化学工艺学期末复习资料

刘彦军老师授课内容

1、化学工艺概念

答：即化学生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。

2、化学工艺学概念

答：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、原料、流程和设备。

3、现代化学工业的特点？

答：请参阅朱薇整理复习资料第1页。

4、为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？

答：基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品中大约有90%来源于石油和天然气。90%左右的有机化工产品上游原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、、萘和甲醇。其中三烯主要由石油制取，三苯、奈和甲醇可由石油、天然气和煤制取。所以说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源。

石油的综合利用：一次加工，通过常压和减压蒸馏获得燃料和相关化工产品；馏分油通过催化重整、催化裂化、催化加氢裂化以及烃类热裂解进行二次加工以获得各种化工原料和燃料产品。

天然气的综合利用：主要包括由天然气制氢气和合成氨，天然气经合成气路线的催化转化制燃料和化工产品，天然气直接催化转化成化工产品，天然气热裂解制化工产品、甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制化工产品，以及天然气中C2-C4烷烃的利用。

煤的综合利用：主要通过煤干馏、煤的气化和液化，以获得合成气、燃料以及其他化工原料及产品。

5、何谓化工生产工艺流程？

答：将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。工艺流程多彩用途是方法来表达，称为工艺流程图。

6、催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？

答：(1)催化剂参与反应，但反应终了，催化剂本身未发生化学性质分数量的变化。(2)催化剂只能缩短达到化学平衡的时间，但不能改变平横。

(3)催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定额反应。

作用：加速反应进程，提高效率，选择反应方向。

使用：根据反应类型，选择合适的的催化剂，要求催化剂活性，选择性，寿命，化学稳定性，热稳定性，力学性能稳定性，耐毒性等都要达标。

7、提高反应温度的技术关键在何处？应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？

答：请参阅朱薇整理复习资料第3页。

8、试讨论影响热裂解的主要因素有哪些？评价裂解过程优劣的目标函数（指标）是什么？

答：请参阅朱薇整理复习资料第4页。

9、简述芳烃的主要来源及主要生产过程。

答：主要来源：(1)煤焦化工业。(2)石油芳烃

生成过程 (1)煤焦化工业：在高温作用下，煤在焦炉碳化室进行干馏时，发生一系列的物理化学变化。得到75%的焦炭，25%的粗煤气。粗煤气中含有1.1%的苯。4.0%的煤焦油。煤焦油经分馏得到的轻油，酚油，萘油等馏分，再经精馏，结晶等方法可分离得到苯系，萘系等芳烃。

(2)石油芳烃：以石脑油和裂解汽油为原料，可分为反应，分离和转化三部分。

10、芳烃的主要产品有哪些？各有何用途？

答：芳烃主要产品：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯和萘。用途：合成树脂、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、增塑剂、染剂、医药、农药、炸药、香料、专用化学品等工业。（苯：合成苯乙烯、环己烷、苯酚、苯胺及烷基苯等。甲苯：溶剂，合成异氰酸酯、甲酚。对二甲苯：对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，与乙二醇反应生成的聚酯用于生产纤维、胶片和树脂，是最重要的合成纤维和塑料之一。邻二甲苯：邻苯二甲酸酐，增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）等。间二甲苯：间苯二甲酸。乙苯：苯乙烯。异丙苯：苯酚/丙酮。萘：染料、鞣料、润滑剂、杀虫剂、防蛀剂）

11、简述苯、甲苯和各种二甲苯单体的主要生产过程，并说明各自的特点。

答：苯、甲苯和各种二甲苯单体可以从由煤焦油、石油芳烃（主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油）中经过精制、芳烃抽提、精馏及通过吸附、结晶等过程分离提炼而得。除此之外，还可以通过以下各工艺来补充生产。

1）苯单体的其他主要生产过程脱烷基化：甲苯脱甲基制苯。甲苯的歧化反应:通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料。

2）各种二甲苯单体的其他主要生产过程。甲苯的歧化反应。通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料。C8芳烃

的异构化：C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的。

12、有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？

答：答：制造合成气的原料是多种多样的，许多含碳资源如煤、天然气、石油馏分、农林废料、城市垃圾等均可用来制造合成气。

合成气的生产方法如下：

① 以煤为原料的生产方法有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/ CO比值较低，适于合成有机化合物。

② 以天然气为原料的生产方法主要有转化法和部分氧化法。目前工业上多采用水蒸气转化法，该法制得的合成气中H2/CO比值理论上是3，有利于用来制造合成氨或氢气。

③ 以重油或渣油为原料的生产方法主要采用部分氧化法。

13、合成气可用来制造什么化工产品？

答：合成气的用途：1）合成氨；甲醇；乙烯；乙醛；乙二醇；丙酸；甲基丙烯酸；醋酸乙烯；醋酸；醋酐。还有托过费—托合成制合成油（烃）；2）近年来有机金属络合物催化剂体系的技术开发已取得长足的进步，利用CO为原料的液相催化羰基化工艺在工业上被大量应用，导致人们对开发合成气制备新工艺的兴趣愈来愈大。

14、以天然气为原料生产合成气的过程有哪些主要反应？

答：①CH4 + H2O ≒ CO + 3H2

②CH4 + 2H2O ≒ CO2 + 4H2

③CO + H2O ≒ CO2 + H2

魏莉老师授课内容

1、合成氨催化剂，N2在催化剂表面的吸附步骤？

答：①N2 + 2δ≒2Nδ；②H2 + 2δ≒ 2Hδ；

③Nδ+ Hδ≒NHδ+δ；④NHδ+ Hδ≒NH2δ+δ；⑤NH2δ+Hδ≒NH3δ+δ；⑥NH3δ≒NH3+δ。

δ为催化剂活性位

Ⅰ扩散（靠近催化剂主体）；Ⅱ吸附；Ⅲ表面化学反应；Ⅳ脱附；Ⅴ扩散（远离）

2、甲醇合成的工艺条件（如高温高压、低温低压）

答：低压法：230～270℃，5～10 MPa，反应温度和操作压力较低，催化剂活性高，单程转化率高，合成气纯度要求严格，H/C比小，属于甲烷部分氧化法。

高压法：300～400℃，30MPa，催化剂活性较低，需较高反应温度，由于高温下平衡转化率的，必须提高压力。同时还应控制适宜的空速，以提高生产能力，减少副反应。此外原料气比选择H2/CO>>2，因提高氢含量可提高反应速率，降低副反应，且氢气热导率大，有利于反应热导出，易于反应温度控制。

3、固定床反应器和流化床反应器各自优缺点（须画反应器图例）

答：固定床反应器常见的是列管式反应器，其优点：①可抑制串联副反应的发生，提高选择性；②对催化剂的强度和耐磨性要求比流化床低。其缺点：①结构复杂，催化剂装卸困难；②空速较小，生产能力比流化床小；③反应器内沿轴向温度分布有一最高点，称热点，热点的出现使催化床层只有一小部分催化剂在最佳温度下工作，影响催化剂效率的充分发挥。

流化床反应器的优点：①结构简单，催化剂装卸容易；②空速大，生产能力强；③具有良好的传热效率，反应器内温度均一，温差小，反应温度易于控制；④因易返混，原料可稍高于爆炸下限，以提高反应物浓度和生产能力；其缺点：①产物停留时间长，串联副反应严重，不利于高转化率的获得；②对催化剂的强度要求高；③轴向返混严重；④空速受催化剂密度、反应器高度和旋风分离器回收催化剂能力的。（注：图参见教科书241页）

4、邻二甲苯制苯酐（以原子经济性选取制苯酐原料）。

答：估计主要考查原子利用率的计算。E=目标产物所有原子质量/所有反应物总质量X100%。一般选择邻二甲苯与氧气催化氧化制苯酐。相关主副反应最好都看一下，可以参阅朱薇整理资料第12页。

5、氧化操作的安全技术？

答：⑴爆炸极限：应在爆炸极限外进行操作，爆炸极限应根据具体情况（如压力、温度等确定），可燃粉末的爆炸极限也应加以考虑；⑵防爆工艺措施：①工业生产中加入惰性气体作为致稳气，②混合应尽量在接近反应器入口处，氧气在喷嘴出口处的速度要大大于原料火焰传播速度，以利于快速混合，③使用安全阀、防爆膜等。

6、羰基合成催化剂的种类及特点？

答：羰基合成催化剂主要有钴铑催化剂。钴催化剂：未经改性时需要苛刻的反应条件，工业上采用的反应压力高达30MPa，经改性后，反应压力可以降低，但催化剂活性下降很多，反应生成醛的选择性也发生变化，故了其应用范围。铑催化剂：催化活性是钴的102-104倍，未经改性的铑催化剂也需要较高反应压力，且产物的区域选择性很差，经改性后，反应条件缓和，在催化剂浓度很低时即有满意的反应速率，产物的化学选择性和区域选择性大大优于钴催化剂，其缺点是价格昂贵，但应用最广。

7、自由基聚合反应的四种实施方法？

答：四种方法为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。

8、聚合物生产工艺方框图。

9、绿色化工实施途径。

答：⑴原料绿色化：采用无毒无害原料，采用可再生资源，如生物质等；

⑵过程绿色化：采用原子经济性反应，采用绿色催化剂（如分子筛催化剂），采用绿色溶剂（如用离子液体作为溶剂）；

⑶产品绿色化：①设计安全的化学品，②设计可降解的化学品。

10、生物质概念。

答：生物质可理解为由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物、林产废物、海产物（各种海藻）和城市废物（报纸、天然纤维）。

11、水/有机两相，离子液体两相（估计应该为氟/有机两相）。

答：水/有机两相催化：在水和有机两相体系中以不溶于有机相的水溶性过渡金属配合物为催化剂，发生在水相或两相界面，反应结束后产物和催化剂分别处于有机相和水相中，通过简单的分离就可以将催化剂与产物分离。

氟/有机两相催化：体系由溶解催化剂的氟相和溶解反应物的有机相组成，低温时氟相物质难溶于有机溶剂，当温度升高到一定值后能够与有机相混溶而形成均相反应体系，反应结束后降温则均相体系又分为两相，从而可简单地实现催化剂与产物的分离，可以很好的解决水/有机两相催化不适用于水敏感性化合物和非水溶性反应的。

12、自氧化机理。

答：烃类及其他有机化合物的自氧化反应是按自由基链式反应机理进行，其过程包括链的引发、链的传递和链的终止。反应的决定性步骤是链的引发过程。

13、绿色化学概念？

答：绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学或者清洁化学，是在进一步认识化学规律的基础上，应用一系列技术和方法，在化学产品的设计、制造和应用中避免和减少对人类健康和生态环境有毒有害物质的使用和产生。

14、加氢反应类型及举例。

答：①不饱和炔烃、烯烃双键加成：C2H4 + H2 C2H6

②芳烃加成：C6H6 + 3H2 C6H12

③含氧化合物加氢：CO + H2 CH3OH

④含氮化合物加氢：N2 + 3H2≒ 2NH3

⑤氢解：C6H5CH3 + H2 C6H6 + CH4

15、溶液聚合、乳液聚合工艺特征？

答：请参阅朱薇整理复习资料第15页。