四川大學(xué)工業(yè)化學(xué)復(fù)習(xí)題(完整版)

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)反響式?！?0分〕主要工序：〔FeS2〕選礦→硫鐵礦焙燒→爐氣凈化→SO2催化轉(zhuǎn)化→三氧化硫吸收→尾氣回收SO2和污水處理。焙燒原理：主反響:4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O33FeS2+8O2=6SO2+Fe3O42.SO2催化氧化工藝條件如何確定？〔20分〕催化劑——釩催化劑V2O55%～9%，為活性組份。K2O9%～13%NaO1%～5%，堿金屬鹽為助催化劑。SO310%—20%SiO250%～70%，為載體。制成環(huán)形、球形、或粒狀溫度：Tb—Tm即催化劑起燃溫度與耐熱極限溫度之間，即活性溫度范圍內(nèi)420-600℃。從t—X*—γ關(guān)系曲線可知：存在最正確反響溫度Tma〔反響速率最大〕反響溫度原那么：在催化劑活性溫度范圍內(nèi)催化劑床層溫度應(yīng)沿最正確溫度線變化：即先高后低原那么SO2原始濃度：根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費(fèi)用最少原那么，進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器濃度存在最正確濃度：7%～7.5%壓力：P↑→X*↑SO2↑，設(shè)備尺寸減小。不利條件：加壓對設(shè)備要求提高，反響壓力最好在常壓最正確轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率提高→提高硫的利用率，減小尾氣SO2含量和對大氣污染。不利條件→催化劑用量增加，設(shè)備尺寸增大。即存在最正確轉(zhuǎn)化率。工藝上采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸流程，轉(zhuǎn)化率99%以上。?3.如何從熱力學(xué)和動力學(xué)角度確定SO2催化氧化溫度條件？〔10分〕見2，2〕熱力學(xué)：由于反響是SO2的催化氧化是一個放熱反響，所以為了讓平衡向正方向移動應(yīng)該降低溫度更能夠提高轉(zhuǎn)化率；動力學(xué)：反響速率隨著溫度的升高而增大，但是由于催化劑的活性溫度在420℃-600℃最大，當(dāng)再隨著溫度升高時，反響速率就會下降甚至停止反響。綜上所述，從熱力學(xué)和動力學(xué)充分考慮到產(chǎn)率和速率的最優(yōu)值來確定反響溫度。?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，以及酸霧怎樣去除之?！?5分〕酸霧的形成：酸霧是指含有粒徑小于5чm的液體顆粒的氣溶膠SO3〔g〕+H2O(g)→H2SO4(g)，H2SO4(g)冷凝H2SO4(l),或以雜質(zhì)微粒為凝結(jié)中心形成酸霧。酸霧的去除：必須要用特殊的方法和設(shè)備去除較大的粒子〔>2чm〕用一般除塵設(shè)備除去(如電除霧器、文氏管等裝置)較小的粒子〔<2чm〕采用先增濕后去除。即增大霧粒直徑，再用相應(yīng)的設(shè)備去除。?~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?！?5分〕6.闡述制取硫酸中，煙氣凈化的目的及凈化的原那么〔10分〕目的：爐氣含塵假設(shè)不除凈，進(jìn)入后制酸系統(tǒng)，那么會堵塞設(shè)備和管道，且使催化劑失活或中毒凈化原那么：1)懸浮微粒，應(yīng)先大后小，先易后難進(jìn)行分級處理2)先重后輕即先固、液，后氣(汽)體3)不同大小的粒子，選擇配套有效的別離設(shè)備7、在制取硫酸過程中，如何提高焙燒反響速率？〔10分〕1〕升高溫度，加快擴(kuò)散速率但低于爐渣溫度，溫度控制在850℃-900℃；2〕減小粒度，增大氧氣與礦石的接觸面，0.24—0.70mm；3〕增加氧氣濃度，鼓入過量的空氣；4〕擴(kuò)散劑與礦粒的相對運(yùn)動，采取沸騰爐；第四章合成氨工業(yè)?1.試簡述溫度、壓力及情性氣體含量對氨合成反響中平衡氨含量及工藝條件的影響？〔12分〕壓力：有利于氨合成和氨別離，但對設(shè)備材質(zhì)，加工制造要求高，必須綜合利用，一般20~30MPa溫度：必須保持在催化劑反響活性溫度范圍內(nèi)反響，催化劑床層溫度分布應(yīng)改盡可能接近最適宜溫度線。〔類似于SO2轉(zhuǎn)化反響P83圖3—15〕空間速度：v越大，反響接觸時間減少，出口氨含量減少，但總氨量增加。惰性氣體〔CH4，Ar〕由新鮮氣帶入，不斷積累，對于反響不利，必須放空排除局部。2.試比擬氨合成中CO變換與硫酸工業(yè)制氣中SO2氧化兩個反響過程的異同或特點(diǎn)?！?0分〕一氧化碳變換：CO是氨合成的毒物，在原料中含13~30℅，必須去除。CO+H2O〔g〕CO2+H2+QCO變換成CO2易于吸收去除，同時生成原料氣H2。特點(diǎn)：都是氣固相催化，可逆放熱反響；溫度、反響物組成都是影響平衡轉(zhuǎn)化率的因素。其中，CO的變換是為了方便除去廢氣防止催化劑中毒，同時變換過程中也產(chǎn)生了反響物H2，而SO2的氧化是為了制得中間產(chǎn)物SO3；同時，CO的變換壓強(qiáng)對反響平衡沒有影響，但是工業(yè)上通常采取加壓的方法提高反響速率和減少催化劑用量，而SO2的氧化增大壓強(qiáng)有利于反響平衡向正方向移動。前者需要過量的水蒸氣，減少CO，變換反響前催化劑要進(jìn)行復(fù)原，而SO2可以循環(huán)利用。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)可分為哪幾個階段？各個階段起什么作用？〔10分〕工作循環(huán)—間歇式氣化時，開始進(jìn)入空氣到下一次進(jìn)放空氣時為上，稱為一個工作循環(huán)。每個工作循環(huán)包括五個階段：吹風(fēng)：從下而上通入空氣，提高燃料層溫度。吹風(fēng)氣放空。一次上吹制氣：從下而上通入水蒸汽進(jìn)行氣化反響，燃料層溫度降低〔上部高，下部低〕下吹制氣：水蒸氣與加氮空氣從上而下進(jìn)行氣化反響使燃料層溫度趨于均衡〔為什么？〕二次上吹制氣：水蒸汽再次自下而上吹入：目的是將爐底的煤氣排凈，為吹入空氣作準(zhǔn)備，否那么爐底剩余的煤氣與下次吹入的空氣相遇，會發(fā)生爆炸?？諝獯祪簦捍碉L(fēng)氣回收〔從下而上〕，作為半水煤氣的氮?dú)獾闹饕獊碓础?.實現(xiàn)氨合成和氨別離，包括哪五個根本流程環(huán)節(jié)？試簡述兩級氨別離流程〔10分〕根本流程環(huán)節(jié)：1.新鮮氣的壓縮2.循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成3.反響熱的回收及氨的別離4.未反響氣體循環(huán)使用5.循環(huán)氣局部放空別離流程：合成-冷凝-氨別離-〔液氨儲存〕-〔壓縮〕氣氨進(jìn)冷凝塔-液氨儲存5.試簡述尿素合成原理及主要工藝條件?！?0分〕工藝條件：工藝條件：〔1〕溫度，尿素合成塔溫度大致為180~220℃〔2〕壓力，實際操作壓力在18~25MPa(3)氨碳比，在3~5的范圍內(nèi)，并根據(jù)過程的動力消耗、氨損失及反響壓力等因素進(jìn)行具體選擇〔4〕水碳比，一般原料中為0.5—1〔5〕原料純度，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.5%，二氧化碳純度大于98.5%?6.寫出制半水煤氣的煤氣化反響，如何解決氣體組成與熱量平衡的矛盾？〔10分〕采用空氣吹氣-上吹制氣-下吹制氣-二次上吹-空氣吹凈的間歇法造氣的方法解決這個矛盾。第六章制堿工業(yè)1、簡述氨堿法生產(chǎn)純堿的主要過程并寫出其發(fā)生的主要化學(xué)反響式?！?0分〕以NaCl、石灰石〔經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳〕、氨氣為原料來制取純堿：先使NH3通入飽和食鹽水中而成氨鹽水，再通入CO2生成溶解度較小的NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液。NaCl(飽和)＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl將得到的NaHCO3晶體，加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑2、簡述氨堿法生產(chǎn)純堿和聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿的主要過程，各自的突出特點(diǎn)是什么？〔20分〕簡述見相關(guān)題目內(nèi)容，氨堿法：優(yōu)點(diǎn)，原料易于取得且價廉，生產(chǎn)過程中的氨可循環(huán)利用，損失較少；能夠大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，易于機(jī)械化，自動化；可得到較高質(zhì)量的純堿產(chǎn)品。缺點(diǎn)，原料利用率低，造成大量廢液廢渣排出，嚴(yán)重污染環(huán)境；母液中含有大量的氯化銨，需參加石灰乳使之分解回收氨，這樣就必須設(shè)置蒸氨塔，造成流程長，設(shè)備龐大和能量上的浪費(fèi)。氨堿法的最大缺點(diǎn)還在于原料食鹽的利用率只有72％～74％，其余的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄。簡述聯(lián)合制堿法：1〕將NH3通入飽和食鹽水而成氨鹽水，再通入CO2生成NaHCO3沉淀，過濾、洗滌得NaHCO3微小晶體，再煅燒制得純堿產(chǎn)品；2〕NH4Cl在常溫下的溶解度比NaCl要大，低溫時的溶解度那么比NaCl小。在低溫條件下，向濾液中參加細(xì)粉狀的NaCl，并通入氨氣，可以使NH4Cl結(jié)晶析出，經(jīng)過濾、洗滌和枯燥即得NH4Cl產(chǎn)品。聯(lián)合制堿法：優(yōu)點(diǎn)，食鹽的利用率提高到96％以上，同時生產(chǎn)出:純堿和氯化銨，將氨廠的廢氣CO2轉(zhuǎn)變?yōu)閴A廠的主要原料制取純堿，節(jié)省了堿制取二氧化碳的龐大的石灰窯；將堿廠的無用的成分氯離子來代替價格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。不再生成難處理的氯化鈣，減少污染，并大大降低了純堿和氮肥的本錢。3、用方框圖表示氨堿法生產(chǎn)純堿的工藝流程，寫出其發(fā)生的主要化學(xué)反響式?！?0分〕NaCl(飽和)＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑4、用方框圖表示聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿與氯化銨工藝流程，簡述其發(fā)生的主要工藝過程?！?0分〕NaCl(飽和)＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑再加一個氯化銨的別離5、離子交換膜制燒堿的優(yōu)勢和缺點(diǎn)是什么？〔10分〕第八章石油煉制與石油化工?1.何為催化裂化？催化裂化主要有哪幾類反響？并舉例寫出化學(xué)反響式?！?4分〕催化裂化：在催化劑和適當(dāng)溫度下，使沸點(diǎn)較高的重質(zhì)油裂化分為輕質(zhì)油的過程。分解反響：烷烴分解為較小分子的烷烴和烯烴。烯烴在β鍵發(fā)生斷裂，分解為兩個小分子烯烴。異構(gòu)化反響：骨架異構(gòu)雙鍵移位異構(gòu)幾何異構(gòu)氫轉(zhuǎn)移反響：4.芳構(gòu)化反響5.疊合反響:烯烴與烯烴結(jié)合成較大分子的烯烴6.烷基化反響：?2.何為催化重整？催化重整有哪幾類反響？并舉例寫出化學(xué)反響式?！?4分〕在一定溫度、壓力下，汽油中的直鏈烴在催化劑外表上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，轉(zhuǎn)化為帶支鏈的烷烴異構(gòu)體。其主要目的：生產(chǎn)芳烴、高辛烷值汽油和氫氣?！?〕芳構(gòu)化反響，脫氫環(huán)化〔2〕異構(gòu)化反響加氫裂化反響3.原油蒸餾塔有哪些工藝特征？為何要采用減壓范餾？〔15分〕復(fù)合塔結(jié)構(gòu)(與一般蒸溜相比擬，圖(8-3〕限定的最高進(jìn)料溫度。常壓塔進(jìn)料溫度限制在360~370℃；減壓塔進(jìn)料溫度限制在390~420℃。設(shè)有汽提段和汽提塔。氣相回流通過注入過熱水蒸汽降低油氣分壓使其中輕組分氣化。適當(dāng)?shù)倪^汽化率。適當(dāng)?shù)倪^汽化率是為了保證蒸溜塔最低側(cè)線以下的板上有液相回流。目的：減壓降低油料沸點(diǎn)，蒸餾得到高沸點(diǎn)的餾分而不致于受熱分解4.常減壓蒸餾裝置分為原油預(yù)汽化、常壓蒸餾、減壓蒸餾三個局部、原油在每一局部都經(jīng)歷一次加熱汽化冷凝，故稱之為“三段汽化〞，采用預(yù)汽化塔具有哪些優(yōu)點(diǎn)？1.新設(shè)計裝置，如果原油較輕，使用預(yù)汽化塔可以降低常壓塔負(fù)荷，常壓爐負(fù)荷，起到節(jié)能目的。2.改造提高加工量，起到負(fù)荷轉(zhuǎn)移方法到達(dá)擴(kuò)量目的。3.初餾塔頂產(chǎn)品輕汽油一般作催化重整裝置進(jìn)料。由于原油中的含砷的有機(jī)物質(zhì)，隨著原油溫度的升高而分解汽化，因而初餾塔頂汽油的砷含量較低，而常壓塔頂汽油含砷量很高。砷是重整催化劑的有害物質(zhì)，因而一般含砷量高的原油生產(chǎn)重整原料均采用初餾塔。另一說法：1〕當(dāng)常減壓蒸餾裝置需要秤重整原料、而原料中砷含量較高會隨溫度升高而分解汽化時，那么需要設(shè)置初餾塔；2〕其次是在加工含硫含鹽均較高時，為減少塔頂?shù)蜏夭课坏母g，設(shè)置初餾塔；3〕再就是原油較輕時，為降低原油換熱系統(tǒng)及常壓爐的壓降和熱負(fù)荷，設(shè)置初餾塔。?5.催化重整工藝過程包括哪幾個主要局部，過程的主要目標(biāo)？試闡述催化重整原料的預(yù)處理過程及工藝特點(diǎn)？〔10分〕重整原料的預(yù)處理及工藝特點(diǎn)：預(yù)分餾：目的是將原料切割為一定沸點(diǎn)范圍的餾分，得到符合餾程要求的重整原料，預(yù)分餾的切割方式有三種：見P274頁，為什么？預(yù)脫砷：去除有毒物重金屬砷預(yù)加氫：除去原料中含S、N、O化合物，使之轉(zhuǎn)化生成H2S、NH3、H2O易于除去；分解含砷鉛、銅等化合物；加氫使局部烯烴飽和反響，提高汽油辛烷值和易于同芳烴別離。預(yù)脫水：重整催化劑要求原料中含水量小于5×10-6。重整工藝流程：重整：得到重整芳烴原料。見圖7-15芳烴抽提：溶劑精制芳烴，別離出非芳烴，保證芳烴產(chǎn)品的高純度，包括抽提，溶劑回收、再生。芳烴精餾：得到苯、甲苯、二甲苯等芳烴。6．裂解氣凈化別離采取哪些方法？各利用什么原理？深冷別離法：冷凍溫度低于-100℃，其實質(zhì)就是冷凝精餾過程。別離原理：利用各種烴類相對揮發(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等精餾塔進(jìn)行別離。吸收精餾法又稱油吸收別離法，用C3、C4作吸收劑；亦稱為中冷油吸收精餾法，冷凍溫度提高到-70℃。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等精餾塔進(jìn)行別離。?7．催化裂化裝置由哪三大系統(tǒng)組成？簡述各系統(tǒng)的主要作用〔16分〕共分三局部：反響一再生系統(tǒng)；分餾系統(tǒng)；吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。8．簡述含油廢水和含硫廢水的治理方法？空氣氧化是利用空氣中的氧氣氧化廢水中有機(jī)物和復(fù)原性物質(zhì)的一種處理方法，是一種常規(guī)處理含硫廢水的方法?？諝庋趸哪芰^弱，為提高氧化效果，氧化要在一定條件下進(jìn)行。如采用高溫、高壓條件，或使用催化劑。含油：上浮法、氣上浮法、溶氣上浮法和電解上浮法、重力別離法、過濾法、生物法?；瘜W(xué)法主要用于處理廢水中不能單獨(dú)用物理法或生物法去除的一局部膠體和溶解性物質(zhì)，特別是含油廢水中的乳化油。包括混凝沉淀、化學(xué)轉(zhuǎn)化和中和法。?5.?5.試闡述鹵系和磷-氮系的阻燃機(jī)理磷系阻燃劑體系，氮系阻燃劑在發(fā)生火災(zāi)時，易受熱放出CO2，N2，NH3和H2O等不燃性氣體，通過這些不燃性氣體，可以稀釋空氣中的氧和聚合物受熱分解產(chǎn)生的可燃物的濃度。而且不燃性氣體在熱對流中可帶走一局部的熱量。鹵系阻燃劑體系，1.闡述外表活性劑的特點(diǎn)及選擇乳化劑的應(yīng)用方法？特點(diǎn)：雙親媒性結(jié)構(gòu)。即具有親水性和親油性；界面吸附。即到達(dá)平衡時，外表活性劑溶質(zhì)在界面上的濃度要大于溶液中的濃度；界面定向。外表活性劑溶質(zhì)分子在界面上會定向排列成分子層；生成膠束。到達(dá)臨界膠束濃度〔CMC〕時，會形成膠束多功能性。如清洗、發(fā)泡、濕潤、乳化、分散等作用功能〔如洗衣粉〕?選擇乳化劑的方法：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〔Hydrophilic-Lipophilis-Balemc〕。Griffis公式HLB=20×MH/MMH-親水基局部的分子量M-總的分子量此式適用于非離型的乳化劑的HLB，對于多元醇的脂肪酸類乳化劑：HLB=20〔1-S/A〕S-乳化劑的皂化值A(chǔ)-脂肪酸值。HLB值和其他方法相結(jié)合的選擇方法：a.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。b.乳化劑的憎水基團(tuán)與被乳化結(jié)構(gòu)相似時乳化效果比擬好，〔相似相容原理〕c.乳化劑在被乳化物中易于溶解的，乳化效果較好。d.被乳化物的憎水性強(qiáng)，假設(shè)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，此時要選用局部HLB值小的乳化劑進(jìn)行調(diào)節(jié)2.試簡述以下外表活性劑的分類與中文命名，并寫出其生產(chǎn)的合成反響〔LAS、FAS，OP、AEO〕?！?0分〕烷基苯磺酸鈉(LAS)，陰離子型外表活性劑，脂肪醇硫酸鈉FASR—OSO3Na，陰離子型外表活性劑，?烷基酚聚氧乙烯醚“乳化劑OP〞非離子型外表活性劑，?脂肪醇聚氧乙烯醚〔AEO〕“平平加〞，非離子型外表活性劑，3.試闡述增塑劑和光穩(wěn)定劑作用的根本原理〔10分〕增塑劑：降低聚合物分子間作用力，增加聚合物分子鏈的流動性。光穩(wěn)定劑：〔1〕紫外線的屏蔽和吸收：遮光劑或屏蔽劑，紫外光吸收劑(水楊酸類)〔2〕氫過氧化物的非自由基分解：受阻胺光穩(wěn)定劑〔3〕捕獲自由基：受阻胺光穩(wěn)定劑〔4〕阻止光引發(fā)〔5〕切斷鏈增長2、在日常生活中，用外表活性劑到達(dá)洗滌去污效果，請用形象的圖案或方法描述洗滌去污過程。4、試分別舉例寫出各兩種〔陰離子、非離子、陽離子〕外表活性劑的合成反響。陰離子，非離子，陽離子：4．美白化裝品的作用機(jī)理是什么？〔8分〕第十一章新型功能材料一、試簡述生態(tài)環(huán)境材料的特點(diǎn)及研究的主要內(nèi)容。〔10分〕生態(tài)環(huán)境材料特點(diǎn)：1〕先進(jìn)性2〕環(huán)境協(xié)調(diào)性3〕舒適性。主要內(nèi)容：1〕直接具有凈化環(huán)境、修復(fù)等功能的新材料的研究與開發(fā)2〕對現(xiàn)有傳統(tǒng)材料及其產(chǎn)品的改造，使其生態(tài)化、環(huán)境化。二、何為梯度功能材料？與通用材料相比，它具有什么顯著的特點(diǎn)？〔10分〕它是選用兩種〔或多種〕性能不同的材料，通過連續(xù)地改變這兩種〔或多種〕材料的組成和結(jié)構(gòu)，使其界面消失導(dǎo)致材料的性能隨著材料的組成和結(jié)構(gòu)的變化而緩慢變化，形成梯度功能材料。1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強(qiáng)度;2)