化工行業(yè)鈣化工工藝工程師考試試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.工業(yè)上用石灰石（主要成分為CaCO?）制取生石灰（CaO）的主要反應是（）。A.CaO+H?O=Ca(OH)?B.CaCO?=CaO+CO?↑（高溫）C.Ca(OH)?+CO?=CaCO?↓+H?OD.2CaCO?+H?O=Ca(OH)?+CO?↑2.石灰窯煅燒石灰石時，為提高生產(chǎn)效率和降低能耗，通常需要控制合適的操作溫度。煅燒過程中，CaCO?分解反應是（）。A.放熱反應B.吸熱反應C.快速反應D.可逆反應（正向）3.氫氧化鈣（熟石灰）的生產(chǎn)通常采用消化工藝，其反應為CaO+H?O=Ca(OH)?。為安全起見，向生石灰中加水消化時，應（）。A.快速加水，并不斷攪拌B.緩慢加水，并嚴格控制加水量和消化溫度C.先加入大部分水，剩余少量水后停止攪拌D.加水后無需攪拌，自然消化4.在氯化鈣的生產(chǎn)方法中，利用工業(yè)副產(chǎn)氯化鈣（如鹽鹵）制備無水氯化鈣時，常用的方法是（）。A.直接蒸發(fā)結晶B.冷卻結晶C.閃蒸結晶D.脫水法（如與硫酸鎂反應或化學脫水）5.碳酸鈣（CaCO?）根據(jù)粒徑大小和結晶形態(tài)可分為重鈣和輕鈣。重鈣通常是指（）。A.微細粉末狀的碳酸鈣B.結晶粒度較大的碳酸鈣C.經(jīng)過表面處理的碳酸鈣D.氫氧化鈣經(jīng)碳化得到的碳酸鈣6.下列關于氫氧化鈣性質的描述中，錯誤的是（）。A.微溶于水，呈堿性B.能與二氧化碳反應生成碳酸鈣C.溶于鹽酸，不溶于乙醇D.在空氣中易吸收水分和二氧化碳7.在氫氧化鈣的生產(chǎn)過程中，消化槽需要承受高溫和氫氧化鈣漿料的腐蝕，通常選用（）材料制造。A.碳鋼B.不銹鋼（如304）C.鉻鋯合金D.玻璃鋼8.影響石灰窯生產(chǎn)效率的關鍵因素之一是生石灰的產(chǎn)率。提高產(chǎn)率的主要途徑是（）。A.降低煅燒溫度B.增加燃料消耗C.優(yōu)化煅燒過程，減少未分解的CaCO?含量D.使用低品位石灰石9.吸收法生產(chǎn)氯化鈣過程中，若要提高氯化鈣的收率，應（）。A.提高二氧化碳濃度B.降低溶液pH值C.降低反應溫度D.減少吸收塔內(nèi)填料表面積10.鈣化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量粉塵，特別是石灰粉塵，其主要危害是（）。A.環(huán)境污染B.設備腐蝕C.引發(fā)火災爆炸D.引起職業(yè)病二、填空題（每空1分，共20分）1.氧化鈣（CaO）俗稱______，與水反應稱為______反應，生成氫氧化鈣。2.氫氧化鈣（Ca(OH)?）俗稱______，其水溶液稱為______，呈______性。3.工業(yè)上生產(chǎn)輕質碳酸鈣的主要方法是______法，生產(chǎn)重質碳酸鈣的主要方法是______法。4.氯化鈣（CaCl?）是一種重要的______鹽和______劑，溶于水時______（填“放熱”或“吸熱”）。5.石灰窯煅燒CaCO?的過程涉及______和______兩種基本變化。6.氫氧化鈣的消化過程是一個______反應，為防止熱量集中導致事故，必須______。7.在鈣化工生產(chǎn)中，常用的傳熱方式有______、______和______。8.為防止氫氧化鈣在儲存和運輸過程中吸收空氣中的二氧化碳，應將其______、______存放。9.氯化鈣溶液的凝固點比水______，因此常用于______。10.處理鈣化工生產(chǎn)產(chǎn)生的堿性廢水，常用的方法是加入______或______進行中和。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述石灰窯煅燒過程中影響生石灰產(chǎn)率和質量的主要因素。2.簡述氫氧化鈣消化槽的主要結構特點及其作用。3.簡述生產(chǎn)輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣的主要工藝流程差異。4.簡述氯化鈣在生產(chǎn)和使用中可能存在的安全風險，并列舉相應的預防措施。四、計算題（每題10分，共20分）1.某工廠使用直徑1.5m，高4m的間歇式消化槽消化生石灰。每小時投入塊狀生石灰（CaO）15噸，消化溫度控制在85℃。已知該條件下CaO的消化反應熱為178kJ/mol，CaO的摩爾質量為56kg/kmol，消化不完全損失量約為5%。試估算理論上需要加入多少水（假設水的比熱容為4.18kJ/(kg·°C)，消化后漿料溫度與水加入時溫度相同）？2.在一個填料塔中用純水吸收某氯化鈣生產(chǎn)過程中的二氧化碳尾氣。入塔尾氣流量為200m3/h（標況），其中CO?含量為15%（體積分數(shù)）。要求CO?吸收率不低于90%。塔頂采用除霧器，塔底排出含少量CO?的溶液。假設操作條件下氣體體積流量與標況下相同，試計算理論上至少需要處理多少立方米的水（假設水吸收CO?后不增減體積）？五、論述題（10分）試論述在鈣化工工藝設計中，如何綜合考慮經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性等因素，并舉例說明。試卷答案一、選擇題1.B解析：工業(yè)制取生石灰（CaO）是通過高溫分解碳酸鈣（CaCO?）實現(xiàn)的。2.B解析：CaCO?分解為CaO和CO?需要吸收熱量，屬于吸熱反應。3.B解析：CaO與水反應放熱劇烈，快速加水可能導致消化槽爆裂，應緩慢加水并攪拌散熱。4.D解析：工業(yè)副產(chǎn)鹽鹵制取無水CaCl?，常用脫水法（如與硫酸鎂反應生成氫氧化鎂沉淀，再酸化得到CaCl?）或化學脫水。5.B解析：重質碳酸鈣通常指粒徑較大的碳酸鈣，可通過機械研磨重鈣料得到。6.D解析：氫氧化鈣微溶于水，呈堿性，能與CO?反應，溶于鹽酸，不溶于乙醇，但在潮濕空氣中易吸收CO?變?yōu)樘妓徕}。7.B解析：氫氧化鈣具有強堿性，腐蝕性較強，常用耐腐蝕的不銹鋼（如304）制造消化槽。8.C解析：優(yōu)化煅燒過程（如控制溫度曲線、改善氣氛）可以減少未分解的CaCO?，提高生石灰產(chǎn)率。9.A解析：提高二氧化碳濃度有利于提高碳酸鈣的收率（吸收反應平衡移動）。10.D解析：石灰粉塵具有刺激性，長期吸入可引起呼吸系統(tǒng)疾病，屬于職業(yè)病危害。二、填空題1.生石灰，化解析：氧化鈣俗稱生石灰，其與水反應是化合反應。2.熟石灰，石灰水，堿解析：氫氧化鈣俗稱熟石灰，其水溶液稱石灰水，呈堿性。3.水解，機械研磨解析：輕質碳酸鈣主要用水解法（將Ca(OH)?懸濁液碳化），重質碳酸鈣主要用機械研磨法（將天然碳酸鈣或重鈣料粉碎）。4.氯，制冷，吸熱解析：氯化鈣是重要的氯化物和制冷劑，溶于水時吸收熱量導致溶液溫度降低。5.物理，化學解析：石灰窯煅燒涉及碳酸鈣的分解（化學變化）和熱量傳遞（物理變化）。6.放熱，均勻加水并不斷攪拌散熱解析：CaO消化是放熱反應，必須攪拌散熱防止局部過熱。7.傳導，對流，輻射解析：傳熱基本方式為傳導、對流和輻射。8.密閉，陰涼干燥解析：為防止吸收CO?，應密閉儲存于陰涼干燥處。9.低，制冷劑/防凍劑解析：CaCl?溶液凝固點低，可用于道路融雪或作為制冷劑。10.酸（如鹽酸、硫酸），石灰石/氧化鈣解析：用酸中和堿性廢水，或用石灰石/氧化鈣中和酸性廢水。三、簡答題1.影響石灰窯產(chǎn)率和質量的主要因素包括：原料品質（CaCO?純度、粒度、熱穩(wěn)定性）、煅燒溫度和氣氛、煅燒時間、窯型結構和操作控制等。合適的溫度和氣氛能保證CaCO?完全分解；適當?shù)撵褵龝r間確保反應完成；原料粒度和均勻性影響傳熱傳質速率和均勻性；窯型設計影響生產(chǎn)效率和熱效率。2.氫氧化鈣消化槽通常為耐腐蝕材料（如不銹鋼）制成的圓柱形或方形容器，具有夾套用于加熱或冷卻。內(nèi)部裝有攪拌器（如槳式或錨式攪拌器），用于促進CaO與水的混合、反應均勻和散熱。頂部有投料口，底部有出料口，側面或頂部有觀察窗和溫度計接口。夾套可用于通入蒸汽加熱或冷卻介質冷卻。3.輕質碳酸鈣生產(chǎn)采用水解法：將石灰乳（Ca(OH)?懸濁液）在一定溫度和pH條件下通入二氧化碳進行碳化反應，生成碳酸鈣沉淀，再經(jīng)洗滌、干燥、分級得到輕鈣。重質碳酸鈣生產(chǎn)采用機械研磨法：將天然碳酸鈣礦石或工業(yè)副產(chǎn)碳酸鈣（如電石渣）經(jīng)過破碎、研磨、分級得到不同粒徑的重鈣。兩者工藝流程核心區(qū)別在于是否經(jīng)過碳化反應以及原料來源不同。4.氯化鈣生產(chǎn)和使用中的安全風險主要包括：粉塵爆炸風險（尤其在生產(chǎn)、收集過程中）；設備腐蝕（特別是碳鋼設備）；吸收水分或潮解導致吸潮爆炸風險（無水CaCl?）；高溫下與有機物接觸可能自燃；溶液具有腐蝕性。預防措施包括：加強通風除塵，限制粉塵濃度；選用耐腐蝕材料設備；無水CaCl?儲運注意防潮；操作場所保持通風，遠離易燃物，穿戴防護用品；規(guī)范廢液處理。四、計算題1.解：1)計算理論需要處理的CaO量：15噸/小時×(1-5%)=14.25噸/小時=14250kg/h2)計算摩爾流量：14250kg/h÷56kg/kmol=253.9kmol/h3)計算放熱量：253.9kmol/h×178kJ/mol=45270.2kJ/h4)所需水帶走的熱量等于CaO反應放出的熱量（假設水溫升ΔT與漿料相同）：Q=m_water×c_water×ΔT5)水的比熱容c_water=4.18kJ/(kg·°C)，ΔT=85°C6)所需水量：m_water=Q/(c_water×ΔT)=45270.2kJ/h/(4.18kJ/(kg·°C)×85°C)≈127.1kg/h答：理論上約需加入127.1kg/h的水。2.解：1)計算入塔CO?摩爾流量：200m3/h×15%×(1mol/22.4m3)≈1.34mol/h2)計算目標出塔CO?摩爾流量：1.34mol/h×(1-90%)=0.134mol/h3)計算需要吸收的CO?摩爾流量：1.34mol/h-0.134mol/h=1.206mol/h4)根據(jù)化學計量（假設CO?與水反應生成H?CO?，實際吸收過程更復雜，此處簡化）或吸收過程物料衡算，吸收1molCO?需消耗1mol水。5)理論所需水流量：1.206mol/h×(18g/mol)=21.7g/h=0.0217kg/h6)假設水吸收CO?后體積不變，所需水體積流量等于摩爾流量：0.0217m3/h答：理論上至少需要處理約0.0217m3/h的水。（注：實際吸收過程復雜，此計算為簡化模型，所需水量會遠大于此值）五、論述題在鈣化工工藝設計中，需綜合考慮經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性等因素。經(jīng)濟性方面，要選擇原料成本低廉易得、能耗物耗少、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品易于銷售的技術路線和設備；優(yōu)化工藝流程，減少中間環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品收率和質量，從而降低生產(chǎn)成本，提升市場競爭力。例如，采用高效節(jié)能的煅燒窯爐，優(yōu)化消化工藝參數(shù)降低蒸汽消耗。安全性方面，必須高度重視原料、中