化学工艺学试题

化学工艺学：是研究由化工原料加工成化工产品的化学生产过程的一门科学,内容包括生产
方法的评估,过程原理的阐述,工艺流程的组织和设备的选用和设计;
焙烧：是将矿石,精矿在空气,氯气,氢气,甲烷,一氧化碳和二氧化碳等气流中,不加或配加一定的物料,加热至低于炉料的熔点,发生氧化,还原或其他化学变化的单元过程
煅烧：是在低于熔点的适当温度下加热物料使其分解,并除去所含结晶水二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程
平衡转化率：可逆化学反应达到化学平衡状态时,转化为目的产物的某种原料量占该种原料起始量的百分数
浸取：应用溶剂将固体原料中可溶组分提取出来的单元过程
烷基化：指利用取代反应或加成反应,在有机化合物分子中的N、O、S、C等原子上引入烷基R--或芳香基的反应;
羰基合成：指由烯烃,CO和H2在催化作用下合成比原料烯烃多一个碳原子醛的反应;
煤干馏：煤在隔绝空气条件下受强热而发生的复杂系列物化反应过程;
水煤气：以水蒸气为气化剂制得的煤气CO+H2
精细化学品：对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工而制取的具有特定功能, 特定用途,小批量生产的高附加值系列产品;
高分子化合物：指相对分子质量高达104~106的化合物
原子经济性：指化学品合成过程中,合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用到的所有原料尽可能多的转化到产物中;=目的产物分子量/所有产物分子量
环境因子：=废物质量/目标产物质量
1.化学工业的主要原料：化学矿,煤,石油,天然气
2.化工生产过程一般可概括为原料预处理,化学反应,产品分离及精制;
3.三烯：乙烯,丙烯,丁二烯; 三苯：苯,甲苯,二甲苯;
4.石油一次加工方法为：预处理,常减压蒸馏; 二次加工方法：催化裂化,加氢裂化,催化重整,焦化等; 石油中的化合物可分为：烷烃,环烷烃,芳香烃;
5.天然气制合成气的方法：蒸汽转化法,部分氧化法;主要反应为：CH4+H2O-----CO+3H2 和CH4+CO+2H2 CH4+CO2----2CO+2H2
6.硫酸生产的原料有：硫磺,硫铁矿,有色金属冶炼炉气,石膏;
7.工业废气脱硫,高硫含量用湿法脱硫,低硫含量用干法脱硫;
8.硝酸生产的原料：氨,空气,水;
9.浓硝酸生产方法：直接法,间接法,超共沸酸精馏法;
10.氨的主要用途：生产化肥,生产硝酸;平衡氨浓度与温度,压力,氢氮比,惰性气体浓
度有关;温度降低或压力升高时,都能使平衡氨浓度增大;
11.合成氨反应方程式：N2+3H2-----2NH3 300--600℃ 8--45MPa,催化剂;
12.甲烷化反应：CO+3H2＝＝CH4+H2O
13.变换反应：CO+H2O===CO2+H2
14.氯在氯碱厂主要用于生产：液氨,盐酸;氯碱厂主要产品有：烧碱,盐酸,液氨;
15.食盐水电解阳极产物是：Cl2,阴极产物是：NaCl,H2
16.氯碱工业三种电解槽：隔膜,离子交换膜,汞阴极法;
17.汽提法生产尿素工艺中,常用气提气有：CO2和NH3
18.铬铁矿焙烧方法：有钙焙烧,无钙焙烧;有钙焙烧的主要废物是：铬渣;含有致癌物：六价铬;常见铬盐产品：重铬酸钾,重铬酸钠,铬酐,铬绿Cr2O3;
19.索尔维制碱法主要原料：NH3,CaCO3,NaCl;主要产品：Na2CO3,CaCl2
侯氏制碱法：NH3,CO2,NaCl ;主要产品：Na2Co3,NH4Cl
20.湿法磷酸生产的主要原料：磷矿石,硫酸;烷基化应用：烷基化汽油生产,MTBE生产;
21.乙烯环氧化制环氧乙烷催化剂的活性组分是：Ag银
22.氯化反应三种类型：加成氯化,取代氯化,氧氯化; 氯乙烯生产方法：乙烯法,乙炔法;
23.烷烃热裂解主要反应为：脱氢反应,断链反应;深冷分离指温度低于—100℃的分离过程;
24.羰基化最典型的应用是：用甲醇制醋酸;催化剂组成：活性组分,载体,助催化剂;
25.丙烯腈的主要生产方法：氨氧化法;主要原料：丙烯,氨;
26环氧乙烷主要生产方法：乙烯环氧化法;原料：乙烯,氧;主要用途：制乙二醇;
27皂化反应是指油脂在碱性条件下的水解反应;乙醇生产方法：乙烯水合法,发酵法;
28.煤化工用途：煤干馏,煤气化,煤液化;煤气化工艺：固定床,流化床,气流床;
29.煤干馏产物：焦炭,煤焦油,焦炉气;合成气的主要成分：CO和H2
30.煤气化发生炉中煤层分为：灰渣,氧化层,还原层,干馏层,干燥层;
31.煤液化工艺：直接液化,间接液化;三大合成材料：合成塑料,纤维,橡胶;
32.精细化学品常用单元反应：磺化,硝化,氯化,重氮化和偶合
33.用量最大的聚合物是：聚乙烯PE,聚丙烯PP,聚氯乙烯PVC
34.纯碱生产方法：索尔维制碱法氨碱法,侯氏制碱法联碱法,天然碱法;
35.硫酸钙常见结晶形式：两水,半水,无水;高分子聚合反应为：加聚和缩聚;
1..简述化学工程与化学工艺的关系
答：化学工程研究共性问题,单元操作,工程因素尤其是放大效应：化学工艺研究个性问
题,研究具体过程,从原料到产品的过程系统优化;两者相辅相成,密不可分;
2..简述化学工业的发展方向
答：①高新技术,缩短开发周期；②最充分最彻底地利用原料；③大力发展绿色化工；④
化工过程要高效、节能和智能化；⑤实施废弃物再生利用工程;
3..简述氧化反应的特点
答：①强放热反应,要控制反应温度,及时移走反应热；②反应途径多样,副产物也多,
导致后续分离工序困难,工艺流程组织也较复杂；③从热力学趋势来看,烃类易完全氧化
成CO2和水,故应选择性能优良的催化剂并及时终止氧化反应;
4..简述浓硝酸的生产方法
答：直接法：NH3氧化制NO,NO氧化为NO2,浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸,发烟硝
酸解吸制N2O4,N2O4和水加压氧化反应得浓硝酸;
间接法：稀硝酸加脱水剂硫酸或无机盐如硝酸镁精馏;
超共沸酸精馏法：使氧化气中水脱除较多,NO X直接生产超共沸酸,在蒸馏得;;
5..合成气的应用已工业化的有哪些
答:合成NH3；合成甲醇；合成醋酸羰基化；烯烃的氢甲酸化产品；合成天然气和柴油
6..简述硫铁矿为原料制取硫酸的生产原理及主要设备
答：硫酸生产包括三步,即二氧化硫制取,二氧化硫催化氧化为三氧化硫,水吸收三氧化
硫制硫酸;主要反应为：4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2；2SO2+O2==2SO3；SO3+H2O=H2SO4 ;主要
设备包括：沸腾炉,接触室,吸收塔等;
7..举例说明化工生产中常用的节能降耗措施
答：一般来说,蒸汽压力越高,其热效率越高,因此,如果反应温度高,应尽可能产生高压蒸汽;燃烧废气带有大量的显热,应尽可能回收利用;蒸汽加热的冷凝水要视其压力进一步充分利用;高压下的减压膨胀过程要设计做功机械,避免过分的不可逆过程,造成能量的浪费;注意加强保温保冷措施,减少热量损失;精馏过程能耗很多,要充分重视换热措施,若有可能,可采用热泵技术;
8..简述我国化学工业面临的问题及机遇
答：问题：规模小,能耗高,污染重,精细化率低,缺乏自主知识产权和创新能力;
机遇：国民经济持续稳定增长为化学工业发展提供了机遇,改革开放为技术改造提供了
条件,国际合作更广泛,国际油价上涨为国内煤化工发展提供了机遇,需求增长及政策
支持位新技术、新产品开发提供了动力;
9..对比国内外化学工业的现状,结合具体例子简述国内技术差距及努力方向;
答：与国际先进水平相比,我国的化学工业还很落后,我国的化学工业产值只占世界化学工业总产值的5%左右,这与我国的国际地位极不相称;总的来说,我国工艺落后,能耗高,污染重,品种少,缺少自主知识产权;
以硫酸为例,发达国家主要以回收硫为原料,而国内大量采用硫铁矿,流程长,设备多,污染重,其中当然有资源问题,也同样有技术问题,比如煤气化炉,大型炉依然全靠进口;
努力方向：清洁生产,可持续发展,精细化;
10..为什么常规的氨氧化工艺只能生产稀硝酸怎样才能得到浓硝酸简述一种流程;
答：因为二氧化氮的吸收制酸是化学吸收,由于化学平衡的限制,无法直接得到浓硝酸;
三种方法,直接法,稀硝酸脱水法,超共沸酸法;硝酸镁脱水法是常用方法之一;
11..比较几种食盐电解工艺的优缺点;
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
12..比较三种纯碱生产工艺的优缺点
答：索尔维制碱法：工艺成熟,原料丰富,但原料利用率低,三废排放量大
侯氏制碱法：原料利用率高,三废排放量小,但是原盐要求高,氯化铵销路有问题
天然碱法：在碱矿品位高时成本低,但原料受限制
13..甲基叔丁基醚MTBE的催化蒸馏工艺特点是什么
答：特点：①将反应和精馏结合起来,反应热用来分离产物,节能效果明显；②由于反
应产物很快离开反应区,有利于平衡向MTBE方向进行,异丁烯转化率高；③对设备无
腐蚀,对催化剂和原料要求高；④设备少,只需一个反应器,投资省;
14..简述烷基化反应及羰基化反应的定义,分别举例说明其典型应用
答：烷基化典型应用：烷基化汽油生产;羰基合成应用：甲醇羰基化制醋酸;
15..简述两种氯乙烯生产方法及特点
答：乙烯氧氯化：C2H4+2HCl--CH2ClCH2Cl--HCl+CH2=CHClO2,CuCl2,250-350℃
成本低,取决于原油价格,环境友好,但投资大,流程长;
乙炔氯化氢加成：HC=CH+HCl--CH2=CHCl
成本高取决于煤价和电价,有污染,但投资小,工艺可靠;
16..乙烯氧氯化法生产氯乙烯由哪三大工艺组成,同时写出每步的主要反应
答：①乙烯液相加成氯化生产1,2-二氯乙烷,反应为：CH2=CH2+Cl2--
②乙烯气相氧氯化生产1,2-二氯乙烷,反应：CH2=CH2+2HCl+ +H2O
③1,2-二氯乙烷热裂解制氯乙烯,反应见上;;
17..烃类热裂解过程为何采用水蒸气做稀释剂
答：①易于裂解气分离②水蒸气热容量大,保护炉管防止过热③抑制裂解原料所含硫对
镍铬合金炉管的腐蚀④脱除结碳,抑制铁镍的催化生碳作用;
18..间歇法水煤气工作循环由哪几个阶段组成
答：①吹风阶段②水蒸气吹净阶段③上吹制气阶段④下吹制气阶段⑤二次上吹制气阶段
⑥空气吹净阶段
19..简述煤液化技术现状及该技术对我国的重要意义
答：煤液化技术分为间接液化和直接液化两种,间接液化是指先将煤气化制得合成气,
然后合成气在催化剂作用下再转化为液体;直接液化是煤在供氢溶剂中,在催化剂作用
下加氢,部分转化为液体;间接液化是成熟技术,南非已经生产近50年,直接液化尚
无工业化先例,我国第一套工业化装置正在建设中;
中国是一个多煤少气贫油的国家,目前中国式世界上第二大石油消耗国,第三大石油进口国,煤炭在中国的能源结构中占三分之二,煤液化技术不仅对我国的国家安全和
经济建设具有非常重要的意义,对改善民生,保护环境也非常重要;
20..简述煤化工利用的主要途径及相关产品;
答：①焦化：焦炭,焦炉煤气,煤焦油;进一步可得上百种产品,如苯,酚,奈,蒽等;
②煤气化：制氢,合成氨,甲醇,二甲醚,汽油等;
③煤液化：汽油,柴油,蜡等;
21..煤和石油在组成,结构以及应用上有什么差别;
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,
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化方法就可分离或改变结构,化工钟应用广泛；⑤煤须经焦化、气
化或液化等手段打破化学键,获得组分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,目前主要用来生产焦炭,制合成气、合成氨、甲醇等;
22..目前合成氨生产的主要原料是什么其原理及工艺流程差别有哪些
答：煤和天然气;主要差别在造气和脱硫,煤的主要成分是碳,造气反应主要包括煤燃烧,碳和水蒸气反应;天然气主要成分是甲烷,造气主要反应是甲烷蒸汽转化;由于煤含硫
量高,因此一般采用湿法脱硫,然后再干法脱硫；天然气含硫量低,一般直接采用干法脱硫
23..变换反应为何存在最适宜反应温度,何为最适宜反应温度实际工业生产中
答：变换反应时可逆放热反应,温度对平衡转化率和反应速率都有影响;温度升高,反应速率增大,但平衡转化率降低;最适宜反应温度Tm是当气体组成一定时,反应速率最大时的温度;工业生产中变换过程是采用分段冷却方法使操作温度接近最适宜反应温度曲线
24.索尔维制碱法原理及优缺点;
答：原理：2NaCl+CaCO3=Na2CO3+CaCl2但该反应无法进行,必须经过以下过程实现：
CaCO3--CaO+CO2；盐+水--盐水；盐水+氨--氨盐水；氨盐水+CO2--NaHCO3+NH4Claq；2NaHCO3--Na2CO3+CO2+H2O ；2NH4Claq+CaO--2NH3+CaCl2+H2O
原料丰富,技术成熟,但原料利用率低,废液排放量大;
25..简述尿素合成反应原理;
答：尿素合成反应为：CO2+2NH3=CONH22+H2O 该反应分两步进行：①液氨和CO2反应
生成中间产物甲铵：CO2+2NH3--NH2COONH4,反应为快速、强放热反应,平衡转化率
很高②甲铵脱水生成尿素：NH2COONH4--CONH22+H2O,该反应为慢速,温和吸热的
可逆反应,是控速步骤;
26..简述尿素生产主要步骤
答：①尿素的合成；②合成反应液的分解与分解气的冷凝回收；③尿素溶液的蒸浓；④
尿素的结晶与造粒;。