四川大学工业化学复习题.doc

第三章 硫酸工业1. 阐述硫铁矿为原料制取硫酸的主要工序及焙烧原理，并写出主要化学反应式。（10分）主要工序：（FeS2）选矿硫铁矿焙烧炉气净化SO2催化转化三氧化硫吸收尾气回收SO2 和污水处理 。焙烧原理：主反应 : 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O42. SO2催化氧化工艺条件如何确定？（20分）1) 催化剂钒催化剂 V2O5 5%9%，为活性组份。K2O 9%13% NaO 1%5%，碱金属盐为助催化剂。SO3 10%20% SiO2 50%70%，为载体 。制成环形、球形、或粒状 2) 温度：TbTm 即催化剂起燃温度与耐热极限温度之间，即活性温度范围内420-600。从tX*关系曲线可知：存在最佳反应温度Tma（反应速率最大）反应温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变化：即先高后低原则 3) SO2原始浓度：根据硫酸生产总费用最少原则，进入SO2转化器浓度存在最佳浓度：7%7.5% 4) 压力： PX*SO2，设备尺寸减小。不利条件：加压对设备要求提高，反应压力最好在常压5) 最佳转化率：转化率提高提高硫的利用率，减小尾气SO2含量和对大气污染。不利条件催化剂用量增加，设备尺寸增大。即存在最佳转化率。工艺上采用两次转化、两次吸流程，转化率 99%以上。3. 如何从热力学和动力学角度确定SO2催化氧化温度条件？（10分） 见2，2）4. 在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成的原因，以及酸雾怎样清除之。（15分）1) 酸雾的形成：酸雾是指含有粒径小于5m的液体颗粒的气溶胶 SO3（g）+H2O(g)H2SO4 (g)，H2SO4 (g) 冷凝 H2SO4 (l),或以杂质微粒为凝结中心形成酸雾。2) 酸雾的清除：必须要用特殊的方法和设备清除较大的粒子（2m）用一般除尘设备除去(如电除雾器、文氏管等装置)较小的粒子（2m）采用先增湿后清除。即增大雾粒直径，再用相应的设备清除。 5.画出四段间接换热式转化器中SO2转化的t-x图，阐述转化器的工艺过程。（15分）6. 阐述制取硫酸中，烟气净化的目的及净化的原则（10分）目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒净化原则： 1) 悬浮微粒，应先大后小，先易后难进行分级处理2) 先重后轻即先固、液，后气(汽)体3) 不同大小的粒子，选择配套有效的分离设备第四章 合成氨工业1. 试简述温度、压力及情性气体含量对氨合成反应中平衡氨含量及工艺条件的影响？（12分）1) 压力：有利于氨合成和氨分离，但对设备材质，加工制造要求高，必须综合利用，一般2030MPa2) 温度：必须保持在催化剂反应活性温度范围内反应，催化剂床层温度分布应改尽可能接近最适宜温度线。（类似于SO2转化反应P83图315）3) 空间速度：v越大，反应接触时间减少，出口氨含量减少，但总氨量 增加。4) 惰性气体（CH4，Ar）由新鲜气带入，不断积累，对于反应不利，必须放空排除部分。2. 试比较氨合成中CO变换与硫酸工业制气中SO2氧化两个反应过程的异同或特点。（20分）一氧化碳变换：CO是氨合成的毒物，在原料中含1330，必须清除。CO+H2O（g） CO2+H2+QCO变换成CO2易于吸收清除，同时生成原料气H2。3. 工业上以煤矿为原料间歇法制取半水煤气的工作循环可分为哪几个阶段？各个阶段起什么作用？（10分）工作循环 间歇式气化时，开始进入空气到下一次进放空气时为上，称为一个工作循环。每个工作循环包括五个阶段：1) 吹风：从下而上通入空气，提高燃料层温度。吹风气放空。2) 一次上吹制气：从下而上通入水蒸汽进行气化反应，燃料层温度降低（上部高，下部低）3) 下吹制气：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应使燃料层温度趋于均衡（为什么？）4) 二次上吹制气：水蒸汽再次自下而上吹入：目的是将炉底的煤气排净，为吹入空气作准备，否则炉底剩余的煤气与下次吹入的空气相遇，会发生爆炸。5) 空气吹净：吹风气回收（从下而上），作为半水煤气的氮气的主要来源。4. 实现氨合成和氨分离，包括哪五个基本流程环节？试简述两级氨分离流程（10分）基本流程环节： 1.新鲜气的压缩 2.循环气的预热与氨的合成 3.反应热的回收及氨的分离 4.未反应气体循环使用 5.循环气部分放空5. 试简述尿素合成原理及主要工艺条件。（10分）6. 写出制半水煤气的煤气化反应，如何解决气体组成与热量平衡的矛盾？（10分）补充题：何为清洁生产？清洁生产包含的主要内容是什么？（10分）第七章 工业催化1. 试明确固体酸、碱的正确定义，并解释固体酸、碱催化反应作用特点。（分）固体酸：能够给出质子或者接受电子对的固体谓之固体酸 固体碱：能够接受质子或者给出电子对的固体谓之固体碱特点：1.酸位的性质与催化作用的关系：不同反应类型，要求酸催化剂的酸位性质和强度也不同。 大多数的酸催化反应是在B酸位上进行，单独的L酸位不显活性，存在协同效应。2.酸强度与催化活性和选择性的关系 3.酸量（酸浓度）与催化活性的关系 ：催化活性与酸量之间存在线性或非线性关系2. 分子筛催化剂择形催化定义，并解释其催化作用的四种不同形式（14分）择形催化性质:分子筛催化反应的选择性取决于分子与孔径的大小,这种选择性称为择形催化,择形催化分为四种形式：1) 反应物择形催化：反应物分子直径小于分子筛催化剂孔腔内径的物质才能在催化剂活性部位进行催化反应。 2) 产物择形催化：生成产物分子太大，难于从催化剂孔腔内脱附成为可观测到的产物，即形成对产物的择形选择性。3) 过渡状态限制的择形催化：有些催化反应，反应物分子生成产物时首先形成过渡状态，这种过渡状态物质形成，将受到分子筛孔腔大小限制，即只有小于孔腔内径的过渡态才能进行催化反应，不受这种限制。4) 分子交通控制的择形催化：反应物分子和产物分子可通过不同形状和大小的孔腔通道各自进入或扩散，进行催化反应，称之分子交通控制择形催化。 3. 试阐述相转移催化剂的性能及反应机理（12分）相转移催化: 是指能使分别处于互不相溶的两种溶剂中的反应物发生反应或加速其反应速度。性能：（以R4NX，R4PX为例）：1) 催化剂分子中含有能与反应物中阴离子形成离子对的阳离子成分。2) 应具有一定的亲脂性即具有亲油性。3) R基团的位阻尽可能小，一般含有直链R。4) 催化剂在反应中应是稳定的，可循环回收利用。 相转移催化机理：以两相（水-有机物）为例，催化剂为翁盐（Q+X-）。 整个催化过程分为两个阶段，即萃取和反应。4. 试阐述工业催化剂失活原因与化学失活机理模型。（10分）催化剂的失活是指催化剂的化学组成和物理结构的改变而使催化剂活性降低，甚至完全失去催化作用的现象。催化剂失活主要有：中毒失活、结焦失活、化学失活、烧结失活等。5试简述酶催化反应的特点及其影响因素（14分）特点：催化专一性(选择性高）；催化效率高；应用广谱性；反应条件温和；催化易受外界作用影响影响因素：1.反应物（底物）浓度的影响：一般在反应物浓度低时，酶反应速度与反应物的浓度成正比，而当反应物的浓度增大到一定限度后，反应速度将保持为某最大值，不再随反应物浓度增大，这一最大值取决于酶的浓度。2.影响酶反应的温度影响：当温度低于35oC，将使酶反应的速度增加一倍。超过35oC以上一般的酶就会被损坏变质，反应速度迅速下降，如图所示。少数酶具有抗热性，可以在6575C下仍发挥作用。3. pH值的影响：酶是一种蛋白质，其结构中包括有COOH和NH3两类基团，它们在不同的pH值时有不同的电离状态，影响酶的催化作用。因此不同酶发挥最大作用的pH值也不相同。每种酶都有其发挥作用的最适pH值。pH值低于3或大于10时，一般的酶将变质而失去作用，少数酶具有较强的抗酸性。4. 其它因素的影响：1）激活剂。许多物质可加强酶的作用或促使无活性的酶蛋白转变为有活性的酶。这些物质称为酶的激活剂。如无机离子Na+ 、K+ 、Cu 2+ 、Ca 2+ 等。2）抑制剂。许多物质可减弱、抑制甚至破坏酶的作用，这些物质称为酶的抑制剂。例如：重金属离子、一氧化碳、硫化氢等。6用公式定量解释如下概念：选择性；转化率；收率（9分）第八章 石油炼制与石油化工1. 何为催化裂化？催化裂化主要有哪几类反应？并举例写出化学反应式。（14分）催化裂化：在催化剂和适当温度下，使沸点较高的重质油裂化分为轻质油的过程。1. 分解反应：烷烃分解为较小分子的烷烃和烯烃。 烯烃在键发生断裂，分解为两个小分子烯烃。2. 异构化反应：骨架异构双键移位异构几何异构3. 氢转移反应：4. 芳构化反应5. 叠合反应:烯烃与烯烃结合成较大分子的烯烃6. 烷基化反应：2. 何为催化重整？催化重整有哪几类反应？并举例写出化学反应式。（14分）其主要目的：生产芳烃、高辛烷值汽油和氢气。（1）芳构化反应 （2）异构化反应（3） 加氢裂化反应3. 原油蒸馏塔有哪些工艺特征？为何要采用减压范馏？（15分）1) 复合塔结构(与一般蒸溜相比较，图(8-3）2) 限定的最高进料温度。常压塔进料温度限制在360370；减压塔进料温度限制在390420 。3) 设有汽提段和汽提塔。气相回流通过注入过热水蒸汽降低油气分压使其中轻组分气化。4) 适当的过汽化率。适当的过汽化率是为了保证蒸溜塔最低侧线以下的板上有液相回流。减压降低油料沸点，蒸馏得到高沸点的馏分而不致于受热分解4. 常减压蒸馏装置分为原油预汽化、常压蒸馏、减压蒸馏三个部分、原油在每一部分都经历一次加热 汽化 冷凝，故称之为“三段汽化”，采用预汽化塔具有哪些优点？5. 催化重整工艺过程包括哪几个主要部分？试阐述催化重整原料的预处理过程及工艺特点？（10分）重整原料的预处理：1) 预分馏：目的是将原料切割为一定沸点范围的馏分，得到合乎馏程要求的重整原料，预分馏的切割方式有三种：见P274页，为什么？2) 预脱砷：清除有毒物重金属砷3) 预加氢：除去原料中含S、N、O化合物，使之转化生成H2S、NH3、H2O易于除去；分解含砷铅、铜等化合物；加氢使部分烯烃饱和反应，提高汽油辛烷值和易于同芳烃分离。4) 预脱水：重整催化剂要求原料中含水量小于510-6 。重整工艺流程：1) 重整：得到重整芳烃原料。见图7-15 2) 芳烃抽提：溶剂精制芳烃，分离出非芳烃，包括抽提，溶剂回收、再生。3) 芳烃精馏：得到苯、甲苯、二甲苯等芳烃。6裂解气净化分离采取哪些方法？各利用什么原理？1) 深冷分离法：冷冻温度低于-100，其实质就是冷凝精馏过程。分离原理：利用各种烃类相对挥发度不同，在低温和高压下除氢气和甲烷外其余冷冻为液体，再按顺序进入C2、C3、C4等精馏塔进行分离。2) 吸收精馏法 又称油吸收分离法，用C3、C4作吸收剂；亦称为中冷油吸收精馏法，冷冻温度提高到-70。比乙烯重的组分能吸收，而氢、甲烷不能被吸收。被吸收的组分再按顺序进入C2、C3、C4等精馏塔进行分离。7 催化裂化装置由哪三大系统组成？简述各系统的主要作用（16分）共分三部分：反应一再生系统；分馏系统； 吸收稳定系统。4美白化妆品的作用机理是什么？（8分）5. 试阐述卤系和磷-氮系的阻燃机理磷系阻燃剂体系，氮系阻燃剂在发生火灾时，易受热放出CO2，N2，NH3和H2O等不燃性气体，通过这些不燃性气体，可以稀释空气中的氧和聚合物受热分解产生的可燃物的浓度。而且不燃性气体在热对流中可带走一部分的热量。卤系阻燃剂体系，第十章、精细化学工业1. 阐述表面活性剂的特点及选择乳化剂的应用方法？特点：双亲媒性结构。 即具有亲水性和亲油性；界面吸附。即达到平衡时，表面活性剂溶质在界面上的浓度要大于溶液中的浓度；界面定向。表面活性剂溶质分子在界面上会定向排列成分子层；生成胶束。达到临界胶束浓度（CMC）时，会形成胶束多功能性。如清洗、发泡、湿润、乳化、分散等作用功能（如洗衣粉）选择乳化剂的方法：1) 根据HLB值选择乳化剂 ：HLB 是指乳化剂分子结构中亲水疏水（亲油）平衡值（Hydrophilic-Lipophilis-Balemc）。 Griffis公式 HLB=20MH/M MH-亲水基部分的分子量 M-总的分子量 此式适用于非离型的乳化剂的HLB ，对于多元醇的脂肪酸类乳化剂： HLB=20（1-S/A） S-乳化剂的皂化值 A-脂肪酸值 。2) HLB值和其他方法相结合的选择方法：a. 一般阴离子乳化剂与乳液粒子带同种电荷相互排质，易于获得稳定的乳化液。 b. 乳化剂的憎水基团与被乳化结构相似时乳化效果比较好，（相似相容原理） c. 乳化剂在被乳化物中易于溶解的，乳化效果较好。 d.被乳化物的憎水性强，若使用亲水性强、HLB过大的乳化剂，由于乳化剂与被乳化物缺乏亲和力，乳化剂易溶于水，乳化效果不好，此时要选用部分HLB值小的乳化剂进行调节2. 试简述下列表面活性剂的分类与中文命名，并写出其生产的合成反应（LAS、FAS，OP、AEO）。（20分）烷基苯磺酸钠(LAS)， 阴离子型表面活性剂 ，脂肪醇硫酸钠FAS ROSO3Na，阴离子型表面活性剂 ，烷基酚聚氧乙烯醚 “乳化剂OP” 非离子型表面活性剂，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO） “平平加”，非离子型表面活性剂，3. 试阐述增塑剂和光稳定剂作用的基本原理（10分）增塑剂：降低聚合物分子间作用力，增加聚合物分子链的流动性。光稳定剂：（1）紫外线的屏蔽和吸收：遮光剂或屏蔽剂，紫外光吸收剂(水杨酸类) （2）氢过氧化物的非自由基分解：受阻胺光稳定剂 （3）捕获自由基：受阻胺光稳定剂 （4）阻止光引发 （5）切断链增长第十一章 新型功能材料一、试简述生态环境材料的特点及研究的主要内容。（10分）二、何为梯度功能材料？与通用材料相比，它具有什么显著的特点？（10分）三*、何为智能材料？它的显著功能是什么？它具有哪些重要的特征？（15分）将有感知、执行功能并且能响应环境变化，从而改变特性参数的材料称为“很灵巧材料”，即称为“智能材料”。特征：传感功能 感知自身所处的环境与条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。反馈功能 可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。信息识别与积累功能 能识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。响应功能 能根据外界环境和内部条件变化，适时动态地做出相应的反应，并采取必要行动。自诊断能力 能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。自修复能力 能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。自适应能力 对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化做出恰好其分的响应四*、何为智能纺织品？根据感