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，并寫出主要化學反應式。（10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：主反應 : 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O42. SO2催化氧化工藝條件如何確定？（20分）1) 催化劑釩催化劑 V2O5 5%9%，為活性組份。K2O 9%13% NaO 1%5%，堿金屬鹽為助催化劑。SO3 10%20% SiO2 50%70%，為載體 。制成環(huán)形、球形、或粒狀 2) 溫度：TbTm 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tX*關系曲線可知：存在最佳反應溫度Tma（反應速率最大）反應溫度原則：在催化劑活性溫度范圍內(nèi)催化劑床層溫度應沿最佳溫度線變化：即先高后低原則 3) SO2原始濃度：根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費用最少原則，進入SO2轉(zhuǎn)化器濃度存在最佳濃度：7%7.5% 4) 壓力： PX*SO2，設備尺寸減小。不利條件：加壓對設備要求提高，反應壓力最好在常壓5) 最佳轉(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，設備尺寸增大。即存在最佳轉(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. 如何從熱力學和動力學角度確定SO2催化氧化溫度條件？（10分） 見2，2）熱力學：由于反應是SO2的催化氧化是一個放熱反應，所以為了讓平衡向正方向移動應該降低溫度更能夠提高轉(zhuǎn)化率；動力學：反應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，當再隨著溫度升高時，反應速率就會下降甚至停止反應。 綜上所述，從熱力學和動力學充分考慮到產(chǎn)率和速率的最優(yōu)值來確定反應溫度。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，以及酸霧怎樣清除之。（15分）1) 酸霧的形成：酸霧是指含有粒徑小于5m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。2) 酸霧的清除：必須要用特殊的方法和設備清除較大的粒子（>2m）用一般除塵設備除去(如電除霧器、文氏管等裝置)較小的粒子（<2m）采用先增濕后清除。即增大霧粒直徑，再用相應的設備清除。 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。（15分） 6. 闡述制取硫酸中，煙氣凈化的目的及凈化的原則（10分）目的：爐氣含塵若不除凈，進入后制酸系統(tǒng)，則會堵塞設備和管道，且使催化劑失活或中毒凈化原則： 1) 懸浮微粒，應先大后小，先易后難進行分級處理2) 先重后輕即先固、液，后氣(汽)體3) 不同大小的粒子，選擇配套有效的分離設備7、在制取硫酸過程中，如何提高焙燒反應速率？（10分）1）升高溫度，加快擴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，0.240.70mm；3）增加氧氣濃度，鼓入過量的空氣；4）擴散劑與礦粒的相對運動，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應中平衡氨含量及工藝條件的影響？（12分）1) 壓力：有利于氨合成和氨分離，但對設備材質(zhì)，加工制造要求高，必須綜合利用，一般2030MPa2) 溫度：必須保持在催化劑反應活性溫度范圍內(nèi)反應，催化劑床層溫度分布應改盡可能接近最適宜溫度線。（類似于SO2轉(zhuǎn)化反應P83圖315）3) 空間速度：v越大，反應接觸時間減少，出口氨含量減少，但總氨量 增加。4) 惰性氣體（CH4，Ar）由新鮮氣帶入，不斷積累，對于反應不利，必須放空排除部分。2. 試比較氨合成中CO變換與硫酸工業(yè)制氣中SO2氧化兩個反應過程的異同或特點。（20分）一氧化碳變換：CO是氨合成的毒物，在原料中含1330，必須清除。CO+H2O（g） CO2+H2+QCO變換成CO2易于吸收清除，同時生成原料氣H2。特點：都是氣固相催化，可逆放熱反應；溫度、反應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)生了反應物H2，而SO2的氧化是為了制得中間產(chǎn)物SO3；同時，CO的變換壓強對反應平衡沒有影響，但是工業(yè)上通常采取加壓的方法提高反應速率和減少催化劑用量，而SO2的氧化增大壓強有利于反應平衡向正方向移動。前者需要過量的水蒸氣，減少CO，變換反應前催化劑要進行還原，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，開始進入空氣到下一次進放空氣時為上，稱為一個工作循環(huán)。每個工作循環(huán)包括五個階段：1) 吹風：從下而上通入空氣，提高燃料層溫度。吹風氣放空。2) 一次上吹制氣：從下而上通入水蒸汽進行氣化反應，燃料層溫度降低（上部高，下部低）3) 下吹制氣：水蒸氣與加氮空氣從上而下進行氣化反應使燃料層溫度趨于均衡（為什么？）4) 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，為吹入空氣作準備，否則爐底剩余的煤氣與下次吹入的空氣相遇，會發(fā)生爆炸。5) 空氣吹凈：吹風氣回收（從下而上），作為半水煤氣的氮氣的主要來源。4. 實現(xiàn)氨合成和氨分離，包括哪五個基本流程環(huán)節(jié)？試簡述兩級氨分離流程（10分）基本流程環(huán)節(jié)： 1.新鮮氣的壓縮 2.循環(huán)氣的預熱與氨的合成 3.反應熱的回收及氨的分離 4.未反應氣體循環(huán)使用 5.循環(huán)氣部分放空 分離流程：合成-冷凝-氨分離-（液氨儲存）-（壓縮）氣氨進冷凝塔-液氨儲存5. 試簡述尿素合成原理及主要工藝條件。（10分）工藝條件：工藝條件：（1）溫度，尿素合成塔溫度大致為180220 （2）壓力，實際操作壓力在1825MPa (3)氨碳比，在35的范圍內(nèi)，并根據(jù)過程的動力消耗、氨損失及反應壓力等因素進 行具體選擇 （4）水碳比，一般原料中為0.51 （5）原料純度，氨的質(zhì)量分數(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應，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)生的主要化學反應式。（20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)NH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl 將得到的NaHCO3晶體，加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。2NaHCO3Na2CO3H2OCO22、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，各自的突出特點是什么？（20分）簡述見相關題目內(nèi)容，氨堿法：優(yōu)點，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)，易于機械化，自動化；可得到較高質(zhì)量的純堿產(chǎn)品。缺點，原料利用率低，造成大量廢液廢渣排出，嚴重污染環(huán)境；母液中含有大量的氯化銨，需加入石灰乳使之分解回收氨，這樣就必須設置蒸氨塔，造成流程長，設備龐大和能量上的浪費。氨堿法的最大缺點還在于原料食鹽的利用率只有7274，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，低溫時的溶解度則比NaCl小。在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的NaCl，并通入氨氣，可以使NH4Cl結(jié)晶析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得NH4Cl產(chǎn)品。聯(lián)合制堿法：優(yōu)點，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成本。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)生的主要化學反應式。（20分）NaCl(飽和)NH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3H2OCO24、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。（20分）NaCl(飽和)NH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3H2OCO2 再加一個氯化銨的分離5、離子交換膜制燒堿的優(yōu)勢和缺點是什么？（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應？并舉例寫出化學反應式。（14分）催化裂化：在催化劑和適當溫度下，使沸點較高的重質(zhì)油裂化分為輕質(zhì)油的過程。1. 分解反應：烷烴分解為較小分子的烷烴和烯烴。 烯烴在鍵發(fā)生斷裂，分解為兩個小分子烯烴。2. 異構(gòu)化反應：骨架異構(gòu)雙鍵移位異構(gòu)幾何異構(gòu)3. 氫轉(zhuǎn)移反應：4. 芳構(gòu)化反應5. 疊合反應:烯烴與烯烴結(jié)合成較大分子的烯烴6. 烷基化反應：2. 何為催化重整？催化重整有哪幾類反應？并舉例寫出化學反應式。（14分）在一定溫度、壓力下，汽油中的直鏈烴在催化劑表面上進行結(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。（1）芳構(gòu)化反應，脫氫環(huán)化 （2）異構(gòu)化反應（3） 加氫裂化反應3. 原油蒸餾塔有哪些工藝特征？為何要采用減壓范餾？（15分）1) 復合塔結(jié)構(gòu)(與一般蒸溜相比較，圖(8-3）2) 限定的最高進料溫度。常壓塔進料溫度限制在360370；減壓塔進料溫度限制在390420 。3) 設有汽提段和汽提塔。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。4) 適當?shù)倪^汽化率。適當?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，蒸餾得到高沸點的餾分而不致于受熱分解4. 常減壓蒸餾裝置分為原油預汽化、常壓蒸餾、減壓蒸餾三個部分、原油在每一部分都經(jīng)歷一次加熱 汽化 冷凝，故稱之為“三段汽化”，采用預汽化塔具有哪些優(yōu)點？1.新設計裝置，如果原油較輕，使用預汽化塔可以降低常壓塔負荷，常壓爐負荷，起到節(jié)能目的。2.改造提高加工量，起到負荷轉(zhuǎn)移辦法達到擴量目的。3. 初餾塔頂產(chǎn)品輕汽油一般作催化重整裝置進料。由于原油中的含砷的有機物質(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，則需要設置初餾塔；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荷，設置初餾塔。5. 催化重整工藝過程包括哪幾個主要部分，過程的主要目標？試闡述催化重整原料的預處理過程及工藝特點？（10分）重整原料的預處理及工藝特點：1) 預分餾：目的是將原料切割為一定沸點范圍的餾分，得到合乎餾程要求的重整原料，預分餾的切割方式有三種：見P274頁，為什么？2) 預脫砷：清除有毒物重金屬砷3) 預加氫：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；加氫使部分烯烴飽和反應，提高汽油辛烷值和易于同芳烴分離。4) 預脫水：重整催化劑要求原料中含水量小于510-6 。重整工藝流程：1) 重整：得到重整芳烴原料。見圖7-15 2) 芳烴抽提：溶劑精制芳烴，分離出非芳烴，保證芳烴產(chǎn)品的高純度，包括抽提，溶劑回收、再生。3) 芳烴精餾：得到苯、甲苯、二甲苯等芳烴。6裂解氣凈化分離采取哪些方法？各利用什么原理？1) 深冷分離法：冷凍溫度低于-100，其實質(zhì)就是冷凝精餾過程。分離原理：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，再按順序進入C2、C3、C4等精餾塔進行分離。2) 吸收精餾法 又稱油吸收分離法，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入C2、C3、C4等精餾塔進行分離。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）共分三部分：反應一再生系統(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物和還原性物質(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、重力分離法、過濾法、生物法?；瘜W法主要用于處理廢水中不能單獨用物理法或生物法去除的一部分膠體和溶解性物質(zhì)，特別是含油廢水中的乳化油。包括混凝沉淀、化學轉(zhuǎn)化和中和法。5. 試闡述鹵系和磷-氮系的阻燃機理磷系阻燃劑體系，氮系阻燃劑在發(fā)生火災時，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部分的熱量。鹵系阻燃劑體系，第十章、精細化學工業(yè)1. 闡述表面活性劑的特點及選擇乳化劑的應用方法？特點：雙親媒性結(jié)構(gòu)。 即具有親水性和親油性；界面吸附。即達到平衡時，表面活性劑溶質(zhì)在界面上的濃度要大于溶液中的濃度；界面定向。表面活性劑溶質(zhì)分子在界面上會定向排列成分子層；生成膠束。達到臨界膠束濃度（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：1) 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=20MH/M MH-親水基部分的分子量 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-脂肪酸值 。2) 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. 乳化劑的憎水基團與被乳化結(jié)構(gòu)相似時乳化效果比較好，（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，若使用親水性強、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，此時要選用部分HLB值小的乳化劑進行調(diào)節(jié)2. 試簡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（LAS、FAS，OP、AEO）。（20分）烷基苯磺酸鈉(LAS)， 陰離子型表面活性劑 ，脂肪醇硫酸鈉FAS ROSO3Na，陰離子型表面活性劑 ，烷基酚聚氧乙烯醚 “乳化劑OP” 非離子型表面活性劑，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO） “平平加”，非離子型表面活性劑，3. 試闡述增塑劑和光穩(wěn)定劑作用的基本原理（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，用表面活性劑達到洗滌去污效果，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 ）表面活性劑的合成反應。陰離子，非離子，陽離子： 4美白化妝品的作用機理是什么？（8分）第十一章 新型功能材料一、試簡述生態(tài)環(huán)境材料的特點及研究的主要內(nèi)容。（10分）生態(tài)環(huán)境材料特點：1）先進性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？（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)強度;2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應力自由端點的應力奇異性;4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層,既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅(qū)動力。六、納米材料的四種效應是什么？試解釋其中兩種效應最基本的特性。（10分）一、 小尺寸效應；二、表面效應；三、量子尺寸效應；四、宏觀量子隧道效應量子尺寸效應-是指當粒子尺寸下降到某一數(shù)值時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象。當能級的變化程度大于熱能、光能、電磁能的變化時，導致了納米微粒磁、光、聲、熱、電及超導特性與常規(guī)材料有顯著的不同。表面效應：納米晶體材料中含有大量的晶界，因而晶界上的原子占有相當高的比例。隨著材料尺寸減小，最外層表面原子所占的比例大幅增加。 球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數(shù)將會顯著地增加。對直徑大于 0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于 0.1微米時，其表面原子百分數(shù)激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米，這時的表面效應將不容忽略。4、何為納米材料的表面效應？在化學工業(yè)領域，試舉例說明如何利用材料的表面效應(15分)？表面效應：納米晶體材料中含有大量的晶界，因而晶界上的原子占有相當高的比例。隨著材料尺寸減小，最外層表面原子所占的比例大幅增加。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。