2013-11-25-林产化学工艺学练习题

1.植物原料热解基础1.木材热解：在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热分解的方式以木材或其他植物为原料制取各种生物质能源及各种化工产品的方法。2.木材热解工艺学包括（木材炭化及活性炭制造）、（木材干馏）、（植物能源气化和液化）等方面的生产与应用。3.木材热解过程及特征？答：木材热解过程分为四个阶段。⑴干燥阶段特征：120~150℃；加热速度慢，主要蒸发的是水份，木材化学组成几乎不变。⑵预炭化阶段特征：150~275℃；反应明显，木材化学组分开始变化。不稳定组分半纤维素分解为CO2、CO、少量醋酸。*第㈠、㈡阶段是吸热分解阶段⑶炭化阶段特征：275~450℃；木材急剧热分解，产生大量的分解产物。产物含有醋酸、甲醇和木焦油。此时CO2生成量减少，而甲烷、乙烯等可燃气体增多，反应大量放热。⑷煅烧阶段特征：450~500℃；此阶段对生成的木炭进行煅烧。排除残留在木炭中的挥发物，提高固定炭含量。*第㈢、㈣阶段是吸热分解阶段。4.热解产物分为固、液、气三态。固体产物——木炭（charcoal）液体产物——粗木醋液（crudepyroligneousacid）气体产物——不凝性气体或木煤气（woodgas）5.木材经热分解处理后，釜内残留固体称木炭。——常指炭化料。6.粗木醋液分为澄清时分为二层（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）。澄清木醋液：黄色~红棕色、烟焦气味；沉淀木焦油：黑色、粘稠油状液体。7.气体产物——木煤气:CO2、CO、CH4、C2H4和H2。8.纤维素的热分解分为几个阶段？答：(1)的蒸发与干燥阶段：100~150℃纤维素游离水和结晶水蒸发、氢键断裂、纤维素的热容量增加，发生相变，但纤维素的化学性质不变。(2)葡萄糖基脱水阶段T150℃;纤维素大分子中的葡萄糖发生β-O-4的醚键分解，生成左旋葡聚糖。(3)热裂解阶段T240℃；纤维素热分解反应开始变得激烈起来，275℃进入放热反应阶段；热分解更激烈和复杂。(4)聚合及芳构化阶段T400℃；⑴初级降解产物发生C-CC-O-C断裂释放CO等气体产物外，残留的C-C键发生芳构化，形成碳六角环，最终转化为木炭。⑵左旋葡萄糖酐缩聚成左旋葡糖，进一步转化为大分子混合木焦油9.半纤维素的热分解温度范围在225~325℃；反应式与纤维素相似。半纤维素热稳定性差。化学反应：先后经历脱水；甙键断裂；热裂解；缩聚；芳构化。10.木质素的分解答：（1）250℃木质素放出CO2、CO等气体。（2）T310℃反应剧烈，生成大量蒸汽气体产物。可凝性产物有：醋酸、甲醇、木焦油及其他有机化合物。不凝性气体产物：甲烷之类烃类物质出现。（3）T420℃气体产物逐渐减少，热分解基本完成木质素热分解较纤维素和半纤维素，木炭的得率最高。10.醋酸及其同系物主要来源于（纤维素）和（半纤维素）。醋酸形成的前躯体：乙酰基（CH3CO）11.分析讨论：资料：①从针叶树干馏得到甲醇产率为0.7%-0.9%；②由白桦、栎木得到甲醇产物为1%-1.5%；问题:为什么材料①甲醇的产率高于②？答：阔叶材中有b和a两种结构单元。针叶材中主要是a结构。因为甲醇在热解过程中主要来源于苯基丙烷结构单元上的甲氧基，所以材料①甲醇的产率高于②。12.木材真空条件下热解不产生丙酮。因此，丙酮是木材热解的二次产物。酯类物质也是木材热解的二次产物。甲醛、乙醛、糠醛等初级分解来源于木材组分中的纤维素、半纤维素及木质素热分解，也可通过二次反应生成。13.真空热解时木焦油是主要热解产物。（不是黑色而是红褐色）14.木材热解水分来源：（1）木材原含有的水分；（2）木材热解时形成的反应水。2.木材炭化与干馏15.干燥、预炭化阶段，木材不会显著分解，υ加热影响不大；炭化、煅烧阶段，放热反应阶段，υ加热影响大。16.快速炭化使焦油产量显著↑木炭量减少。17.木材腐朽多是感染了真菌和木腐菌。主要是（白腐菌）和（褐腐菌）二类。18.木材干燥分为哪三个时期？答：（1）干燥速度不变时期（恒速干燥时期又称外部扩散作用时期）特征：自由水表面蒸发，干燥速度不变。（2）干燥的中间时期（自由水从细胞腔中蒸发过渡到结合水蒸发）特征：干燥过程由蒸发自由水过度到蒸发吸着水。干燥速度和木材含水率分别呈直线变化。由b开始到C结束。（3）内部扩散作用时期特征：木材表面是干燥的，但是木材内部空隙中含有相当的水分。此时期水分蒸发除了要达到饱和蒸汽压外，还要克服水分由木材内部扩散到表面的传质阻力。19.*常见的干燥设备有(隧道式)、(回转式)和（气流干燥式）干燥装置。20.在（有限制供给少量空气的条件）下，在（炭化装置内）使林产植物原料（热分解的操作过程）成为木材炭化。21.为什么在果壳炭化炉炭化工艺中通入少量水蒸气可以起到冷却和密封作用？答：水蒸气预热汽化带走一部分热量，炭遇水成糊儿，有承担一定重量的能力。22.固定碳：在规定的高温下（850℃-950℃），不通入空气进行煅烧时的无灰分木炭。23.木炭机械强度受那些因素影响？答：⑴原料树种；⑵方向性差别（压力方向）；⑶最终温度；⑷时间（干燥和炭化时加热速度）。24.木炭的反应能力是指在木炭煅烧过程中，使CO2还原成CO的能力。25.木材干馏定义：在隔绝空气的条件下，让木材在干馏釜中进行热分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚剂、松焦油、木炭及木煤气等多种化工产品的方法。26.木材干馏与木材炭化的区别：答：在有限制供给少量空气的条件下，在炭化装置内使林产植物原料热分解的操作过程称为木材炭化。在隔绝空气的条件下，让木材在干馏釜中进行热分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚剂、松焦油、木炭及木煤气等多种化工产品的方法称为木材干馏。27.粗松节油是红褐色液体。相对密度为0.95~1.02.其主要成分是什么：答：其主要成分有萜烯类与萜烯醇类物质还含有少量的醛和酮。其产物有一次产物也有二次产物，例如醋酸。28.针叶材粗木醋液包括（粗松节油）、（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）三层；阔叶材的粗木醋液静置后只有（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）二层。29.木材干馏釜按受热方式分为（内热式）和（外热式）两种。30.明子干馏过程？31.松根明子（定义）：松林经采伐后，松根或刮倒的松树干埋在土壤中，经过腐熟剩下的树脂含量较高的部分成为“明子”。32.混合原油注入分馏釜有效体积的2/3，然后缓慢加热的目的？答：目的是防止暴沸，局部过热引起料液跑锅。33.为什么混合原油在蒸馏时不能同时得到轻、重焦油。答：⑴T210℃粗松节油和酸水混合物→油水分离器明子劈碎蒸汽气体冷凝木煤气焦油混合原油原油油水分离原油及木醋液干馏油水分离进一步加工预处理松木炭，黑色褐色黄白色红褐色气、液产物混合物210℃T蒸干轻焦油釜残为沥青焦炭⑵T210℃粗松节油和酸水混合物→油水分离器210℃T270℃松馏油釜残为重焦油3.生物质气化技术34.活性炭是具有（发达的孔隙）、巨大的（比表面积和吸附能力）的炭。35.气化发热值：每千克生物质原料完全燃烧后放出的热量叫做发热值。36.各种生物质原料的碳、氢和氧相对含量只有很小的差别。37.自然堆积角（反映物料的流动性）：当物料自然堆积时会形成-个锥体，锥体母钱与底面的夹角叫做自然堆积角。流动性好的物料——矮锥体，自然堆积角小。流动性不好的物料——高锥体，自然堆积角大。38.气化过程和常见燃烧过程的区别？答：⑴燃烧过程中供给充足的氧气，原料充分燃烧，目的是直接获取热量，产物是CO2和H2O蒸气等不可再燃烧的烟气；⑵气化过程只供给热化学反应所需氧气，尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物是含H2、CO和低分子烃类的可燃气体。39.生物质气化包括热解、燃烧和还原反应。气化过程中热解反应和还原反应都是吸热反应。40.生物质气化热解反应包括那些?答：a大分子碳氢链被打碎，生物质中挥发分除去，生成木炭作为气化反应床层。b热解产物是复杂混合气体（中热值干馏气15MJ/m3），其中至少包括数百种碳氢化合物。41.碳转化率（ηc）：固体生物质燃料中的碳转换为气体燃料中碳的份额，即气体中含C量与原料中含C量之比，是衡量气体效果的指标之一。42.气化效率(η)：单位生物质燃料转换成气体燃料的化学能(热值〕与生物质原料的热值之比，是衡量气化过程的主要指标，也称冷气体热效率。43.生物质气化热分解反应（包括气相与炭或炭黑的反应）：二次反应包括裂解(çracking)、重整（reforming)、水蒸气与一氧化碳的变换反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应等。44.生物质气化剂包括空气、氧气、水蒸气和空气（氧气）水蒸气。45.生物质气化器在实际生产中主要应用有2种：（固定床气化器）和（流化床气化器）。↓↓农村生物质气化集中供气系统大型气化系统根据气流方向不同，固定床气化器分为上吸式和下吸式气化器2种。46.为什么下吸式气化器燃气中焦油含量较上吸式气化器低得多？答:下吸式气化器的热解产物通过炽热的氧化层得到充分裂解。47.流化床气化炉分为鼓泡床气化炉、循环流化床气化炉、双流化床气化炉和携带床气化炉。48.常见生物质气化净化设备包括（机械式除尘器）、（湿式分离器）和（过滤器）。49.秸秆等低密度生物质原料应采用负压工艺。50.生物质气化集中供气技术的优点？答：⑴能源转换效率高；⑵燃料适应性好；⑶燃气用途广泛。51.生物质气化集中供气系统由（燃气发生系统）、（燃气输配系统）和（用户燃气系统）。52.生物质气化输配系统中燃气储柜的作用？答:⑴存储燃气，用以补偿用气负荷的变化，保证燃起发生系统的平稳运行。⑵为燃气管网提供一个恒定的输配压力，保证燃气输配均衡，使管网内所有的燃气灶都能按照额定压力正常燃烧。53.钢材的电化学腐蚀包括（原电池腐蚀）、（浓差电池腐蚀）和（电解电池腐蚀）。54.生物质燃气的危险性反映在那些方面？答：⑴燃气的可爆炸性⑵燃气的毒性（CO）。55生物质气化发电包括三个过程（生物质气化）、（气体净化）和（燃气发电）。56.为什么焦油的分解是生物质气化发电系统的关键技术？答：⑴焦油降低了气化效率；焦油产物能量低温时难以与可燃气体一道被利用；⑵焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭等结合一起，堵塞送气管道。⑶焦油凝结为细小液滴比燃气难以燃尽，易产生炭黑等颗粒，对燃气设备损害严重。4生物质液化技术57.纤维素浓酸水解的原理和稀酸水解的原理是什么？答：浓酸水解原理是结晶纤维素在较低的温度下可完全溶解于72%的硫酸或42%的盐酸中，转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖，主要是纤维素四糖。把此溶液加水稀释并加热，经一定时间后就可把纤维素四糖水解为葡萄糖，并得到较高的收率。稀酸水解原理是水合氢离子可和纤维素上的氧原子相结合，使其变得不稳定、容易和水反应，纤维素长链即在该处断裂，同时又放出氢离子。58.纤维素酶生产分为（固态）发酵和（液态）发酵2种生产工艺。59.目前有三种方法用来处理五碳糖发酵。①（用木糖异构酶将木糖异构成木酮糖，用普通酵母水解）②（寻找和驯化能发酵五碳糖的天然微生物）；③（基因工程技术）60.为什么生物质实际发酵酒精收率小于理论值？答：①微生物转化不完全，有残糖。②微生物本身生长繁殖需消耗部分糖。③发酵中产生的CO2逸出时会带走酒精，因酒精易挥发。④杂菌的存在会消耗一些糖和酒精。61.生物质热裂解是生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件下热解为液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三个组成部分的过程。62.生物质液化油的特点和用途是什么？答：⑴：生物质液化油的特点：①液体燃料含水率25%的液化油相当于汽/柴油燃料热值40%；②可以替代常规燃料应用于锅炉、内燃机和涡轮机；③不能和烃类燃料混合④不如石化燃料稳定；⑤在使用前需进行品质测定⑵用途：①可制取特殊化学品；②可制取多酚、化肥、农药和具有环保要求的化学品；③生产高价值的化学品。5活性炭的结构和性质63.活性炭是具有（发达的孔隙）、巨大的（比表面积）和强（吸附能力）的炭。64.活性炭按制造方法分为化学法活性炭（化学药品活化法炭）、物理法活性炭(气体活化法炭)和化学--物理法（或物理--化学法活性炭）