Материал: Методичка 4400 с ответами

6.2. Производство аммиака

6.2.1. Установите правильную последовательность превращений в химической схеме синтеза аммиака:

1. (3)3Н₂ + N₂ = 2NН₃

2. (2)СО + Н₂О = СО₂ + Н₂

3. (1)СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂

6.2.2. Как изменяется равновесное содержание аммиака при понижении температуры и повышении давления в реакции N₂ + 3H₂  2NH₃ + Q?

1. увеличивается;

2. не изменяется;

3. снижается;

4. проходит через максимум.

6.2.3. Для полноты использования азотоводородной смеси в технологической схеме синтеза аммиака применяют:

1. систему последовательности реакторов;

2. рецикл;

3. интенсивный отвод тепла реакции;

4. добавку инертных газов.

6.2.4. В каком направлении следует изменять давление P, температуру T, концентрацию реагирующих веществ в синтезе аммиака, чтобы равновесие реакции сдвинуть в сторону образования целевого продукта?

1) T увеличить, P уменьшить, процесс вести при избытке Н₂;

2) T увеличить, P уменьшить, процесс вести при избытке N₂;

3) T уменьшить, P уменьшить, соотношение Н₂: N₂ – стехиометрическое;

4) T уменьшить, P увеличить, процесс вести при избытке Н₂;

5) T уменьшить, P увеличить, соотношение Н₂: N₂ – стехиометрическое;

6) T уменьшить, P атмосферное, применить катализатор.

6.2.5. Какие мероприятия могут способствовать реализации концепции минимизации отходов в производстве аммиака?

1. применение активных катализаторов;

2. использование полного рецикла;

3. использование фракционного рецикла;

4. уменьшение объёма продувочных газов.

6.2.6. Какие мероприятия могут способствовать реализации концепции оптимального использования оборудования в производстве аммиака?

1. увеличение температуры топочных газов в трубчатой печи конверсии метана, тем самым увеличение скорости превращения и, соответственно, уменьшение размеров этого реактора;

2. замена некоторых реакторов с горизонтальным расположением катализатора на радиальные аппараты;

3. уменьшение диаметра и толщины стенки контактного аппарата;

4. замена аммиачного конденсатора на воздушный теплообменник;

5. совмещение процессов конверсии природного газа и оксида углерода в одном аппарате;

6. исключение из технологической схемы отделения выделения диоксида углерода из конвертированного газа.

6.2.7. Какие мероприятия могут способствовать реализации концепции эффективного использования энергетических ресурсов в производстве аммиака?

1. переход на энерготехнологическую схему;

2. использование в качестве теплоносителя водяного пара вместо природного газа в отделении конверсии СН₄;

3. снижение давления во всех отделениях;

4. уменьшение производительности ХТС;

5. использование радиальных реакторов вместо аксиальных.

6.2.8. Какие мероприятия могут способствовать снижению себестоимости аммиака?

1. снижение давления во всех отделениях;

2. увеличение производительности ХТС;

3. использование радиальных реакторов вместо аксиальных;

4. отказ от отделения очистки природного газа;

5. исключение из ХТС отделения выделения диоксида углерода из конвертированного газа;

6. снижение газовой нагрузки на колонну синтеза аммиака путем отказа от рецикла.

6.2.9. В функциональной схеме производства аммиака

установите соответствие порядкового номера на схеме стадиям процесса, поименованным ниже:

1. (7)синтез аммиака;

2. (3)паровоздушная конверсия метана;

3. (2)паровая конверсия метана;

4. (4)конверсия диоксида углерода;

5. (6)очистка конвертированного газа от оксида углерода;

6. (5)очистка конвертированного газа от диоксида углерода;

7. (1)сероочистка природного газа.

6.2.10. Система очистки природного газа от серы включает процессы гидрирования и абсорбции. Что происходит в процессе очистки?

1. сначала гидрируются непредельные углеводороды природного газа, чтобы предотвратить закоксование поглотителя серы;

2. сначала адсорбируются соединения серы, затем проводится доочистка газа от серы в реакторе гидрирования;

3. сначала гидрируются все соединения серы до сероводорода, который затем поглощается в абсорбере;

4. сначала восстанавливается сера природного газа до элементарной серы, затем она отделяется в адсорбере;

5. гидрирование и адсорбция протекают в одном аппарате, что обеспечивает полноту выделения серы.

6.2.11. Выберите обоснование выбора способа конверсии метана в две стадии – паровая конверсия в трубчатом реакторе и паровоздушная конверсия в шахтном реакторе:

1. снижение энергетических расходов, поскольку гидравлическое сопротивление трубок меньше шахтного аппарата;

2. обеспечение "зажигания" катализатора (интенсивного начала процесса) путем подвода тепла дымовых газов в трубчатом реакторе;

3. увеличение температуры конверсии в шахтном реакторе путем ввода в него воздуха для сжигания части метана;

4. увеличение степени превращения метана, так как объем трубчатого реактора не достаточен для этого;

5. конверсия метана в две стадии плохо обоснован – процесс можно осуществить в одном реакторе при выборе соответствующего режима.

6.2.12. Как влияет температура Т и давление Р на степень превращения метана в процессе паровой конверсии природного газа?

1. Т увеличивает, Р увеличивает;

2. Т увеличивает, Р уменьшает;

3. Т уменьшает, Р уменьшает;

4. Т уменьшает, Р увеличивает.

6.2.13. Почему в конверсии природного газа одновременно протекают реакции СН₄ + Н₂O = СО + 3Н₂ и СО + Н₂O = СО₂ + Н₂, а на стадии конверсии оксида углерода только вторая из них?

1. конверсия СО идет при более низкой температуре, когда катализатор не влияет на скорость взаимодействия СН₄ с Н₂0;

2. конверсию СО ведут при небольшом избытке воды, меньшем, чем в конверсии природного газа;

3. используется избирательный катализатор;

4. при температуре процесса конверсии СО равновесие реакции взаимодействия СН₄ с Н₂O сдвинуто в сторону полного превращения метана.

6.2.14. В современных схемах производства аммиака для извлечения СО₂ из конвертированного газа используют методы:

1. адсорбция оксидом цинка;

2. абсорбция моноэтаноламином;

3. абсорбция азотной кислотой;

4. абсорбция поташом;

5. низкотемпературная ректификация конвертированного газа.

6.2.15. Какие концепции построения ХТС реализуются в узле очистки конвертированного газа от диоксида углерода?

1. регенерация теплоты;

2. утилизация отходов;

3. регенерация вспомогательных материалов с рециклом;

4. совмещение процессов.

6.2.16. Тепловой режим в реакторе синтеза аммиака в целом:

1. изотермический;

2. адиабатический;

3. политропический с отводом тепла.

6.2.17. Что определяет примерно одинаковую организацию процесса в реакторах синтеза аммиака, конверсии СО в производстве аммиака и окисления SO₂ в производстве серной кислоты?

1. реакции каталитические;

2. реакции экзотермические;

3. реакции обратимые;

4. реакции обратимые экзотермические;

5. все вещества в газовой фазе;

6. использование наиболее простой схемы реактора – полочного.

6.2.18. Стехиометрическое соотношение H₂:N₂ = 3:1 в производстве аммиака необходимо соблюдать в первую очередь для:

1. достижения максимального выхода NH₃;

2. предотвращения неполноты использования избыточного компонента;

3. предотвращения накопления избыточного компонента в рецикле;

4. обеспечения максимальной скорости процесса.

6.2.19. Энерготехнологическая схема в производстве аммиака обеспечивает:

1. уменьшение расхода теплоты и энергии в химико-технологических процессах;

2. увеличение количества вторичных энергетических ресурсов;

3. автономную работу по обеспечению энергией технологического процесса;

4. поддержание оптимального режима технологических процессов.

6.2.20. Какой теоретический расход природного газа (метана) на производство 1 т аммиака?

1) 242,5 м³; 2) 485 м³; 3) 910 м³; 4) 1250 м³.

6.2.21. Целесообразно ли заменить в производстве аммиака некоторые реакторы с аксиальным ходом газа на радиальные аппараты и почему?

1. нет, так как это увеличит материалоёмкость;

2. да, так как это уменьшит материалоёмкость;

3. нет, так как при этом возрастет гидравлическое сопротивление аппарата;

4. да, так как при этом уменьшится гидравлическое сопротивление аппарата;

5. нет, так как при этом увеличатся габариты аппарата;

6. да, так как при этом улучшится газораспределение;

7. да, так как при этом уменьшится диаметр аппарата.

6.3. Производство азотной кислоты

6.3.1. В функциональной схеме производства разбавленной азотной кислоты из аммиака

установите соответствие порядкового номера на схеме стадиям процесса, поименованным ниже:

1. очистка нитрозных газов;

2. экстракция оксида азота;

3. (1)окисление аммиака;

4. (3)окисление оксида азота до диоксида;

5. (2)охлаждение нитрозного газа;

6. (4)адсорбция диоксида азота;

6.3.2. Как влияет понижение температуры на процесс абсорбции оксидов азота водой?

1. не оказывает влияния;

2. увеличивает степень абсорбции;

3. снижает степень абсорбции.

6.3.3. Окисление аммиака на катализаторе протекает в области:

1. кинетической;

2. внутренней диффузии;

3. внешней диффузии.

6.3.4. Почему концентрация аммиака в исходной смеси в производстве азотной кислоты не превышает 11 об.%?

1. будет превышен предел взрывобезопасности;

2. уменьшится максимальная (равновесная) степень превращения;

3. катализатор дезактивируется при высокой концентрации NH₃;

4. слой катализатора перегреется;

5. будет недостаточно кислорода для полного окисления NH₃.

6.3.5. Рассчитайте максимальную (теоретическую) концентрацию азотной кислоты при ее получении из аммиака:

1. 56%; 2) 74%; 3) 100%; 4) 83%.

6.3.6. Какой массовой концентрации соответствует 10 об.% NH₃ в воздухе?

1) 6,2; 2) 10,0; 3) 8,7; 4) 12,0.

6.3.7. Какой температурный режим реализуется в процессе окисления аммиака на платиновом катализаторе в контактном аппарате?

1. изотермический;

2. адиабатический с последовательным повышением температуры реакционной смеси по мере увеличения степени превращения;

3. политермический с отводом тепла;

4. политермический с подводом тепла;

5. адиабатический с изотермией в слое сеток.

6.3.8. Как изменится степень окисления оксида азота NO в реакции

NO + 0,5O₂  NO₂ – H при повышении температуры?

1. увеличится;

2. уменьшится;

3. не изменится.

6.3.9. При абсорбции диоксида азота водой 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO образуется оксид азота NO. Как происходит его переработка в производстве азотной кислоты?

1. выбрасывается с отходящими газами;

2. возвращается на повторное окисление (рецикл);

3. окисляется в окислительном реакторе до NO₂ и направляется на следующую ступень адсорбции;

4. окисляется между ступенями (тарелками) в абсорбере; ??????

5. утилизируется с получением дополнительного продукта.

6.3.10. Какой график правильно отображает влияние температуры Т на выход оксида азота Е_NO в реакторе окисления аммиака?

1 2 3

6.3.11. Из каких соображений выбирают давление выше атмосферного в производстве азотной кислоты?

1. для увеличения общей скорости окисления аммиака;

2. для достижения максимальной скорости окисления аммиака в оксид азота;

3. для увеличения скорости абсорбции диоксида азота;

4. для получения максимальной селективности по оксиду азота;

5. для снижения потерь платиноидов, уносимых газовой реакционной смесью с катализатора при высокой температуре.

6. для создания энерготехнологической схемы

7. для уменьшения габаритов технологических аппаратов

6.3.12. Выбрать правильный рисунок, изображающий влияние времени контакта  аммиачно-воздушной смеси с катализатором на выход оксида азота Е_NO.

1 2 3

6.3.13. Как влияет соотношение О₂ : NH₃ в аммиачновоздушной смеси на выход оксида азота?

1. не влияет на выход;

2. с увеличением содержания кислорода против стехиометрии выход оксида азота увеличивается;

3. отклонение соотношения О₂ : NH₃ от стехиометрического всегда уменьша-ет выход оксида азота;

4. повышение содержания NH₃ против стехиометрии увеличивает выход оксида азота;

5. уменьшение содержания NH₃ на входе против стехиометрии повышает выход оксида азота.

6.3.14. Какие данные необходимо иметь для расчета выхода оксида азота?

1. концентрацию аммиака на входе и выходе;

2. концентрацию аммиака на входе и оксида азота на выходе;

3. концентрацию оксида азота и аммиака на выходе;

4. степень превращения аммиака, концентрацию аммиака и оксида азота на выходе;

5) концентрацию аммиака и кислорода на входе и на выходе.

6.3.15. Какие реакции из приведенной ниже химической схемы окисления аммиака следует взять для проведения балансовых расчетов процесса?

1 NO

NH₃ 4 2

3 N₂

1) 1 и 2; 2) 1 и 3; 3) 1, 2 и 3; 4) 4; 5) 1, 2, 3, 4

6.3.16. Как происходит санитарная очистка отходящих газов от оксидов азота в производстве азотной кислоты?

1. адсорбцией на твердых поглотителях;

2. фильтрованием на специальных фильтрах-мембранах;

3. абсорбцией щелочным раствором;

4. каталитическим восстановлением до азота;

5. промывкой газа в скруббере.

Тесты с защиты лабораторной работы

1. Укажите способы увеличения равновесного превращения SO₂ в SO₃ :