)3+5H2SO4+ nH2O == 3H3PO4 + 5Ca SO4•nH2O +HF 这些反应的共同特点是都能够制得磷酸。但是，磷矿中的钙生成什么形式的钙盐不尽相同，各有其特点。反应终止后，如何将钙盐分离出去，并能经济地生产出磷酸则是问题的关键。
(1) 硝酸法
最早由奥达公司开发，称为奥达法。它是用硝酸分解磷矿生成磷酸和水溶性硝酸钙，然后采用冷冻、溶剂萃取、离子交换等方法分离出硝酸钙。受硝酸价格、能耗高、流程长等条件的影响，目前工业应用极少。 (2) 盐酸法
上世纪60年代初，以色列矿业工程公司（I.M.I）开发了著名的IMI法，首次实现了盐酸法生产磷酸的工业化[5]。它是将磷矿与盐酸反应，生成磷酸和氯化钙水溶液，然后用有机溶剂（如脂肪醇、丙酮、三烷基磷酸脂、胺或酰胺等）萃取分离出磷酸。但该法存在工艺复杂、副产物氯化钙难以经济回收等问题。 (3) 硫酸法
通常所称的“湿法磷酸”实际上是指硫酸法湿法磷酸，即用硫酸分解磷矿生产得到的磷酸。硫酸法的特点是矿石分解后的产物磷酸为液相，副产物硫酸钙是溶解度很小的固相。两者的分离是简单的液固分离，具有其他工艺方法无可比拟的优越性。因此，硫酸法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于主导地位。
反应式（3）中n的值取决于硫酸钙结晶的形式，可以是0，1/2，2。在不同的反应温度和磷酸浓度下，可以生成无水硫酸钙（CaSO4），半水硫酸钙（CaSO4•0.5H2O）和二水硫酸钙（CaSO4•2H2O）。相应地，湿法磷酸的生产工艺可分为无水物法、半水法、二水法及半水-二水法等。其中，二水法由于技术成熟、操作稳定可靠、对矿石的适应性强等
优点，在湿法磷酸工艺中居于主导地位。目前，我国80%以上的磷酸都采用湿法磷酸二水法流程生产。二水法流程具有工艺简单、技术成熟、对矿石种类适应性强的特点，特别适用于中低品位矿石，在湿法磷酸生产中居于统治地位。
但是，二水法流程至今仍存在着一些难以克服的缺陷。由于加工工艺粗放，矿石中的有害杂质大部分进入磷酸中。特别是氟元素，一旦进入液相，很难再分离出来。更严重的是，产生大量的磷石膏废料，造成严重的污染和浪费。因此，陈学玺等[31]通过研究，对现行的工艺过程进行了改进，分两步进行反应。
第一步：采用磷酸浸取磷矿石，从控制化学反应的条件出发，减少化学反应本身对目标产物的污染。磷酸与磷矿的主要反应方程式如下：
（1-4） Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 +5 H2O → 5Ca(H2PO4)2•H2O + HF
第二步：提供适宜的结晶条件，使副产磷石膏中的杂质含量，尤其是磷含量显著降低，提高磷回收率，使磷石膏满足建筑材料生产的要求，从源头上解决磷石膏污染的难题。硫酸的离子化反应可瞬时完成：
（1-5） Ca(H2PO4)2•H2O + H2SO4 +（n-1）H2O → CaSO4•nH2O +2H3PO4 这种分步反应的思想方法与“先污染后治理”的传统思路完全不同，符合绿色化学的基本原理，完全符合可持续发展战略的要求。次方法有待实际的考验。
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