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无机化工工艺学复习1、 罗列化学工业五大门类并例举典型产品？ 答：（1）基础无机化工：三酸两碱，合成氨，化肥（包括合氮肥、磷肥、钾肥），亦即大宗无机化工；（2） 基础有机化工：生产有机小分子的工业部门，包括：乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等不饱和链烃或取代链烃，以及酯、醛、醇、酮、醚、酸等含氧衍生物以及苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等烃；（3） 高分子化工：包括塑料、合成橡胶、合成纤维三个分支；（4） 生物化工：泛指利用生物质为原料，或以生化反应方式生产，或产品具备特定的生化性能的工业部门，包括：医药、农药、食品、食品助剂（调味）等，可见，生物化工只是化学工业的一个小小分支，化工专业广度由此可见一斑。（5） 精细化工：精细化工是一个与其他分支交叉最多，最难定义的门类，特殊用途的无机有机小分子，所有的制药、食品添加剂等均属于精细化工。 日化用品：如洗发水、洗衣粉、香皂、肥皂、洗洁精、牙膏、化妆品。 染料及中间体，药品及中间体，涂料（油漆和水性涂料）。 颜料：钛白、铁红、铅铬黄等无机颜料，铁红、氧化铬等磁性颜料，以及大量的有机颜料。又是还包括碳酸钙、二氢磷酸钙、氧化铝、二氧化硅粉体等填料。 催化剂：硫酸系列催化剂、合成氨催化剂、各种有机化工及精细化工用催化剂。3、 化工工艺多样性主要体现在那些方面，举例说明化学工业原料、工艺、产品的多样化。 答：可以从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品。（所举例子不限，合理即可）例如：（1）以乙烯为原料制得不同产品（同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）1 乙烯高压法制低密度聚乙烯100300MPa、200300，或过氧化物引发，管式、釜式反应器均可，单程转化率20%30%，产品密度0.910.92，用于制薄膜、饮料瓶等。2 乙烯流化床聚合2MPa、85100，铬系或钛系催化剂催化，此法可生产低密度，高密度（0.960.97）产品，投资低（高压法的30%）、操作费低（高压法的1/6）。3 乙烯部分氧化制环氧乙烯、环氧乙烷水合乙二醇（合成无菌活性剂等）。4 乙烯制苯乙烯5 乙烯制氯乙烯氧化铜催化、200230、0.21MPa、=1.05；2.0；0.750.85（物质的量）流化床反应器中完成氯氧化反应（)。所得二氯乙烷在管式裂解炉中，于500550、0.61.5MPa下脱HCl得氯乙烯。（2） 以钛铁矿为原料生产不同产品（从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）。1 硫酸法钛白2 酸溶渣制钛白3 氯化渣或人造金红石氯化钛白4 氯化渣或人造金红石海绵钛考虑到天然金红石和人造金红石及氯化渣的可替代性，钛原料钛白粉或海绵钛体现了三种工艺多样性特征，甚至还多了不同原料可经同一工艺得到同一产品这一特点。（3） 乙炔的生产方法（从不同原料经不同工艺得到同一产品）1 电石法：生石灰与焦炭在20002200下冶炼（电炉冶炼），得电石,电石与水反应得乙炔，该工艺原料为生石灰、焦炭、水、产物为乙炔和基本无用的电石乳（含大量杂质的耗石灰乳）。2 甲烷氧化法：天然气与氧预混和后，于1500燃烧数毫秒，出口气乙炔含量约8%，此法成本比电石法低一半多。（4） 石脑油制甲醇（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）1 高压工艺：30MPa以上，复合氧化物为催化剂，330400，空速2000040000催化剂h，所的出口气甲醇摩尔分数为0.05。2 510MPa、约270、复合氧化物为催化剂、空速10000催化剂h，出口气甲醇含量0.025，与高压法相比，产品杂质少、操作能耗低。（5）CO合成甲酸（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）1 甲酸钠路线180、2MP下，用烧碱吸收CO得甲酸钠，然后在40下与硫酸发生复分解反应得甲酸，烧碱和硫酸经此工艺后成为基本无用的硫酸钠。2 甲酸甲酯路线180 ，2MPa，甲醇钠催化。用甲醇吸收CO得甲酸甲酯,然后让甲酸甲酯在0.51.8MPa下水解得甲酸和甲醇，甲醇分离出来后循环使用，仅有少量工艺损耗。3、 简述我国金属矿产资源特点？答：（1）大宗矿产数量相对不足，用量小的稀有、稀土金属矿产资源丰富。（2） 金属矿产富矿少，贫矿多。（3） 综合矿多，单一矿少。（4） 大、中型矿床占有储量比例大，并有一批世界级的超大型金属矿床。6、 进行新工艺开发时，对于反应AB，查得两个平衡常数文献值为100、125；对于反应CD，查得两个平衡常数文献值为1、1.05，如果对热力学数据的精度要求为1%，通过计算说明，哪个反应的平衡数据尚需进一步证实？答：对于所给反应AB，其平衡常数，平衡转化率将K=100代入得，=99.01%，将K=125代入得，=99.21%。绝对偏差和相对偏差均约0.2%。对于CD，将K=1代入得，=50%，将K=1.05代入得=51.2%，绝对偏差1.2%，相对偏差约2.4%。故第二组数据需进一步核实。7、 举例说明如何克服工艺中的热力学障碍？答：对于的反应，计算表明，平衡转化率太低，没有实用价值，可以采用以下办法克服气热力学障碍：（1） 反应耦合通过拼加一个的反应，使目标反应顺利进行。例如：以C为目标产物的目标反应A+BC+D 向系统中添加E，与D发生反应，生成F。E+DF 总反应： A+B+EC+F 工程上有很多这样的实例：a、 富钛料的氯化；富钛料是含量在88%以上（一般90%94%，金红石型）的复合氧化物，氯化的目的是获得，进而制得海绵钛或钛白粉，目标反应： 在温度T下 即便将反应温度提高到2000K以上（反应器耐火材料无法在高温氯气环境下工作哦），仍有较大的正值，在氯化钛白、海绵钛等工艺中，将富钛料与石油焦混和氯化，发生如下反应： 同时伴随以下反应： 可见，拼加了2C+O2CO和以后，富钛料的氯化得以顺利进行。b、甲烷制乙炔目标反应： -74.85 226.7 0 186.3 200.8 130.59 -50.84 209.2 0 （理论上要4211K才等于0）强放热反应，实际实施工艺时，将天然气与不足量氧预混和，于1500C反应数毫秒，出口气乙炔含量约8%。 c、氧化铁的固相还原铁氧化物的固相还原是一个晶格脱氧过程，以生成金属铁的反应为例： 拼加C氧化反应 总反应 目前的研究热点非高炉炼铁技术，就是依据上述原理。（2） 分步反应特点是反应分步，使每步反应都在较好的热力学态势下进行，绕过热力学障碍。例如：天然气制甲醇为例，目标反应： -74.85 -393.5 -248.1 -239 186.3 213.7 188.72 127.2 -50.84 -394.4 -228.6 -166.8 由于热力学基本规律可知，这个反应在任何程度下都不会发生，工程上采用迂回策略，改变反应路线。第一步： -74.85 -393.5 -248.1 -110.5 0 186.3 213.7 188.72 197.9 130.6 -50.84 -394.4 -228.6 -137.3 0工业反应在800下进行，第二步： -110.5 0 -239 197.9 130.6 127.2 -137.3 0 -166.8工业反应在较低温度下进行（3） Solvay群通过引入不消耗的循环物料参加子反应，回避热力学障碍。例如：Solvay制碱工艺： 1000 （1） 100 (2) 120 (3) 60 (4) 60 (5) 200 (6)从1-6可以看出，利用在体系内循环，可以实现以下反应： 8、 简述催化剂的作用及基本特征。答：催化剂的作用：（1） 提高反应速率和选择性 可以使某些化学反应具有实用价值，实现工业化、规模化。 无催化剂时，即使加热也几乎不生成。1838年，实现了工业规模合成，化学工业进入第一个飞速发展时期。 若没有铁催化剂，在反应温度为400时，其反应速度极慢，几乎不能觉接出来，而当有铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。1913年，实现了工业规模合成氨，Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药。提高速率意味着提高效率，提高选择性则可减少污染，减少分离工序的负担。（2） 改进操作条件可以降低能耗，提高效率。例如高效催化剂的开发使得合成氨的操作压力从70100MPa(高压法)向30MPa（中压法），再向10MPa（低压法）发展。（3） 有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术 1923年，实现了以煤为原料，通过合成气合成烃类，即所谓费托（FT）合成，合成气在Cu系催化剂作用下制得了甲醇。（4） 催化剂在能源开发和消除污染中发挥重要作用 典型的例子除了上述费托合成生产汽车燃料用甲醇外，还有汽车尾气的净化，有机污染物得光催化分解等。催化剂的基本特征：（1） 催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。（2） 催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（动力学效应），但不能改变平衡（热力学效应），其动力学效应对正、逆反应都是一致的。（3） 催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。（不过，催化剂的选择性也具有一定的通性，例如，加氢催化剂通常就是脱氢催化剂。）反应单元部分作业通用反应单元1、 氧化反应可以分为哪些类型，简述其热力学、动力学特性，常用的氧化剂有哪些？列举常见的以氧化为核心反应的工艺。答：氧化反应的类型：1 按反应类型分：化合反应，脱氧反应，脱氢加氧反应。2 按反应物相态分：汽液相氧化反应，汽固氧化反应，气相氧化反应。（1）热力学特性：绝大部分氧化反应都有显著的热效应。深度氧化的趋势明显。（2）动力学特点：1 大部分有机物参与的反应都具有机理复杂、副产物多的特点。2 绝大部分氧化反应都具有连串、平行的复合反应特性。3 通常不可逆，加之强放热，具有显著的正反馈特性。（3） 常用氧化剂：1 氧气、空气；2 氧化物：各种非金属和过渡金属的高价氧化物；3 过氧化物：等4 过氧酸及盐5 含氧酸及盐（4） 典型的以氧化为核心单元的工艺有：1 硫酸：以硫铁矿、硫磺、有色金属矿、等为原料制备，转化为两个环节都是氧化反应。2 硝酸：催化氧化制,制。3 乙烯制环氧乙烷4 丙烯氨氧化制丙烯腈5 钒渣制钒化合物：焙烧工序发生氧化钠化6 绿矾制氧化铁系颜料：氢氧化亚铁浆料鼓泡氧化。2、 简述氢化及脱氢反应的热力学、动力学特性，列举常见的以氢化或脱氢为核心反应的工艺。答：氢化反应的特性：（1）氢化反应是分子数减少的反应，因此，加压有利于提高反应速率和平衡转化率；（2） 反应的由知，放热越多、温度越低，热力学优势越显著；（3） 催化剂类型多：单金属催化剂、合金催化剂、金属氧化剂、硫化物、均相配位催化剂（金属的配位化合物）；（4）从反应相态上分析，有气态反应物和产物+固态催化剂、气态及液态（被加氢的物质）反应物+液态产物+固态催化剂、气态及液态（被加氢的物质）反应物+液态产物+液态催化剂（溶解在液相反应体系中）三类。脱氢是氢化的逆反应，其反应特性：（1） 脱氢反应是分子数增加的反应，因此，低压有利于提高平衡转化率；（2） 反应的由知，吸热越少、温度越高，热力学优势越显著；（3）催化剂类型多，单金属催化剂、合金催化剂、金属氧化剂、硫化物、均相配位催化剂（金属的配位化合物）；（4）从反应相态上分析，有气态反应物和产物+固态催化剂、液态反应物+气态及液态（脱氢后）产物+固态催化剂、液态反应物+气态及液态产物+液态催化剂（溶解在液相反应体系中）三类。典型工艺：（1）合成氨；（2）苯加氢制环己烷；（3）乙苯脱氢制苯乙烯；（4）正丁烯脱氢制丁二烯；（5）原油加氢脱硫；（6）不饱和油脂加氢饱和。3、 解释电流效率、电压效率、电能效率。为什么电解过程中电能效率始终低于100%，电解过程中如何提高电能效率？列举常见的以电解为核心反应的工艺。答：（1） 电流效率（2） 电压效率电解槽的电压由理论分解电压、超电压、电阻压降三部分组成。理论分解电压，即电解反应物和产物所构成的电池的可逆电动势（是条件电势而不是标准电势）。（3） 电能效率 电解法制备产品过程中消耗电能的多少，是极为重要的经济指标，在实验室或工业生产中进行电解反应时，实际消耗的电能往往超过理论计算值。这是因为在电解过程中会产生浓度极差和电化学极化，从而出现了浓差超电势和活化超电势，同时还可能出现一些副反应以及溶液产生的内阻等，这些都需要额