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化工工艺学复习题库编者：牛永旺化工工艺学习题库一、填空1化学工业的原料有：矿产资源、海洋资源、动物、植物、空气和水以及其他工业、农业和林业的副产品。其中矿产资源是化学工业的主要原料来源。矿产资源中有：化学矿、煤炭、石油和天然气等。2中国化学矿（磷、硫矿）的资源特点和分布状况：资源丰富、分布不均：丰富：居世界第4位；不均衡：主要分布在云、贵、川、鄂、湘五省，形成“南磷北运”的局面。高品位矿储量少；应着眼于贫矿利用，进行人工富集。选矿困难，利用复杂。 中国自产矿石尚不能满足国内生产需要，还要从国外引进高品位的矿石。3煤的种类和特征：由于成煤植物和生成条件的不同，煤一般分为三类：腐植煤：是主要的研究对象，如：泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。由高等植物形成的煤称为腐植煤，在自然界中，它的储量最大、分布最广。又可分为：陆植煤和残植煤。陆植煤由植物中的纤维素和木质素等主要组分形成；残植煤由植物中含量较少，但在成煤初期最不易被微生物分解的稳定组分（角质、树皮、孢子、树脂等）形成。腐泥煤：由低等植物（以藻类为主）和浮游生物经过部分腐解而形成的煤称为腐泥煤，又可分为：藻煤、胶泥煤、和油页岩等。 腐植腐泥煤：腐植煤和腐泥煤的混合体，主要有烛煤和煤精。4根据在成煤序列（煤阶）中煤化程度的不同，又可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类：泥炭：棕褐色或黑褐色的不均匀物质，由植物变成煤的过程中的产物。含有大量未分解的植物组织，另外，含水量也很高。褐煤：外表呈褐色或暗褐色，无光泽，外表上完全没有未分解的植物组织残体。烟煤：自然界中最重要和分布最广的煤种。具有不同程度的光泽，绝大多数呈条带状，暗条带和亮条带互相交替。燃烧时烟雾较多。无烟煤：外表呈灰黑色，带有金属光泽，无明显条带。燃烧时无烟，是煤化程度最高的一种煤。5腐植煤的生成过程： 从植物死亡、堆积到变成煤经历了漫长的过程，发生了一系列的演变。可分为两个阶段：泥炭化阶段：植物遗体经过化学或生物化学作用转变为泥炭的阶段，也是成煤的前期过程或准备阶段。煤化阶段：煤化阶段可分为两个分阶段：成岩作用阶段：泥炭转变为褐煤。在这一过程中，泥炭中的植物残留成分逐渐消失，C%增加，H%和O%减少。变质作用阶段：褐煤在变质作用影响下，逐步经烟煤向无烟煤演变。从上面的煤生成过程可以看出：各种煤都是一定煤化阶段的产物。煤化程度指从泥炭到无烟煤的变化程度 ，泥炭的煤化程度最低，而无烟煤的煤化程度最高。6腐植煤的显微组分可以分为三类：凝胶化组分、丝炭化组分和稳定组分。7根据颜色、光泽、硬度和断口等性质不同，可以用肉眼将煤层中的煤分为四种宏观煤岩成分：镜煤、丝炭、亮煤、暗煤；根据煤的平均光泽强度、煤岩成分的数量比和组合情况，可以划分四种宏观煤岩类型：光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤、暗淡型煤8石油按原油的化学组成分类：石蜡基原油、环烷基（沥青基）原油、中间基原油；按比重指数和含硫量分类：轻质原油、中质原油、重质原油、特稠原油。9催化重整反应包括：六元环烷烃脱氢、五元环烷烃异构化后脱氢、烷烃环化后脱氢、烷烃异构化、加氢裂化；10对抽提剂的要求：高选择性、与芳烃有足够沸点差、热稳定性、抗氧化安定性、价廉、无毒。11焦化有三种方法：釜式焦化、延迟焦化、流化焦化。12氧化反应按反应相态分类：气-液相氧化（液相氧化）、气-固相氧化；氧化反应的共同特点：强放热反应、途径多样，副产物多、过程难控制。13硫酸生产有三种方法：塔式法、铅室法和接触法；接触法：包括以下四个工序：焙烧矿石（或硫磺）制备SO2：沸腾焙烧炉炉气精制：稀酸洗涤，除去各种杂质，防止催化剂中毒转化：V2O5作催化剂，利用炉气中剩余O2将SO2转化为SO3吸收：用98.5%硫酸吸收SO3制得商品级浓硫酸或发烟硫酸。14影响平衡转化率的因素有：温度、压力和气体的起始浓度。15稀硝酸的生产方法有5种：常压法、中压法、高压法、综合法、双加压法。16环氧乙烷有两种生产方法：氯醇法和直接氧化法。17催化剂一般由活性组分、助催化剂和载体三部分组成。对催化剂的要求：反应活性好选择性好使用寿命长催化剂孔结构、比表面积、导热性、耐热性和强度要符合生产要求。 18工业上氢化的方法：气相氢化、液相氢化。脱氢分为两类：加热脱氢和催化脱氢。19烃类蒸气转化是以气态烃和石脑油为原料，以水蒸汽为气化剂制备合成氨原料气的方法。20脱硫分为两大类：干法脱硫和湿法脱硫。21离子的放电顺序判别依据：综合考虑电极电势和超电势因素，电解过程中，能量变化的特点是电能转化为电解产物蕴藏的化学能。22用食盐水电解制造氯气和烧碱有三种方法：隔膜法、汞阴极法、离子交换膜法。23化学矿的固相化学加工单元工艺有三种类型：“湿法”化学加工、“热法”化学加工、复分解或置换反应工艺。化学矿物的固相加工流程包括：原料准备、化学矿的热处理、化学矿的浸取、过滤、溶液的精制、蒸发、结晶、干燥。24目前煤加工方法主要有：高温干馏、气化和液化。煤高温干馏得到的主要产品：粗煤气、焦炭、煤焦油。25煤热解的影响因素：煤化程度、加热终温、升温速率、热解压力、热解气氛。26焦炭在高炉中起三个作用：作为骨架，保持高炉的透气性；提供热源；作为铁矿石的还原剂。27炭化室是由两侧炉墙供热，所以结焦过程的特点是单向供热，成层结焦。距离炭化室墙面不同距离的各层炉料因温度不同而处于结焦过程的不同阶段，炭化室可能同时存在（由里到外）：湿煤层、干煤层、胶质体层（塑性层）、半焦层和焦炭层等五层。28煤气初冷的目的：一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣。煤气的初冷分为集气管冷却和初冷器冷却两个步骤29除氨的方法有：饱和器法、无饱和器法、弗萨姆（Phosam）法、粗吡啶的回收。30粗苯回收影响因素：吸收温度、洗油的分子量及循环量、贫油含苯量、吸收面积。31粗苯精制的目的是为了得到苯、甲苯和二甲苯等产品。精制方法主要有酸洗精制和加氢精制。由于粗苯组分复杂，为分离得到有关产品需包括如下过程：初步精馏、化学精制、最终精馏等。32发生炉中，原料层分为（由下到上）：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。33煤气化按反应器类型分类有：移动床（固定床）、流化床、气流床、熔融床（熔浴床）。34对于煤气化过程来说，气化用煤的性质有极为重要的影响。气化用煤的性质包括：煤的反应活性、煤的粘结性、结渣性、煤灰的粘温特性、热稳定性、机械强度、粒度分布，燃料的水分、灰分和硫分。35间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，为了节约原料，保证水煤气质量，还需一些辅助阶段，共有6个阶段：吹风阶段、水蒸气吹净阶段、上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹制气阶段、空气吹净阶段。36气流床气化重要的反应条件是氧煤比和反应温度。通常采取改变氧煤比或水蒸气煤比的方式来调节气化炉温度。37煤气化联合循环发电（IGCC），整体煤气化湿空气透平循环发电（IGHAT）。38煤液化分两个途径，一是使煤在高温高压下与氢反应直接转化成为液体油类，即直接加氢液化；二是先使煤气化生成合成气（CO+H2），再由合成气合成液体燃料或化学产品，即煤的间接液化。39三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶；三大支柱材料：金属材料、无机材料、高分子材料。40适合于低温干馏的煤是非粘结性和非炼焦用煤，如褐煤或高挥发分的烟煤。41按单体和联合物组成不同，聚合反应分为加聚和缩聚，按反应机理和动力学不同分为连锁聚合和逐步聚合。42高分子化合物微观结构：结构单元本身的结构、结构单元相互连接的序列结构、结构单元在空间排布的立体异构。二、简答题43腐植煤的生成过程：从植物死亡、堆积到变成煤经历了漫长的过程，发生了一系列的演变。可分为两个阶段：泥炭化阶段：植物遗体经过化学或生物化学作用转变为泥炭的阶段，也是成煤的前期过程或准备阶段。煤化阶段：煤化阶段可分为两个分阶段：（1）成岩作用阶段：泥炭转变为褐煤。在这一过程中，泥炭中的植物残留成分逐渐消失，C%增加，H%和O%减少。（2）变质作用阶段：褐煤在变质作用影响下，逐步经烟煤向无烟煤演变。从上面的煤生成过程可以看出：各种煤都是一定煤化阶段的产物。煤化程度指从泥炭到无烟煤的变化程度 ，泥炭的煤化程度最低，而无烟煤的煤化程度最高。44天然气可以单独存在，也可与石油和煤伴生，是埋藏在地下的可燃性气体。从组成可以划分为：干气：主要成分是CH4 ，其次是C2H6 、C3H8和C4H10，并含有少量的C5以上组分以及CO2、N2、H2S、NH3。外加压力不大时，不会有液体产生。天然气井和煤田伴生气湿气：除CH4 、C2H6等低碳烷烃外，还含有少量轻汽油，稍加外压就会有液态的汽油析出。油田伴生气45接触法制硫酸包括哪些工序？如何组织实施？ 焙烧矿石（或硫磺）制备SO2：沸腾焙烧炉炉气精制：稀酸洗涤，除去各种杂质，防止催化剂中毒转化：V2O5作催化剂，利用炉气中剩余O2将SO2转化为SO3吸收：用98.5%硫酸吸收SO3制得商品级浓硫酸或发烟硫酸。46说明煤的分子结构？煤的主体是三维空间的高分子化合物；结构单元的核心为缩合芳香环；结构单元的外围为烷基侧链和含氧、硫、磷官能团；结构单元之间靠桥键连接；47稀硝酸生产过程：氨氧化：4NH3+5O2 = 4NO+6H2ONO的氧化：2NO+O2 = 2NO2+112.6kJ/mol (控制速率步骤)NO+NO2 = N2O3+40.2kJ/mol 2NO2 = N2O4+56.9kJ/mol 吸收：3NO2+H2O = 2HNO3 +NO+136.2kJ/mol48说明乙烯催化氧化制环氧乙烷催化机理，并解释工艺过程中为什么加二氯甲烷作抑制剂？氧被Ag表面活性中心吸附的形态： O2 + 4Ag(邻近) 2O2-(吸附) + 4Ag+(邻近)12.54kJ/mol O2 + Ag O2-(吸附) + Ag+33.02kJ/mol O2 + 4Ag(非邻近) 2O2-(吸附) + 4Ag+(邻近)60.19kJ/mol 乙烯与吸附氧之间的相互作用：乙烯与吸附态原子氧离子作用，生成CO2和H2O；吸附态分子氧离子与乙烯发生环氧化，生成环氧乙烷。吸附热：氯有较高吸附热，能优先占领银表面的强吸附中心，从而减少吸附态原子氧离子的生成，抑制深度氧化反应。49说明改良A.D.A法脱硫原理，写出发生的主要反应？脱硫液是在稀碳酸钠溶液中添加等比例的2,6-蒽醌二磺酸和2,7-蒽醌二磺酸（A.D.A）的钠盐而成，为了改进操作又添加了适量的酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）及偏钒酸钠（NaVO3）。脱硫塔内发生的反应： H2S+Na2CO3 NaHS+NaHCO3 2NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2SNa2V4O9+2A.D.A（氧化态）+2NaOH+H2O4NaVO3+2A.D.A（还原态）再生塔内发生的反应： 2A.D.A（还原态）+O2 2 A.D.A（氧化态）+2H2O NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O 50简述氯化法制造钛白粉的工艺过程？钛白粉（TiO2）的生产工艺有硫酸法和氯化法两种工艺路线。（两种工艺路线的比较？）氯化法是将含钛矿石经高温氯化制成四氯化钛，提纯后再进行气相氧化，从而制得二氧化钛。主要工艺过程包括： 天然金红石矿的氯化焙烧： TiO2 + 2C + 2Cl2 TiCl4 + 2CO由于FeCl3、AlCl3、SiCl4等沸点与TiCl4不同，采用精馏-分级冷凝工艺对粗TiCl4进行精制。TiCl4的气相氧化： TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2 钛白粉的表面处理：用无机或有机表面处理剂进行处理，改善其表面性质（表面改性），如耐候性、分散性和润湿性等。51简要说明煤的热解过程？煤在隔绝空气下加热时，煤中有机质随温度提高而发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。第一阶段（室温300）第二阶段（300600 ）第三阶段（6001000 ）52简述煤在炭化室的成焦过程？炭化室是由两侧炉墙供热，所以结焦过程的特点是单向供热，成层结焦。距离炭化室墙面不同距离的各层炉料因温度不同而处于结焦过程的不同阶段，炭化室可能同时存在湿煤层、干煤层、胶质体层（塑性层）、半焦层和焦炭层等五层。焦炭总是在靠近炉墙处首先形成，而后逐渐向炭化室中心推移，当炭化室中心最终成焦并达到结焦温度时，炭化室结焦结束，此时，炭化室中心温度称为炼焦最终温度，一般在9501050 。半焦在收缩时，由于相邻层间温度不同，收缩值的大小不同，存在收缩应力，导致焦炭出现裂纹。另外，由于各部位半焦收缩时的加热速率不同，在靠近炉墙处加热速率快，收缩应力大，裂纹网多，形成形状类似菜花的焦花。53焦化产品的回收和加工初次分解：600 前从胶质层析出和部分从半焦中析出的蒸汽和气体称为初次分解产物，主要含有CH4、CO2、CO、化合水及初焦油，H2含量很低。200以下，蒸出表面水分，同时析出吸附在煤中的CO2、CH4等气体；250300 ，煤的大分子端部含氧化合物开始分解，生成CO2、H2O和酚类；500 时，煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解，生成脂肪烃，同时放出H2。二次分解：沿炭化室炉墙向上流动的气体，通过赤热的焦炭，因受高温而发生环烷烃和烷烃的芳构化（生成芳香烃）过程并析出H2，从而生成二次裂解产物（不可逆过程）。这些产物在炭化室顶部空间不再发生变化；由煤饼中心通过的挥发性产物，在炭化室顶部空间因受高温发生芳构化。炭化室顶部空间温度具有特殊意义。炭化过程中，大部分时间温度为：800 。54煤气初冷的目的？为什么要进行初冷？及初冷的两个步骤？煤气初冷的目的：一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣。在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650750，首先经过初冷，将煤气温度降至2535，粗煤气中所含的大部分水汽、焦油气、萘及固体微粒被分离出来，部分硫化氢和氰化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后，体积变小，从而使鼓风机以较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序；煤气经初冷后，温度降低，是保证炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。 煤气的初冷分为集气管冷却和初冷器冷却两个步骤。55煤气在集气管内的冷却机理？煤气在桥管和集气管内的冷却，是用表压为147196kPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度很低，故煤气放出大量显热，氨水大量蒸发，快速进行传热和传质过程。冷却过程中热量的传递：显热：10%15% 利用煤气和氨水的温度差传热潜热：75%80% 循环氨水液面上的蒸汽分压与煤气中分压之差，氨水部分蒸发传质、传热 集气管表面散失：10% 传热通过冷却，煤气温度由650750降至8286，同时60%左右焦油气冷凝下来。56粗苯回收影响因素？吸收温度：适宜温度为25（温度高或低有何影响？）洗油的分子量及循环量：吸收剂与溶质的分子量越接近，则吸收得越完全，但洗油分子量也不宜过小。洗油量：增加洗油循环量，可降低洗油中粗苯含量，从而提高粗苯回收率，但循环量不宜过大。 贫油含苯量：0.20.4%吸收面积：增大吸收塔内气液两相的接触表面积有利于粗苯吸收。57间歇法制水煤气的组成和其他阶段？间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，为了节约原料，保证水煤气质量，还需一些辅助阶段，共有6个阶段：吹风阶段、水蒸气吹净阶段、上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹制气阶段、空气吹净阶段。58气流床和流化床的区别？流化床气化又称沸腾床气化：把气化剂送入气化炉内，使颗粒呈沸腾状态进行气化反应。在反应床内，当气流速率低于流态化临界速率为移动床；当气流速率高于颗粒极限沉降速率，这时，固体质点的分散流动与气体质点的流动类似称为气流床；当气流速率介于两者之间为流化床。三、计算题59剩余按水量的计算已知：装入煤量（湿煤）：155t/h；煤气产量（干煤）：340m3/t；初冷器后煤气温度：30 ；循环氨水量（干煤）：6m3/t；集气管中氨水蒸发量：2.6%； 配煤水分：8.5%；化合水（占干煤量）：2%；每立方米煤气在30 时经水蒸气饱和后的蒸汽含量为35.2g计算：剩余氨水量。W8：循环氨水量； W1：煤气带入集气管水量；W2：气液分离器分离出的氨水量；W3：离开气液分离器的煤气中所含水量；W4：初冷器后煤气带走水；W5：冷凝水量； W6：需补充氨水量； W7 ：剩余氨水量。W1+W8=W2+W3 W3=W4+W5 W2+W6=W8 W6+W7=W5 W7=W1-W4=14.31t/hW1=1558.5%+155(1-8.5%)2%=16.01t/h W4=155(1-8.5%)34035.210(-6)=1.697t/h60 C燃烧生成CO放出热量为246435，C与水蒸汽反应吸收热量为118821 kJ/kmol,CO燃烧热为12633KJ/Nm3,H2燃烧热为10804KJ/Nm3，C的燃烧热为406418 kJ/kmol求理想混合发生炉煤气气化率？理论上，制取混合发生炉煤气按下列两个反应进行：2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+246435kJkmol-1（碳）C+H2O=CO+H2-118821kJkmol-1（碳）理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡，也就是说，满足放热反应与吸热反应的热效应相等。那么，如果每2kmol碳与空气反应，则与水蒸气反应的碳应为：2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+246435kJkmol-1（碳）2.07C+2.07H2O=2.07CO+2.07H2-246435kJkmol-1（碳）所以，4.07kmol碳与水蒸气-空气混合物相互作用，在理