工業(yè)化學(xué)復(fù)習(xí)題供參習(xí)

1、第三章、硫酸工業(yè)1.闡述硫鐵礦為原料制取硫酸的主要工序及焙燒原理，并寫出主要化學(xué)反應(yīng)式。（10分）接觸法硫酸生產(chǎn)過程選礦：原料破碎、篩分、配料或干燥；硫鐵礦焙燒；爐氣凈化；SO2催化氧化；爐氣干燥和SO3吸收；尾氣回收SO2和污水處理。焙燒原理第一步是硫鐵礦中的有效成分FeS2受熱分解（高于400C）成FeS和單體硫。這一步是吸熱反應(yīng)，溫度越高對(duì)FeS2分解反應(yīng)越有利。2FeS2=2FeS+S2第二步是分解出的單體硫與空氣燃燒，生成SO2S2+2。2=2SO2硫鐵礦在釋出硫磺后，剩下的硫化鐵在氧分壓為3.04kPa以上時(shí)，生成紅棕色的Fe2O3FeS+7O2=2Fe2O3+4SO?當(dāng)氧含量在1

2、%左右時(shí)，則生成棕黑色的Fe3O43FeS+5O2=Fe3O4+3SO2主要反應(yīng)總反應(yīng)方程式：4FeS2+11。2=8SO2+2Fe2O33FeS2+8。2=6SO2+Fe3O4副反應(yīng)：2FeS2+7。2=Fe2（SOJ3+SO?硫鐵礦中所含Cu、Pb、Zn、Co、Cd、As、Se等的硫化物，在焙燒后一部分成為氧化物2. SO2催化氧化工藝條件如何確定？（20分）一、溫度放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡轉(zhuǎn)化率提高。反應(yīng)速率隨溫度升高而迅速增大。催化劑有極限溫度（起燃溫度）和耐熱極限溫度（活性溫度），范圍在420C600Co確定SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度的原則：在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，催化劑床層溫度應(yīng)盡量沿著最

3、佳溫度線變化，此時(shí)達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化率所需催化劑量最少。這就要求原料氣需預(yù)熱至催化劑的起燃溫度，然后隨著反應(yīng)的進(jìn)行，適當(dāng)移走多于的反應(yīng)熱，使床層溫度盡可能地沿著最佳值變化。特別在反應(yīng)后期，為了達(dá)到高的SO2轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)必須在較低溫度下進(jìn)行。因此SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)及工業(yè)上多數(shù)可逆放熱反應(yīng)過程，總是與換熱過程聯(lián)系在一起。二、SO2原始濃度隨著SO2濃度增加，。2濃度相應(yīng)地下降，這兩個(gè)因素都會(huì)使反應(yīng)速率下降，則達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率時(shí)所需的催化劑用量將增加；另一方面，爐氣中SO2濃度高，則生產(chǎn)每噸硫酸所需的原料氣量少，對(duì)同樣設(shè)備，系統(tǒng)阻力較小，動(dòng)力消耗較低，或?qū)ν簧a(chǎn)能力的裝置，所需設(shè)備和管道等的尺寸較小，投資較少

4、，設(shè)備折舊費(fèi)降低。根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費(fèi)用最低的原則，可以得到以硫鐵礦為原料時(shí)，進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器的最佳濃度為7%7.5%。三、壓力加壓可提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，還可以減少設(shè)備尺寸，提高SO3的吸收速率。但加壓增加動(dòng)力消耗，腐蝕壓縮機(jī)，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作的要求提高。而在較適宜的條件下，常壓操作也可取得很高的車t化率，因而目前SO2轉(zhuǎn)化仍以常壓操作為主。四、最終轉(zhuǎn)化率提高最終轉(zhuǎn)化率可以減少尾氣中SO2含量，減輕對(duì)大氣的污染，同時(shí)也可提高硫的利用率；但最終轉(zhuǎn)化率的增加，將導(dǎo)致催化劑用量和流體阻力增加，設(shè)備尺寸增大。最終轉(zhuǎn)化率的最佳值與所采用的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。3.如何從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度確定SO

5、2催化氧化溫度條件？（10分）SO2+1/2O2-SO3+Q反應(yīng)特點(diǎn)：體積縮小，Q>0可逆放熱反應(yīng)SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，同時(shí)進(jìn)行著SO2的氧化和SO3的分解反應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)的速率相等時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度會(huì)使平衡轉(zhuǎn)化率提高。反應(yīng)速率隨溫度的升高而迅速增大；但催化劑有起燃溫度，為了保證催化劑的正常使用，應(yīng)該選擇合適的溫度；在選擇溫度指標(biāo)時(shí)，不但要考慮有較高的轉(zhuǎn)化率，還要考慮有較高的反應(yīng)速率。在工業(yè)生產(chǎn)中，可通過分段轉(zhuǎn)化，控制不同的轉(zhuǎn)化溫度來實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化率和較快的反應(yīng)速率。反應(yīng)初期宜使氣體在較高的溫度下轉(zhuǎn)化；反應(yīng)的后

6、期，宜使氣體在較低的溫度下轉(zhuǎn)化。4 .在制取硫酸過程中，常易形成酸霧，試解釋酸霧形成的原因，以及酸霧怎樣清除之。（15分）酸霧的形成在爐氣濕法凈化過程中，由于爐氣被洗滌冷卻，大量的水蒸氣進(jìn)入氣相，于是爐氣中的SO3（g）在氣相中發(fā)生反應(yīng)，生成了硫酸蒸氣SO3（g）+H2O（g）=H2SO4（g）當(dāng)氣相中硫酸蒸氣壓大于洗滌液液面上的飽和蒸氣壓時(shí)，硫酸蒸氣就會(huì)冷凝。硫酸蒸氣在氣相中快速冷凝時(shí)就會(huì)形成酸霧。爐氣在洗滌時(shí)，冷卻速度是很快的，因而必然會(huì)生成酸霧液滴。如果存在凝結(jié)中心（如雜質(zhì)微粒），則生成酸霧粒子就大。所以，伴隨著爐氣的洗滌、降溫過程，礦塵、神、硒和氟等雜質(zhì)不斷地從氣相中被除去，同時(shí)產(chǎn)生了

7、酸霧。氣相中殘余的細(xì)小塵粒和神、硒氧化物懸浮微粒亦成為酸霧的冷凝中心。初形成酸霧霧粒較大，由于氣體中懸浮有各種氣溶膠粒子，硫酸蒸汽就在它們表面發(fā)生冷凝形成直徑較大霧粒。用特殊方法清除從分離的角度看，霧不能用普通方法除掉，這是因?yàn)榧?xì)小的微粒（滴）傾向于跟隨流體的流線運(yùn)動(dòng)，難以通過撞擊方式捕捉，使之與氣體分離；霧粒直徑比分子直徑大得多，故不能通過擴(kuò)散的方式使之進(jìn)入液相，即不能被體吸收。因而酸霧必須用特殊的方法清除。酸霧的清除在濕法凈化中，當(dāng)爐氣溫度快速降至100C以下時(shí)，爐氣中的硫酸蒸氣幾乎全部變成酸霧。酸霧中較大的粒子（大于2dm）由電除霧器、文氏管、沖擋式洗滌器等裝置可除去，其中電除霧器最為可

8、靠。對(duì)于粒徑小于2的霧粒，提出了對(duì)爐氣增濕，使?fàn)t氣中較小的酸霧液滴長(zhǎng)大后再清除的方法，即先增大霧粒的直徑，再用相應(yīng)的設(shè)備除之。以上討論的只是消極的方法，更積極的方法是控制爐氣中SO3含量，減少“原生酸霧”量。5 .畫出四段間接換熱式轉(zhuǎn)化器中SO2轉(zhuǎn)化的t-x圖，闡述轉(zhuǎn)化器的工藝過程。（15分）這種形式的轉(zhuǎn)化器是將催化劑床分成35段，反應(yīng)過程與換熱過程分開，通過設(shè)置在轉(zhuǎn)化器內(nèi)部或外部的換熱器進(jìn)行間接換熱，一方面降低反應(yīng)氣體的溫度，同時(shí)又使進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的原料氣升溫。一次絕熱反應(yīng)過程稱為一段，段間進(jìn)行換熱。經(jīng)預(yù)熱的原料氣由上部進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在第一段催化床中進(jìn)行絕熱反應(yīng)，溫度升高。一段反應(yīng)氣自篦子板向下，

9、進(jìn)入列管式換熱器的管程，與流經(jīng)殼程的冷原料氣間接換熱，冷卻后的一段反應(yīng)氣向下進(jìn)入二段催化床繼續(xù)反應(yīng)。如此類推，氣體經(jīng)第四段催化劑床反應(yīng)后排出轉(zhuǎn)化器，在器外再進(jìn)行冷卻。冷原料氣則自下而上通過器內(nèi)各換熱器的殼程，加熱至催化劑起燃溫度代）（430C左右）進(jìn)入第一段催化床。轉(zhuǎn)化器中氣體溫度t和SO2轉(zhuǎn)化率x的變化如圖所示，圖中1為平衡線，2為最適宜溫度線，3為絕熱線。圖中AB線為第一段絕熱反應(yīng)線。隨著SO2轉(zhuǎn)化率的增加，溫度升高，大體呈直線關(guān)系，直線斜率為絕熱溫升系數(shù)。在B點(diǎn)，已接近該條件下平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)速度下降，此時(shí)反應(yīng)氣體離開第一段催化劑床層，進(jìn)入段間熱交換器間接冷卻。冷卻過程中，僅溫度降低而氣

10、體成份不變，故冷卻線BC為水平線。在C點(diǎn)，由于溫度比B點(diǎn)低很多，轉(zhuǎn)化率與該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率之差增大，反應(yīng)推動(dòng)力增加，反應(yīng)速率得到提高。如此進(jìn)行第二、三、四段的反應(yīng)，最終達(dá)到圖中H點(diǎn),此時(shí)SO2氣體已具有較高的轉(zhuǎn)化率，亦即達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率。6 .闡述制取硫酸中，煙氣凈化的目的及凈化的原則（10分）爐氣組成：N2、02、SO2、AS2O3、SeO2、HF、SO3、H2O及礦塵。其中：AS2O3、SeO2、HF、SO3、H2O、礦塵必須除去。目的：爐氣含塵若不除凈，進(jìn)入后制酸系統(tǒng)，則會(huì)堵塞設(shè)備和管道，且使催化劑失活或中毒爐氣的凈化原則爐氣的雜質(zhì)主要以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種形態(tài)同時(shí)存在，顆粒大小，密度輕

11、重不同（110002）。a懸浮微粒，分布很大，大小相差很大，應(yīng)先大后小，先易后難進(jìn)行分級(jí)處理b懸浮顆粒氣固液三態(tài)共存，質(zhì)量相差很大。先重后輕即先固、液，后氣（汽）體c不同大小的粒子，選擇配套有效的分離設(shè)備第四章、合成氨工業(yè)(121 .試簡(jiǎn)述溫度、壓力及情性氣體含量對(duì)氨合成反應(yīng)中平衡氨含量及工藝條件的影響？分）氨合成是物質(zhì)的量減小的放熱可逆反應(yīng)。1N2+3H2=NH3；&Hm=46.22kJ-mol1化學(xué)平衡常數(shù)Kp可表示為Kp=pNH32 2pN2pH2溫度越高，平衡常數(shù)越小。提高壓力，Kp值有所增加。顯然，提高壓力、降低溫度有利于氨的生成。對(duì)氨合成反應(yīng)中工藝條件的影響一、壓力從化學(xué)平

12、衡和化學(xué)反應(yīng)速率的角度看，提高操作壓力是有利的。合成裝置的生產(chǎn)能力隨壓力提高而增加，而且壓力高，氨分離流程可以簡(jiǎn)化。但是，壓力高時(shí)對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求均高。同時(shí)，高壓下反應(yīng)溫度一般較高，催化劑使用壽命較短。生產(chǎn)上選擇操作壓力的主要依據(jù)是能量消耗以及包括能量消耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資在內(nèi)的所謂綜合費(fèi)用。根據(jù)實(shí)際情況，我國(guó)中小型氨廠大多采用20MPa32MPa。二、溫度氨合成反應(yīng)溫度一般控制在350C550C。將氣體先預(yù)熱到高于催化劑的活性溫度下限后，送入催化劑床層，在絕熱條件下進(jìn)行反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，溫度逐漸升高，當(dāng)接近最適溫度后，再采取冷卻措施，使反應(yīng)溫度盡量接近于最適宜溫度曲線。三、進(jìn)口

13、氣體組成惰性氣體（CH4和Ar）由新鮮氣帶入，由于不參加反應(yīng)而在氨合成系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在，無論從熱力學(xué)還是動(dòng)力學(xué)上考慮都使不利的，循環(huán)回路中適當(dāng)進(jìn)行排放（放空）是消除惰性氣體積累的有效方法。但是，維持過低的惰性氣體含量又需大量排放循環(huán)氣，導(dǎo)致氫氮?dú)獾膿p失。為此，入塔氣體將保持一定的惰性氣體含量。一般新鮮氣中惰性氣體含量為0.99%1.4%,入塔氣體的適宜惰性氣體含量約為10%15%。生產(chǎn)中放空氣量約為新鮮氣量的10%,放空氣中含有氫氣，應(yīng)加以回收利用。2 .試比較氨合成中CO變換與硫酸工業(yè)制氣中SO2氧化兩個(gè)反應(yīng)過程的異同或特點(diǎn)。（20分）CO變換反應(yīng)過程的特點(diǎn)一、該應(yīng)為等物質(zhì)的量的可

14、逆放熱反應(yīng)，須借助催化劑進(jìn)行（氣固相催化）?？赡娣艧岱磻?yīng)存在最適溫度線，若催化床溫度按照最適宜溫度線分布，則反應(yīng)速率最快或者說保持同樣的生產(chǎn)能力所需的催化量最少。工業(yè)上采用多段冷卻。（與SO2最相似）二、可分為中（高）溫度變換和低溫變換催化劑以Fe2O3為主體，C2O3、MgO等為助催化劑，操作溫度為350c550C,出口CO尚含3%;催化劑以CuO為主體，添加ZnO、CLO3等為助催化劑，操作溫度為350C550C,出口CO含量可降至0.3%左右。（SO2沒有）三、水蒸氣過量比例一般為35（H2O/CO）。為了盡可能地提高CO的變換率，防止副反應(yīng)的發(fā)生，工業(yè)上是在水蒸氣過量下進(jìn)行反應(yīng)的。因此

15、，應(yīng)該充分利用變換的反應(yīng)熱，宜接回收蒸氣，以降低水蒸氣消耗。（SO2是7%7.5%）四、壓力對(duì)化學(xué)平衡基本無影響。工業(yè)上一般都在加壓下操作，這是因?yàn)榧訅合路磻?yīng)速度快，催化劑用量少。由于反應(yīng)物之一是大量的水蒸氣，因而加壓下進(jìn)行變換反應(yīng)可節(jié)省合成氨總的壓縮功耗。（SO2有影響，但是常壓、最差異）五、變換反應(yīng)前對(duì)催化劑進(jìn)行還原（鈍化操作）。對(duì)中變催化劑需將Fe2O3還原成Fe3O4才具有活性；對(duì)于低變，金屬銅才有活性。催化劑還原時(shí)可用含有CO、H2的工藝氣體緩慢進(jìn)行。在還原過程中，催化劑中的其他組分一般不會(huì)被還原。SO2氧化催化與工藝條件一、催化劑目前廣泛使用的是鋰催化劑。以V2O5作為主要活性組分

16、，以堿金屬（主要是鉀）的硫酸鹽作為助催化劑（促進(jìn)劑），以硅膠、硅藻土、硅酸鋁等作載體。二、溫度確定SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度的原則：在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，催化劑床層溫度應(yīng)盡量沿著最佳溫度線變化，此時(shí)達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化率所需催化劑量最少。這就要求原料氣需預(yù)熱至催化劑的起燃溫度，然后隨著反應(yīng)的進(jìn)行，適當(dāng)移走多于的反應(yīng)熱，使床層溫度盡可能地沿著最佳值變化。特別在反應(yīng)后期，為了達(dá)到高的SO2轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)必須在較低溫度下進(jìn)行。因此SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)及工業(yè)上多數(shù)可逆放熱反應(yīng)過程，總是與換熱過程聯(lián)系在一起。三、SO2原始濃度隨著SO2濃度增加，O2濃度相應(yīng)地下降，這兩個(gè)因素都會(huì)使反應(yīng)速率下降，則達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率時(shí)所需的催化劑

17、用量將增加；另一方面，爐氣中SO2濃度高，則生產(chǎn)每噸硫酸所需的原料氣量少，對(duì)同樣設(shè)備，系統(tǒng)阻力較小，動(dòng)力消耗較低，或?qū)ν簧a(chǎn)能力的裝置，所需設(shè)備和管道等的尺寸較小，投資較少，設(shè)備折舊費(fèi)降低。根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費(fèi)用最低的原則，可以得到以硫鐵礦為原料時(shí)，進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器的最佳濃度為7%7.5%。四、壓力加壓可提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，還可以減少設(shè)備尺寸，提高SO3的吸收速率。但加壓對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作的要求提高。而在較適宜的條件下，常壓操作也可取得很高的轉(zhuǎn)化率，因而目前SO2轉(zhuǎn)化仍以常壓操作為主。五、最終轉(zhuǎn)化率提高最終轉(zhuǎn)化率可以減少尾氣中SO2含量，減輕對(duì)大氣的污染，同時(shí)也可提高硫的利用率；但最終轉(zhuǎn)化率的

18、增加，將導(dǎo)致催化劑用量和流體阻力增加，設(shè)備尺寸增大。最終轉(zhuǎn)化率的最佳值與所采用的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。3 .工業(yè)上以煤礦為原料間歇法制取半水煤氣的工作循環(huán)可分為哪幾個(gè)階段？各個(gè)階段起什么作用？（10分）間歇式汽化時(shí)，自當(dāng)前開始送入空氣至下一次欲送入空氣止，稱為一個(gè)工作循環(huán)。為了保持爐溫的穩(wěn)定及操作安全，每個(gè)工作循環(huán)一般包括五個(gè)階段。一、吹風(fēng)階段自下而上地通入空氣，提高燃料層溫度，使耐熱醇蓄熱，再經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，由煙囪放空。二、一次上吹制氣階段自下而上通入水蒸氣進(jìn)行汽化反應(yīng)，燃料層溫度逐漸降低，尤其下層燃料的溫度下降較多。為保持正常爐溫，可在水蒸氣中配入部分空氣進(jìn)行汽化。既有利于爐溫

19、的穩(wěn)定，又可增加水煤氣中的含氮量。配入的空氣稱為“加氮空氣”?；厥沼酂岷?，經(jīng)洗氣箱洗滌塔后進(jìn)入氣柜。三、下吹制氣階段水蒸氣與加氮空氣從上而下進(jìn)行汽化反應(yīng)，使燃料層溫度趨于均衡。直接用洗氣箱經(jīng)洗滌塔進(jìn)入氣柜。四、二次上吹制氣階段水蒸氣再次自下而上吹入，目的是將爐底的煤氣排凈，為吹入空氣做準(zhǔn)備。否則爐底剩余煤氣與下次吹入空氣相遇會(huì)發(fā)生爆炸。五、空氣吹凈階段空氣自下而上吹入燃料層，此部分吹風(fēng)氣加以回收，作為半水煤氣中氮的主要來源。間歇式制氣中各階段氣體的流向不盡相同，需用自動(dòng)控制機(jī)控制各閥門，使之在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)開啟或關(guān)閉，以保證汽化過程的正常進(jìn)行。4、實(shí)現(xiàn)氨合成和氨分離，包括哪五個(gè)基本流程環(huán)節(jié)？試簡(jiǎn)

20、述兩級(jí)氨分離流程（10分）五個(gè)基本環(huán)節(jié)1新鮮氣的壓縮并補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)2循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成3反應(yīng)熱的回收與氨的分離4未反應(yīng)氣循環(huán)使用5循環(huán)氣部分放空以維持系統(tǒng)中適宜惰性氣體含量。合成塔出口氣體中含氨為14%-18%,壓力名勺為30MPa,經(jīng)排管式水冷卻器冷卻至常溫，氣體中部分氨被冷凝，在氨分離器中將液氨分離。為降低系統(tǒng)中惰性氣體含量，少量循環(huán)氣體在氨分離后放空，大部分循環(huán)氣體由循環(huán)壓縮機(jī)加壓至32MPa后進(jìn)入濾油器，在此處加入新鮮的H2和N2。然后混合氣體進(jìn)入冷凝塔的上部的換熱器，與第二次分離后的低溫循環(huán)氣換熱，再進(jìn)入氨冷凝器中的蛇管。管外用液氨蒸發(fā)作為冷源，使蛇管中循環(huán)氣溫度降至-80C,氣

21、體中的大部數(shù)氨在此冷凝，并在冷凝器下部進(jìn)行氣、液分離，氣體中殘余氨含量約為3%。分離出液氨的氣體進(jìn)入冷凝塔上部經(jīng)換熱，溫度上升至1030c后進(jìn)入氨合成塔，從而完成H2和N2的循環(huán)過程。作為冷凍劑的液氨氣化后回冷凍系統(tǒng)，經(jīng)氨壓縮機(jī)加壓，水冷后又成為液氨，循環(huán)使用。5.試簡(jiǎn)述尿素合成原理及主要工藝條件。（10分）尿素合成原理尿素是在高溫高壓下合成的，其總反應(yīng)式為2NH3+CO2=CO（NH2）2+H2O這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，因受化學(xué)平衡的限制，NH3和CO2只能部分轉(zhuǎn)化為尿素。第一步，液氨與CO2反應(yīng)生成液態(tài)氨基甲酸俊，其反應(yīng)為12NH3（l）+CO2（g）=H2NCOONH4（l）+119.2k

22、J-mol這是一個(gè)快速、強(qiáng)放熱的可逆過程，如果具有足夠的冷卻條件，不斷地把反應(yīng)熱移走，并保持反應(yīng)進(jìn)行過程的溫度低到足以使甲錢冷凝成為液體，則該反應(yīng)較容易達(dá)到化學(xué)平衡，而且平衡條件下CO2轉(zhuǎn)化為甲錢的程度很高。在常壓下該反應(yīng)的速度很慢，加壓下則很快。第二步，甲俊脫水反應(yīng)，生成尿素1H2NCOONH4（l）=CO（NH2）2（l）+±0（1）28.49kJ-mol這是一個(gè)溫和吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢，要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到一定的平衡值，其轉(zhuǎn)化率一般為50%70%,它是合成尿素過程中的控制反應(yīng)。此外，反應(yīng)必須在液相中進(jìn)行，若在固相中進(jìn)行，則反應(yīng)速度極其緩慢。尿素合成的主要工藝條件一、溫度甲俊的熔

23、融溫度為152C154C,為使反應(yīng)在液相中進(jìn)行，尿素生產(chǎn)應(yīng)高于此溫度。尿素平衡產(chǎn)率開始時(shí)隨溫度升高而增大。若繼續(xù)升溫，平衡產(chǎn)率逐漸下降，存在最大值。尿素合成的最佳操作溫度，應(yīng)選擇略高于最高平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)的溫度，但溫度過高，加劇甲俊分解，尿素水解和腐蝕等副作用，故尿素合成塔上部溫度大致為185C200C。提高溫度不相應(yīng)提高系統(tǒng)壓力，甲俊會(huì)大量分解為氨氣和二氧化碳，使轉(zhuǎn)化率降低。二、壓力系統(tǒng)反應(yīng)的壓力應(yīng)高于操作溫度下甲錢的蒸氣壓。尿素是在液相中生成的，但在高溫下甲俊易分解，并進(jìn)入氣相，使尿素的轉(zhuǎn)化率降低，所以工業(yè)上生產(chǎn)尿素的合成壓力一般應(yīng)高于平衡壓力（高13Mpa）,使其保持液相以提高轉(zhuǎn)化率。實(shí)際操

24、作壓力一般要高于合成塔頂物料組成和相應(yīng)溫度下的平衡壓力，一般為18MPa25MPa。三、氨碳比NH3/CO2摩爾比提高，尿素的平衡轉(zhuǎn)化率亦提高。過量氨與脫出水結(jié)合，移去部分產(chǎn)物，促使平衡向尿素生成方向移動(dòng)，且可抑制縮二月尿的副反應(yīng)，并減輕尿素異構(gòu)化對(duì)設(shè)備的腐蝕，氨碳比提高還有利于調(diào)節(jié)操作的熱平衡，但高氨碳比，物系飽和蒸氣壓升高，則維系液相所需合成壓力升高。且雖提高CO2轉(zhuǎn)化率，但NH3轉(zhuǎn)化率下降，增大未反應(yīng)NH3的循環(huán)量，增大泵的負(fù)荷，減小合成塔的生產(chǎn)能力，故工業(yè)上大多數(shù)采用NH3過量50%150%操作，即氨碳比在35的范圍內(nèi)。四、水碳比水量增加，不利于尿素生成，且返回合成塔的水量增加，尿素轉(zhuǎn)

25、化率下降，會(huì)造成惡性循環(huán)，生產(chǎn)中一般原料中H2O/CO2為0.51。五、原料純度CO?的純度對(duì)轉(zhuǎn)化率影響較大，一般要求CO?純度應(yīng)大于98.5%。6、寫出制半水煤氣的煤氣化反應(yīng)，如何解決氣體組成與熱量平衡的矛盾？（10分）1）以空氣或富氧空氣為氣化劑放熱反應(yīng)：C+O2=CO2+393KJ/mol2C+O2=2CO+220KJ/molC+CO2=2COC+1/2O2=2CO2）以水蒸氣為氣化劑吸熱反應(yīng)：C+H2O（g）CO+H2-131.19KJ/molC+2H2O（g）CO2+H2CO+H2O（g）CO2+H2C+2H2CH4如果空氣與水蒸氣同時(shí)進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí)，如不提供外部熱流，僅靠自身熱平衡

26、，則氣化產(chǎn)物中不能滿足合成氨原料氣要求（H2+CO）/N2=1.43）。在滿足氣體組成要求時(shí)（H2/N2=3）,系統(tǒng)將不能維持自熱運(yùn)行，要提供外部熱源。為解決氣體組成與熱量平衡的矛盾工業(yè)上用富氧空氣氣化法和蓄熱法；富氧空氣氣化法：用富氧空氣（O2含量的mol分?jǐn)?shù)為50%左右）或純氧和水蒸氣作為氣化劑同時(shí)進(jìn)行煤氣化反應(yīng)，以調(diào)整煤氣中氮的含量。由于富氧空氣中含氮量較少，故在保證系統(tǒng)自熱運(yùn)行的同時(shí)，也滿足合成氨原料氣的要求。此法的關(guān)鍵是要有廉價(jià)的富氧空氣來源。蓄熱法主要是將空氣和水蒸氣分別送入煤層。先通入空氣使煤層燃燒提高煤層溫度并蓄熱，生成的其氣體經(jīng)熱量回收后大部分放空；再通入水蒸氣進(jìn)行煤氣化反應(yīng)

27、，此時(shí)反應(yīng)吸熱,煤層溫度逐漸下降，所得水煤氣中混入部分吹風(fēng)氣即成半水煤氣；通入空氣提高煤層溫度、在通入水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，如此重復(fù)交替進(jìn)行。補(bǔ)充題：何為清潔生產(chǎn)？清潔生產(chǎn)包含的主要內(nèi)容是什么？（10分）清潔生產(chǎn)是指既可以滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護(hù)環(huán)境的使用生產(chǎn)方法和措施，其實(shí)質(zhì)是一種物料和能耗最小的人類生產(chǎn)活動(dòng)的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無害化，或消滅于其產(chǎn)生過程之中。同時(shí)對(duì)人體和環(huán)境無害的綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)亦將隨著可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的深入而日益成為今后產(chǎn)品生產(chǎn)的主導(dǎo)方向。清潔生產(chǎn)是指將綜合預(yù)防的環(huán)境策略持續(xù)地應(yīng)用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，以便減少對(duì)人類和環(huán)境的污染性。清潔生產(chǎn)的

28、內(nèi)容一、清潔能源包括對(duì)現(xiàn)有能源和常規(guī)能源的清潔利用，可再生能源的利用，新能源的開發(fā)，各種節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用等。二、清潔原料盡量少用或不用有毒有害的原材料，盡可能采用可再生資源。三、清潔的生產(chǎn)過程開發(fā)高選擇性的催化劑和相關(guān)助劑，采用少?gòu)U或無廢的新工藝和高效設(shè)備，強(qiáng)化生產(chǎn)操作和控制技術(shù)，提高物料的回收利用和循環(huán)利用率，以最大限度減少生產(chǎn)過程的“三廢”排放量。四、清潔的產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)考慮節(jié)約原材料和能源，使之達(dá)到高質(zhì)量、低消耗、少污染。產(chǎn)品在使用過程中及使用后不對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。同時(shí)產(chǎn)品的包裝安全、合理，在使用后易于回收、重復(fù)使用和再生。第七章工業(yè)催化論述題1 .試明確固體酸、堿的正

29、確定義，并解釋固體酸、堿催化反應(yīng)作用特點(diǎn)。（15分）固體酸能夠給出質(zhì)子或者接受電子對(duì)的固體謂之固體酸。固體堿能夠接受質(zhì)子或者給出電子對(duì)的固體謂之固體堿。給出質(zhì)子時(shí)叫質(zhì)子酸（B酸），接受質(zhì)子時(shí)叫質(zhì)子堿（B堿）。接受電子對(duì)時(shí)叫非質(zhì)子酸（L酸），給出電子對(duì)時(shí)叫非質(zhì)子堿（L堿）。固體酸堿催化反應(yīng)特點(diǎn)一、酸位的性質(zhì)與催化作用的關(guān)系酸催化反應(yīng)與酸位性質(zhì)和強(qiáng)度密切相關(guān)。（1） .大多數(shù)的酸催化反應(yīng)是在B酸位上進(jìn)行的。單獨(dú)的L酸位不顯活性。有B酸位的存在才起催化作用。同時(shí)，催化反應(yīng)速率與B酸位的濃度之間存在良好關(guān)聯(lián)。（2） .各種有機(jī)物的乙酰化反應(yīng)，要用L酸位催化。（3） .有的反應(yīng)要求非常強(qiáng)的B酸。有的反應(yīng)

30、隨所用催化劑酸強(qiáng)度不同，發(fā)生不同的轉(zhuǎn)化。（4） .催化反應(yīng)對(duì)固體酸催化劑酸位的依賴關(guān)系很復(fù)雜，有反應(yīng)要求L酸位和B酸位在催化劑表面臨近處共存時(shí)才進(jìn)行。L酸位和B酸位共存，有的是協(xié)同效應(yīng)，有的是增強(qiáng)B酸位的強(qiáng)度，同時(shí)也就增加了它的催化活性。有的反應(yīng)雖不為酸所催化，但酸的存在會(huì)影響反應(yīng)的選擇性和速率。二、酸強(qiáng)度與催化活性和選擇性的關(guān)系固體酸催化劑表面，不同酸強(qiáng)度的部位有一定分布。不同酸強(qiáng)度部位可能有不同的催化活性。同時(shí)固體酸催化劑表面上存在一種以上的活性部位，是其選擇性特性的體現(xiàn)。三、酸量（酸濃度）與催化活性的關(guān)系固體酸催化劑表面上的酸強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)時(shí)，催化活性與酸量之間或呈線性關(guān)系或呈非線性關(guān)

31、系。2 .分子篩催化劑擇形催化定義，并解釋其催化作用的四種不同形式（14分）分子篩結(jié)構(gòu)中有均勻的小內(nèi)孔，當(dāng)反應(yīng)物和產(chǎn)物的分子線度與晶內(nèi)孔徑相接近時(shí)，催化反應(yīng)的選擇性常取決于分子與孔徑的大小，這種選擇性稱之為擇形催化。擇形催化分為四種不同一、反應(yīng)物擇形催化：反應(yīng)物分子直徑小于分子篩催化劑孔腔內(nèi)徑的物質(zhì)才能在催化劑活性部位進(jìn)行催化反應(yīng)。二、產(chǎn)物擇形催化：當(dāng)產(chǎn)物混合物中的某些分子太大，難于從分子篩催化劑的內(nèi)孔窗口擴(kuò)散出來，成為可觀測(cè)到的產(chǎn)物，就形成了產(chǎn)物擇形選擇性。三、過渡狀態(tài)限制的擇形催化：有些催化反應(yīng)，其反應(yīng)物分子和產(chǎn)物分子都不受催化劑窗口孔徑擴(kuò)散的限制，只是由于需要內(nèi)孔或籠腔有較大的空間，才能

32、形成相應(yīng)的過渡狀態(tài)，不然孔受到限制，使該反應(yīng)無法進(jìn)行；相反，有些反應(yīng)只需要較小空間的過渡態(tài)，就不受這種限制，這就構(gòu)成了限制過渡態(tài)的擇形催化。四、分子交通控制的擇形催化：在具有兩種不同形狀和大小的孔道分子篩中，反應(yīng)物分子和產(chǎn)物分子可通過不同形狀和大小的孔腔通道各自進(jìn)入或擴(kuò)散，進(jìn)行催化反應(yīng)。3、試闡述相轉(zhuǎn)移催化劑的性能及反應(yīng)機(jī)理（12分）相轉(zhuǎn)移催化是指能使分別處于互不相溶的兩種溶劑中的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)或加速其反應(yīng)速度。相轉(zhuǎn)移催化的作用是在多相反應(yīng)中，由于相界面的存在，極大阻礙了反應(yīng)物的接觸，使化學(xué)反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行，因此常需添加少量的特殊表面活性劑。表面活性劑既有親水性，又有親油性。在水相和油相中都有

33、一定溶解度，它能富集于相界面上，減少界面張力，使系統(tǒng)穩(wěn)定。作為相轉(zhuǎn)移催化劑，它不但具有表面活性劑一切性質(zhì)還能穿過兩相界面將起反應(yīng)的負(fù)離子從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相，使它與有機(jī)相中的底物作用，并把反應(yīng)中的另一種負(fù)離子帶回水相。本身沒有損耗，只是起到了重復(fù)轉(zhuǎn)送負(fù)離子的作用。性能：（1）催化劑分子中含有能與反應(yīng)物中陰離子形成離子對(duì)的陽(yáng)離子成分或者具有與反應(yīng)物形成的復(fù)合離子，它們與陽(yáng)離子形成復(fù)合物并與起反應(yīng)的陰離子起溶于有機(jī)溶劑。（2）應(yīng)具有一定的親脂性即具有親油性。有足夠的碳原子使形成的離子對(duì)具有親有機(jī)溶劑性。（3）R基團(tuán)的位阻盡可能小，一般含有直鏈Ro（4）催化劑在反應(yīng)中應(yīng)是穩(wěn)定的，可循環(huán)回收利用。相轉(zhuǎn)移

34、催化反應(yīng)機(jī)理以兩相（水-有機(jī)物）為例，當(dāng)催化劑為瑜鹽（q+x）時(shí)，主要有兩個(gè)階段，即萃取和反應(yīng)。催化劑在水相與溶于水相的反應(yīng)物M*Nu一作用，形成能進(jìn)入有機(jī)相的離子對(duì)QNu°由于Nu-在有機(jī)相中溶劑化程度大為減少，具有很高的活性，與有機(jī)相的反應(yīng)物RX反應(yīng)，生成產(chǎn)物RNu和Q+X，而Q+x一再轉(zhuǎn)入水相，可循環(huán)使用。整個(gè)催化過程示意如下：水相界面有機(jī)相如果所用的催化劑親脂性很強(qiáng),QX-+MNuQNu-+MX-QX-+RNu-（3）-QNu-+RX它的陽(yáng)離子在水相濃度很小，大部分在有機(jī)相，則與水相反應(yīng)物陰離子的交換只能是在界面進(jìn)行。中性條件下相轉(zhuǎn)移催化機(jī)理示意如下:水相MNu-有機(jī)相QNu

35、-+RXQX-+RNu瑜鹽為表面活性劑，一定條件下可形成膠束。催化劑形成膠束，反應(yīng)速度與催化劑濃度的高次方成正比。相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)是在有機(jī)相進(jìn)行的。堿性條件下，在界面發(fā)生親核交換反應(yīng)。反應(yīng)物首先在界面去質(zhì)子，生成的負(fù)碳離子由于水相Na+的作用被錨合在界面附近。如相轉(zhuǎn)移卡賓反應(yīng)。水相NaOH-（1）NaH2O（2）/g0有機(jī)相HCCl3CCl3催化劑的作用是與生成的負(fù)碳離子形成離子對(duì)，使CCl3離開界面，將負(fù)碳離子脫出的基團(tuán)轉(zhuǎn)移到水相。CCl猾面+Q+X有機(jī)相Q+CC13有機(jī)相+X水相LQX+CCl2有機(jī)相該反應(yīng)雖在有機(jī)相完成，如果沒有催化劑，CCl3被錨在界面附近，難以發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng),可能在界

36、面發(fā)生水解。4 .試闡述工業(yè)催化劑失活原因與化學(xué)失活機(jī)理模型。（10分）催化劑的失活是指催化劑的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)的改變而使催化劑活性降低，甚至完全失去催化作用的現(xiàn)象。催化劑失活主要有：中毒失活、結(jié)焦失活、化學(xué)失活、燒結(jié)失活等?；瘜W(xué)失活模型分類：化學(xué)失活是指由于在化學(xué)反應(yīng)過程中，單位面積的活性中心數(shù)目減少而失活。一、催化劑體相或表面相由于最初分散的晶體的燒結(jié)、晶體平面的重構(gòu)、表面金屬原子的蒸發(fā)，金屬載體的相互作用、合金化等而造成結(jié)構(gòu)的改變。二、反應(yīng)物、產(chǎn)物或者雜質(zhì)在活性中心上的強(qiáng)化學(xué)吸附即中毒。三、殘余物質(zhì)的沉積，即積炭或堵塞。固態(tài)化學(xué)模型分類：一、催化劑組成不改變：相轉(zhuǎn)移；固體間化學(xué)反應(yīng)。二

37、、催化劑組成變化：催化劑與反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，引起氧化、還原、碳化物形成；催化劑組分的流失；沉積雜質(zhì)的生成。5 .試簡(jiǎn)述酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)及其影響因素（14分）特點(diǎn)A.催化專一性（選擇性高）（區(qū)域選擇性和手征選擇性）：每種酶專門負(fù)責(zé)催化一種反應(yīng)或一類相似反應(yīng)。只適用于特定的反應(yīng)類型和特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，并只得到特定產(chǎn)物、B.催化效率高酶催化反應(yīng)的速率是相應(yīng)非酶催化反應(yīng)10A670A14倍。如過氧化氫酶在400C時(shí)，每分鐘可催化10人7個(gè)過氧化氫分子分解；C、應(yīng)用廣譜性酶可應(yīng)用于多種反應(yīng)，每一種類型的有機(jī)反應(yīng)都有相對(duì)應(yīng)的酶催化反應(yīng)。D、反應(yīng)條件溫和酶催化反應(yīng)常在室溫、常壓下反應(yīng)。在25350c酶具有最大

38、反應(yīng)活性，大部分的酶在55600c下被破壞。所以酶反應(yīng)常在中性、室溫下進(jìn)行。E.催化易受外界作用影響酶對(duì)外部介質(zhì)的各種因素的作用敏感。在溫度和介質(zhì)pH值發(fā)生劇烈變化、滲透壓、基質(zhì)濃度過高、代謝產(chǎn)物積累、酶本身的濃度過高等情況下，酶的反應(yīng)活性都會(huì)降低。外來物質(zhì)也會(huì)影響酶活性。影響因素A反應(yīng)物（底物）的濃度一般在反應(yīng)物濃度低時(shí)，酶反應(yīng)速度與反應(yīng)物的濃度成正比，而當(dāng)反應(yīng)物的濃度增大到一定限度后，反應(yīng)速度將保持為某最大值，不再隨反應(yīng)物濃度增大，這一最大值取決于酶的濃度。B溫度當(dāng)溫度低于35?C,將使酶反應(yīng)的速度增加一倍。超過35?C以上一般的酶就會(huì)被損壞變質(zhì)（蛋白質(zhì)變性），反應(yīng)速度迅速下降。少數(shù)酶具有

39、抗熱性，可以在6575?C下仍發(fā)揮作用。CPH值酶是一種兩性化合物，其結(jié)構(gòu)中包括有一COOH和一NH3兩類基團(tuán)，它們?cè)诓煌膒H值時(shí)有不同的電離狀態(tài)，小的PH值改變將會(huì)影響它們的解離狀態(tài)，從而改變了酶的空間構(gòu)象，造成酶活性的降低。過高或過低的PH值會(huì)改變酶活性中心的構(gòu)象，甚至改變整個(gè)酶分子的結(jié)構(gòu)使其變性失活，影響酶的催化作用。因此不同酶發(fā)揮最大作用的pH值也不相同。每種酶都有其發(fā)揮作用的最適pH值。pH值低于3或大于10時(shí)，一般的酶將變質(zhì)而失去作用，少數(shù)酶具有較強(qiáng)的抗酸性。D其他因素1、激活劑：許多物質(zhì)可加強(qiáng)酶的作用，提高酶的活性，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行或促使無活性的酶蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，都稱為激活劑

40、或活化劑，如無機(jī)離子。2、抑制劑：許多物質(zhì)可減弱，抑制甚至破壞酶的作用，這些物質(zhì)稱為酶的抑制劑，如重金屬離子。6 .用公式定量解釋如下概念：選擇性；轉(zhuǎn)化率；收率（9分）選擇性（S）通常催化反應(yīng)都伴隨著副反應(yīng)，一般希望一種催化劑在一定條件下只對(duì)其中一個(gè)反應(yīng)起加速作用，這種專門對(duì)某種化學(xué)反應(yīng)起加速作用的性能稱為催化劑的選擇性。S=生產(chǎn)目的物消耗的原料量/原料總的轉(zhuǎn)化量*100%它有兩方面的含義：1、不同類型的反應(yīng)需要選擇不同的催化劑；7 、對(duì)于同樣的反應(yīng)物，如果選擇不同催化劑，可以得到不同產(chǎn)物。轉(zhuǎn)化率在一定反應(yīng)條件（一定溫度，壓力和空速）下，單位時(shí)間通過單位體積催化劑的（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）原料氣積量，即

41、原料轉(zhuǎn)化百分率來表示活性，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率（x）=反應(yīng)物被轉(zhuǎn)化了的物質(zhì)的量/進(jìn)入反應(yīng)器的某反應(yīng)物的總量*100%收率即給定反應(yīng)產(chǎn)物的生成量和原料中某一組分加入量之比，常以百分?jǐn)?shù)表示。收率=目的產(chǎn)物的量/進(jìn)入反應(yīng)器的物質(zhì)量*100%收率=選擇性*轉(zhuǎn)化率第八章、石油煉制與石油化工（14分）1 .何為催化裂化？催化裂化主要有哪幾類反應(yīng)？并舉例寫出化學(xué)反應(yīng)式。在催化劑的作用和一定的溫度下（500C）,使沸點(diǎn)較高的原料油（重質(zhì)油）在（酸性）催化劑作用下，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)裂化為輕質(zhì)油、氣體、焦炭的加工工藝叫做催化裂化。一、分解反應(yīng)此反應(yīng)為催化裂化的主要反應(yīng)，基本上各種煌類都能進(jìn)行。分解反應(yīng)是燃類分子中

42、C-C鍵發(fā)生斷裂的過程，分子越大越易斷裂。烷煌分解為較小分子的烷燒和烯煌異構(gòu)烷燒分解時(shí)多發(fā)生3烯嫌在3鍵發(fā)生斷裂，分裂為兩個(gè)小分子烯燒環(huán)烷煌可從環(huán)上斷開生成異構(gòu)烯燃如果環(huán)烷煌所帶側(cè)鏈較長(zhǎng)時(shí)，則可能發(fā)生側(cè)鏈斷裂芳環(huán)很穩(wěn)定不易開裂，但烷基芳煌很容易斷側(cè)鏈，生成較小的芳煌和烯煌+1二、異構(gòu)化反應(yīng)相對(duì)分子質(zhì)量不變只改變分子結(jié)構(gòu)的反應(yīng)稱為異構(gòu)化反應(yīng)。催化裂化過程中的異構(gòu)化反應(yīng)較多。（1） .骨架異構(gòu)分子的碳鏈發(fā)生重新排列（2） .雙鍵移位異構(gòu)雙鍵位置從一端移向中間（3） .幾何異構(gòu)分子空間結(jié)構(gòu)變化三、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)某些煌類分子上的氫脫下來加到另一烯燒分子上使之飽和。在氫轉(zhuǎn)移過程中，是活潑氫原子快速轉(zhuǎn)移，烷脛

43、供氫變?yōu)橄┟?，環(huán)烷脛供氫變?yōu)榄h(huán)烯脛，進(jìn)一步變?yōu)榉辑h(huán)。+四、芳構(gòu)化反應(yīng)烯燃環(huán)化并脫氫生成芳環(huán)。+6H五、疊合反應(yīng)烯煌與烯煌結(jié)合成較大分子的烯燒，深度疊合有可能生成焦炭。六、烷基化反應(yīng)烯煌與芳煌或烷煌的加成反應(yīng)。在催化裂化中烯煌主要加成到雙環(huán)或稠環(huán)芳煌上，又進(jìn)一步脫氫環(huán)化，生成焦炭。2 .何為催化重整？催化重整有哪幾類反應(yīng)？并舉例寫出化學(xué)反應(yīng)式。（14分）催化重整是指在催化劑作用下，燒類分子結(jié)構(gòu)重新排列轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤荚訑?shù)的芳煌，成為新化合物的工藝過程。能為化纖、橡膠、塑料和精細(xì)化工行業(yè)提供重要原料（苯、甲苯、二甲苯），為交通運(yùn)輸行業(yè)提供高辛烷值汽油，為化工提供重要的溶劑油以及大量廉價(jià)的副產(chǎn)高純氫。

44、一、芳構(gòu)化反應(yīng)（一）六元環(huán)烷燒脫氫生成芳煌反應(yīng)特點(diǎn)是吸熱、體積增大，生成芳煌并產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)是可逆反應(yīng)。是催化重整中最主要的反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行得很快、很完全。1 I|+3H2（二）五元環(huán)烷燒脫氫異構(gòu)該反應(yīng)亦為吸熱、體積增大的可逆反應(yīng)，生成芳煌并副產(chǎn)氫氣，是催化重整中的主要反應(yīng)。反應(yīng)速度較快，僅次于六元環(huán)烷燒脫氫。+3H2（三）.烷燒脫氫環(huán)化生成芳煌該反應(yīng)也有吸熱、體積增大的特點(diǎn)。在此反應(yīng)中，只有六個(gè)碳以上的烷燒才有可能發(fā)生環(huán)化生成環(huán)烷燒，并經(jīng)異構(gòu)化或直接生成六元環(huán)，然后脫氫生成芳環(huán)。環(huán)烷燒脫氫環(huán)化反應(yīng)比環(huán)烷煌芳構(gòu)化更難進(jìn)行，達(dá)到熱力學(xué)可能收率所需溫度比環(huán)烷燒高得多，隨著碳鏈的增長(zhǎng)，平衡常數(shù)增大。J

45、3H2上2二、異構(gòu)化反應(yīng)燒類在催化劑活性表面能發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)。正構(gòu)烷燒異構(gòu)化后不盡可以提高汽油的辛烷值，而且異構(gòu)烷煌比正構(gòu)烷煌更容易進(jìn)行脫氫環(huán)化而生成芳煌。三、加氫裂化反應(yīng)由于氫氣的存在，在催化重整條件下，燒類都能發(fā)生加氫裂化反應(yīng),從而可以認(rèn)為加氫、裂化和異構(gòu)化三者是并行的反應(yīng)。這類反應(yīng)為不可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中會(huì)有許多較小的分子和異構(gòu)燒，因而雖有利于提高汽油的辛烷值，但會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)煌使汽油收率下降3 .原油蒸儲(chǔ)塔有哪些工藝特征？為何要采用減壓蒸儲(chǔ)？（15分）原油蒸儲(chǔ)塔的工藝特征一、復(fù)合塔結(jié)構(gòu)原油通過常壓蒸儲(chǔ)可得到汽油、煤油、輕柴油、重柴油等產(chǎn)品及常壓重油，根據(jù)多元精儲(chǔ)原理，需n-1=4個(gè)塔，

46、才能將原油分割成N個(gè)組分，這是對(duì)產(chǎn)品純度要求較高時(shí)，必須的方案。故把幾個(gè)塔合成一個(gè)塔，采用側(cè)線采出方法得到多個(gè)產(chǎn)品。具有占地面積小、投資少、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。二、限定的最高進(jìn)料溫度和基本固定的供熱量原油主要是各種燒類的混合物，高于350C時(shí)就有可能發(fā)生熱分解而影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此進(jìn)料溫度需限制在一定的范圍內(nèi)。（常壓塔進(jìn)料溫度控制在360C370C,減壓塔進(jìn)料溫度限制在390C420C）原油蒸儲(chǔ)塔的供熱并不像一般精福塔依靠塔底再沸器提供，而是靠原料在加熱爐中加熱到一定的溫度獲得。這就意味著原油蒸儲(chǔ)塔的供熱量大體是穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)，在生產(chǎn)中調(diào)節(jié)余地較小。三、設(shè)有汽提段和汽提塔側(cè)線產(chǎn)品是以液相狀態(tài)從精微段

47、抽出，必然會(huì)帶有相當(dāng)數(shù)量的低沸點(diǎn)組分（輕微分），這不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)降低上部汽油等產(chǎn)品的收率，因此在常壓塔三個(gè)側(cè)線產(chǎn)品都設(shè)有氣提塔。在汽提塔底部吹入少量過熱水蒸氣，降低側(cè)線產(chǎn)品的油分壓，使混入其中輕組分氣化，返回蒸儲(chǔ)塔。四、適當(dāng)?shù)倪^汽化率常壓蒸儲(chǔ)塔的回流比由全塔熱平衡決定，變化余地不大，進(jìn)料氣化率至少應(yīng)等于塔頂產(chǎn)品和各側(cè)線產(chǎn)品的產(chǎn)率之和。以過量的汽化部分是為了保證蒸儲(chǔ)塔最低側(cè)線以下的板上有液相回流。五、原油蒸儲(chǔ)塔的回流方式采用一些特殊的回流方式，如塔頂油氣二級(jí)冷凝冷卻方式。此外原油蒸儲(chǔ)塔經(jīng)常采用中段循環(huán)回流。六、恒摩爾流假定不適用石油中的組分復(fù)雜，各組分間性質(zhì)相差很大，汽化熱也相差很遠(yuǎn)，

48、故不適用。減壓蒸鐳工藝如果在常壓下蒸儲(chǔ)需加熱到400C500C以上，導(dǎo)致常壓重油中的不安定組分（如潤(rùn)滑油，催化裂化原料）發(fā)生嚴(yán)重分解或縮合等反應(yīng)，這不僅造成產(chǎn)品質(zhì)量下降而且會(huì)加劇設(shè)備結(jié)焦而縮短生產(chǎn)周期。為此，將常壓塔底重油放在減壓條件下進(jìn)行蒸儲(chǔ)，溫度條件限制在420C以下。4 .常減壓蒸儲(chǔ)裝置分為原油預(yù)汽化、常壓蒸儲(chǔ)、減壓蒸儲(chǔ)三個(gè)部分、原油在每一部分都經(jīng)歷一次加熱一一汽化一一冷凝，故稱之為“三段汽化”，采用預(yù)汽化塔具有哪些優(yōu)點(diǎn)？一、原油中輕質(zhì)微分（V180C）含量較高時(shí)，在加熱升溫過程中會(huì)逐漸汽化使系統(tǒng)管路中的流動(dòng)阻力增大，從而增加動(dòng)力消耗和設(shè)備泄漏。因此一般認(rèn)為輕質(zhì)儲(chǔ)分含量高于20%時(shí)就應(yīng)考

49、慮設(shè)置預(yù)汽化塔。二、可防止因脫鹽脫水不完全時(shí)由于水分汽化而造成的壓力降及系統(tǒng)操作不穩(wěn)。而且水分汽化發(fā)生鹽析也會(huì)附在器壁和管壁上，影響傳熱效果。因此，預(yù)汽化塔的脫水作用對(duì)穩(wěn)定常壓塔及整個(gè)系統(tǒng)操作都會(huì)產(chǎn)生重要作用。三、對(duì)含硫、含鹽高的原油，增設(shè)預(yù)汽化塔可使常減壓塔頂和冷凝系統(tǒng)的腐蝕減到最小。四、設(shè)置預(yù)汽化塔可使催化重整原料的含碑量減小，有利于保護(hù)催化重整的生產(chǎn)的催化劑。五、可減少常壓塔頂回流罐輕質(zhì)汽油的損失，并可提高裝置的穩(wěn)定性和操作適應(yīng)性。5 .催化重整工藝過程包括哪幾個(gè)主要部分？試闡述催化重整原料的預(yù)處理過程及工藝特點(diǎn)？（10分）催化重整工藝流程重整生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、重整、芳脛抽提、芳脛

50、精福四個(gè)主要部分。催化重整原料的預(yù)處理一、重整原料的選擇對(duì)重整原料的選擇主要有三個(gè)方面的要求，即微分組成、族組成、毒物及雜質(zhì)含量。二、預(yù)分儲(chǔ)預(yù)分儲(chǔ)的作用是根據(jù)重整產(chǎn)品的要求將原料切割為一定沸點(diǎn)范圍的微分。預(yù)分儲(chǔ)的切割方式有以下三種：原料油的終儲(chǔ)點(diǎn)適宜而初儲(chǔ)點(diǎn)過低，取預(yù)分儲(chǔ)塔的塔底油作重整原料；原料油的初儲(chǔ)點(diǎn)適宜而終儲(chǔ)點(diǎn)過高，取預(yù)分儲(chǔ)塔的塔頂油作重整原料；原料油的初儲(chǔ)點(diǎn)過低而終儲(chǔ)點(diǎn)過高，均不符合要求，則取預(yù)分儲(chǔ)塔的側(cè)線產(chǎn)品作為重整原料。三、預(yù)脫神神是重整原料的嚴(yán)重毒物。目前工業(yè)上使用的預(yù)脫神的方法有吸附脫神、氧化脫神和加氫脫神三種。四、預(yù)加氫預(yù)加氫精制的主要目的是在鋁酸鉆或鋁酸饃等催化劑和氫壓條

51、件下，使原料油中的含硫、含氮、含氧化合物進(jìn)行加氫反應(yīng)而分解，生成H2S、NH3和H2Qo原料中的烯煌生成飽和燒，原料中的含As、Pb、Cu、Hg、Na等化合物在加氫條件下分解。以保護(hù)催化劑。五、重整原料的脫水鉗銖重整催化劑要求原料中含水量小于5X106,需采用蒸儲(chǔ)脫水。6 .裂解氣凈化分離采取哪些方法？各利用什么原理？裂解氣凈化分離裂解產(chǎn)物主要有：氣態(tài)產(chǎn)物，如氫、甲烷、乙烯、丙烯、丁烯等；液態(tài)產(chǎn)物，如芳煌和碳五以上部分；其他無用組份，如H2S、N2、CQ2等裂解氣凈化分離，首先通過堿洗除去H2S、CQ2等酸性氣體，再進(jìn)行各組分分離分離方法有：深冷分離法，吸收精福法深冷分離法冷凍溫度低于-100

52、C,其實(shí)質(zhì)就是冷凝精微過程。分離原理：利用各種煌類相對(duì)揮發(fā)度不同，在低溫和高壓下除氫氣和甲烷外其余冷凍為液體，再按順序進(jìn)入C2、C3、C4等精微塔進(jìn)行分離。吸收精儲(chǔ)法用C3、C4作吸收劑；亦稱為中冷油吸收精儲(chǔ)法，冷凍溫度提高到-70C。比乙烯重的組分能吸收，而氫、甲烷不能被吸收。被吸收的組分再按順序進(jìn)入C2、C3、C4等精微塔進(jìn)行分離。其實(shí)質(zhì)是中冷吸收代替深冷脫甲烷和氫氣過程。7 .催化裂化裝置由哪三大系統(tǒng)組成？簡(jiǎn)述各系統(tǒng)的主要作用（16分）三大系統(tǒng)反應(yīng)-再生系統(tǒng)分儲(chǔ)系統(tǒng)吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)反應(yīng)-再生系統(tǒng)新鮮原料氣經(jīng)換熱后于煉油混合進(jìn)加熱爐預(yù)熱至200400c后，由噴嘴噴入提升管反應(yīng)器底部與高溫再生

53、催化劑接觸，隨即汽化并反應(yīng)。經(jīng)快速分離器分出的積有焦炭的催化劑由沉降器下部落入氣提段，底部吹入過熱水蒸氣置換出待生催化劑上吸附的少量油氣，再經(jīng)過待生管一切線方式進(jìn)入再生器。燒焦后含C量下降至0.2%一下的再生催化劑經(jīng)溢流管進(jìn)入提升管反應(yīng)器，構(gòu)成催化劑循環(huán)。分儲(chǔ)系統(tǒng)將進(jìn)入分儲(chǔ)塔的氣體分割成幾個(gè)中間產(chǎn)品：塔頂為汽油和催化富氣，側(cè)線有輕柴油、重柴油和回?zé)捰?，塔底為油漿。輕柴油和重柴油分別經(jīng)氣提、換熱后出裝置，塔底油漿可循環(huán)回反應(yīng)器進(jìn)行回?zé)?，也可以直接出裝置。催化裂化分儲(chǔ)塔有它的特點(diǎn)：在塔的下段設(shè)有脫過熱段為了將過熱油氣冷卻到飽和狀態(tài)并洗出夾帶的催化劑；設(shè)有四個(gè)循環(huán)回流取熱，由于中段循環(huán)回流和回流油漿

54、的取熱比較大，使塔的下部負(fù)荷比上部負(fù)荷大，所以塔的上部采用縮徑；塔頂部采用循環(huán)回流而不用冷回流，主要由于進(jìn)入分儲(chǔ)塔的油氣中有相當(dāng)數(shù)量的惰性氣體和不凝氣體，會(huì)影響塔頂冷凝的效果。吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)從分儲(chǔ)塔頂分離器出來的富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則含有C3、C4。吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)是用吸收和精微的方法，將富氣和粗汽油分離成干氣、液化氣（C3C4）和蒸氣壓合格的穩(wěn)定汽油。8 .簡(jiǎn)述含油廢水和含硫廢水的治理方法?含油廢水：重力分離法氣浮法：粗?；ǎ荷镅趸?含硫廢水：空氣氧化法蒸汽汽提法:見書305-308頁(yè)。第十章、精細(xì)化學(xué)工業(yè)1闡述表面活性劑的特點(diǎn)及選擇乳化劑的應(yīng)用方法?表面活性劑的特點(diǎn)一、雙親媒

55、性結(jié)構(gòu)即具有親水性和親油性。二、界面吸附即達(dá)到平衡時(shí)，表面活性劑溶質(zhì)在界面上的濃度要大于溶液中的濃度。三、界面定向表面活性劑溶質(zhì)分子在界面上會(huì)定向排列成分子層。四、生成膠束達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，會(huì)形成膠束。五、多功能性如清洗、發(fā)泡、乳化、分散等作用功能(如洗衣粉)。乳化劑選擇方法根據(jù)HLB值選擇乳化劑。HLB是指乳化劑分子結(jié)構(gòu)中親水疏水(親油)平衡值。Griffis公式HLB=20XMh/M式中，Mh為親水基部分的相對(duì)分子質(zhì)量，M為總相對(duì)分子質(zhì)量。此式適用于非離子型的乳化劑的HLB。對(duì)于多元醇的脂肪酸類乳化劑：HLB=20(1-S/A)式中，S為乳化劑的皂化值，A為脂肪酸值。對(duì)于只含有4OCH2

56、CH2L親水基的孚L化齊1J：1HLB=-E5式中，E為乳化劑環(huán)氧乙烷質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。對(duì)于離子型乳化劑：HLB=20XMh/M+CHLB具有加和性，A、B兩種乳化劑混合后HLB值可以按下式計(jì)算HLB=(Wa*HLBa+Wb*HLBb)/(Wa+Wb)式中，wA、wB分別A、B的質(zhì)量百分比。不同的乳化對(duì)象，具有不同的HLB值，當(dāng)選擇乳化劑時(shí)，應(yīng)選擇乳化對(duì)象與乳化劑HLB值相近的原則進(jìn)行乳化。HLB值和其他方法相結(jié)合的選擇方法：一、一般陰離子乳化劑與乳液粒子帶同種電荷相互排質(zhì)，易于獲得穩(wěn)定的乳化液。二、乳化劑的憎水基團(tuán)與被乳化結(jié)構(gòu)相似時(shí)乳化效果比較好。(相似相容原理)三、乳化劑在被乳化物中易于溶解的，乳化效果較好。四、被乳化物的憎水性強(qiáng)，若使用親水性強(qiáng)、HLB過大的乳化劑，由于乳化劑與被乳化物缺乏親和力，乳化劑易溶于水，乳化效果不好，此時(shí)要選用部分HLB值小的乳化劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。2 .試簡(jiǎn)述下列表面活性劑的分類與中文命名，并寫出其生產(chǎn)的合成反應(yīng)(LAS、FAS,OP、AEO)。(20分)表面活性劑分類：從親水基團(tuán)的離子性和非離子性分為兩性離子表面活性劑，陰(陽(yáng))離子表面活性劑和非離子表面活性劑。其中，LAS、FAS為陰離子表面活性劑，AEO、