化学工艺学知识点(氧化)

氧化

1氧化反应的分类及其特点。

1）分类：⑴按作用物与氧的反应形式

①氧原子直接引入作用物的分子内②作用物分子只脱去氢，氢被氧化为水（即氧化脱氢）③作用物分子脱氢并同时添加氧④两个作用物分子共同失去氢氢被氧化为水（即氧化偶联）⑤碳-碳键部分氧化，作用物分子脱氢和碳键断键同时发生（部分降解氧化）⑥碳-碳键完全氧化（完全降解氧化）⑦间接氧化⑧氮-氢键氧化⑨硫化物的脱氢或氧化

⑵按反应相态分：气-液相氧化、气-固相氧化

2）氧化反应共同特点

* 氧化反应是一个强放热反应，易完全氧化，引起热爆炸

防范措施：注意爆炸极限范围; 保证足够的传热强度（面积、传热系数）; 稀释反应物（用惰性气体稀释氧气等）; 设备设计加装防爆口（膜）、安全阀、报警装置

* 反应途径多，副产物多，分离困难

* 易深度氧化(生成CO2和H2O)，须选择高选择性催化剂

2. 氧化剂的分类。

* 氧或空气

* 氧化物: 金属氧化物：CrO3、OsO4、RuO4、Ag2O、HgO等

非金属氧化物：SeO2、S2O6、N2O3等

* 过氧化物: PbO2（过氧化铅）、MnO2（过氧化锰）、H2O2、Na2O2（过氧化钠）等

* 过氧酸: 无机过氧酸：过氧硫酸（H2SO5）、过氧碘酸（HIO4）等

有机过氧酸：过氧苯甲酸（C6H5CO2OH）、三氟过氧乙酸（CF3CO2OH）、过氧乙酸（CH3CO2OH）、过氧甲酸（HCO2OH）等

氧化能力顺序为：CF3CO2OH > HCO2OH > CH3CO2OH > C6H5CO2OH

* 含氧盐: 高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐、次氯酸盐、硫酸铜、四醋酸铅等

* 含氮化合物: 硝酸、赤血盐（K3Fe(CN)6）、硝基苯等

* 卤化物: 金属卤化物：氯化铬酰（CrO2Cl2）、氯化铁

非金属卤化物：N-溴代丁二酰亚胺(NBS)

* 其它氧化剂: 臭氧、发烟硫酸、熔融碱等

3. 反应热的控制和利用。

氧化是一个强放热反应

* 利用反应热副产中、高压水蒸气

* 用低沸点工作介质利用低位废热推动透平机

低沸点工作介质：丁烷、氟里昂

低位废热：低压水蒸气、80~100℃左右热水

* 用膨胀机利用氧化尾气推动鼓风机

* 综合利用（多个分厂或车间）

4 . 硫酸是生产方法。

生产方法：塔式法、铅式法、接触法

5. 接触法生产硫酸的工序及其特点。

1）焙烧矿石或硫磺制SO2

4FeS2 + 11O2→2Fe2O3 + 8SO2S + O2→SO2

2）炉气精制(除杂质：As2O3、HF、SeO2、矿尘、水蒸气等)

3）转化关键(2SO2 + O2→2SO3)

4）吸收(用98.5%硫酸吸收SO3，制浓硫酸或发烟硫酸；尾气制98.5%硫酸)

6. 二氧化硫催化氧化过程扩散阻力的影响。

1)T↑，平衡转化率xe↓；P ↑，xe变化不大；SO2↑、O2↓，x e↓

2)速率随温度有最大值---最适宜温度

（T↑，k’↑，反应速率↑；T↑，x e↓，反应速率↓；T ↑，反应速率先↗后↘）

3）最适宜温度随转化率增加而降低

4）相同温度下，转化率越高反应速率越低

7. 硫酸生产过程中通常采用“多转多吸”工艺流程的特点。

1）分段反应: 段数越多，反应越快，但固定设备投入越大

起始反应时最佳温度太高，可利用起始反应物浓度大特点，在较低温度下获得较高速率410～430℃，转化率至70～75％

三段450～490℃，转化率至85～90％

430℃，转化率至97～98％

为了降低出口SO2含量，四、五段更低温度进行

2）分析：降低温度可以提高最终转化率，但反应速度很慢

吸收反应产物，提高反应推动力，再进行反应、吸收，降低出口SO2含量

三段反应后吸收，再二段反应后吸收，“3＋2”

二段反应后吸收，再二段反应后吸收，“2＋2”

3）起始浓度和φ（O2）/ φ（SO2）

1）相同φ（O2）/ φ（SO2）下，转化率：“3＋2”>“3+1”>“2+2”。

2）符合尾气排放环保要求的φ（O2）/ φ（SO2）值：

“3＋2”< “3+1”<“2+2”说明“3＋2”工艺的生产能力最大。

4）催化剂

φ（SO2）提高，放热量增加，转化温度上升；催化剂耐高温高活性

不同段采用不同耐温催化剂

8. 硫酸生产过程的三废治理。

废渣:炉渣、粉尘用作炼铁原料；电除尘器、净化工序稀酸沉淀池沉淀物用作生产水泥原料；炉渣、粉尘（含Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Au、Ag等）提炼贵金属等

废气：尾气中φ（SO2）<500μL/L，达到国家排放标准，可直接排放

消极治理方法：高空排放，大气稀释

积极治理方法：物理或化学方法治理（烟气脱硫FGD技术）

废水：中和法处理废水：加石灰

9. 硝酸的生产方法。

常压法（w(HN03)45%～52% ）

中压法、高压法、双加压法（w(HN03)65～72% ）

综合法（w(HN03)65～72% ）

10. 氨接触氧化的原理及其催化机理。

(1)氨氧化的化学平衡

4NH3+502==4NO+6H20 +905.5 kJ/mol

4NH3+402==2N20+6H20 +1103.1 kJ／mol

4NH3+302==2N2+6H20 +1267 kJ/mol

反应条件和使用催化剂不同，则产物不同

副反应：

氨的分解：2NH3=N2+3H2-91.8 kJ/mol

一氧化氮的分解：2N0=N2+02-180.3 kJ/mol

氨和一氧化氮相互相用：4NH3+6N0=5N2+6H20 +1804 kJ/mol

①三个反应是三个不可逆反应。

②K很大，若没有催化剂，氨氧化结果将主要生成氮气和水蒸气。

反应机理：

①由于铂吸附氧的能力很强，铂催化剂表面吸附的氧分子中的共价键被破坏，生成两个氧原子；

②铂催化剂表面从气体中吸附氨分子，随后氨分子中的氮和氢原子与氧原子结合；

③进行电子的重新排列，生成一氧化氮和水分子；

④铂对N0和水分子的吸附能力较小，它们在铂催化剂表面脱附，进入气相中。