化工工艺学复习要点

1现代化学工业的特点是什么？P10-11综合原料生产方法和产品的多样性复杂性；向大型化，综合化，精细化发展；多学科合作，技术密集型发展；重视能量的合理利用，积极采用节能技术；资金密集，投资大，利润高；安全和环保日益受到重视。2化学工艺学的研究范畴是什么？P9其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，设备的选用和设计，以及生产过程中的节能环保和安全问题。3何谓转化率？何谓选择性？转化率(X)：指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率。选择性(S)：体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。4什么是生产能力？什么是生产强度？生产能力：一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量。生产强度：设备的单位特征几何量的生产能力，即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。5催化重整流程中预加氢工序的作用？P45为了保护重整催化剂，必须对原料油进行加氢精制预处理。即石脑油与氢气在一定温度下通过预精制催化剂加氢，将其所含的硫、氮、氯及氧等，加氢转化为H2S、NH3、HCl和H2O，从石脑油中脱除；使烯烃加氢饱和；将金属有机物分解，金属吸附在催化剂的表面脱除。重整原料经预加氢精制后，杂质含量满足重整装置对进料的质量要求，确保了重整催化剂性能的充分发挥，实现催化重整装置的长期稳定运转。6干气与湿气有何不同？一般来说，干气就是指甲烷含量比较高的天然气，湿气是指其中碳二到碳五等容易液化的组分较高，而不是水较多。7氧化反应的特征是什么？P63强放热反应，必须严格控制反应温度，防范安全事故；反应途径多样，副产物多，分离困难；容易发生深度氧化，需要选择性优良的催化剂。8生产硫酸的主要原料有哪些？我国生产硫酸的主要原料是什么？P66硫磺，冶炼烟气，硫铁矿和石膏，我国主要用硫铁矿，世界上广泛使用硫磺。9环氧乙烷的生产方法有哪些？P110有两种，氯醇法和直接氧化法。10丙烯氨氧化所采用的催化剂有哪些？P129主要有鉬系催化剂和锑系催化剂两类。Mo系为C-A型即P-Mo-Bi-O以及先进的C-41即P-Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O七组分催化剂和C-49和C-89等多组分催化剂。Sb系催化剂有Sb-Fe-O，Sb-Sn-O以及Sb-U-O三种。11工业上广泛使用的脱氢催化剂有哪些？P175贵金属，比如Pt，Rh，Pd；以及过渡金属比如Fe，Ni，Cr，Cu等；金属氧化物，主要有ZnO，NiO，Al2O3，Cr2O3，Fe2O3等；以及金属盐类，比如碳酸钾，碱土金属磷酸盐等。12什么叫氧化脱氢反应？氧化脱氢反应中，氢的接受体有哪几种？P225不全如果在脱氢反应系统中加入能够和氢相结合的所谓氢“接受体”，随时去掉反应所生成的氢，这样就可使平衡向脱氢方向转移，转化率就可大幅度提高。这种类型的反应称为氧化脱氢反应。氧化脱氢反应氢的“接受体”：氧气（或空气）、卤素和含硫化物等。课本228，乙苯新技术。15乙苯脱氢绝热反应器的改进措施有哪些?P222-225单端绝热反应器温度分布不合理造成转化率低等问题，70年代以来做了一下改进：首先采用几个单段绝热反应器串联，中间设加热炉补充热量；采用分别装入高选择性和转化率的两段绝热反应器以克服温度下降导致的转化率降低；采用多段径向绝热反应器，降低了反应器阻力，操作压力相应下降对乙苯脱氢有利，但设备较贵。其他还有应用绝热反应器和等温反应器联用技术，以及采用三段绝热反应器16乙苯-苯乙烯精馏分离有什么特点？应当采取什么措施？P228乙苯-苯乙烯的分离是最关键的部分。由于两者的沸点只差9℃，分离时要求的塔板数比较多，另外苯乙烯在温度高的时候容易自聚，它的聚合速度随着温度的升高而加快。为了减少聚合反应的发生，除了在精馏塔内加阻聚剂以外，塔底温度还应控制在90℃以内，因此必须采用减压操作。17贮存苯乙烯时有什么要求？P229不全对苯乙烯的贮存要求为：1．苯乙烯单体不能受污染物的污染；2．放置成品苯乙烯单体的贮槽，应基本上无铁锈和潮气；3．贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不应当高，保存期也不应当过长。18丙烯腈和乙腈如何进行分离？P143因为两者沸点差只有4℃，所以不采用普通的蒸馏方法，而是要用萃取蒸馏，一般选用水为萃取剂，由于乙腈的极性比丙烯腈强，在水溶液中的挥发度更小，从而提高了分离的效率。19合成氨中对排放气如何进行氢回收？P191排放气中除了惰性气体之外还有大量的氢气，回收方法有中空纤维膜分离，变压吸附和深冷分离技术20什么是硫酸“两转两吸”工艺的“3+2”流程？P73二氧化硫氧化工艺中，氧化速度和转化率随温度的走势是相反的，为了在一定生产强度下保持转化率，就必须分段反应，但纵使这样转化率也不能达到99%，所以工业上采用分段转化后的炉气进入吸收工段，然后再进行下一个转化器，第二转化器出炉气体，进入第二吸收塔。这种二次转化，二次吸收的工艺就是所谓的二转二吸工艺，该工艺中第一次转化分三段温度反应，第二次转化分二段温度反应的流程就是“3+2”流程。21乙烯环氧化银催化剂的组成情况如何？P113乙烯环氧化所用的银催化剂以有活性组分，助催化剂和载体三部分组成。其中银是活性组分，助催化剂有碱金属钾盐，用来提高催化剂选择性；碱土金属盐，比如钡盐能用来增强催化剂的抗熔结能力，提高热稳定性，延长其使用寿命。还有稀土金属元素。催化剂载体有碳化硅，α氧化铝，这类催化剂比表面较小，孔隙率较大，拥有较好的导热性。22乙烯环氧化制环氧乙烷的空气氧化法与氧气氧化法有何不同？P112不全这两种氧化方法均采用列管式固定床反应器。反应器是关键设备，与反应效果密切相关，其反应过程基本相同，包括反应、吸收、汽提和蒸馏精制等工序。但是氧气氧化法与空气氧化法相比前者具有明显的优越性，主要体现在以下几个方面：1)工艺流程：为了防止空气中有害杂质带人反应器而影响催化剂的活性，空气法需要空气净化系统和二次反应器，以及尾气催化转化器与热量回收系统；氧气法需要分离装置和二氧化碳脱除系统。氧气氧化法与空气氧化法相比，前者工艺流程稍短，设备管道较少，建厂投资少。2)反应器：在同样生产规模的前提下，氧气法需要较少的反应器，而且，反应器都是并联操作。空气法需要有副反应器，以及二次吸收和汽提塔等，增加了设备投资。3)反应温度：氧气氧化法反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。4)收率和单耗：氧气法环氧乙烷收率高于空气法，因为放空少，乙烯单耗较低。5)催化剂：氧化法在这方面比较有利，因为选择性高，催化剂需要量少。综上所述，氧气氧化法无论是在生产工艺、生产设备、产品收率、反应条件上都具有明显的优越性，因此目前世界上的EO/EG装置普遍采用氧气氧化法生产。23隔膜法工艺中，精制粗盐水的目的是什么？P239粗盐水精制的任务是除去食盐中含有的Ca2+、Mg2+、SO42-以及OH-等化学杂质及机械杂质，制得合格的精盐水，以保证电解槽的正常。24为何原油在进入炼油装置前要脱盐脱水？P30-32水会增加燃料消耗和蒸馏塔顶的冷却器负荷，无机盐中以氯化物为主，这类化合物受热水解易生成盐酸，腐蚀设备，在换热器和炉管壁上结垢，增加热阻，甚至堵塞管路。另外盐类在重馏分油中的残留会影响油品的二次加工。25为什么不能直接由稀硝酸通过蒸馏法制得浓硝酸？P86硝酸和水会形成共沸物，共沸点虽然随压力变化，但共沸组成是不变的，只有68.4%，所以不能直接由稀硝酸。26生产浓硝酸的直接法、间接法和超共沸酸精馏法的基本原理是什么?P89直接法即由氨直接合成浓硝酸,其过程为以氨气为原料合成液态的NO2，液态NO2直接和水反应生成浓硝酸。该法基建投资较大,只在国内外大型工厂中采用。间接法是先生产稀硝酸加入硝酸镁等脱水剂将稀硝酸中水分脱除，将浓度提高至共沸酸浓度以上，最后经蒸馏得到98%成品硝酸。这种生产方法适宜于中小型浓硝酸生产装置，在国内外采用比较普遍。超共沸酸精馏法是使氧化气中水分脱除较多，使NOx直接生成超共沸酸，再经蒸馏制得浓硝酸的方法,被认为是制造浓硝酸的一种好方法27简述离子膜法电解原理。P242本法采用的点击和隔膜法相同，只是用离子交换膜代替了隔膜法的石棉隔膜，离子交换膜具有很好的选择性，只有一价阳离子可以通过隔膜进入阴极室，而阴离子不能透过进入。所以在很好的隔开了氯气和氢气的同时，防止氯离子进入阴极室，OH-也不能进入阳极室，保证了氯气的纯度以及阴极室碱液中没有盐。28丙烯腈生产工艺中，为什么要用稀硫酸吸收反应气中的氨？P139-140出流化床反应器的反应气体含有催化剂粉末，可溶的有机物和不容的惰性气体，所以可以用水吸收的办法对其分离。但是未反应的氨气如果不除去会使吸收水呈碱性，这会发生以下反应：氨气和丙烯腈生成胺类物质，氢氰酸和丙烯腈生成丁二腈，氢氰酸和丙烯醛在碱性条件下的自聚，氨气和反应气中的二氧化碳生成碳酸氢铵，堵塞管路。所以必须在水洗钱用稀硫酸吸收氨气，温度为80℃左右，再次温度和酸度下，丙烯腈等组分溶解度很小，不会造成产物的损失。29简要说明接触法生产硫酸的四个工序。P67-68接触法是将焙烧得到的SO2和固体催化剂接触氧化为SO3，然后与水作用制得硫酸。其分为4个工序：首先是焙烧，焙烧有硫铁矿焙烧和硫黄焙烧。焙烧铁矿时在氧过量是可以全部转化矿石中的硫，弱阳焙烧则可以获得磁铁。焙烧广泛使用沸腾炉。第二是炉气精制，目的是出去各种杂质，分为水洗和酸洗两种，酸洗的废水用量较小，较多采用。地上那是转化，接触钒催化剂，将SO2转化为SO3。第四是吸收，用98.5%的硫酸吸收SO3制备浓硫酸和发言硫酸。30影响氨平衡浓度的因素有哪些？P181平衡常数，总压，氢氮比，以及惰性气体含量有关。31试述氨合成工艺的原则流程并进行简要的说明。P179-187原料气制备：将煤和天然气等原料制成含氮和氢的原料气，对煤可以制备合成气，然后对原料气进行净化，除去氮氢以外的CO2，硫和炭黑等杂质，这主要涉及到CO变换，将CO转换为H2，CO2用溶液脱除，最后用深冷脱除或者甲烷化法彻底除去CO和CO2；得到的纯净的氮气和氢气在高温高压Fe催化剂作用下生成氨气。32氨催化氧化工艺条件是如何选择的？P95氨接触氧化的工艺,首先要保证有高的氧化率,这样可降低氨的消耗和硝酸的生产成本,常压下氧化率可达97%～98.5%,加压下也可达96%～97%;其次是应考虑有较高的生产强度和比较低的铂消耗,最大限度地提高铂网工作时间,从而达到操作的稳定性,生产的连续性。A温度氨氧化生成一氧化氮虽在145℃时已开始,但到300～400℃时生成量仍旧很少,主要还是生成单质氮(N2)和水蒸气。要使一氧化氮产率达到97%～98%,反应温度必须不低于780℃。但反应温度过高,由于一氧化氮分解,一氧化氮产率不但不升高,还会有下降的可能,而且当反应温度高于920℃时,铂的损失将大大增加(主要是铂在高温下挥发加剧)。一般氨在常压下催化氧化温度控制在780～840℃,加压下为870～900℃。B压力从反应本身看,操作压力对于一氧化氮的产率没有影响,加压氧化(如在0.8～1.0MPa下操作)比常压氧化的氧化率还要低1%～2%,但铂催化剂的生产强度却因此而大为提高。但压力过高,加剧了气体对铂网的冲击,铂网的机械损失(摩擦、碰撞后变成粉末)增大,因此一般采用0.3～0.5Mpa。C接触时间混合气体通过铂催化剂层的时间称为接触时间。为保证氨的氧化率达到最大值,接触时间不能太长(即气流线速度太慢),因为这要降低设备的生产能力,而且氨容易分解成单质氮,使氧化率降低。接触时间也不能太短,太短氨来不及氧化就离开铂催化剂层,同样会使氧化率降低。生产实践证实,常压下接触时间以10-4s左右为宜,加压以1.55×10-4s左右为宜。D混合气组成提高混合气中氧的浓度,即增加催化剂表面原子氧的浓度,不仅可强化氨氧化反应,而且也有利于一氧化氮氧化成二氧化氮。但氨氧化反应加快,反应热增多,若温度控制不好,就会烧坏催化剂,甚至会酿成爆炸事