《化工工艺学》期末复习题初步整理

《化工工艺学》复习题初步整理 1 绪论 1. 掌握以下概念 化学工业：又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造业。 化学工艺学： 即化工生产技术， 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。 化学工程学： 化学工程学主要研究： 化学工业和其它过程工业生产中所进行的化 学过程和物理过程的共同规律， 它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程 和装置的效应，特别是放大中的效应。 2 ．现代化学工业特点。 1 ．原料、生产方法和产品的多样性与复杂性； 2 ．向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高； 3 ．是多学科合作、生产技术密集型的生产部门； 4 ．重视能量合理利用, 以及采用节能工艺和方法； 5 ．资金密集，投资回收速度快，利润高； 6. 化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题。 3 ．化学工业发展方向。 1.面向市场竞争激烈的形势，积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的 周期，加快产品更新和升级的速度； 2.最充分、最彻底地利用原料； 3.大力发展绿色化工； 4.化工过程要高效、节能和智能化； 5.实施废弃物的再生利用工程。 4 ．化学工业的原料资源 自然资源：矿物、生物、空气和水。 矿物资源：金属矿、非金属矿、化石燃料矿 生物资源：农、林、牧、副、鱼的植物体和动物体 另外：再生资源（废物利用） 化学工业主要产品 无机化工产品：酸、碱、盐 基本有机化工产品：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、合 成气等。 高分子化工产品：塑料、合成橡胶、合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等。 精细化工产品：涂料、表面活性剂、粘合剂、催化剂、食品添加剂等。 生物化工产品：甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、各种氧基酸、酶制剂、核酸、 生物农药、饲料蛋白抗生素、维生素、甾体激素、疫苗等。 2 化学工艺的共性知识 1. 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? 答：⑴基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有 90℅ 来源于石油和天然气，有机化工产品的上游原料之一：三烯主要由石油 制取； ⑵天然气的热值高、 污染少、是一种清洁能源， 同时又是石油化工的重要 原料资源； ⑶从煤中可以得到多种芳香族化合物， 是精细有机合成的主要 原料，煤的综合利用可为能源化工和冶金提供有价值的原料。 他们的综合利用途径有哪些？ ⑴石油：①一次加工：常压蒸馏、减压蒸馏 ②二次加工：催化重整、催化裂化、催化加氢裂化、烃类热裂解、烷 基化、异构化、焦化等。 ⑵天然气：①天然气制氢气和合成氨； ② 天然气经合成气路线的催化转化制原料和化工产品； ③ 天然气直接催化转化成化工产品； ④天然气热裂解制化工产品； ⑤甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制化工产品； ⑥湿气天然气中 C2～C4 烷烃的利用。 ⑶煤：①煤干馏（高温干馏/ 炼焦、低温干馏）②煤气化③煤液化（煤的直接 液化、间接液化） 。 2. 天然气是如何分类与加工利用的？ 天然气的分类 ：主要成分为甲烷 干气：CH4＞90% 湿气 ：C2~C5≥ 15%~20%或以上 富气: C3以上烃＞94×10－6m3 贫气: C3以上烃＜94×10－6m3 天然气的加工 ： 1 天然气制氢气和合成氨 2 天然气 经合成气路线催化转化制燃料和化工产品 3 天然气直接催化转化为化工产品 4 热解制化工产品 5 甲烷的氯化，硝化，氨氧化，硫化制化工产品 6 湿性天然气中 C2~C5烷烃的利用 3. 生物质和再生资源的利用前景如何? 答：生物质和再生资源的发展既能解决能源的替代问题，又为农业、自然资 源提供了新的发展空间，使其产业化、现代化、变无用为有用，清洁、 环保，增加其价值和使用价值。农、林、牧、副、渔业的产品及其废物 等生物质可通过化学或生物化学方法转变为基础化学品或中间产品等； 工农业和生活废料在原则上都可以回收处理、加工成有用的产品，这些 再生资源的利用不仅可以节约自然资源，而且是治理污染、保护环境的 有效措施之一。 4. 何谓化工生产工艺流程，举例说明工艺流程是如何组织的。 答： 工艺流程的组织要有化学物理的理论基础，工程知识与生产实践相结合， 还要借鉴前人的经验。过程的设计方法有：推论分析法、功能分析法、形态分析 法。 1 、推论分析法：是从目标出发，寻找实现此目标的前提，将具有不同功能的 单元进行逻辑组合，形成一个具有整体功能的系统。 2 、功能分析法：缜密的研究每个单元的基本功能和基本属性，然后组成几个 可以比较的方案以供选择。 3 、形态分析法：是对每个可供方案晶型精确的分析和评价，择优汰劣，选择 其中的最佳方案。原则：①是否满足所要求的技术指标；②技术资料的完整性和 可信度；③经济指标的先进性；④环境、安全和法律等。 5. 何谓循环式工艺流程? 它有什么优缺点？ 概念：未反应的反应物从产物中分离出来，在返回反应器，其他的一些物料如溶 液，催化剂溶剂等再返回反应器。 优点：显著提高原料利用率，减少系统排放量，降低原料消耗，减少了对环境的 污染； 缺点：工艺流程较复杂。 6. 何谓转化率？ 何谓选择性? 对于多反应体系， 为什么要同时考虑转化率和选 择性两个指标? 转化率： 是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分 率。 选择性： 指体系中转化成目的产物的某反映物量与曹家所有反应而转化的该反应 物总量之比。 对于多反应体系，通常使转化转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以 不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者使目的产物的收率最高。 7. 催化剂有哪三个基本些特征，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？ 催化剂的基本特征： 答：⑴催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和 数量的变化 ⑵催化剂只能缩短到达化学平衡的时间（即加速作用） ，但不能改变平衡 ⑶催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。 催化剂在化学生产中的作用： 答：⑴提高反应速率和选择性； ⑵改进操作条件； ⑶催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术； ⑷催化剂在能源的开发和消除污染中可发挥重要作用。 生产中正确使用催化剂的方法： 答：催化剂的使用性能有：活性、选择性、寿命（寿命受化学稳定性、热稳 定性、力学性能稳定性、耐毒性等性能的影响） ，所以在催化剂的使用 中除了应研制具有优良性能、长寿命的催化剂外，在生产中必须正确操 作和控制催化剂的各项反应参数，防止损害催化剂。 8.计算：见教材 13. 一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为 CO＋H2O＝CO2+H2，若初始混合原料的 摩尔比为 H2O／CO＝2 ／1 。反应在 500℃进行，此温度下反应的平衡常数 22 2 () () 4.88 () () P p COp H K p CO p H O  ，求反应后混合物的平衡组成和 CO 的平衡转化 率。 12. 某燃料气含有 30％CS2、 26％C2H6、 14％CH4、 10％H2、 10％N2、 6 ％O2 和 4 ％ CO，与空气一起燃烧，产生的烟道气含有3