化工工艺学 习题.doc

化工工艺学练习题一、填空题1. 化学工艺学是研究由 化工原料 加工成 化工产品 的化学生产过程的一门科学，内容包括 生产方法 、 原理 、 流程 和 设备 。2. 化学工业的主要原料包括 化学矿 、 煤 、 石油 和 天然气 。3. 化工生产过程一般可概括为 原料预处理 、 化学反应 和 产品分离及精制 三大步骤。4. 根据变质程度不同，煤可以分为 泥炭 、 褐煤 、 烟煤 和 无烟煤 ；随变质程度增加 碳 含量增加， 氢 和 氧 含量降低。5. 化工中常见的三烯指 乙烯 、 丙烯 、 丁二烯 ；三苯指 苯 、 甲苯 、 二甲苯 。6. 石油是由相对分子质量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物。石油中的化合物可以分为 烷烃 、 环烷烃 、 芳香烃 三大类。7. 为了充分利用宝贵的石油资源，要对石油进行一次加工和二次加工。一次加工方法为 常压蒸馏 和 减压蒸馏 ；二次加工主要方法有： 催化重整 、 催化裂化 、 加氢裂化 和焦化 等。8. 辛烷值 是衡量汽油抗爆震性能的指标， 十六烷值 是衡量柴油自燃性能的指标。9. 天然气的主要成分是 甲烷 。10. 天然气制合成气的方法有 蒸汽转化法 和 部分氧化法，主要反应分别是 和 。11. 硫酸生产以原料划分主要有 硫磺 制酸、 硫铁矿 制酸、 冶炼烟气 制酸和石膏 制酸等。12. 工业气体或废气脱硫方法分为两种，高硫含量须采用 湿法脱硫 ，低硫含量可以采用 干法脱硫 。13. SO2氧化成SO3反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应，因此， 降低温度 、 提高压力有利于平衡转化率的提高。14. 接触法制硫酸工艺中主要设备包括 沸腾炉 、 接触室 和 吸收塔 。15. 硫酸生产工艺大致可以分为三步，包括 SO2的制取和净化 、 SO2氧化成SO3 和 SO3的吸收 。16. 稀硝酸生产工艺大致可以分为三步，包括 氨氧化制NO 、 NO氧化制NO2 和 水吸收NO2 制酸 。17. 硝酸生产的原料有 氨 、 空气 和 水 。18. 浓硝酸生产方法有 直接法 、 间接法 和 超共沸酸精馏法 。19. 氨的主要用途是 生产化肥 和 硝酸 。20. 合成氨反应方程式为 ，该反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应。21. 平衡氨浓度与温度、压力、氢氮比和惰性气体浓度有关。当温度 降低 ，或压力 升高 时，都能使平衡氨浓度增大。22. 目前合成氨生产的主要原料有两种，它们是 煤 和 天然气 。23. 甲烷化反应是 CO+3H2=CH4+H2O 。24. 氯在氯碱厂主要用于生产 液氯 和 盐酸 。25. 氯碱厂的主要产品一般有 烧碱 、 盐酸 、和 液氯 。26. 食盐水电解阳极产物是 Cl2 ，阴极产物是 NaOH和H2 。27. 食盐水电解制氯碱方法有 隔膜法 、 汞阴极法 和 离子交换膜法 。28. 氯碱生产工艺中，食盐电解槽是核心设备，已知有三种不同的电解槽，它们是 离子膜电解槽 、 隔膜电解槽 、和 水银电解槽 。29. 尿素合成反应为 。30. 铬铁矿焙烧主要有两种方法，它们是 有钙焙烧 和 无钙焙烧 。有钙焙烧生产铬盐的主要废物是 铬渣 ，它含有致癌物 六价铬 。31. 常见的铬盐产品主要有 重铬酸钠 、 重铬酸钾 、 铬酐 和 （铬绿）Cr2O3 。32. 目前纯碱生产主要有三种方法，它们是索尔维制碱法(氨碱法) 、侯氏制碱法(联碱法) 和 天然碱法 。33. 索尔维制碱法主要原料是 NH3 、 CaCO3 与 NaCl 。34. 索尔维制碱法的总反应可以写成2NaCl +CaCO3=Na2CO3+CaCl2，则该反应的原子利用度为 48.85% （已知原子量Na：23，C：12，O：16，Ca：40，Cl：35.5）。35. 侯氏制碱法主要原料是 NH3 、CO2 与 NaCl 。36. 侯氏制碱法的主要产品是 Na2CO3 和 NH4Cl 。37. 湿法磷酸生产的两种主要原料是 磷矿石 和 硫酸 。38. 磷酸生产工艺主要是根据硫酸钙结晶形式划分的，硫酸钙常见有三种结晶形式，分别是 两水 、 半水 和 无水 。39. 烷基化最典型的应用是 烷基化汽油生产 和 甲基叔丁基醚(MTBE)生产 。40. 甲基叔丁基醚(MTBE) 是常用的汽油添加剂，是通过 烷基化 反应生产的。41. 氯化反应主要有三种类型，分别是 加成氯化 、 取代氯化 和 氧氯化 。42. 生产氯乙烯主要原料是 乙炔 和 乙烯 。43. 氯乙烯的主要生产方法有 乙烯氧氯化 和 乙炔和氯化氢加成 。44. 烃类热裂解中一次反应的主要产物为 乙烯 和 丙烯 。45. 烷烃热裂解主要反应为 脱氢反应 和 断链反应 。46. 羰基化最典型的应用是 甲醇制醋酸 。47. 催化剂一般由 活性组分 、 载体 和 助催化剂 组成。48. 乙烯环氧化制环氧乙烷催化剂的活性组分是 Ag 。49. 丙烯腈的主要生产方法是 氨氧化 ，主要原料是 丙烯 和 氨 。50. 环氧乙烷的主要生产方法是 乙烯环氧化 ，生产原料是 乙烯 和 氧 ，主要用途是 乙二醇 。51. 皂化反应是指油脂在 碱性 条件下的水解反应。52. 煤的化工利用途径主要有三种，它们是 煤干馏 、 煤气化 和 煤液化 。53. 已知有三种不同煤气化工艺，它们是 固定床 、 流化床 、和 气流床 。54. 煤干馏产物有 焦炭 、 煤焦油 和 焦炉气 。55. 水煤气是以 水蒸气 为气化剂制得的煤气，主要成分是 CO 和 H2 。半水煤气是以 空气和水蒸气 作气化剂制得的煤气，主要成分是 CO 、 H2 和 N2 。56. 合成气的主要成分是 CO 和 H2 。57. 煤气化发生炉中煤层分为 灰渣层 、 氧化层 、 还原层 、 干馏层 和 干燥层 。58. 煤液化有两种工艺，它们是 直接液化 和 间接液化 。59. 精细化学品是指 小吨位、高附加值、具有特定用途或功能的化工产品 。60. 精细化学品生产常用的单元反应有 磺化 、 硝化 、 氯化 。61. 绿色化学目标为任何一个化学的活动，包括使用的 化学原料 、 化学和化工过程 、以及最终的 产品 ，对人类的健康和环境都应该是友好的。62. 高分子化合物是指相对分子量高达 104106 的化合物。63. 高分子聚合反应分为 加聚反应 和 缩聚反应 。64. 石油化工中的三大合成材料指 合成塑料 、 合成橡胶 、 合成纤维 。65. 常用的塑料有 聚乙烯(PE) 、 聚丙烯(PP) 和 聚氯乙烯(PVC) 。66. 常用的合成纤维有 涤纶 、 锦纶 和 腈纶 。67. 根据介质不同，聚合方法有四种，分别是 本体聚合 、 溶液聚合 、乳液聚合 和 悬浮聚合 。二、单选题1. 转化率、选择性与收率是衡量一个化工过程的重要指标。下列关于转化率、选择性与收率说法错误的是：( C ) A. 转化率是针对反应物而言的； B. 选择性是针对目的产物而言的； C. 转化率越高，选择性也越高； D. 收率等于转化率与选择性之积。2. 下列油品中，沸程最低的是 ( A ) A 汽油 B 煤油 C 柴油 D 润滑油3. 下列哪种方法不能提高汽油辛烷值：( B ) A. 降低烯烃含量； B. 降低芳烃含量； C. 提高氧含量； D. 添加甲基叔丁基醚。4. SO2的氧化反应是一个有催化剂存在下进行的可逆、放热、体积缩小的反应。下列措施中不能提高SO2平衡转化率的是：( D ) A. 降低温度； B. 提高压力； C. 增加氧含量； D. 提高温度。5. 对CO变换反应，下列说法正确的是：( B ) A 高温和高水碳比有利于平衡右移； B. 变换反应是可逆放热反应； C 变换过程采用单反应器； D. 压力对平衡和反应速度都无影响。6. 合成氨反应是：( A ) A. 放热、体积减小反应 B. 放热、体积增大反应 C. 吸热、体积减小反应 D. 吸热、体积增大反应7. 下列关于合成氨的熔铁催化剂Fe3O4-Al2O3-K2O说法错误的是：( D ) A. Fe3O4是活性组分； B. Al2O3是结构型助催化剂； C. K2O是电子型助催化剂； D. 使用前不需升温还原活化。8. 在纯碱生产过程中，溶解度最低，最先析出的是( B )A. NaCl B. NaHCO3 C. NH4Cl D. NH4HCO39. 下列关于煅烧与焙烧的说法正确的是：( C ) A. 焙烧是在高于熔点的高温下进行； B. 焙烧是物料分解失去结晶水或挥发组分； C. 煅烧是物料分解失去结晶水或挥发组分； D. 煅烧是在高于熔点的高温下进行。10. 乙烯环氧化法制环氧乙烷生产中加入微量二氯乙烷是为了：( A )A 提高环氧乙烷的选择性 B 提高环氧化反应速率 C 提高乙烯的转化率 D 以上都对11. 乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂的活性组分是：( B )A. Cu B. Ag C. Al2O3 D. Fe12. 乙烯氧氯化双组分催化剂中的KCl可视为：( B )A. 活性组分之一 B. 助催化剂 C. 抑制剂 D. 氧化促进剂13. 烷基化汽油是由烯烃和 反应生成的 ( C )A 丙烷 B 正丁烷 C 异丁烷 D 乙烷14. 下列分子发生热裂解反应，反应温度最高的是( D )A 丙烷 B 正丁烷 C 异丁烷 D 乙烷15. 下列醇中可以通过烯烃直接水合得到的是( D )A 正丙醇 B 正丁醇 C 甲醇 D 乙醇16. 煤气化过程中温度最高的是：( B )A. 灰渣层 B. 氧化层 C. 还原层 D. 干馏层和干燥层17. 制备多硝基化合物适宜的加料方法为( B )。A 正加法 B 反加法 C 并加法 D 都可以18. 高分子一般指相对分子量为( D )的化合物。A. 102104 B. 103105 C. 104105 D. 10410619. 下列关于加聚反应单体，说法错误的是：( A ) A. 在一个加聚反应中单体必须相同； B. 加聚反应单体必须含有不饱和键； C. 在一个加聚反应中单体可以不同； D. 加聚反应单体可以含有特征官能团。20. 下列关于缩聚反应单体，说法错误的是：( B ) A. 在一个缩聚反应中单体可以相同； B. 缩聚反应单体不能含有不饱和键； C. 在一个缩聚反应中单体可以不同； D. 缩聚反应单体应含有特征官能团。21. 己二胺和己二酸缩聚生成尼龙-66，在其高分子中，结构单元与重复单元 ( C )。A 相同 B 相近 C 不相同 D 无关22. 聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而得，在其高分子中结构单元与重复单元 ( A )。A 相同 B 相近 C 不相同 D 无关23. 下列化合物中不能发生聚合反应的是：( D )A. 乙烯 B. 环氧丙烷 C. 己二胺 D. 乙醇三、简答题1. 简述化学工程与化学工艺的关系。 答：化学工程主要研究化工生产中的共性问题，单元操作，工程因素尤其是放大效应。化学工艺指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程, 包括实现这一转变的全部措施。它主要研究化工生产中的个性问题，即研究具体一个产品从初始原料到最终产品的整个过程以及系统优化。两者相辅相承，密不可分：化学工程的最新成果要通过具体产品的化学工艺体现出来，化学工艺的进步离不开化学工程的支撑。2. 举例说明化工生产过程常用的节能降耗措施。答：化工生产过程中节能措施很多，根据不同的生产工艺及其复杂程度可以采用不同的方法。例如大多反应都是放热的，如何充分合理地利用反应热对节能很重要。一般来说，蒸汽压力越高，其热效率越高，因此，如果反应温度高，应尽可能产生高压蒸汽。另外，燃烧废气带有大量显热，应尽可能回收利用。蒸汽加热的冷凝水要视其压力进一步充分利用。高压下的减压膨胀过程要设计作功机械，避免过分的不可逆过程，造成能量浪费。要注意加强保温、保冷措施，减少热量损失。精馏过程耗能很多，要充分重视换热措施，若有可能可以采用热泵技术。3. 简述化学工业发展方向。答：清洁生产、可持续发展、精细化具体包括：提高原料利用率、减少副产物；副产物循环利用；降低能耗；采用可再生原料；加强环境保护、尽可能避免环境污染；加大研发力量和投入、开发新产品，缩短工业化周期。4. 简述我国化学工业面临的问题及机遇。答：问题： 规模小、能耗高、污染重、精细化率低、缺乏自主知识产权和创新能力。机遇：国民经济持续稳定增长为化学工业发展提供了条件；改革开放为技术改造提供了条件； 国际合作更广泛；国际油价上涨为国内煤化工发展提供了机遇；需求增长及政策支持为新技术、新产品开发提供了动力。5. 对比国内外化学工业的现状。结合具体例子简述国内技术差距及努力方向。答：与国际先进水平相比，我国的化学工业还很落后，我国的化学工业产值只占世界化学工业总产值的5左右，这与我国的国际地位极不相称。总的来讲，我们工艺落后、能耗高、污染重、品种少，缺少自主知识产权。以硫酸为例，发达国家主要以回收硫为原料，而国内大量采用硫铁矿，流程长，设备多，污染重。同样，发达国家主要以天然气为原料合成氨，而我国大量采用煤；食盐电解发达国家主要采用离子膜电解槽，而我国大量采用隔膜电解槽。当然，其中有资源的问题，也同样有技术问题。比如煤气化炉，大型炉依然全靠进口。6. 简述氧化反应的特点。答：(1). 强放热反应；(2). 反应途径多样，副产物多；(3). 烃类易完全氧化成CO2和水。7. 简述硫铁矿为原料制取硫酸的生产原理及主要设备。答：硫酸生产包括三步，即二氧化硫制取、二氧化硫催化氧化为三氧化硫、水吸收三氧化硫制硫酸，主要反应为：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO22SO2+O2=2SO3SO3+H2O=H2SO4主要设备包括：沸腾炉，接触室，吸收塔等。8. 简述氨氧化生产稀硝酸的原理（主要反应）及工艺流程。答：NH3氧化制NO4NH3+5O2=4NO+6H2ONO进一步氧化为NO22NO +O2=2NO2水吸收NO2得HNO33NO2+H2O=2 HNO3+ NO 9. 为什么常规的氨氧化工艺只能生产稀硝酸？怎样才能得到浓硝酸？简述其中的一种流程。答：因为二氧化氮的吸收制酸是化学吸收，由于化学平衡的限制，无法直接得到浓硝酸。生产浓硝酸可以采用三种方法：直接法、稀硝酸脱水法、超共沸酸法。硝酸镁脱水法是常用方法之一，其大致流程为：混合稀硝酸精馏浓硝酸硝酸镁硝酸镁水溶液蒸发脱水水10. 简述浓硝酸的生产方法。答：直接法、间接法和超共沸酸精馏法。直接法：NH3氧化制NO，NO氧化为NO2，浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸，发烟硝酸解吸制N2O4，N2O4和水加压氧化反应得浓硝酸。间接法：稀硝酸加脱水剂（硫酸或无机盐如硝酸镁）精馏。超共沸酸精馏法：使氧化气中水脱除较多，NOx直接生成超共沸酸，再蒸馏得浓硝酸。11. 简述直接法生产浓硝酸的步骤和原理。答：(1). NH3氧化制NO： (2). NO氧化为NO2：, (3). 浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸：(4). 发烟硝酸解吸制N2O4：，(5). N2O4和水加压氧化反应得浓硝酸：12. 简述以煤为原料合成氨的主要步骤及各步骤的主要作用。答： CoalAirH2O制合成气净化脱硫变换脱碳液氮洗或甲烷化或铜氨液洗压缩合成分离NH3驰放气（1）制气：主要目的是制氢 （2）净化：主要目的是除灰（3）脱硫：主要目的是脱出无机及有机硫（4）变换：主要目的是将CO转化为CO2，同时制氢（5）脱碳：主要目的是除去二氧化碳（6）甲烷化：主要目的是进一步脱除一氧化碳、二氧化碳及硫杂质（7）压缩：主要目的是将合成气加压（8）合成：主要目的是氢与氮反应得氨（9）分离：主要目的是将生成的氨分离出来13. 简述以煤为原料合成氨的原理（主要反应）及工艺流程。答：CoalAirH2O制合成气净化脱硫变换脱碳液氮洗或甲烷化或铜氨液洗压缩合成分离NH3驰放气（1） 制气：（2） 变换： （3）. 氨合成：14. 简述合成氨的主要生产步骤答：煤和天然气生产合成氨工艺主要差别在造气和脱硫，但它们都包括：制合成气、脱硫、变换、脱碳、净化、合成、压缩、分离等步骤。15. 目前合成氨生产的主要原料是什么？其原理（主要反应）及工艺流程主要差别有哪些？答：煤、天然气。煤和天然气生产合成氨工艺主要差别在造气和脱硫，煤的主要成分是碳，造气反应主要包括煤燃烧、碳和水蒸汽反应。天然气主要成分是甲烷，造气主要反应是甲烷蒸汽转化。由于煤含硫量高，因此一般采用湿法脱硫，然后再干法脱硫；天然气含硫量低，一般是直接采用干法脱硫。16. 比较几种食盐电解工艺的优缺点。答： 离子膜：代表发展方向，占地面积小、产品质量好，投资大、投资回收期长；隔膜：技术成熟、投资小，产品质量差；水银：产品质量好，水银易造成环境污染，逐步淘汰。17. 简述索尔维制碱的原理及优缺点。答： 原理： NaCl+CaCO3 = Na2CO3+CaCl2 但该反应无法进行，必须经以下过程实现：；。原料丰富、技术成熟；但原料利用率低，废液排放量大。18. 比较索尔维制碱法、侯氏制碱法和天然碱法的优缺点。 答：索尔维制碱法工艺成熟，原料丰富，但原料利用率低，三废排放量大。侯氏制碱法原料利用率高，三废排放量小，缺点是原盐要求高，氯化铵销路有问题。天然碱法在碱矿品位高时，成本低，但原料受限制。19. 简述尿素合成反应原理。答： 尿素合成反应为： 该反应分两步进行：(1). 液氨和CO2反应生成中间物甲铵：，该反应为快速、强放热反应，且平衡转化率很高； (2). 甲铵脱水生成尿素：，该反应为慢速、温和吸热的可逆反应，是速控步骤。20. 简述尿素生产步骤。答：(1). 尿素的合成(2). 合成反应液的分解与分解气的冷凝回收(3). 尿素溶液蒸浓(4). 尿素的结晶与造粒21. 简述烷基化反应及羰基化反应的定义，分别举例说明其典型应用。答：烷基化是指利用取代反应或加成反应，在有机化合物分子中的氮、氧、碳、金属或非金属硅、硫等原子上引入烷基R-或芳烃基如苄基(C6H5CH2-)的反应。典型应用为烷基化汽油生产和甲基叔丁醚生产。烷基化汽油生产原理为：羰基合成泛指在有机化合物中引入羰基()的反应。产物除醛和醇外，还有酸、酯、酸酐和酰胺等。最典型的是甲醇羰基化制醋酸。22. 甲基叔丁基醚的催化蒸馏工艺特点是什么？画出催化精馏塔的简单结构示意图。答：催化精馏塔的简单结构如图所示。特点是：(1)将反应和精馏结合起来，反应热用来分离产物，节能效果明显；由于反应产物很快离开反应区，有利于平衡向甲基叔丁基醚方向进行，异丁烯的转化率高。(2)对设备无腐蚀，对催化剂和原料要求高。(3)设备少，只需一个反应器，投资省。23. 简述两种主要的氯乙烯生产方法及其特点。答：（1）乙烯氧氯化成本低（取决于原油价格）、环境友好，但投资大、流程长。（2）乙炔氯化氢加成 成本高（取决