化工工艺学期末复习安徽工程大学模板.doc

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第二章
1.化工生产过程包括原料预处理、 化学反应和产品分离及精制(三废的处理)。
2.工艺流程 原料需要经过包括物质和能量转换的一系列加工, 方能转变成所需产品, 实施这些转换需要有相应的功能来完成, 按物料加工顺序将这些功能单元有机地组合起来, 则构筑成工艺流程。 将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。 工工艺流程图包括方框流程图、 工艺流程草( 简) 图、 工艺物料流程图、 带控制点的工艺流程图、 管道及仪表流程图。
3.进行工艺流程设计常见的三种方法是: 推论分析法、 功能分析法、 形态分析法
4.主要效率指标1)生产能力: 指一个设备、 一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量, 或在单位时间内处理的原料量。 设备或装置在最佳条件下能够达到的最大生产能力, 称设计能力。 2)生产强度: 为设备单位特征几何量的生产能力。即设备的单位体积的生产能力, 或单位面积的生产能力。 生产强度指标主要用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置的优劣。设备中进行的过程速率高, 其生产强度就高。
3)转化率: 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, 用符号X表示。 4)选择性: 指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。用符号S表示。
5)收率: 是从产物角度来描述反应过程的效率。符号为Y。转化为目的的产物的某反应物的量比上该反应物的起始量。 根据转化率、 选择性和收率的定义可知, 相对于同一反应物而言, 三者有以下关系Y=SX 对于无副反应的体系, S=l, 故收率在数值上等于转化率, 转化率越高则收率越高; 有副反应的体系, S<l, 希望在选择性高的前提下转化率尽可能高。可是, 一般使转化率提高的反应条件往往会使选择性降低, 因此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。
5.反应条件浓度、 温度、 压力对化学平衡和反应速率的影响? 浓度 化学平衡, 根据反应平衡移动原理, 反应物浓度越高, 越有利于平衡向产物方向移动 。 反应速率, 反应物浓度愈高, 反应速率愈快。一般在反应初期, 反应物浓度高, 反应速率大, 随着反应的进行, 反应物逐渐消耗, 反应速率逐渐下降。
温度 化学平衡, 对于吸热反应, △H＞0,平衡常数随着温度升高而增大, 有利于反应, 产物的平衡产率增加。对于放热反应, △H＜0, 平衡常数随着温度升高而减小, 平衡产率降低。 反应速率, 对于不可逆反应, 逆反应速率忽略不计, 故产物生成速率总是随温度的升高而加快; 对于可逆反应而言, 正、 逆反应速率之差即为产物生成的净速率。
压力 压力对液相和固相反应的平衡影响较小。气体的体积受压力影响大, 故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大, 其规律为: 1) 对分子数增加的反应, 降低压力能够提高平衡产率; 2) 对分子数减小的反应, 压力升高, 产物的平衡产率增大; 3) 对分子数没有变化的反应, 压力对平衡产率无影响。 在一定的压力范围内, 加压可减小气体反应体积, 且对加快反应速率有一定好处, 但压力过高, 能耗增大, 对设备投资高, 反而不经济。 6.催化剂的作用? 催化剂的三个基本特征?
答: 在一个反应系统中因加入了某种物质而使化学反应速率明显加快, 但该物质在反应前后的数量和化学性质不变, 称这种物质为催化剂。催化剂的作用是它能与反应物生成不稳定中间化合物, 改变了反应途径, 活化能得以降低。 催化剂的作用: 1) 提高反应速率和选择性; 2) 改进操作条件, 采用或改进催化剂能够降低反应温度和操作压力、 能够提高化学加工过程的效率。3) 催化剂有助于开发新的反应过程, 发展新的化工技术。4) 催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。
催化剂的三个基本特征: ( 1) 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。2) 催化剂只能缩短达到化学平衡的时间( 即加速作用) , 但不能改变平衡。3) 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。

第三章
1. 用来评价裂解燃料性质的4个指标是什么? 答: 评价裂解燃料性质的4个指标如下: ①族组成—PONA值, PONA值是一个表征各种液体原料裂解性能的有实用价值的参数。裂解原料油中的各种烃, 按其结构能够分为四大族, P—烷烃; O—烯烃; N—环烷烃; A—芳烃
②氢含量能够用裂解原料中所含氢的质量百分数w(H2)表示,也能够用裂解原料中C与H的质量比(称为碳氢比)表示。 经过裂解反应,使一定氢含量的裂解原料生成氢含量较高的C4和C4以下轻组分和氢含量较低的C5和C5以上的液体。从氢平衡能够断定,裂解原料氢含量愈高,获得的C4和C4以下轻烃的收率愈高,相应乙烯和丙烯收率一般也较高。根据氢含量既可判断该原料可能达到的裂解深度,也可评价该原料裂解所得C4和C4以下轻烃的收率。
③特性因数—K, K是表示烃类和石油馏分化学性质的一种参数。 K值以烷烃最高, 环烷烃次之, 芳烃最低, 它反映了烃的氢饱和程度。
④关联指数—BMCI值, BMCI值是表示油品芳烃含量的指数。关联指数愈大, 则油品的芳烃含量愈高。 烃类化合物的芳香性按下列顺序递增: 正构链烷烃<带支链烷烃<烷基单环烷烃<无烷基单环烷烃<双环烷烃<烷基单环芳烃<无烷基单环芳烃( 苯) <双环芳烃<三环芳烃<多环芳烃。烃类化舍物的芳香性愈强, 则BMCI值愈大。
2.稀释剂: 由于裂解是在高温下操作的, 不宜于用抽真空减压的方法降低烃分压, 这是因为高温密封困难, 一旦空气漏入负压操作的裂解系统, 与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危验, 而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利, 要增加能量消耗。因此, 采取添加稀释剂以降低烃分压是一个较好的方法。这样, 设备仍可在常压或正压操作, 而烃分压则可降低。
稀释剂理论上可采用水蒸气、 氢或任一种惰性气体, 但当前较为成熟的裂解方法, 均采用水蒸气作稀释剂, 其原因如下。 ①裂解反应后经过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离, 不会增加裂解气的分离负荷和困难。使用其它惰性气体为稀释剂时反应后均与裂解气混为一体, 增加了分离困难。 ②水蒸气热容量大·使系统有较大热惯性, 当操作供热不平稳时, 能够起到稳定温度的作用, 保护炉管防止过热。 ③抑制裂解原料所含硫对镍铬合盒炉管的腐蚀。④脱除积碳, 炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。水蒸气对铁和镍有氧化作用, 抑制它们对生碳反应的催化作用。而且水蒸气对已生成的碳有一定的脱除作用。 H20+C—CO+H2 水蒸气的稀释比不宜过大, 因为它使裂解炉生产能力下降, 能耗增加, 急冷负荷加大。
3.深度裂解参数 1.原料转化率2.甲烷收率3.乙烯对丙烯的收率比 4.甲烷对乙烯或丙烯的收率比5.液体产物的氢含量和氢碳比6.裂解炉出口温度7.裂解深度函数8.动力学裂解深度函数
4.裂解气预分馏的目的和任务分别是什么? 答: 裂解炉出口的高温裂解气经急冷换热器的冷却, 再经急冷器进一步冷却后, 温度能够降到200—300℃之间。将急冷后的裂解气进一步冷却至常温, 并在冷却过程中分馏出裂解气中的重组分( 如燃料油, 裂解汽油, 水分) , 这个环节称为裂解气的预分馏。裂解气预分馏的目的是: ①尽可能降低裂解气的温度; ②尽可能分馏出裂解气的重组分; ③将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收, 用以再发生稀释蒸汽; ④继续回收裂解气低能位热量。裂解气预分馏的任务是: ①保证裂解气压缩机的正常运转, 并降低裂解气压缩机的功耗, 减少压缩分离系统的进料负荷; ②大大减少污水排放量; ③合理的热量回收, 由急冷油回收的热量用于发生稀释蒸汽, 由急冷水回收的热量用于分离系统的工艺加热。
5.裂解汽油 烃类裂解副产的裂解汽油包括C5至沸点204℃以下的所有裂解副产物, 作为乙烯装置的副产品。 裂解燃料油 烃类裂解副产的裂解燃料油是指沸点在200℃以上的重组分。其中沸程在200-360℃的馏分称为裂解轻质燃料油, 相当于柴油馏分
8.重叠制冷循环: 由两个( 或数个) 不同制冷工作的单级( 多级) 制冷系统而成。
9.气体压缩采用多级压缩的意义: 1节约压缩功耗2.降低出口温度3.减少分离净化负荷
10.多级蒸汽压缩制冷的原理: 在不同的压力等级设置蒸汽器, 形成多级压缩多级蒸汽的循环, 以一个压缩比组同为系统提供不同温度计别的冷量, 以适应冷却温度的要求。

6.裂解气的净化主要除掉哪几种组分? 为什么要除去? 原理是什么? (综合题)
来源: 1.原料中带来2.裂解反应生成3.裂解气处理过程引入裂解气的净化主要除掉酸性气体(CO2, CO, H2S和其它气态硫化物)、 水、 炔烃等杂质。
除去这些杂质的原因为: 这些杂质的含量虽不大, 但对深冷分离过程是有害的。对裂解气分离装置而言, CO2会在低温下结成干冰, 造成深冷分离系统设备和管道堵塞, H2S将造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒; 对于下游加工装置而言, 当氢气, 乙烯, 丙烯产品中的酸性气体含量不合格时, 可使下游加工装置的聚合过程或催化反应过程的催化剂中毒, 也可能严重影响产品质量, 使产品达不到规定的标准。
原理分别如下: ⑴ 脱除酸性气体 ①碱洗法 用NaOH作为吸收剂, 经过化学吸收使NaOH与裂解气中的酸性气体发生化学反应, 脱除酸性气体。 ②乙醇胺法 用乙醇胺作为吸收剂, 除去CO2和H2S, 是一种物理吸收和化学吸收相结合的方法。
⑵ 脱水 吸附法进行干燥, 采用分子筛( 离子型极性吸附剂) 对极性分子特别是水有极大的亲和性, 易于吸附。 ⑶ 脱炔 溶剂吸收和催化加氢将炔烃加氢成烷烃除去。 7.脱除酸性气体有哪2种方法? 各有什么优缺点? 答: 脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺法两种。其优缺点如下表: 碱洗碱洗法/除酸彻底/① 碱不可再生, 消耗量大; ② 适于酸含量低; ③ 产生黄油问题; ④ 废水处理量大; 乙醇胺法/① 吸收剂可再生; ② 适用酸含量高/① 设备要求高; ② 吸收双烯烃, 再生易聚合
醇胺法与碱洗法的比较醇胺法与碱洗法相比, 其主要优点是吸收剂可再生循环使用, 当酸性气含量较高时, 从吸收液的消耗和废水处理量来看, 醇胺法明显优于碱洗法。醇胺法与碱洗法比较如下。①醇胺法对酸性气杂质的吸收不如碱冼彻底, 一般酵胺法处理后裂解气中酸性气体积分散仍达(30～50)×10-6, 尚需再用碱法进一步脱除, 使C02和H2S体积分数均低于1×10-6以满足乙烯生产的要求。②醇胺虽可再生循环使用, 但由于挥发和降解, 仍有一定损耗。由于醇胺与羰基硫、 二硫化碳反应是不可逆的, 当这些硫化物含量高时, 吸收剂损失很大。③醇胺水溶液呈碱性, 但当有酸性气体存在时, 溶液pH值急剧下降, 从而对碳钢设备产生腐蚀。特别在酸性气浓度高而且温度也高的部位( 如换热器, 汽提塔及再沸器) 腐蚀更为严重。因此, 醇胺法对设备材质要求高, 投资相应较大。④酵胺溶液可吸收丁二烯和其它双烯烃, 吸收双烯烃的吸收剂在高温下再生时易生成聚合物, 由此既造成系统结垢, 又损失了丁二烯。
因此, 一般情况下乙烯装置均采用碱法脱除裂解气中的酸性气体, 只有当酸性气体含量较高( 例如裂解原料硫体积分数超过0 2%) 时, 为减少碱耗量以降低生产成本, 可考虑采用醇胺法预脱裂解气中的酸性气体, 但仍需要碱洗法进一步作深度脱除。
第四章
1.石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油、 烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油。+煤焦化工业、 轻芳烃异构化和重质芳烃的轻质化化
2.芳烃馏分的分离主要有哪2种方法? 原理是什么?
答: 分离方法主要有溶剂萃取法和萃取蒸馏法。其原理分别如下:
溶剂萃取分离芳烃是利用一种或两种以上的溶剂( 萃取剂) 对芳烃和非芳烃选择溶解分离出芳烃。对溶剂性能的基本要求: 对芳烃的溶解选择性好、 溶解度高; 与萃取原料密度差大; 蒸发潜热与热容小、 蒸汽压小; 有良好的化学稳定性与热稳定性、 腐蚀性小。
萃取蒸馏是利用极性溶剂与烃类混合时, 能降低烃类蒸汽压使混合物初沸点提高的原理而设计的工艺过程, 由于此种效应对芳烃的影响最大, 对环烷烃的影响次之, 对烷烃的影响最小, 这样就有助于芳烃和非芳烃的分离。
3.芳烃转化 不同来源的芳烃馏分组成不同, 得到各种芳烃的产物不同, 仅从来源获得各种芳烃必然会发生供需不平衡, 因此开发率芳烃的转化工艺, 调节各种芳烃的产量, 为解决针对苯和二甲苯的迫切需求, 才有了芳烃的转化。
芳烃的转化反应主要有异构化、 歧化与烷基转移、 烷基化和脱烷基化等几类反应。
催化剂: 酸性卤化物, 固体酸
芳烃的烷基化反应: 芳烃分子中苯环上的一个或多个氢被烷基取代生成烷基反应
芳烃脱烷基化: 烷基芳烃分子中与苯环直接相连的烷基, 在一定条件下被脱去
芳烃的歧化: 两个相同芳烃分子在酸性催化剂的作用下, 一个芳烃分子的侧链转移到另一芳烃分子上 烷基转移反应: 两个不同芳烃分子之间发生的芳烃的歧化
4.C8芳烃( 4种) 分别是如何分离的? 答: 4种C8芳烃的分离方法如下:
① 邻二甲苯的分离 沸点最高, 与关键组分间二甲苯的沸点相差5.3℃, 精馏法分离。
② 乙苯的分离 沸点最低, 与关键组分对二甲苯的沸点仅差2.2℃ 精馏分离耗能
大, 在异构化装置中转化回收。
③ 对、 间二甲苯的分离 由于对二甲苯与间二甲苯的沸点差只有0.75℃, 难于采用精馏方法进行分离。当前工业分离对二甲苯的方法有深冷结晶分离法、 络合萃取分离法、 模拟移动床吸附分离法3种。Ⅰ.深冷结晶分离法: 工业上多采用二段结晶工艺。第一段结晶, 对二甲苯纯度约为85%～90%; 第二段结晶对二甲苯纯度可达99.2%～99.5%。Ⅱ.络合萃取分离法: 利用一些化合物与二甲苯异构体形成络合物的特性能够达到分离各异构体的目的。Ⅲ.模拟移动床吸附分离法: 利用固体吸附剂吸附二甲苯异构体的能力不同进行的一种分离方法。

第五章
1.合成气的生产方法: ①以煤为原料的生产方法 有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/CO比值较低, 适于合成有机化合物。②以天然气为原料的生产方法 主要有转化法和部分氧化法。当前工业上多采用水蒸气转化法, 该法制得的合成气中H2/CO比值理论上是3, 有利于用来制造合成氨或氢气。③ 以重油或渣油为原料的生产方法 主要采用部分氧化法。
2.实例应用l)合成氨 由含碳原料与水蒸气、 空气反应制成含H2和N2的粗原料气, 再经精细地脱除各种杂质, 得到H2:N2=3:1(体积比)的合成氨原料气, 使其在500～600℃、 17.5～20MPa及铁催化剂作用下合成为氨。近年来, 该过程已可在400—450℃、 8—15MPa下进行。反应为N2+3H2--2NH3
2) 合成甲醇将合成气中H2/CO的摩尔比调整为2.2左右, 在260～270℃、 5～10MPa及铜基催化剂作用下能够合成甲醇。主反应为C0+2H2==CH30H
3)合成醋酸首先将合成气制成甲醇, 再将甲醇与CO羰基化合成醋酸。CH30H+CO==CH3COOH
4)烯烃的氢甲酰化产品烯烃与台成气(CO/H2)或一定配比的一氧化碳及氢气在过渡金属配位化合物的催化作用下发生加成反应, 生成比原料烯烃多一个碳原子的醛。
5)合成天然气、 汽油和柴油在镍催化剂作用下, CO和H2进行甲烷化反应, 生成甲烷, 称之为合成天然气(SNG)。热值比CO和H2高。nCO+(2n+1)H2==CnHn+2+nH2O
将合成气转化为乙烯或其它烃类.然后再进一步加工成化工产品; 先合成为甲醇, 然后再将其转化为其它产品; 直接将合成气转化为化工产品。
3. 天然气制成合成气的技术主要有蒸汽转化法和部分氧化法。 天然气蒸汽转化的过程的工艺条件: 压力、 温度、 水碳比、 气流速度
甲烷水蒸气转化过程的主要反应有 CH4+H20ßàCO+3H2 △H298=206kJ/mol
CH4+2H20ßàCO2+4H2 △H298=165kJ/mol CO4+H20ßàCO2+H2 △H298=-41.2kJ/mol
可能发生的副反应主要是析碳反应: CH4 ßàC+2H2 △H298=74.9kJ/mol
2COßàC+CO2 △H298=-172.5kJ/mol CO+H2ßàC+H2O △H298=-131.4kJ/mol
4.为什么要设二段转化: 在3Mpa的压力下, 为使单于的甲烷含量降至0.3%( 干基) 必须是温度达到1000℃, 可是在此高温下, 反应管的材料经受不住, 因此为了满足甲烷要求, 需要将转化分为二段进行。
5. 一氧化碳与水蒸气反应生成氢和二氧化碳的过程, 称为CO变换或水煤气变换。 变换反应器的类型有: 中间间接冷却式多段绝热反应器、 原料气冷激式多段绝热反应器和水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器。

6.在合成气制造过程中, 为什么要有脱碳( CO2) 步骤? 一般有哪些脱碳方法, 各适用于什么场合? 答: 在将气、 液、 固原料经转化或气化制造合成气过程中会生成一定量的CO2, 特别当有一氧化碳变换过程时, 生成更多的CO2, 其含量可高达28%～30%。因此也需要脱除CO2, 回收的CO2可加以利用。脱除二氧化碳的过程一般简称为脱碳。 根据吸收机理可分为化学吸收和物理吸收两大类。近年来出现了变压吸附法、 膜分离等固体脱除二氧化碳法。 当前常见的化学吸收法是改良的热钾碱法( 以前是乙醇胺法和氨水法) , 即在碳酸钾溶液中添加少量活化剂, 以加快吸收CO2的速率和解吸速率, 根据活化剂种类不同, 改良热钾碱法又分为以下几种: ① 本菲尔( Benfild) 法; ② 复合催化法; ③ 空间位阻胺促进法; ④ 氨基乙酸法。
当前国内外使用的物理吸收法主要有冷温甲醇洗涤法、 聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法。物理吸收法在加压( 2～5MPa) 和较低温度条件下吸收CO2, 溶液的再生靠减压解吸, 而不是加热分解, 属于冷法, 能耗较低。 物理-化学吸收法是将物理吸收剂与化学吸收剂结合起来的气体净化法, 例如MDEA法中用甲基二乙醇胺-环丁砜混合液作吸收剂, 能同时脱硫和脱碳, 可与改良热钾碱法相竞争, 但溶剂较贵。
变压吸附法( PSA) 变压吸附技术是利用固体吸附剂在加压下吸附CO2, 使气体得到净化, 吸附剂再生是减压脱附析出CO2。
第六章
1.影响氨平衡浓度的因素有哪些?
①温度和压力 温度降低或压力增高,都能使平衡常数及相应的平衡氨含量增大;②氢氮比 当氢氮比为3时,平衡氨含量最大;③惰性气体 惰性气体会使平衡氨含量明显下降。
2.氨合成催化剂
氨合成催化剂然是以熔铁为主, 还原前主要成分是四氧化三铁, 有磁性, 另外添加Al2O3、 K2O等助催化剂。另外为了降低温度和压力, 在催化剂中加人钴和稀土元素。用电炉将它们熔融生成固熔体, 制成不规则的催化剂。其中二价铁和三价铁的比例对活性影响很大, 最适宜的FeO含量在24%—38%的范围内。
活性组分Fe3O4经还原后生成a-Fe, 活性中心的功能是化学吸附氮原子, 使氮氮之间的三键削弱, 以利于加氢形成氨。
Al2O3是结构型助催化剂, 它均匀地分散在a-Fe晶格内和品格间, 能增加催化剂的比表面,并防止还原后的铁微晶长大, 从而提高催化剂的活性和稳定性。
K20是电子型助催化剂, 能促进电子转移过程, 有利于氪分子的吸附和活化, 也促进生成物氮的脱附, 但K2O是在有Al203为助剂的基础上才起到进一步提高活性的作用。
Si02的加入虽然有削弱催化剂碱性作用, 但起到稳定铁晶粒作用, 增加催化剂的抗毒性和耐热性等。
另外, 加入Mg0能提高耐热性能和耐硫性, 加入Ca0能起助熔作用, 使催化剂备组分易于熔融而形成均匀分布的高活性状态。
氨合成催化剂在还原之前没有话性, 使用前必须经过还原, 使Fe3 04变成a-Fe的微晶粒才具有活性。还原反应如下: 3Fe2O3+H2<--—>2Fe3O4+H2O Fe3O4+4H2<--—>3Fe+4H2O Fe0+H2<--—>Fe+H2O
3. 高低压法合成甲醇比较。 低热缺点: 对原料气中杂质要求严格, 易中毒
答: 低压法( 铜基催化剂) : 230～270℃, 5～10 MPa, 反应温度和操作压力较低, 催化剂活性高, 单程转化率高, 合成气纯度要求严格, H/C比小, 属于甲烷部分氧化法。
高压法( 锌-铬系催化剂) : 300～400℃, 30MPa, 催化剂活性较低, 需较高反应温度, 由于高温下平衡转化率的限制, 必须提高压力。

第七章
1．氧化过程的特点
氧化过程是生产大宗化工原料和中间体重要的反应过程,主要化学品中50%以上和氧化过程有关.氧化反应以烃类的氧化最具代表性,烃类的氧化又可分为完全氧化和部分氧化两种。 特点: 1)反应热量大: 氧化反应是强放热反应, 氧化程度越大反应放热越多, 完全氧化时的热效应是部分氧化时的8-10倍。2)反应不可逆: 由于氧化反应的ΔGθ＜＜0, 故为热力学不可逆反应, 反应不受化学平衡限制, 理论上能够达到100%的单程转化率。但实际生产中为保证目的产物的产率而要控制转化率, 以保证较高的选择性。3)氧化途径复杂多样: 由于烃类及其衍生物和中间产物的不稳定, 催化剂和反应条件的不同, 氧化反应可经过不同的反应路径转化为不同的产物, 而且催化剂的选用是决定氧化路径的关键。4)过程易燃易爆: 烃类与氧或空气容易形成爆炸混合物, 因此氧化过程的设计和操作时要注意安全。
2.烃类选择性氧化: 就反应类型而言, 选择性氧化可分为以下三种。
①碳链不发生断裂的氧化反应。如烷烃、 烯烃、 环烷烃和烷基芳烃的饱和碳原于上的氢原子与氧进行氧化反应, 生成新的官能团, 烯烃氧化生成二烯烃、 环氧化物等。
②碳链发生断裂的氧化反应。包括产物碳原子数比原料少的反应如异丁烷氧化生成。
乙醇的反应, 以及产物碳原子数与原料相同的开环反应如环己烷氧化生成己二醇等。
③氧化缩合反应。在反应过程中, 这类反应发生分子之间的缩合, 如丙烯氨氧化生成丙烯腈、 苯和乙烯氧化缩合生成苯乙烯等。
3.均相催化氧化的特点 ①反应物与催化剂同相, 不存在固体表面上活性中心性质及分布不均匀的问题, 作为活性中心的过渡金属活性高, 选择性好; ②反应条件不太苛刻, 反应比较平稳, 易于控制; ③反应设备简单, 容积较小, 生产能力较高; ④反应温度一般不太高, 因此反应热利用率较低⑤在腐蚀性较强的体系时要采用特殊材质; ⑥催化剂多为贵金属, 因此, 必须分离回收。
均相催化氧化反应有多种类型, 催化自氧化和络合催化氧化、 烯烃的液相环氧化反应
4.非均相催化氧化的特点
①固体催化剂的活性温度较高, 因此, 气-固相催化氧化反应一般在较高的反应温度下进行, 一般高于150℃。这有利于能量的回收和节能。 ②反应物料在反应器中流速快, 停留时间短, 单位体积反应器的生产能力高, 适于大规模连续生产。 ③由于反应过程要经历扩散、 吸附、 表面反应、 脱附和扩散等多个步骤, 因此, 反应过程的影响因素较多, 反应不但与催化剂的组成有关, 还与催化剂的结构如比表面、 孔结构等有关; 同时, 催化剂床层同传热、 传质过程复杂, 对目标产物的选择性和设备的正常运作有着不可忽略的影响。④反应物料与空气或氧的混合物存在爆炸极限问题, 因此, 在工艺条件的选择和控制方面, 以及在生产操作上必须特别关注生产安全。实践中已有许多措施能保证氧化过程安全地进行。
5. 非均相催化氧化分为烷烃的催化氧化反应、 烯烃的直接环氧化、 烯丙基催化氧化反应、 芳烃催化氧化反应、 醇的催化氧化反应、 烯烃乙酰基氧化反应、 氯氧化反应
机理: 氧化还原离乱、 化学吸附氧化机理、 混合反应机理
6.丙烯胺氧化是指用空气或氧气对烃类及氨进行共氧化生成腈或有机氮化物的过程。
C3H6+NH3+3/2O2àCH2=CH-CN(g)+3H2O(g)
7.爆炸极限: 选择性氧化过程中, 烃类及其衍生物的气体或蒸气与空气或氧气形成混合物, 在一定的浓度范围内, 由于引火源如明火、 高温或静电火花等因隶的作用, 该混合物会自动迅速发生支链型连锁反应, 导致极短时间内体系温度和压力急剧上升, 火焰迅速传播, 最终发生爆炸。该浓度范围称为爆炸极限, 简称爆炸限, 一般以体积分数表示, 其最低浓度为爆炸下限, 最高浓度为爆炸上限
8.致稳气的作用是什么? 答: 减少混合气的爆炸极限, 增加体系的安全性, 具有较高的比热荣, 有效的移除部分反应热, 增加体系的稳定性。

5.掌握乙烯环氧化制环氧乙烷的原理、 催化体系和反应主流程。
答: 原理: 原子态吸附氧是乙烯银催化氧化的关键氧种。原子态吸附氧与底层氧共同作用生成环氧乙烷或二氧化碳, 分子氧的作用是间接的。
另一种机理: 乙烯与被吸附的氧原子之间的距离不同, 反应生成的产物也不同 。被吸附氧原子距离较远时发生亲电性弱吸附, 生成环氧乙烷; 距离较近时为亲核性强吸附, 生成二氧化碳和水。
催化体系: 乙烯直接氧化法生产环氧乙烷的工业催化剂为银催化剂, 它由活性成分银、 载体和助催化剂组成。载体功能是提高活性组分银的分散度, 防止银的微小晶粒在高温下烧结, 工业选用比表面积小, 无孔隙或粗孔隙型惰性物质。比表面积和形状对催化剂性能有影响。助催化剂的作用是提高反应速率和选择性, 降低反应温度。活性成分银的含量对催化剂的活性和选择性有关。催化剂的制备有两种方法, 早期采用粘接法或称涂覆法, 现在采用浸渍法。粘接法用粘接剂将活性组分、 助催化剂和载体粘接在一起; 浸渍法一般采用水或有机溶剂溶解有机银作银浸渍液。
O2+4Ag( 相邻) à2O2-(吸附态)+4Ag+ O2+Agà6Ag_O2-(吸附态)
C2H4+Ag_O2-(吸附态)àC2H40+ Ag_O-(吸附态)
C2H4+6Ag_O-(吸附态)à6C2H40++2CO2+6Ag+2H2O
6Ag++6O2-(吸附态)+C2H4à2CO2+6Ag+2H2O
7C2H4+6Ag_O2-(吸附态)à6C2H40+2CO2+6Ag+2H2O
反应主流程: 包括氧化反应部分和环氧乙烷回收精制两大部分。反应部分反应器流出的环氧乙烷用冷却装置冷却后用水吸收, 尾气循环使用。回收精制部分的环氧乙烷水溶液中含有甲醛、 乙醛等杂质, 根据环氧乙烷的用途不同提浓和精制方法不同。

第八章
1.配位( 络合) 催化剂: 在催化反应中, 凡催化剂以配位化合物的形式与反应分子配位使其活化, 反应分子在配位化合物体内进行反应形成产物, 产物自配位体中解配, 最后催化剂还原, 这样的催化剂称为配位( 络合) 催化剂, 这样的催化过程被称之为配位( 络台) 催化过程。羰基合成反应是典型的配位催化反应
2.比较甲醇羰基合成醋酸低压法与高压法的工艺特点, 阐述低压法的优缺点。
答: 1) 低压法: ( 铑、 碘催化剂体系) 反应条件: 温度175～200℃, 总压3MPa、 一氧化碳分压1～1.5MPa
反应装置: 反应器, 闪蒸器, 涤气塔, 精馏系统有四个塔
反应过程: 反应产物闪蒸后进涤气塔, 而母液返回反应器, 产物经过精馏得到产品
催化剂: 昂贵和稀缺的铑及其的不稳定络合物; 其回收和再利用是重要部分。
2)高压法: 反应条件: 反应温度250℃、 总压力70MPa
反应装置: 洗涤塔, 反应器, 低压分离器, 精制系统
反应过程: 甲醇经洗涤塔后和其它原料进入反应器, 反应器顶引出的物质进低压分离器, 所得粗酸再精制得产品。
催化剂: 钴催化剂; 钴-碘催化剂; 在催化剂分离器中的残余物质中, 可循环使用。
3) 低压法的优缺点: 优点是在技术经济上有很大的优越性, 如原料路线多样, 转化率和选择性高, 过程能量效率高, 催化系统稳定, 工程和控制巧妙, 结构紧凑, 副产物少, 三废少, 清洁生产, 操作安全。
①利用煤、 天然气、 重质油等为原料, 原料路线多样化, 不受原油供应和价格波动影响。②转化率和选择性高, 过程能量效率高。③催化系统稳定, 用量少, 寿命长。
④反应系统和精制系统合为一体, 工程和控制都很巧妙, 结构紧凑。
⑤虽然醋酸和碘化物对设备腐蚀很严重, 但已找到了性能优良的耐腐蚀材料——哈氏合金C, 是一种Ni-Mo合金, 解决了设备的材料问题, ⑥用计算机控制反应系统, 使操作条件一直保持最佳状态。⑦副产物很少, 三废排放物也少, 生产环境清洁。⑧操作安全可靠。
缺点是催化剂铑的资源有限, 设备的耐腐蚀材料昂贵。
第九章
1.氯代烃生产方法
1)乙炔法 乙炔+HClà(HgCl2) 氯代乙烯+124.8kJ/mol
2)联合法和烯炔法
用乙烯和氯气为原料合成氯乙烯, 要经过两步反应。第一步是乙烯与氯气加成生成
1, 2-二氯乙烷(EDC); 第二步是EDC裂解脱氯化氢生成氯乙烯。
乙烯+Cl2à(FeCl3) ClCH2CH2Cl ClCH2CH2Clà(480~530℃) 氯代乙烯+HCl
总: 乙烯+Cl2à 氯代乙烯+HCl
联合法 乙烯+乙炔+Cl2à2份氯代乙烯
烯炔法是由石脑油得到乙烯和乙炔裂解气, 不经分离直接氯化生产氯乙烯, 是对联合法的改进。这种方法摆脱了电石原料, 省去了分离乙炔和乙烯的费用·但技术复杂·投资较大, 成本较高
3)平衡氯氧化 乙烯氧氯化生产氯乙烯包括两十化学反应, 第一个反应是乙烯在铜催化荆存在下与氯化氢进行氧氯化反应生成EDC, 第二个反应是EDC裂解脱氯化氢生成氯乙烯

2.催化剂
常见的氧氯化催化剂是金属氯化物, 其中氯化铜活性最高, 选择性最好。工业上普遍采用的载体是γ-AI2O3．因为用它作载体的CuCI2型催化剂比用SiO2、 硅藻土等载体时活性温度降低, 而且对于流化床反应器, Al2O3载体的流化性能好, 耐磨性好, 可减少催化剂粉化流失。
根据氯化铜催化剂的组成, 乙烯氧氯化催化剂分为以下三种类型: 1)单组分催化荆也称为单铜催化剂, 其活性组分为氯化铜, 载体为γ-AI2O3, 其活性与氯化铜的含量有直接关系。
CuCl2/γ-Al2O3催化剂的缺点是: 在反应条件下, 活性组分氯化铜易升华流失, 导致催化剂活性下降。反应温度愈高, 氯化铜的升华愈快, 催化剂活性下降愈迅速。
2)双组分催化剂 为了改进单组分催化剂的热稳定性和使用寿命, 在CuCl2／γAl203催化剂基础上添加第二组分。常见的为碱金属或碱土金属氧化物, 主要是氯化钾。
3)多组分催化剂 为进一步改进催化剂性能, 特别是在较低操作温度下具有高活性的催化剂, 近年来乙烯氧氯化催化剂向多组分方向发展。较有希望的是在CuCI2 /γ-AI203催化剂基础上, 同时添加碱金属氯化物和稀土金属氯化物