化学工艺学习题及解答

1、练习题和解答第二章化工资源和初步加工2-1、煤、石油和天然气在开采、运输、加工和应用方面有什么区别？a:(1)开采：煤矿通常有多层煤层。 煤层的厚度也不同。 为此需要建设长坑道，铺设线路，从各层运送煤。 为了运送物资和人员，需要建设竖井，安装升降机。 石油和天然气，在用挖掘机挖掘建设油井(或气井)后，借助自己的压力(开采后期需要抽上来)，石油和天然气可以从地下大量喷出，开采比煤方便得多。(2)输送：煤炭由铁路和轮船输送，输送力受到限制，石油和天然气一般采用管道输送，初期投资似乎很大，但从长期来看还是经济，管道输送成本低，方便，输送力也不受限制。(3)加工：煤是高分子量缩聚物，一般用热化学的方法

2、处理，分解煤，能得到气体、液体和固态物，成分复杂，难以从中制造纯物质。 石油和天然气是由很多小分子量的有机物组成的混合物，一般用物理方法分离纯化混合物。 为了增加某成分(或馏分)的产量，也经常采用化学方法(化学合成或化学热分解等)。 因此，石油和天然气加工制造的化工产品比煤多得多，生产成本也比煤低。(4)应用：煤主要用作一次性能源。 随着石油资源越来越枯竭，由煤合成液体燃料引起了世界各国的重视，取得了迅速的发展，带动了煤化工的发展。 煤化工产品的品种、质量和数量在增加。 人们期待在不久的将来煤化工和天然气能取代石油化工，成为获得化工产品的主要方法。 石油作为发动机燃料被大量使用，以石油为原料的

3、石油化学工业现在也是世界发达国家的支柱产业。 大部分化工产品都是石油化工行业生产的。 但是，随着石油资源的枯竭，石油化学工业逐渐缩小，取代了煤炭化学工业和天然气化学工业。 天然气现在作为民间燃料被大量使用。 但以天然气为原料的C1化工发展迅速，天然气资源丰富，开采和运输方便，以此为原料合成发动机液体燃料，投资和生产成本也比较便宜。 今后，天然气化学工业和煤炭化学工业一样，将取代石化学工业，成为化学工业的主要产业。2-2、试论石炭化程度与煤的性质和应用的关系。a :在泥炭化阶段，养菌和厌氧细菌分解，植物开始腐烂，植物中的蛋白质开始消失，木质素、纤维素等大幅度减少，产生大量的腐蚀酸。 但是，植物残

4、渣的水分含量明显很高，在这个阶段得到的泥炭作为民间燃料大量使用，工业价值非常小。在石炭化阶段，形成的泥炭在地热、压力的长期作用下，开始进一步进化，首先非晶物质转化为岩石状的褐煤，腐殖酸大幅减少，发生脱水，增煤作用(通过缩合和重合作用得到的)氢和氧的含量降低，褐煤水的含量还很高由于缩合和重叠作用处于初期阶段，因此还可以作为民生用燃料、气化原料使用，不优选作为焦炭原料使用。 在压力和地热的持续作用下，褐煤中的有机质进一步反应，形成凝胶化成分、丝绸碳成分和稳定成分。 根据煤原料(植物)和煤条件的不同，形成的上述成分的含量不同，得到的烟煤的质量也不同。随着缩合和重叠作用的持续，结果形成不同碳化程度的烟

5、煤。 例如长焰炭、煤气炭、肥料炭、焦煤、瘦煤等。 焦炭阶段的煤，缩合和重叠程度合适，煤的粘性好，适合作为焦炭原料。 由烟煤发展而来的无烟煤，分子叠加更深，h、o含量进一步减少，凝胶化成分和稳定成分显着减少，该煤适用于民用燃料和气化燃料，在化工中的应用也不比烟煤重要。石炭化的程度在石墨阶段变化，煤分子中的h、o消失，分子被正规排列，不能用加热的方法分解，物理、化学性质已经和普通的煤有很大的差异，看起来已经是替代物质，所以不把它作为煤的品种。2-3、为了高产芳烃，在催化重整中需要控制哪些工艺参数？a :首先，适当改性原料油的族的组成，即馏分油中的环烷烃含量高。 经过芳香族化反应，生成的芳香族烃的收

6、率也很高其次，选择不仅减少贵金属Pt的使用量、延长催化剂寿命、提高芳香烃的收率、缓和反应工艺条件的优异催化剂再次shirt选择适当的技术，采用移动床连续式再生技术，不仅生产能力大、效率高，而且能使催化剂的活性和选择性一直处于良好的状态，能得到高效高质量的芳烃产品。最后，选择合适的提取剂和提取工艺。 优秀的萃取剂，可以减少混入剩馀油中的芳香族烃的量，提高芳香族烃的收率。 优秀的提取技术可以减少技术的能源消耗量和提取剂消耗量。2-4、查阅文献资料，写了一篇名为“21世纪天然化学工业”的小论文。提示： (1)关键词：天然气：产量和储量现在、市场消耗量和消费方向现在消费后的倾向(2)文献资料：美国(C

7、A )中国化学文摘 中国化工信息石”油和天然气化学工业”天然气工业(3)制作大纲的例子1、世界和中国天然气储量丰富，开采量增长。2、天然气目前大量用作燃料和化工原料，是合成发动机燃料的工业随着迅速发展，天然气化学工业在国民经济中的作用日益显着。3、天然气化工和煤化工一起，代替石油化工成为化工的支柱支柱产业具体表现在以下方面？4、结论21世纪天然气化工发挥了很大作用2-5、除了文本叙述之外，还举了两个以农副产品为原料生产化工产品的例子，简要说明他们的生产过程。提示：利用家畜粪生产沼气时从雷火藤中提取中药的由茉莉花提取出茉莉花的香精等。 根据各自的经验，可以自由选择。第三章共同反应单元过程3-1氧

8、化反应有什么特征？这些特征和过程的组织是什么？具体联系呢？a :氧化反应的共同特征是，1属的强发热反应2反应路径多样化，副产物品种多的CO2和生成水的倾向(即深度氧化)大。在工艺过程中，必须考虑热的回收和合理利用，在设备的选定中，必须考虑反应热的及时问题。 生成的主、副产品品种多，含量不高(或集中度差)，因此在工艺过程中必须考虑生成物的分离顺序。 分离设备的选定和设计必须考虑能否达到分离要求。 为了减少CO2和水的生成，选择氧化剂和氧化催化剂是重要的，在工艺组织中，考虑氧化剂和氧化催化剂的循环和回收利用问题，为了减少深的氧化反应的发生，适时地中止氧化反应是重要的，因此，在工艺过程中中止氧化反应

9、的设备，例如紧急3-2通过二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，为什么在不同的温度条件下阶段性地进行？在：二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的反应中，反应热力学和反应动力学之间存在矛盾，希望能达到高转化率，在低温下进行反应。 为了加快反应速度，希望反应在高温下进行，在实际的生产中，为了兼顾资源利用、环境保护和企业生产能力，多阶段性地进行反应。 首先利用SO2的初期浓度高、遗传推动力大的优点。 在低温下将反应转化率快速提高到70%-75%，然后快速升温到高反应温度，在此利用反应动力学的优势，将反应转化率快速提高到85%-90%。 进入第三阶段后，反应在低温下进行，利用反应热力学的优势，将转化率再次提高到97%

10、-98%。 涨幅不大，所以也不太花时间。 这个反应顺序的安排，同时考虑了反应转化率和反应速度。 但是，追求高转化率(达到99.5%时)，反应会在较低的温度下进行，花费时间，对企业的生产能力有很大的影响。 在这种情况下，必须采用本教科书中介绍的“二次二吸”技术。在3-3硝酸生产中，氧化炉的哪个部件是为了满足工艺要求而设置的？a :氧化炉的上下漏斗的角度为65-75，上漏斗中设有使氨-空气混合气体的气流分布均匀的漏斗。 下锥体经热反射，铂网热均匀，用耐火砖背面保温，催化剂区域保持足够高的温度，有利于反应热的回收和利用。 为了消除反应中产生的轰鸣，下锥体的花板上还设置了消音环。 在氧化炉的圆柱部分设

11、置了铂催化基层，气流方向与铂网的重力方向一致，减少铂网的振动，减少铂的损失。 为了开始点火、测温和采样分析，在上圆柱上开有视孔、采样孔，在下圆柱上开有点火孔，通过上述部件，保证氨和空气的混合气体均匀地流过铂网的整个截面，反应温度均匀，铂网的损失最小，热损失小等工艺要求简述3-4环氧乙烷生产中工厂的安全问题。a :环氧乙烷生产现场采用的原料(西)和产品(EO )为易燃材料，在运输和储藏过程中，管道、容器和反应器不可发生溢出现象的现场动力线路埋有暗线，设备由防爆电机驱动，设备之间的序列和间隔应满足国家安全要求，用铁器设备和管道不穿钉子的鞋。 各工序间的间隔也满足了国家的安全要求。 乙烯氧混合器、氧

12、化反应器的设计和制造是规范，为避免混合器爆炸、氧化器“飞温”和“尾烧”等事故，严格满足了技术和安全的要求。 现场设置安全通道，配置消防等消防设施。3-5丙烯腈反应器的改进方向和目前面临的困难答：目前广泛采用的Sohio细粒子湍流床反应器优于固定床反应器，但实际操作与反应原理之间存在很大矛盾。 从氧化还原机构和丙烯酸氧化的特性来看，床层下部在低氧乙烯比状态下，要求得到一定的转化率(例如80% )的同时，在要求提高反应的选择性的床层的上部，在高氧化烯比状态下，使剩馀丙烯持续反应，转化率达到98%以上选择性和转化率不高，有大幅改善的馀地，Sohio公司近年来开发的新型反应器(本教科书图3-1-42所

13、示)和国内开发的UL反应器(图3-1-43所示)都采用了阶段性的(或两个反应区域)布局。 首先在低氧乙烯比条件下反应，阶段性地补充氧继续反应，得到高选择性和转化率。 此类反应器年发专利，但存在气固分离器负荷大、分离器内固体粒子浓度高、容易发生深氧化反应、催化剂运行损失严重的缺点，反应器结构也非常复杂，至今未工业化。3-6氨合成有各种各样的过程，试着讲述了他们的主要特征。a:(1)我国中型合成氨系统的工艺流程，采用中压法由中国自主开发的轴向氨合成塔，工艺流程简单，与投资省、非尿素类氨企业配合合适，缺点是氨网低，能源回收和利用差，生产科(2)布朗三塔三废锅氨合成圈的工艺流程。 属于低压法，能量回收

14、利用好，氨网高，以天然气为原料，新鲜原料气体用生冷法去除惰性气体，H2、N2也经调整，有利于反应，且没有排气，原料利用率高，工艺流程复杂，投资大，大型合成安(3)伍德两塔废锅氨合成环工艺为低压法，能量回收和利用好，氨网高，以石油淤泥为原料，排气回收H2后排出，原料利用率高，工艺工艺复杂，投资大(4)托索斯S-250型氨合成圈工艺为低压法，采用放射状反应塔、小粒催化剂，因此反应电压降小，催化活性高，能量回收利用好，氨网高，以天然气为原料，适合在大型合成氨工厂中采用。(5)卡萨里轴径向氨合成工艺为低压法，能量回收利用好，氨网高，因此只有一个反应器，可以方便地应用于中国中型合成氨厂的扩能技术改革，但

15、氨网比上述(2)(4)稍低，因此评价3-7过程的主要技术经济指标是什么？a :主要有： (1)原材料的消费定额。 (2)能源的消耗额定值。 这两个指标直接影响生产成本(3)反应转化率(4)反应选择性(或收率)。 这两个指标用于评价反应条件是否合理，选择催化剂是否优秀(5)三废排放量(包括废气、废液和废弃物)和管理指标，该指标用作环境评价的依据(6)某生产能力下的投资额，该指标作为选择工艺流程的根据简要叙述3-8离子法的电解原理a :用离子交换膜代替隔膜。 如果在离子交换膜的细孔上挂有磺酸基(-SO3-)，则可交换的Na可以与阳极电解液(盐水)中的Na交换，但客观上Na通过细孔进入阴极室，与此相

16、对，阳极电解液中的cl和阴极室中的oh被- SO3排斥，因此通过细孔流向阴极室和阳极室因此，经过放电，在阳极室得到Cl2及低浓度盐水，在阴极室得到H2和低浓度纯NaOH溶液。 如果阳极电解液(盐水)中含有多价阳离子(例如Ca2、Mg2、Al3、Fe3等)，则上述原理也与-SO3-的Na交换，占据一部分交换位置，离子交换膜的交换Na的能力降低，因此原料盐水的脱多价阳离子相当重要，将他们第四章无机化工反应单元工艺4-1培烧和烧成有什么共同点和不同点？ 试写培烧和烧成化化学反应式的各条举例说明了培烧和烧成的工业应用。答焙烧是一种不向空气、氢、氯、一氧化碳、二氧化碳等气流中加入或配合化学矿石，而是将化学矿石加热到低于炉材熔点的温度，从而引起氧化、还原或其他化学变化的单元过程。烧成是在低于熔点的适当温度下加热材料使其分解，除去含有的结晶水、二氧化碳、二氧化硫等挥发性物质的过程。两者的共同点都是在比炉材的熔点低的高温下进行。两者的区别在于烧成是原料和空气、氯气等气体和添加剂发生化学反应，烧成是材料发生分解反应，