化工工艺学试卷A_及_答案

《化工工艺学》试卷A参考答案与评分标准一、解释名词（每题1.5分，共15分）1、精细化工产值率：可以用下面的比率表示化工产品的精细化率：×100精细化工产品的总产值精细化工产值率（精细化率）＝％化工产品的总产值2、附加价值附加价值是指在产品的产值中扣除原材料、税金、设备和厂房的折旧费后，剩余部分的价值。

它包括利润、人工劳动、动力消耗以及技术开发等费用，所以称为附加价值。

3、食品抗氧化剂能够阻止或延缓食品氧化，以提高食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂称为食品抗氧化剂。

3、Fox 公式12121=++⋅⋅⋅⋅⋅⋅+=∑n i g g g gn giW W W W T T T T T 4、高固体分涂料高固体分涂料就是要求固体分含量在60％～80％或更高，有机溶剂的使用量大大低于传统溶剂型涂料，符合环保法规要求的涂料5、光致变色高分子材料是含有光色基团的聚合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色的材料。

6、光导纤维是一种能够传导光波和各种光信号的纤维。

7、增塑剂是一种加入到材料中能改进其加工性能（挤出、模塑、热成型性）及物理和机械性能（弹性、伸长率等）的物质。

8、分散染料是一类分子比较小，结构上不带水溶性基团的染料。

9、造纸化学品一般是指在制浆、抄纸这一整个纸及纸板的加工制造过程中所使用的所有化学品。

10、油田化学品亦称油田化学剂，系指解决油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及集输等过程中所使用的助剂。

（每题1.5分，答对基本概念或内容即可）二、举例说明精细化工与新能源技术的关系。

（8分）精细化工与能源技术的关系十分密切。

精细化工与新能源技术相互促进、相互发展。

例如太阳能电池材料是新能源材料研究的热点，IBM 公司研制的多层复合太阳能电池其光电转换效率可达40％。

氢能是人类未来的理想能源，资源丰富、干净、无污染，应用范围广。

而光解水所用的高效催化剂和各种储氢材料，固体氧化物燃料电池(SOFC)所用的固体电解质薄膜和阴极材料，质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点题目。

（答出基本概念或要点即可）三、简述食用天然抗氧化剂的生产工艺方法。

（10分）食用天然抗氧化剂的提取主要采用以下方法：（1）水溶液萃取法用调到一定pH值的水做溶剂，对香料进行萃取。

为了保证萃取体系的稳定，还需加入缓冲剂（如碳酸盐、磷酸盐）。

（2）有机溶剂萃取法常用的有机溶剂是己烷、苯、乙醚和醇类。

（3）植物油提取法将植物油如花生油、棉籽油作溶剂提取抗氧化剂。

以上三种方法的工艺过程主要是：原料→干燥→粉碎→提取→过滤→浓缩→粗制品→精制。

（4）超临界萃取法利用该法从香料中制取的抗氧化剂用于猪油、鱼油、牛油、豆油、棉籽油、米油、玉米油、花生油等油脂及含油食品中，抗氧化效果良好。

（答出要点即可）四、详细说明间歇法生产脲醛树脂的工艺过程。

（10分）工艺过程包括：原料准备、加料混合、缩聚反应、真空脱水、稳定处理、出料。

全部过程在同一个反应釜中进行。

即首先分析原料含量，中和甲醛溶液，然后将甲醛与尿素加入反应釜，混合以后开启回流冷凝器，并通蒸汽加热，混合液加热到55～60℃时停止加热，温度靠反应放热升到80～85℃，在规定的pH值下反应一定的时间，反应液达到需要的黏度，然后冷却反应液到65～70℃。

将反应液调到中性，关闭冷凝器的回流阀，开启直流阀进行真空脱水。

在此期间，必须注意不要让树脂液通过冷凝器抽入冷凝水收集器。

真空脱水根据脱水量或折射率来控制。

当达到树脂浓度60％～70％时停止脱水。

树脂冷却到40℃时用稳定剂(氨水等)进行稳定处理，经过过滤的树脂放入成品树脂的容器。

（答出基本步骤即可，也可按例回答）五、常用的压敏胶黏剂有哪些种类？说明工业生产乳液型丙烯酸酯压敏胶黏剂的生产工艺。

（8分）常用的压敏胶黏剂有天然橡胶压敏胶黏剂、合成橡胶和再生橡胶压敏胶黏剂、热塑弹性体压敏胶黏剂、丙烯酸酯压敏胶黏剂、有机硅及其他树脂压敏胶黏剂五类。

工业生产时，使用带有锚式搅拌器的500L搪瓷反应釜，蒸汽夹套加热，投料系数0.70，搅拌速度90r/min，反应温度80～85℃，滴料时间2～4h，保温时间1.5～2.0h。

（答出基本步骤即可，也可按例回答）六、光敏剂主要包括哪些种类？简述目前光降解材料的主要应用领域。

（8分）光敏剂主要包括①过渡金属化合物：过渡金属的乙酰丙酮化合物、二硫代氨基甲酸盐、肟、硬脂酸盐等是有效的光敏添加剂。

当聚烯烃含有少量过渡金属的乙酰丙酮化合物时会发生显著的敏化作用，敏化活性顺序为Cu＞Fe＞Zn。

二硫代氨基甲酸铁、二硫代氨基甲酸铜、铁肟、硬脂酸铁、三氯化铁也都是有效的光敏剂。

研究表明，添加少量上述化合物后，聚烯烃的光氧化时间就大大缩短。

②羰基化合物：这类化合物中最重要的光敏剂是二苯甲酮。

它吸收日光后激发，并从聚合物中夺取氢原子，使聚合物产生大分子自由基，进而发生氧化降解。

醌类化合物对聚丙烯、聚苯乙烯的光降解也有促进作用。

③其他化合物：多环芳香化合物诸如葸、菲、芘可敏化聚烯烃的光降解。

光降解材料主要可应用于两个方面，一是包装材料，二是农用薄膜。

现有的包装材料中大约80％是聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，此外还有聚酯等。

聚烯烃薄膜还被广泛作为农业用覆盖薄膜以保墒、提高土壤温度及抑制杂草生长，但使用后很难从地里清除掉，所以可用光降解聚烯烃作包装材料和农用地膜，废弃后即可被日光降解成碎片。

当聚烯烃的相对分子质量降到500以下时，就容易受微生物破坏，从而进入自然界的生物循环。

（答出要点即可）七、写出诺氟沙星（氟哌酸）的合成工艺路线及反应方程。

（8分）诺氟沙星（又名氟哌酸）是目前应用较多的一种高效广谱抗菌药物，其合成工艺路线如下：先将3-氯-4-氟苯胺（Ⅰ）与乙氧甲烯基丙二酸二乙酯（Ⅱ）在120～130℃缩合得缩合物（Ⅲ）。

（Ⅲ）在温度为150℃和液体石蜡存在下环合得环合物（Ⅳ），再将（Ⅳ）在DMF 中用硫酸二乙酯进行N-乙基化反应，得化合物（V ）。

（V ）在2mol/L NaOH 作用下水解生成（Ⅵ）。

（Ⅵ）与哌嗪缩合即得诺氟沙星。

合成路线如下：Cl F NH (Ⅱ)哌嗪液体石蜡或二苯醚Cl CH C(COOC 2H 5)2(Ⅳ)(Ⅵ)(Ⅴ)NaOH F N HCOOC 2H 5O (C 2H 5)2SO 4, DMF(Ⅰ)ClFN COOC 2H 5OCl F NCOOHOC 2H 5F N COOH O C 2H 5C 2H 5N HN（文字步骤3分，反应方程5分）八、简述隐身材料的隐身原理。

（8分）由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

（答出要点即可）九、羧甲基淀粉钠的生产主要有哪些方法？说明其基本生产步骤。

（10分）羧甲基淀粉钠的合成方法很多，按所用溶剂多少，可分为干法、半干法和溶剂法。

干法和半干法使用的溶剂很少或几乎不用溶剂，因此生产成本较低，但在固相体系中进行反应，试剂小分子很难渗透到淀粉的颗粒内部，因此产物的取代度一般不高，而且取代基仅分布于颗粒的表面，产物溶解性较差或在溶液中含有较多的不溶物。

而溶剂法却正好相反，在溶剂中大多采用水或水与甲醇、乙醇、异丙醇和丙醇等的混合溶剂。

不论采用何种方法，CMS 的生产基本分三步进行。

（1）丝化反应 在丝化过程中，淀粉浸泡在碱性溶液中，促使淀粉溶胀，使NaOH 小分子渗透到颗粒内部与结构单元的羟基反应，生成淀粉钠盐，它是进行醚化反应的反应活性中心。

在丝化过程中同时进行着淀粉的碱性降解。

++H 2O OH Starch NaOH ONa Starch（2）羧甲基化反应 淀粉钠和氯乙酸钠在碱性条件下进行反应生成羧甲基淀粉，同时氯酸钠在碱性条件下水解生成羟基乙酸钠。

一般在碱性较强的介质中，淀粉的羧甲基化反应按SN 2历程进行，而在碱性较弱的介质中按SN 1历程进行。

主反应 ++Starch NaOH ONa ClCH 2NaCl OCH 2COONa Starch 副反应 +++H 2NaOH H 2O ClCH 2COONa NaCl HOCH 2COONa（3）CMS 的精制 普通精制方法为；先用醋酸中和，然后用甲醇或乙醇-水混合溶剂洗涤沉淀产物至用AgNO 3检验无C1—，然后将产物干燥粉碎后得白色固体粉末。

（答出要点即可，可不写反应方程）十、根据所学知识，论述新领域精细化工产品的现状与发展前景。

（15分）新领域精细化工产品是国内外重点发展的领域，如胶黏剂、工业表面活性剂、信息化学品、功能材料、纳米材料与技术、功能助剂等。

主要从以下方面可以看出，其发展前景广阔。

（1）高尖端、高技术、功能化、专用化，与快速发展的高科技时代接轨全球经济一体化快速发展，跨国公司重组、兼并，使生产更集中、专业化。

以信息化技术、生物技术、纳米技术、催化技术、新能源利用技术、新材料技术等为代表的新技术、新品种，将成为化工产业升级换代的巨大动力，多门学科交叉的高新技术会进一步涌现。

催化剂、生物医学、纳米材料、功能高分子、精细陶瓷、薄膜材料、复合材料、非晶体材料、智能材料、富勒烯材料、电子信息化学品、光纤材料等方面将形成产业化、商品系列化。

膜分离技术、超临界萃取技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术，以及利用计算机技术和组合化学技术进行分子设计等都将进一步得到应用。

（2）绿色化发展方向，与“全球变化科学”和现行政策接轨绿色化工的特点是对环境无毒无害，反应选择性极高。

已形成了化学工业的一个重要方向，即“清洁化生产”和“原子经济反应”。

追求“绿色”、保护环境、保护人们的身心健康将是化学工业未来永恒不变的目标，也是刻不容缓的责任。

（3）开发新方法、新路线，完善传统精细化工产品生产中存在的问题21世纪要用一些高新技术改造传统精细化工，使原有的化工产品纯度提高、分离更彻底、三废排放更少、环境污染更小，使原有的生产技术和产品结构更加完善。

目前已发展或正在开发的新技术包括新的合成技术、分离技术、催化技术等。

（4）开发新能源，与日趋紧张的能源形势接轨根据科学家预测，21世纪的能源主要为核能、太阳能、风能、地热能、氢能、潮汐能和海洋能。

此外，人们还在大力发展乙醇汽油、生物柴油、合成柴油等其他能源来弥补当前的能源问题。

所以，在能源替代方面精细化工将会发挥重要的直接或间接作用。