工业化学1.doc

1.绪 论1.简述当代化学工业的发展趋势。品种繁多门类齐全，新的工艺、技术、产品和设备不断涌现生产规模大型化原料和生产方法的多样化，能充分利用自然资源，用同一原料可以制造许多不同产品产品的精细化、功能化和专用化加强三废治理和综合利用合理利用资源和废弃物，开发各种无公害工艺2.什么是绿色化学和绿色化学技术？：运用现代科学技术的原理和方法从源头上减少或消除化学工业地环境的污染，从根本上实现化学工业的“绿色化”，走经济和社会可持续发展的道路。技术：运用化学原理和新化工技术来减少或消除化学产品在设计、生产和应用中有害物质的使用与产生，使所研究开发的化学产品和工艺过程更加安全和环境友好。3.简述绿色化学十二原则。防止污染优于污染的治理提高合成反应的“原子经济性”无害的化学合成设计安全的化学品使用无毒无害的溶剂合理使用和节约能源尽可能利用可再生能源尽可能减少不必要的衍生步骤采用高选择性的催化剂设计可降解的化学品预防污染进行实时分析预防事故和隐患的安全化学工艺4.什么是清洁生产？清洁生产包括哪些内容？清洁生产指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中以便减少人类和环境的风险性。既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施。内容：清洁能源；清洁原料；清洁生产过程；清洁的产品。 2.化工基础知识1.试简述下列术语的含义 系统、环境、相平衡、化学平衡、热力学能、晗、热容。系统：把要研究的对象与其余部分分开，这种分隔的界面可实可虚，这种被划定的研究对象环境：系统以外的物质和空间 （动态平衡）相平衡一个多相系统达到平衡后，各相间无物质的净转移，各相的组成成分和数量不随时间而变化化学平衡：化学反应系统达平衡后宏观上反应物和产物的量及组成不再随时间而改变热力学能：也称为内能，是系统内分子的平动能、转动能、振动能、电子和核的能量，以及分子间相互作用的势能等能量的总和，用符号u表示，单位为。焓：根据需要定义的函数H=U+PV在等压、做非膨胀功的过程中，焓变值等于压热即H=H2-H1=QP 热容：对稳定的热力学均相封闭系统。系统升高单位热力学温度时所吸收的热称为系统的热容。2.温度、压力、反应物的浓度对化学平衡的影响如何。1温度对化学平衡的影响在其他条件不变时，升高温度平衡向吸热反应方向移动即对吸热反应有利。而对放热反应不利，降低温度，化学平衡向放热方向移动浓度对化学平衡的影响2压强对化学平衡的影响在有气体参加、有气体生成而且反应前后气体分子数变化的反应中，在其他条件不变时，增大压强（指压缩气体体积使压强增大），平衡向气体体积减小方向移动；减小压强（指增大气体体积使压强减小），平衡向气体体积增大的方向移动3其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度， 平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度， 平衡向逆反应方向移动。3.化学反应速率定义是什么？基元反应的速率方程如何表达？ 反应速率反应量/（单位时间）（单位反应区） 根据质量作用定律可以直接写出基元反应的速率方程，例如： 单分子反应AP r=kcA 双分子反应2AP,A+BP r=kc2A., r=kcAcB 式中的比例系数k称为速率常数，数值上相当于各反应物浓度均为1molm-3时的反应速率，是反应的特性指标并随温度而改变在定温下，k为定值4.试述物料衡量和能量衡算基本步骤 物料衡量1、收集并列出足够的原始数据2、绘制流程示意图，在图中应表示出所有物料线，并注明所有已知和未知变量3、写出主副反应方程式，标出有用的相对分子量4、确定衡算系统5、确定计算基准（时间、质量、体积、干湿）6、列出物料衡算式，然后用数学方法求节进出的物料量，组成和性质7、列出物料衡算表8、校核计算结果能量衡算1、在物料衡算的流程示意图上标明已知物质的物流量，组成，相态，温度，压力等已知条件，建立热量方程。2、作出合理假设，简化问题3、查阅手册或经验公式计算所需热力学数据。4、统一数据单位。5、确定计算基准。6、列出热量衡算式，求解热量衡算方程。7、列出热量衡算表8、校核计算结果，分析能量利用情况。3.硫酸工业1.生产硫酸的主要原料有哪些？答:主要有硫黄、硫化矿物、冶炼烟气、硫酸盐及含硫化氢的工业废气等。2.如何除去烟气中的As和F？答：通常采用烟气湿法净化的过程。这种方法不需要预先分离掉矿尘，因为在洗涤三氧化二砷，氟化物等杂质的同时，也能进一步除掉残存的矿尘。而在洗涤时，烟气温度骤然下降，三氧化硫便会与水蒸气结合生成硫酸蒸气并形成酸雾。三氧化二砷和二氧化硒也会在洗涤时因突然冷却分离，绝大部分被洗掉，剩余微量的三氧化二砷和二氧化硒以微小晶体颗粒形态悬浮于烟气中。烟气中的HF在洗涤过程中因特别容易溶于水而被除去。3.SO2气体的转化原理是什么？答：SO2转化为SO3的反应为2SO2+O2=SO3。SO2转化反应是一个可逆反应。在SO2转化反应中，同时进行着SO2的氧化反应和SO3的分解反应。当两个反应的速率相等时，反应达到化学平衡状态。4.硫酸污水处理中应该怎样选择相应的处理流程?答：处理流程的选择主要是根据污水的砷含量来确定的: 低砷污水的处理：一般情况下，硫酸污水中砷的质量浓度都不高（1.0mgL-1以下），采用石灰石中和法，一次中和沉降即可：CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + H2SO4 CaSO4 + 2 H2OCa(OH)2 + 2H3AsO3 Ca(AsO2)2 + 4 H2OCa(OH)2 + 2HF CaF2 + 2 H2OCa(OH)2 + Fe SO4 Fe(OH)2 + CaSO44 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 4 Fe(OH)3 3As2O3(s) + 2 Fe(OH)3 2 Fe(AsO2)3 + 3H2O .高砷污水的处理： 对于含砷较高的硫酸污水（1.0 40 mgL-1），在铁离子较少的情况下，采用石灰中和法难以达到国家排放标准，一般用石灰铁盐法：Ca(OH)2 + Fe SO4 Fe(OH)2 + CaSO4 As2O3 + 2 Fe(OH)2 + Fe2As2O5 + 2 H2O Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO43As2O3(s) + 2 Fe(OH)3 2 Fe(AsO2)3 + 3H2O4.合成氨工业1.合成氨的生产过程一般分为几个步骤？生产中需要用煤、重油、天然气作为原料其目的是什么？答：合成氨的生产过程：新鲜的H2和N2的压缩并补入循环系统，循环气预热与氯的合成；反应热的回收及氯的分离，对未参与反应的气体补充压力并循环使用；排气部分循环气以维持系统中适宜的惰性气体含量 使用天然气，重油目的：我国含有丰富的煤、重油、天然气，利用它们主要是为了制成氨所需要的原料气H2.2.工业上以煤作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？各阶段所起的作用？答：固体燃料由加料机从炉顶间歇加入炉子内，空气经鼓风机由下而上通过燃料层，所得的吹风气进入燃烧室与加入的二次空气相遇燃烧，使燃烧室耐火、蓄热然后再经过废热锅炉回收由烟囱排出。蒸汽上吹气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再由洗气箱经过洗涤塔进入气柜，蒸汽下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入自上而下流经燃料预热，由于所得的煤气温度较低，可直接由洗气箱经洗涤塔进入气柜。二次吹制气与空气吹净时，气体均自下而上通过燃料层，煤气的流向则与一次上吹相同，经过燃烧室、废热锅炉、洗气箱及洗涤塔的进气柜，燃烧室无需加入二次室气。3.原料气脱硫的目的是什么？答：各种制取合成氨原料中都含有一定量的硫的氧化物，这会影响合成氨生产过程中的催化反应，必须脱硫。保护环境。4.试简述温度、压力、惰性气体对氨合成中氨含量的影响？ 答：温度：合成氨的反应为可逆反应，则存在最适温度，最适温度与反应气的组成，操作压力和催化剂 的活性有关，为保证较快的反应速率，催化剂床层内的温度分布尽可能接近最适温度。400500度压力：从化学平衡和化学反应速率的角度看，加压有利于合成氨的进行，合成装置的生产能力随压力增加而增加，而且压力较大时，氨分离流程可以简化。但结合装置生产费用一般30MPa左右时合成氨的适宜操作压力，大型装置的压力约为1524MPa惰性气体：惰性气体不参与反应又会在装置中积累，；理论上市不利的，但是维持过低的惰性气体含量又需排放大量循环气，这将导致H2和N2的损失，为此，入场气体将保持一定的惰性气体含量，一般为10%-15%6.制碱工业1.用方框图表示氨碱法生产纯碱的全工艺过程。水盐盐水制备盐水精制吸氨碳化过滤煅烧蒸氨蒸汽NH3废液碳化尾气压缩CO2CO2纯碱石灰窖无烟煤或焦炭石灰石CO2消化石灰乳氨碱法流程示意图2,氨碱法制纯碱和联碱发制纯碱与氯化铵的主要过程各有哪几步？各自的突出特点是什么？两者的主要区别是什么？答：（1）氨碱法制纯碱的主要过程：石灰石煅烧与石灰乳和二氧化碳的制备；盐水精制与吸氨；氨盐水碳酸化；重碱过滤；重碱的煅烧；氨的回收；联碱法制纯碱与氯化铵的主要过程：制碱过程：吸氨、碳化、过滤、煅烧；制氯化铵的过程：吸氨、冷析、盐析、分离、洗涤；（2）氯碱法制纯碱特点：条件简单对原料要求低，生产的纯碱纯度高，有较多废弃物排放，投资较高，生产成本较高；联碱法特点：对原料要求高，生产的纯碱纯度低，废弃物少，投资相对少，生产成本低；（3）主要区别：联碱法有副产物氯化铵，可以作为氨肥，氨碱法没有。3.氨碱法吸氨的作用是什么？工艺条件如何选择？作用是使其氨浓度达到碳酸化的要求。吸氨的主要设备是吸氨塔，有外冷式和内冷式之分。流程中为外冷式吸氨塔，塔的上、中、下分三次引出盐水使之冷却，再返回下一圈继续吸氨。为了防止吸氨塔漏气，操作在真空中进行。4.隔膜电解法制烧碱采用哪些材料作为阴极、阳极的电极材料？隔膜材料有何发展趋势？答：阴极材料：铁、铜和镍；阳极材料：石墨、金属钛；隔膜材料的发展趋势：目前，离子交换膜正在迅速发展、完善，这种膜是选择性透析膜，NaCl不能通过，因此产品中几乎不含NnCl，各方面性能都优于早期的隔膜材料。 8.石油炼制与石油化工1.为什么原油要进行一次加工、二次加工和三次加工？简要叙述常减压蒸馏工艺流程。答：石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。但是，石油不能直接用作汽车、飞机等交通工具的燃料，也不能直接作为润滑油、溶剂油、工艺用油使用，必须经过多次加工、分离或反应获得直接使用的燃料（如煤油、航空煤油、柴油、液化燃料气、重质燃料油等）、润滑油、沥青及其他产品（如石蜡、石焦油等）。第一次加工是将原油用蒸馏方法分离成若干个不同沸点范围的馏分，它包括原油的预处理、常压蒸馏和减压蒸馏，产物为轻汽油、汽油、柴油、润滑油等馏分和油渣。第二次加工是将第一次加工的产物作为原料再进行催化裂化、催化重整、加氢裂化等过程。第三次加工是将第二次加工的气体或轻烃进行在加工，这也是生产高辛烷值汽油组分和各种化学品的过程，如烷基化、叠合、异构化等。常减压工艺过程是将已经进行了初步的脱盐、脱水和预处理后的原油输入常压蒸馏塔中，分离出沸点脚底得馏分，而剩余部分从塔底排出进入减压蒸馏再蒸馏，以避免温度过高引起烃类裂解或结晶，此过程可生产润滑油馏分、催化裂化原料或催化加氢原料等。2.催化裂化装置由哪三大系统组成？叙述各系统的主要作用。答：反应再生系统：新鲜原料经换热后与回炼油混合经加热炉预热至200400度后，有喷嘴喷入提升管反应器底部与高温再生催化剂（600750度）接触，随即汽化并反应。油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起以47m/s的高线速通过提升管出口，经过快速分离器进入沉降器，携带少量催化剂的油气与蒸汽的混合气体经两级旋风分离器，分离出催化剂后进入集气室，从沉降器顶部出口去分流系统。 由沉降器（反应器）顶部出来的460510度的产物从分馏塔下部进入，经装有挡板的脱过热段后自下而上进入分流段，分割成几个中间产品：塔顶为汽油和催化富气，侧线有轻柴油、重柴油（也可以不出重柴油）和回炼油，塔底产品是油浆。轻柴油和重柴油分别经气提、换热后出装置。塔底油浆可循环回反应器进行回炼，也可以直接出装置。为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流和中段回流及塔底油浆循环回流。 吸收稳定系统：从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶有碳3、碳4.吸收稳定系统是吸收精馏的方法，将富气和粗汽油分离成干起、液化气（碳3、碳4）和蒸汽压合格的稳定汽油。3.通常所指的石油化工包括哪些部分？答：石油化工是推动世界经济发展的支柱产业之一，它包括油气勘探、油气田开发、钻井工程、采油工程、油气集输、原油储运、石油炼制、化工生产、油品销售等，生产社会需要的汽油、煤油、柴油、润滑油、化工原料、合成树脂、合成橡胶、合成纤维、化肥等3000多种石油、化工产品，与人民的衣、食、住、行密切相关。4.乙烯、丙烯、丁烯各有哪些主要用途？答：乙烯的主要用途为生产合成高密度、低密度、线性低密度树脂，涤纶、防冻剂、炸药，乙醚，ABS、AS、MBS、SBR、PST，PVC，乙酸纤维，聚酯树脂、聚氨酯，维尼纶，四乙基铅，乙丙橡胶共聚单体。 丙烯的主要用途为生产合成丙纶、塑料，同环氧乙烷共聚物，ABS、AS、丁腈，有机玻璃，乙丙橡胶，丙烯酸树脂及橡胶，氯醇胶，环氧树脂，聚碳酸酯，异丙醇。 丁烯的主要用途为合成正丁烯，丁二烯与异丁烯。其中正丁烯可生产合成聚丁烯，溶剂，合成树脂、增塑剂，丁二烯，乙酸；丁二烯可生产合成氯丁橡胶，顺丁橡胶，丁苯橡胶，丁腈橡胶，绵纶，醇烯橡胶，ABS树脂，润滑剂、增塑剂；异丁烯可生产合成丁基橡胶，润滑剂、添加剂，溶剂、粘合剂，异戍橡胶，非离子型表面活化剂，有机玻璃。第9章 高分子化工1、 何谓高分子化合物？何谓高分子材料？所谓高分子化合物，是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。2、 何谓重复单元、结构单元、单体单元、单体和聚合度？聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合称为结构单元。聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元称为单体单元。能形成高分子化合物中结构单元的低分子化合物称为单体。高分子链中重复单元的重复次数称为聚合度。3、 什么是三大合成材料？写出三大合成材料中各主要品种的名称、单体聚合的反应式，并 指出他们分别属于连锁聚合还是逐步聚合。 塑料 主要品种为聚乙烯。乙烯单体打开双键加成聚合。还有酚醛树脂：苯酚与甲醛反应生成单或多羟甲基（-CH2OH苯酚，羟甲基间脱水缩合聚合成酚醛树脂。合成纤维。主要产品有涤沦，是对苯二甲酸和乙二醇缩合聚合。nHOOC-C6H4-COOH + nHOCH2CH2OH -缩合- -CO-C6H4-COO-CH2CH2-O-n + nH2O合成橡胶。丁苯橡胶，由丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）和苯乙烯（C6H5C2H3 ）共聚而得到的其聚合反应n CH2=CH-CH=CH2 + n C6H5-CH=CH2 = -CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2-n顺丁橡胶（全名为顺式-1,4-聚丁二烯橡胶）是顺1，3丁二烯打开两个双键，双键移到2，3号碳原子之间，然后加成聚合。 4、什么叫热塑性，什么叫热固性，试举例说明。 热塑性：指在一定温度范围内可软化至熔融流动，冷却后又能固化成一定形状；如聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，有机玻璃等。热固性：指在加热过程中发生化学反应，由线型高分子变成体型高分子结构，此后加热不再熔融，也不溶于有机溶剂的特性；如玻璃纤维。第10章 精细化工1、 表面活性剂的分类及其作用？按亲水基生成的离子类型将表面活性剂分为：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。作用：乳化作用、润湿作用、增溶作用、分散作用和泡沫作用。2、 用量最大的增塑剂是什么？它的作用机理是什么？ 笨二甲酸酯。作用机理：当增塑剂添加到聚合物中时，增塑剂的分子就插入聚合物的分子间，减弱了其分子链相互间的作用力，降低分子链的结晶度，增加分子链相互移动的可能性，从而使聚合物的塑性增加。3、 Mg(OH)2是怎样实现阻燃的？Mg(OH)2受热（340490度）时，发生分解吸收燃烧物表面热量起到阻燃作用，同时释放出大量水分稀释燃烧物表面的氧化，分解生成的活性氧化铁附着于可燃物表面又进一步阻止了燃烧的进行。4、 最安全的防腐剂：山梨酸及其盐是目前国际上公认的毒性最小而防腐效果最好的品种 第11章 新型功能材料1、 简述生物医学材料的评价指标系统，并说明生物医学材料的发展应着力于哪些方面？ 评价指标系统：生物相容性（即血液相容性、组织相容性和免疫相容性）。发展方向：开发新型生物医学材料、仿生智能生物医学材料的研究，生物医学材料表面装饰学的研究。2、 什么事膜材料？它有哪些功用？ 膜是一种二维材料。普通膜材料的功能主要在隔离和保护方面，特殊材质的膜材料主要表现在对某些物质有一定的选择透过性。3、 纳米材料有哪些基本效用。试举例说明。尺寸效应（例如，纳米微粒的熔点远低于块状金属），量子效应（例如，颗粒的磁化率，比热容与所含电子的奇偶有关，相应会产生光谱线的频移，介电常数变化等），表面效应（例如，弹性模量，比热容等严重失真）4、 试举例说明信息材料在21世纪的重要性。并说明为适应电子工业的发展，信息材料应着重哪些方面的研究。 21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。它是信息技术和产业的基础，其产品支撑着通信、计算机与网络技术等现代信息产业的发展。是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能使用的材料。信息处理材料是制造信息处理器件如晶体管和集成电路的材料。目前使用最多的是硅。砷化镓也是一种重要的信息处理材料。信息材料着重研究陶瓷传感器和有机物传感器，可实用的光存储材料，各种高效益、高附和值的新型光导纤维材料，CAN、LED新材料，以及PPV的稳定性。第12章 工业水处理