2013-11-25-林產(chǎn)化學工藝學練習題(DOC)

1、1. 植物原料熱解基礎(chǔ)1. 木材熱解：在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，利用熱分解的方式以木材或其他植物為原料制取各種生物質(zhì)能源及各種化工產(chǎn)品的方法。2. 木材熱解工藝學包括(木材炭化及活性炭制造)、(木材干餾)、(植物能源氣化和液化)等方面的生產(chǎn)與應用。3. 木材熱解過程及特征？答：木材熱解過程分為四個階段。干燥階段特征：120150°C；加熱速度慢，主要蒸發(fā)的是水份，木材化學組成幾乎不變。預炭化階段特征：150275C；反應明顯，木材化學組分開始變化。不穩(wěn)定組分半纖維素分解為CO2、CO、少量醋酸。*第、階段是吸熱分解階段炭化階段特征：275450C；木材急劇熱分解，產(chǎn)生大量的分

2、解產(chǎn)物。產(chǎn)物含有醋酸、甲醇和木焦油。此時CO2生成量減少，而甲烷、乙烯等可燃氣體增多，反應大量放熱。煅燒階段特征：450500C；此階段對生成的木炭進行煅燒。排除殘留在木炭中的揮發(fā)物，提高固定炭含量。*第、階段是吸熱分解階段。4. 熱解產(chǎn)物分為固、液、氣三態(tài)。固體產(chǎn)物木炭(charcoal)液體產(chǎn)物粗木醋液(crudepyroligneousacid)氣體產(chǎn)物不凝性氣體或木煤氣(woodgas)5. 木材經(jīng)熱分解處理后，釜內(nèi)殘留固體稱木炭。常指炭化料。6. 粗木醋液分為澄清時分為二層(澄清木醋液)和(沉淀木焦油)。澄清木醋液：黃色紅棕色、煙焦氣味；沉淀木焦油：黑色、粘稠油狀液體。7. 氣體產(chǎn)物

3、木煤氣:CO2、CO、CH4、C2H4和H2。8. 纖維素的熱分解分為幾個階段？答：(1)的蒸發(fā)與干燥階段：100150C纖維素游離水和結(jié)晶水蒸發(fā)、氫鍵斷裂、纖維素的熱容量增加，發(fā)生相變，但纖維素的化學性質(zhì)不變。(2) 葡萄糖基脫水階段T>150C;纖維素大分子中的葡萄糖發(fā)生B-O-4的醚鍵分解，生成左旋葡聚糖。(3) 熱裂解階段T>240C；纖維素熱分解反應開始變得激烈起來，275C進入放熱反應階段；熱分解更激烈和復雜。(4) 聚合及芳構(gòu)化階段T>400C；初級降解產(chǎn)物發(fā)生C-CC-O-C斷裂釋放CO等氣體產(chǎn)物外，殘留的C-C鍵發(fā)生芳構(gòu)化，形成碳六角環(huán)，最終轉(zhuǎn)化為木炭。左旋

4、葡萄糖酐縮聚成左旋葡糖，進一步轉(zhuǎn)化為大分子混合木焦油9. 半纖維素的熱分解溫度范圍在225325C；反應式與纖維素相似。半纖維素熱穩(wěn)定性差。化學反應：先后經(jīng)歷脫水；甙鍵斷裂；熱裂解；縮聚；芳構(gòu)化。10. 木質(zhì)素的分解答：（1）250°C木質(zhì)素放出C02、CO等氣體。（2）T>310C反應劇烈，生成大量蒸汽氣體產(chǎn)物?？赡援a(chǎn)物有：醋酸、甲醇、木焦油及其他有機化合物。不凝性氣體產(chǎn)物：甲烷之類烴類物質(zhì)出現(xiàn)。（3）T>420C氣體產(chǎn)物逐漸減少，熱分解基本完成木質(zhì)素熱分解較纖維素和半纖維素，木炭的得率最高。10. 醋酸及其同系物主要來源于（纖維素）和（半纖維素）。醋酸形成的前軀體：

5、乙?；╟h3co）11. 分析討論：資料：從針葉樹干餾得到甲醇產(chǎn)率為0.7%-0.9%； 由白樺、櫟木得到甲醇產(chǎn)物為1%-1.5%；問題：為什么材料甲醇的產(chǎn)率高于？答：闊葉材中有b和a兩種結(jié)構(gòu)單元。針葉材中主要是a結(jié)構(gòu)。因為甲醇在熱解過程中主要來源于苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元上的甲氧基，所以材料甲醇的產(chǎn)率高于。（3）0H木耒的基本結(jié)構(gòu)單無（a）愈總尢基丙疑（b）集丁香荃丙接（e）對翌尹攔丙燒12. 木材真空條件下熱解不產(chǎn)生丙酮。因此，丙酮是木材熱解的二次產(chǎn)物。酯類物質(zhì)也是木材熱解的二次產(chǎn)物。甲醛、乙醛、糠醛等初級分解來源于木材組分中的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素熱分解,也可通過二次反應生成。13. 真空熱

6、解時木焦油是主要熱解產(chǎn)物。（不是黑色而是紅褐色）14. 木材熱解水分來源：（1）木材原含有的水分；（2）木材熱解時形成的反應水。2. 木材炭化與干餾15. 干燥、預炭化階段，木材不會顯著分解，u加熱影響不大；加熱炭化、煅燒階段，放熱反應階段，U影響大。加熱16快速炭化使焦油產(chǎn)量顯著f木炭量減少。17. 木材腐朽多是感染了真菌和木腐菌。主要是（白腐菌）和（褐腐菌）二類。18. 木材干燥分為哪三個時期？答：（1）干燥速度不變時期（恒速干燥時期又稱外部擴散作用時期）特征：自由水表面蒸發(fā)，干燥速度不變。（2）干燥的中間時期（自由水從細胞腔中蒸發(fā)過渡到結(jié)合水蒸發(fā)）特征：干燥過程由蒸發(fā)自由水過度到蒸發(fā)吸著

7、水。干燥速度和木材含水率分別呈直線變化。由b開始到C結(jié)束。（3）內(nèi)部擴散作用時期特征：木材表面是干燥的，但是木材內(nèi)部空隙中含有相當?shù)乃?。此時期水分蒸發(fā)除了要達到飽和蒸汽壓外，還要克服水分由木材內(nèi)部擴散到表面的傳質(zhì)阻力。19. *常見的干燥設(shè)備有（隧道式）、（回轉(zhuǎn)式）和（氣流干燥式）干燥裝置。20. 在（有限制供給少量空氣的條件）下，在（炭化裝置內(nèi)）使林產(chǎn)植物原料（熱分解的操作過程）成為木材炭化。21. 為什么在果殼炭化爐炭化工藝中通入少量水蒸氣可以起到冷卻和密封作用？答：水蒸氣預熱汽化帶走一部分熱量，炭遇水成糊兒，有承擔一定重量的能力。22. 固定碳：在規(guī)定的高溫下（850°C-9

8、50°C）,不通入空氣進行煅燒時的無灰分木炭。23. 木炭機械強度受那些因素影響？答：原料樹種；方向性差別（壓力方向）；最終溫度；時間（干燥和炭化時加熱速度）。24. 木炭的反應能力是指在木炭煅燒過程中，使CO2還原成CO的能力。25. 木材干餾定義：在隔絕空氣的條件下，讓木材在干餾釜中進行熱分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚劑、松焦油、木炭及木煤氣等多種化工產(chǎn)品的方法。26. 木材干餾與木材炭化的區(qū)別：答：在有限制供給少量空氣的條件下，在炭化裝置內(nèi)使林產(chǎn)植物原料熱分解的操作過程稱為木材炭化。在隔絕空氣的條件下，讓木材在干餾釜中進行熱分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚劑、

9、松焦油、木炭及木煤氣等多種化工產(chǎn)品的方法稱為木材干餾。27. 粗松節(jié)油是紅褐色液體。相對密度為0.951.02.其主要成分是什么：答：其主要成分有萜烯類與萜烯醇類物質(zhì)還含有少量的醛和酮。其產(chǎn)物有一次產(chǎn)物也有二次產(chǎn)物，例如醋酸。28. 針葉材粗木醋液包括（粗松節(jié)油）、（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）三層；闊葉材的粗木醋液靜置后只有（澄清木醋液）和（沉淀木焦油）二層。29. 木材干餾釜按受熱方式分為（內(nèi)熱式）和（外熱式）兩種。30. 明子干餾過程？氣、液產(chǎn)物混合物1蒸汽氣體松木炭，黑色明子劈碎'干餾I1-T預處理焦油油水分離冷凝褐色木煤氣黃白色進一步加工混合原油木醋昔液油水分離原油及原油紅褐

10、色31. 松根明子（定義）：松林經(jīng)采伐后，松根或刮倒的松樹干埋在土壤中，經(jīng)過腐熟剩下的樹脂含量較高的部分成為“明子”。32. 混合原油注入分餾釜有效體積的2/3，然后緩慢加熱的目的？答：目的是防止暴沸，局部過熱引起料液跑鍋。33. 為什么混合原油在蒸餾時不能同時得到輕、重焦油。答：（1）TV210C粗松節(jié)油和酸水混合物一油水分離器210°CvTv蒸干輕焦油釜殘為瀝青焦炭Tv210C粗松節(jié)油和酸水混合物一油水分離器210CvTv270C松餾油釜殘為重焦油3. 生物質(zhì)氣化技術(shù)34. 活性炭是具有（發(fā)達的孔隙）、巨大的（比表面積和吸附能力）的炭。35. 氣化發(fā)熱值：每千克生物質(zhì)原料完全燃燒

11、后放出的熱量叫做發(fā)熱值。36. 各種生物質(zhì)原料的碳、氫和氧相對含量只有很小的差別。37. 自然堆積角（反映物料的流動性）：當物料自然堆積時會形成-個錐體，錐體母錢與底面的夾角叫做自然堆積角。流動性好的物料矮錐體，自然堆積角小。流動性不好的物料高錐體，自然堆積角大。38. 氣化過程和常見燃燒過程的區(qū)別？答：燃燒過程中供給充足的氧氣，原料充分燃燒，目的是直接獲取熱量，產(chǎn)物是CO2和H2O蒸氣等不可再燃燒的煙氣；氣化過程只供給熱化學反應所需氧氣，盡可能將能量保留在反應后得到的可燃氣體中，氣化后的產(chǎn)物是含H2、CO和低分子烴類的可燃氣體。39. 生物質(zhì)氣化包括熱解、燃燒和還原反應。氣化過程中熱解反應和

12、還原反應都是吸熱反應。40. 生物質(zhì)氣化熱解反應包括那些?答：a大分子碳氫鏈被打碎，生物質(zhì)中揮發(fā)分除去，生成木炭作為氣化反應床層。b熱解產(chǎn)物是復雜混合氣體（中熱值干餾氣15MJ/m3）,其中至少包括數(shù)百種碳氫化合物。41. 碳轉(zhuǎn)化率（nc）：固體生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)換為氣體燃料中碳的份額，即氣體中含C量與原料中含C量之比，是衡量氣體效果的指標之一。42. 氣化效率（n）：單位生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)換成氣體燃料的化學能（熱值與生物質(zhì)原料的熱值之比，是衡量氣化過程的主要指標，也稱冷氣體熱效率。43. 生物質(zhì)氣化熱分解反應（包括氣相與炭或炭黑的反應）：二次反應包括裂解©acking）、重整（refor

13、ming）、水蒸氣與一氧化碳的變換反應、二氧化碳及水蒸氣的還原反應等。44. 生物質(zhì)氣化劑包括空氣、氧氣、水蒸氣和空氣（氧氣）水蒸氣。45. 生物質(zhì)氣化器在實際生產(chǎn)中主要應用有2種：（固定床氣化器）和（流化床氣化器）。農(nóng)村生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)大型氣化系統(tǒng)根據(jù)氣流方向不同，固定床氣化器分為上吸式和下吸式氣化器2種。46. 為什么下吸式氣化器燃氣中焦油含量較上吸式氣化器低得多？答:下吸式氣化器的熱解產(chǎn)物通過熾熱的氧化層得到充分裂解。47. 流化床氣化爐分為鼓泡床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐、雙流化床氣化爐和攜帶床氣化爐48. 常見生物質(zhì)氣化凈化設(shè)備包括（機械式除塵器）、（濕式分離器）和（過濾器）。4

14、9. 秸稈等低密度生物質(zhì)原料應采用負壓工藝。50. 生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)的優(yōu)點？答：能源轉(zhuǎn)換效率咼；燃料適應性好；燃氣用途廣泛。51. 生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)由（燃氣發(fā)生系統(tǒng)）、（燃氣輸配系統(tǒng)）和（用戶燃氣系統(tǒng)）。52. 生物質(zhì)氣化輸配系統(tǒng)中燃氣儲柜的作用？答:存儲燃氣，用以補償用氣負荷的變化，保證燃起發(fā)生系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。為燃氣管網(wǎng)提供一個恒定的輸配壓力，保證燃氣輸配均衡，使管網(wǎng)內(nèi)所有的燃氣灶都能按照額定壓力正常燃燒。53. 鋼材的電化學腐蝕包括（原電池腐蝕）、（濃差電池腐蝕）和（電解電池腐蝕）。54. 生物質(zhì)燃氣的危險性反映在那些方面？答：燃氣的可爆炸性燃氣的毒性（CO）。55生物質(zhì)氣化發(fā)

15、電包括三個過程（生物質(zhì)氣化）、（氣體凈化）和（燃氣發(fā)電）。56. 為什么焦油的分解是生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)？答：（1）焦油降低了氣化效率；焦油產(chǎn)物能量低溫時難以與可燃氣體一道被利用；焦油在低溫時凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合一起，堵塞送氣管道。焦油凝結(jié)為細小液滴比燃氣難以燃盡，易產(chǎn)生炭黑等顆粒，對燃氣設(shè)備損害嚴重。4生物質(zhì)液化技術(shù)57. 纖維素濃酸水解的原理和稀酸水解的原理是什么？答：濃酸水解原理是結(jié)晶纖維素在較低的溫度下可完全溶解于72%的硫酸或42%的鹽酸中，轉(zhuǎn)化成含幾個葡萄糖單元的低聚糖，主要是纖維素四糖。把此溶液加水稀釋并加熱，經(jīng)一定時間后就可把纖維素四糖水解為葡萄糖，并得到較

16、高的收率。稀酸水解原理是水合氫離子可和纖維素上的氧原子相結(jié)合，使其變得不穩(wěn)定、容易和水反應，纖維素長鏈即在該處斷裂，同時又放出氫離子。58. 纖維素酶生產(chǎn)分為（固態(tài)）發(fā)酵和（液態(tài)）發(fā)酵2種生產(chǎn)工藝。59. 目前有三種方法用來處理五碳糖發(fā)酵。（用木糖異構(gòu)酶將木糖異構(gòu)成木酮糖，用普通酵母水解）（尋找和馴化能發(fā)酵五碳糖的天然微生物）；（基因工程技術(shù)）60. 為什么生物質(zhì)實際發(fā)酵酒精收率小于理論值？答：微生物轉(zhuǎn)化不完全，有殘?zhí)恰?微生物本身生長繁殖需消耗部分糖。 發(fā)酵中產(chǎn)生的CO2逸出時會帶走酒精，因酒精易揮發(fā)。 雜菌的存在會消耗一些糖和酒精。61. 生物質(zhì)熱裂解是生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給的條件下

17、熱解為液體生物油、可燃氣體和固體生物質(zhì)炭三個組成部分的過程。62. 生物質(zhì)液化油的特點和用途是什么？答：生物質(zhì)液化油的特點： 液體燃料含水率25%的液化油相當于汽/柴油燃料熱值40%； 可以替代常規(guī)燃料應用于鍋爐、內(nèi)燃機和渦輪機； 不能和烴類燃料混合 不如石化燃料穩(wěn)定； 在使用前需進行品質(zhì)測定用途： 可制取特殊化學品； 可制取多酚、化肥、農(nóng)藥和具有環(huán)保要求的化學品； 生產(chǎn)高價值的化學品。5活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)63. 活性炭是具有（發(fā)達的孔隙）、巨大的（比表面積）和強（吸附能力）的炭。64. 活性炭按制造方法分為化學法活性炭（化學藥品活化法炭）、物理法活性炭（氣體活化法炭）和化學-物理法（或物理-

18、化學法活性炭）.65. 活性炭是由數(shù)層平行的碳網(wǎng)平面組成的（石墨微晶群）和其他（未組成平行層的碳網(wǎng)）以及（非組織碳）三部分構(gòu)成。66. 微晶質(zhì)碳分為（石墨型碳素物質(zhì)）和（非石墨型碳素物質(zhì)）。67. 非組織碳：具有脂肪鏈狀結(jié)構(gòu)的碳，附著在芳香族結(jié)構(gòu)的邊緣上的碳，以及參與石墨狀微晶相互之間架橋結(jié)構(gòu)的碳等。68. 杜比寧分類法及孔隙作用?答：大孔：半徑為100-2000nm,作用：輸送渠道，使被吸附物的分子易于進入活性碳粒內(nèi)層細孔。過渡孔：半徑為2-100nm,作用：足夠壓力下按毛細吸附機理吸附蒸汽它是作為被吸附物質(zhì)到微孔的通道。微孔：半徑為2nm以下。作用：微孔的表面積占總面積的95%。能提供巨大

19、的比表面積吸附雜質(zhì)。69. 充填密度（PB）：在規(guī)定條件下，單位體積的活性炭，包括孔隙體積mm和顆粒間空隙在內(nèi)的重量。也叫堆積密度、松密度p=BVV+V+V充真孔隙70. 顆粒密度（PP）：在規(guī)定條件下，單位體積的活性炭，包括孔隙體積在內(nèi)的重量。mmpPVV+V顆真孔71.真密度:72比孔容積：1g活性炭所含有的顆粒內(nèi)部孔隙的總體積稱做比孔容積。73. 比表面積：1g活性炭所具有的顆粒外表面積與顆粒內(nèi)部孔隙的內(nèi)表面積之總和。74. 活性炭的吸附有（液體吸附）和（氣相吸附）二種類型。75吸附劑表面上的物質(zhì)脫離吸附劑表面的過程叫做脫附或解吸。76固體吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力有分子間的引力和化學鍵

20、力兩種。77. 通常活性炭在氣相中的吸附屬于物理吸附是可逆吸附。78. 物理吸附與化學吸附的主要特征？物理疏郭學冊泥要特征化學哽附L吸附的布用力分子附力化學槌力1m較也的毎韓辭千儒校丸釣每酚數(shù)百至費千千燼3.酬層狀態(tài)單分于展或多分子層（I能形成單份子層此鑑度對吸附的彭響*有利于吸貼艇比吸附酬點離得刎不發(fā)舸附駅度比吸附韻酬辭多時能發(fā)生躺5-附轂快6.確的觀性小尢7+m可逆柱可逆純大多帥可逆a.容易脫附匚脫附后吸附質(zhì)的性質(zhì)不變脫附師附鮒性質(zhì)發(fā)生了!H79. 覆蓋度：用平衡吸附量和飽和吸附量的比值表示吸附質(zhì)在吸附劑表面覆蓋的程度。80. 吸附等溫線有種類型？答：A型為亨利(Henry)型吸附尋溫線&

21、#176;B型為蘭格繆爾(Langnmn)型吸附等倔線。C型為弗來因德利希(Freundlich)型吸附甥溫線口D型為BET(Brunauer-EmTnet(-Teller)型吸附等溫線.E型為階梯型吸附等溫線。81. 吸附等溫線、吸附等壓線、吸附等容線的T、P、V的判斷(上課講過)。82弗來因德利希吸附等溫線方程及其適用范圍？0l/nl式中2吸附量辛P吸附質(zhì)氣體的壓力;k常數(shù)。踰決于溫度及皈附體系的性質(zhì)等川一常數(shù)，大于X適用范圍：適用于化學吸附，也適用于多孔質(zhì)吸附劑對氣體或蒸汽的物理吸附;83.蘭格繆爾吸附等溫線方程及其適用范圍？答：推導方程假設(shè)：單分子層吸附；吸附劑的表面性質(zhì)均一；吸附質(zhì)分

22、子間無作用力。公式：式中：V吸附量;V.單分子層惋和吸附量；P吸附質(zhì)氣休的壓力；用途：蘭格繆爾吸附等溫方程適用化學吸附、也適用于微孔占絕對優(yōu)勢的吸附劑的物理吸附。84活性炭吸附劑的特點？答：(1).非極性于疏水性；微孔發(fā)達、比表面積大、吸附能力強；具有催化性質(zhì)；性質(zhì)穩(wěn)定、可以再生。85. 影響活性炭氣相吸附過程的主要影響因素？答：吸附體系的溫度；吸附質(zhì)的沸點和臨界溫度；吸附質(zhì)的壓力；吸附質(zhì)分子的大小；多種氣體吸附質(zhì)共存。86. 影響活性炭液相吸附過程的主要影響因素？答：吸附質(zhì)的溶解度；溶劑的種類和性質(zhì)；吸附質(zhì)的種類和性質(zhì)；多種吸附質(zhì)共存的混合溶液；吸附質(zhì)的電離作用和溶液的PH值。6.活性炭的生產(chǎn)方法87. 氣體活化法生產(chǎn)活性炭（物理活化法）的基本原理？包括哪些反應活性點？答：石墨微晶間孔隙中的焦油和無定形炭先被出去；石墨微晶與氣體活化劑作用；微晶燒失速率大于垂直方向間距近；微晶邊角上和晶格存在缺陷的位置的原子更活潑；活性點反應包括： 氣體活化劑形成暫時絡合物； 活性點上C分解時，以CO或CO2形式溢出；88. 活性炭活化過程中造孔機理?答：原來閉塞孔的開放；原有孔隙擴張，無定形炭燒失碳墻，選擇性活化生成新孔。89. 影響氣體活化的主要因素？答：（1）活化劑的種類；活化劑的用量；活化溫度；活化時間；原料炭的種類和性質(zhì)。90. 氯化鋅在化學活化法生產(chǎn)活性炭過程中的作用？