2025年合成氨工藝復(fù)訓(xùn)題庫(kù)及答案一、填空題1.合成氨反應(yīng)是一個(gè)（可逆）、（放熱）、（體積縮小）的反應(yīng)。答案：可逆；放熱；體積縮小解析：合成氨反應(yīng)\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)，從反應(yīng)方程式可以看出它在一定條件下既能正向進(jìn)行又能逆向進(jìn)行，所以是可逆反應(yīng)；該反應(yīng)的正向反應(yīng)是放熱反應(yīng)；反應(yīng)前\(1\)體積氮?dú)夂蚛(3\)體積氫氣共\(4\)體積，反應(yīng)后生成\(2\)體積氨氣，體積縮小。2.合成氨生產(chǎn)中，原料氣中的硫化物會(huì)使合成催化劑（中毒），必須進(jìn)行脫硫處理。答案：中毒解析：合成氨常用的鐵系催化劑對(duì)硫等雜質(zhì)非常敏感，硫化物會(huì)與催化劑活性中心結(jié)合，導(dǎo)致催化劑活性降低甚至喪失，即發(fā)生中毒現(xiàn)象。3.一段轉(zhuǎn)化爐的主要作用是將天然氣中的烴類(lèi)與水蒸氣在高溫和催化劑作用下轉(zhuǎn)化為（一氧化碳）和（氫氣）。答案：一氧化碳；氫氣解析：一段轉(zhuǎn)化爐中發(fā)生的主要反應(yīng)如\(CH_{4}+H_{2}O\rightleftharpoonsCO+3H_{2}\)等，在高溫和鎳系催化劑作用下，天然氣中的烴類(lèi)與水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。4.變換反應(yīng)是指一氧化碳與水蒸氣在催化劑作用下反應(yīng)生成（二氧化碳）和（氫氣）。答案：二氧化碳；氫氣解析：變換反應(yīng)的化學(xué)方程式為\(CO+H_{2}O\rightleftharpoonsCO_{2}+H_{2}\)，通過(guò)該反應(yīng)可以進(jìn)一步提高氫氣的含量并降低一氧化碳的含量。5.合成氨系統(tǒng)中，循環(huán)氣的主要成分是（氫氣）、（氮?dú)猓?、（氨氣）和（惰性氣體）。答案：氫氣；氮?dú)?；氨氣；惰性氣體解析：在合成氨系統(tǒng)中，未反應(yīng)完全的氫氣和氮?dú)鈺?huì)循環(huán)使用，反應(yīng)生成的氨氣部分未被分離完全也會(huì)存在于循環(huán)氣中，同時(shí)原料氣中帶入的一些惰性氣體如氬氣等也會(huì)在循環(huán)氣中積累。6.氨合成塔的操作溫度一般控制在（400-500）℃。答案：400-500解析：在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，既能保證合成氨反應(yīng)有較高的反應(yīng)速率，又能使反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率相對(duì)合理。溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢；溫度過(guò)高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于氨的合成。7.壓縮機(jī)的排氣量是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)（最后一級(jí)排出）的氣體體積，換算到（進(jìn)氣狀態(tài)）下的數(shù)值。答案：最后一級(jí)排出；進(jìn)氣狀態(tài)解析：排氣量是衡量壓縮機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和便于比較，將最后一級(jí)排出的氣體體積換算到進(jìn)氣狀態(tài)下的數(shù)值。8.為了防止液氨在系統(tǒng)中積聚造成設(shè)備損壞，在氨分離設(shè)備后通常會(huì)設(shè)置（氨冷器）進(jìn)一步分離液氨。答案：氨冷器解析：氨冷器可以降低氣體溫度，使更多的氨氣冷凝成液氨，從而進(jìn)一步提高氨的分離效果，防止液氨在后續(xù)系統(tǒng)中積聚。9.合成氨生產(chǎn)中，常用的脫硫方法有（干法脫硫）和（濕法脫硫）。答案：干法脫硫；濕法脫硫解析：干法脫硫一般是利用固體脫硫劑如氧化鋅等脫除原料氣中的硫化物；濕法脫硫則是采用液體吸收劑如氨水、碳酸鈉溶液等吸收硫化物。10.合成氨系統(tǒng)的壓力一般控制在（15-32）MPa。答案：15-32解析：適當(dāng)提高壓力有利于合成氨反應(yīng)向生成氨的方向進(jìn)行，但壓力過(guò)高會(huì)增加設(shè)備投資和操作成本，所以一般控制在15-32MPa這個(gè)范圍內(nèi)。二、選擇題1.合成氨反應(yīng)中，提高壓力對(duì)反應(yīng)平衡和反應(yīng)速率的影響是（）。A.平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)速率加快B.平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)速率加快C.平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)速率減慢D.平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)速率減慢答案：A解析：合成氨反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，提高壓力平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；同時(shí)，壓力增大，氣體分子的濃度增大，反應(yīng)速率加快。2.下列哪種氣體不屬于合成氨原料氣中的雜質(zhì)氣體（）。A.二氧化碳B.一氧化碳C.氧氣D.氫氣答案：D解析：氫氣是合成氨的原料氣，而二氧化碳、一氧化碳和氧氣都是需要去除的雜質(zhì)氣體，二氧化碳會(huì)與液氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨等雜質(zhì)，一氧化碳會(huì)使合成催化劑中毒，氧氣會(huì)與氫氣等發(fā)生反應(yīng)存在安全隱患。3.一段轉(zhuǎn)化爐中使用的催化劑是（）。A.鐵系催化劑B.鎳系催化劑C.銅系催化劑D.鋅系催化劑答案：B解析：一段轉(zhuǎn)化爐中常用鎳系催化劑來(lái)促進(jìn)天然氣與水蒸氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，鐵系催化劑主要用于氨合成反應(yīng)，銅系催化劑常用于甲醇合成等反應(yīng)，鋅系催化劑較少用于一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)。4.變換反應(yīng)的催化劑在使用前需要進(jìn)行（）處理。A.氧化B.還原C.硫化D.鈍化答案：B解析：變換反應(yīng)常用的催化劑如鐵鉻系催化劑等，在使用前需要進(jìn)行還原處理，使其具有活性，將催化劑中的高價(jià)金屬氧化物還原為低價(jià)態(tài)的活性成分。5.氨合成塔中采用的內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式有多種，下列哪種不屬于常見(jiàn)的內(nèi)件結(jié)構(gòu)（）。A.軸向塔B.徑向塔C.軸徑向塔D.斜向塔答案：D解析：常見(jiàn)的氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)有軸向塔、徑向塔和軸徑向塔，斜向塔不是常見(jiàn)的氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式。6.壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，若發(fā)生喘振現(xiàn)象，應(yīng)采取的措施是（）。A.增加進(jìn)氣量B.減少進(jìn)氣量C.提高排氣壓力D.降低轉(zhuǎn)速答案：A解析：喘振是壓縮機(jī)運(yùn)行中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，增加進(jìn)氣量可以使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)，恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。減少進(jìn)氣量會(huì)使喘振現(xiàn)象加劇，提高排氣壓力和降低轉(zhuǎn)速一般不能有效解決喘振問(wèn)題。7.液氨的儲(chǔ)存溫度一般控制在（）℃以下。A.-33B.-10C.0D.20答案：A解析：液氨在常壓下的沸點(diǎn)是-33.4℃，為了保證液氨以液態(tài)形式儲(chǔ)存，儲(chǔ)存溫度一般控制在-33℃以下。8.下列哪種方法不屬于氨分離的方法（）。A.冷凝分離法B.吸收分離法C.吸附分離法D.過(guò)濾分離法答案：D解析：氨分離常用的方法有冷凝分離法，通過(guò)降低溫度使氨冷凝成液氨分離；吸收分離法，利用吸收劑吸收氨；吸附分離法，利用吸附劑吸附氨。過(guò)濾分離法主要用于分離固體和液體或氣體中的固體雜質(zhì)，不用于氨的分離。9.合成氨生產(chǎn)中，原料氣的精制目的是（）。A.提高氫氣含量B.去除雜質(zhì)C.降低溫度D.提高壓力答案：B解析：原料氣精制的主要目的是去除其中的雜質(zhì)，如硫化物、一氧化碳、二氧化碳等，防止這些雜質(zhì)對(duì)后續(xù)的催化劑和設(shè)備造成損害，而不是單純提高氫氣含量、降低溫度或提高壓力。10.氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)\(K_p\)隨溫度升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：B解析：合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡原理，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)\(K_p\)減小。三、判斷題1.合成氨反應(yīng)是一個(gè)自發(fā)的反應(yīng)，在任何條件下都能快速進(jìn)行。（×）解析：合成氨反應(yīng)雖然是一個(gè)自發(fā)反應(yīng)，但反應(yīng)速率較慢，需要合適的催化劑和一定的溫度、壓力等條件才能使反應(yīng)以合理的速率進(jìn)行。2.原料氣中的二氧化碳對(duì)合成氨反應(yīng)沒(méi)有影響，可以不進(jìn)行脫除處理。（×）解析：二氧化碳會(huì)與液氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨等雜質(zhì)，堵塞管道和設(shè)備，同時(shí)還會(huì)影響后續(xù)的工藝操作，所以必須進(jìn)行脫除處理。3.變換反應(yīng)的平衡不受溫度和壓力的影響。（×）解析：變換反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，溫度和壓力都會(huì)影響其平衡。溫度升高，平衡向吸熱方向移動(dòng)；壓力變化也會(huì)根據(jù)反應(yīng)的體積變化情況影響平衡。4.壓縮機(jī)的排氣壓力越高，其排氣量就越大。（×）解析：壓縮機(jī)的排氣量主要取決于壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣量等因素，在一定范圍內(nèi)，排氣壓力升高，排氣量可能會(huì)減小，因?yàn)閴嚎s機(jī)需要克服更高的壓力做功。5.氨合成塔內(nèi)的溫度分布越均勻越好，這樣可以提高氨的合成率。（√）解析：均勻的溫度分布可以使催化劑各部分都能在合適的溫度下發(fā)揮作用，避免局部溫度過(guò)高或過(guò)低影響反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，從而提高氨的合成率。6.液氨的密度比水大，所以液氨泄漏后會(huì)沉在地面。（×）解析：液氨的密度比水小，且液氨泄漏后會(huì)迅速氣化，形成氨氣云，不會(huì)沉在地面。7.合成氨系統(tǒng)中，惰性氣體的存在對(duì)反應(yīng)平衡和反應(yīng)速率都沒(méi)有影響。（×）解析：惰性氣體的存在會(huì)降低氫氣和氮?dú)獾姆謮?，使反?yīng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，同時(shí)也會(huì)影響反應(yīng)速率，并且會(huì)在系統(tǒng)中積累，需要定期排放。8.干法脫硫適用于脫除高濃度的硫化物，濕法脫硫適用于脫除低濃度的硫化物。（×）解析：干法脫硫一般適用于脫除低濃度的硫化物，能將硫化物脫除到很低的水平；濕法脫硫適用于脫除高濃度的硫化物，具有較大的處理能力。9.氨合成反應(yīng)中，催化劑可以提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。（×）解析：催化劑只能加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更快達(dá)到平衡，但不能改變反應(yīng)的平衡狀態(tài)，即不能提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。10.合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，只要控制好溫度和壓力，就可以保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（×）解析：合成氨生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了控制好溫度和壓力外，還需要對(duì)原料氣的質(zhì)量、設(shè)備的運(yùn)行狀況、操作的規(guī)范性等多方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述合成氨反應(yīng)的基本原理。答：合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)，這是一個(gè)可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)。在高溫（一般400-500℃）、高壓（15-32MPa）和催化劑（常用鐵系催化劑）的作用下，氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生反應(yīng)生成氨氣。從化學(xué)平衡的角度來(lái)看，降低溫度、提高壓力有利于反應(yīng)向生成氨的方向進(jìn)行，但考慮到反應(yīng)速率等因素，需要選擇合適的溫度和壓力條件。催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)能在合理的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率。2.說(shuō)明原料氣脫硫的重要性。答：原料氣脫硫具有極其重要的意義。首先，合成氨使用的催化劑如鐵系催化劑對(duì)硫非常敏感，硫化物會(huì)與催化劑活性中心結(jié)合，導(dǎo)致催化劑中毒，使催化劑的活性降低甚至喪失，從而影響合成氨反應(yīng)的進(jìn)行，降低氨的產(chǎn)量和質(zhì)量。其次，硫化物會(huì)腐蝕設(shè)備和管道，縮短設(shè)備的使用壽命，增加設(shè)備的維護(hù)成本和更換頻率。此外，含硫的氣體排放到環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境污染，危害人體健康和生態(tài)平衡。因此，必須對(duì)原料氣進(jìn)行脫硫處理，以保證催化劑的活性、設(shè)備的正常運(yùn)行和環(huán)境的安全。3.分析變換反應(yīng)在合成氨生產(chǎn)中的作用。答：變換反應(yīng)\(CO+H_{2}O\rightleftharpoonsCO_{2}+H_{2}\)在合成氨生產(chǎn)中具有重要作用。一方面，通過(guò)變換反應(yīng)可以將原料氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，提高氫氣的含量，為氨合成提供更多的氫氣原料。另一方面，一氧化碳會(huì)使氨合成催化劑中毒，通過(guò)變換反應(yīng)將一氧化碳去除，可以保護(hù)催化劑的活性，保證氨合成反應(yīng)的順利進(jìn)行。同時(shí)，變換反應(yīng)還可以調(diào)整原料氣中氫氣和一氧化碳的比例，使其更符合氨合成反應(yīng)的要求。4.簡(jiǎn)述氨合成塔的操作要點(diǎn)。答：氨合成塔的操作要點(diǎn)如下：（1）溫度控制：操作溫度一般控制在400-500℃，要保證塔內(nèi)溫度分布均勻，避免局部溫度過(guò)高或過(guò)低。溫度過(guò)高會(huì)使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，降低氨的合成率；溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢。（2）壓力控制：壓力一般控制在15-32MPa，適當(dāng)提高壓力有利于氨的合成，但壓力過(guò)高會(huì)增加設(shè)備投資和操作成本。要確保壓力穩(wěn)定，避免壓力波動(dòng)過(guò)大影響反應(yīng)和設(shè)備安全。（3）氣體成分控制：保證進(jìn)入合成塔的原料氣中氫氣和氮?dú)獾谋壤戏磻?yīng)要求（理論上為3:1），同時(shí)要嚴(yán)格控制原料氣中的雜質(zhì)含量，特別是硫化物、一氧化碳等會(huì)使催化劑中毒的物質(zhì)。（4）催化劑管理：要按照規(guī)定對(duì)催化劑進(jìn)行活化、還原等處理，避免催化劑中毒和失活。在操作過(guò)程中，要避免溫度、壓力等條件的劇烈變化對(duì)催化劑造成損害。（5）負(fù)荷調(diào)節(jié)：根據(jù)生產(chǎn)需求合理調(diào)節(jié)合成塔的負(fù)荷，避免超負(fù)荷或低負(fù)荷運(yùn)行，以保證合成塔的穩(wěn)定運(yùn)行和氨的產(chǎn)量質(zhì)量。5.如何防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象？答：防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象可以采取以下措施：（1）合理選擇壓縮機(jī)：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求選擇合適型號(hào)和規(guī)格的壓縮機(jī)，確保壓縮機(jī)的性能參數(shù)能夠滿(mǎn)足工藝要求，避免在喘振區(qū)內(nèi)運(yùn)行。（2）控制進(jìn)氣量：在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，要保證足夠的進(jìn)氣量，避免進(jìn)氣量過(guò)小導(dǎo)致喘振?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門(mén)等方式來(lái)控制進(jìn)氣量。（3）設(shè)置防喘振閥：當(dāng)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)接近喘振區(qū)時(shí)，防喘振閥自動(dòng)打開(kāi)，將部分氣體回流到進(jìn)氣端，增加進(jìn)氣量，使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)。（4）穩(wěn)定操作參數(shù)：保持壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力、溫度等操作參數(shù)穩(wěn)定，避免參數(shù)的劇烈變化導(dǎo)致壓縮機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)。（5）定期維護(hù)和檢查：定期對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)和檢查，確保壓縮機(jī)的部件正常運(yùn)行，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致喘振現(xiàn)象的發(fā)生。五、計(jì)算題1.在一定條件下，合成氨反應(yīng)\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得混合氣體中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%，氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，若反應(yīng)前氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1:3，求氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率。解：設(shè)反應(yīng)前氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為\(x\)mol，氫氣的物質(zhì)的量為\(3x\)mol，反應(yīng)中消耗的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為\(y\)mol。則反應(yīng)后氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為\((x-y)\)mol，氫氣的物質(zhì)的量為\((3x-3y)\)mol，氨氣的物質(zhì)的量為\(2y\)mol。根據(jù)平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)可得：\(\frac{x-y}{(x-y)+(3x-3y)+2y}=20\%\)\(\frac{x-y}{4x-2y}=20\%\)\(x-y=0.2(4x-2y)\)\(x-y=0.8x-0.4y\)\(x-0.8x=y-0.4y\)\(0.2x=0.6y\)\(y=\frac{1}{3}x\)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率\(=\frac{y}{x}\times100\%=\frac{\frac{1}{3}x}{x}\times100\%=33.3\%\)答：氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為33.3%。2.已知某壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力為0.5MPa，排氣壓力為15MPa，進(jìn)氣溫度為20℃，排氣溫度為120℃，壓縮機(jī)的進(jìn)氣量為1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），求壓縮機(jī)的軸功率（假設(shè)壓縮機(jī)為絕熱壓縮，絕熱指數(shù)\(\gamma=1.4\)）。解：首先將進(jìn)氣量換算到實(shí)際狀態(tài)下的體積流量\(V_1\)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(p_1V_1/T_1=p_0V_0/T_0\)（\(p_0=0.1MPa\)，\(T_0=273K\)，\(p_1=0.5MPa\)