化学工艺学

化学工艺学：即化学生产技术，系指将原料物质经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部的化学的和的措施。化学工艺学范畴：原料的选择和预处理；生产方法的选择和方法原理；设备的选择、结构和操作；催化剂的选择和使用；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和使用；对不同工艺路线和流程的技术经济评价。化学工程学：研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理的共同规律。现代化学工业的特点：（1）原料，生产方法和产品多样性与复杂性。(2)向大型化、综合化、精细化发展（3）多学科合作，技术密集型生产（4）重视能量合理利用，积极采取节能工艺和方法（5）资金密集，投资回收速度快，利润高（6）安全与环保问题日益突出生产磷肥的方法？（1）酸法（又称湿法）它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。硫酸与磷矿石反应生成磷酸和磷酸钙结晶，主反应为：CaF(PO4)3+5H2SO4+5nH2O→3H3PO4+5CaSO4▪nH2O+HF（2）热法：利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。石油常减压蒸馏流程有哪三类？（1）燃料型以生产汽油，煤油，柴油等为主，没有充分利用石油资源（2）燃料－润滑油型除生产重质和轻质燃料油以外，还生产各种润滑油和石蜡（3）燃料－化工型除生产汽油，煤油，柴油等燃料油外还从石脑油馏分抽或提芳烃，利用石脑油或柴油热裂解制取烯烃和芳烃等重要有机化工基本原料，炼油副产物的气体也是化工原料什么是石油的一次加工，二次加工？（1）一次加工：指常压或常减压蒸馏，利用液体混合物各组分沸点不同进行分离。（2）二次加工：对一次产物的各种馏分油进行加工，生产更多的原料油及化工产品。包括烃类热裂解、催化裂化、催化加氢裂化、催化重整。烃类热裂解：原料：乙烷、丙烷和石脑油，产品，裂解气和裂解汽油。催化裂化：原料：直馏柴油、重柴油、减压柴油、馏分油等，产品：高质量的汽油，副产柴油、液化气。催化剂：分子筛催化剂。催化加氢裂化：原料：重柴油、减压柴油和氢气。产品：柴油、煤油、汽油、气体。催化剂：非金属和贵金属氧化物。催化重整：原料：石脑油产品：高辛烷值汽油（80-180℃馏分）芳烃（60-140℃馏分）催化剂：铂催化剂石油的组成及有哪些化合物？（1）烃类化合物：1链式饱和烃:含量最多有正构烷烃和异构烷烃（前者多于后者）2环烷烃:含量仅次于链烷烃，具饱和环状结构，多为五元环和六元环的单环结构此外还有少量双环和三环结构的环烷烃。3芳香烃具有不饱和环状结构，有单环的苯系芳烃，双环的萘及其衍生物和联苯系芳烃，以及三个或三个以上苯环叠合在一起的稠环芳烃。（2）非烃化合物:1硫化物:多为有机硫及其衍生物2氯化物:多为吡啶，喹啉，氯杂蒽，吡咯，咔唑等不饱和氯杂环结构的有机物。3含氯化合物:环烷酸酚类和很少量的脂肪酸，总称为石油酸4金属有机化合物:含量甚微，主要以金属配位化合物的形式存在化工生产过程一般包括哪三大步骤？原料与处理化学反应产品的分离和精制化工生产工艺流程：将原料转变为化工产品的工艺流程；工艺流程图的作用：简明的反映出由原料到产品过程中各物料的流向及加工步骤，可以了解每个操作单元或设备的功能以及相互间的关系，能量的传递和利用情况，副产物和三废的排放及其处理方法等重要工艺和工程知识。三种方法：推论分析法功能分析法形态分析法转化率：某一反应物参加反应而转化的量占该反应物起始量的分率或百分率；X=某一反应物转化的量/该反应物起始的量。选择性：体系中转化成目的产物的某反应物的量与所有参加反应而转化的该反应物的总量之比。S=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的转化总量。收率：由产物角度来描述反应过程的效率。Y=转化为目的产物某反应物的量/该反应物起始量。三者关系Y=SX温度、浓度、压力对化学平衡和化学反应速率的影响：1、化学平衡：温度：吸热反应：温度高平衡常数大平衡产率大；放热反应反之。浓度：浓度增大有利于平衡向产物方向移动。压力：分子数增加降低压力平衡产率增加分子数减少升高压力平衡产率增大分子数不变压力对平衡产率无影响惰性气体参与有利于分子数增加的反应的产率2、反应速率：温度：温度升高，反应速率常数增大浓度：浓度增大，反应速率增大压力：加压增快反应速率，惰性气体不利于反应3、最佳反应温度：对于可逆放热反应，反应速率最大时对应的温度。催化剂的基本特征和作用1、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，但不能改变平衡。（3）催化剂有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。2、作用（1）提高反应速率和选择性（2）改进操作条件（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。物料衡算和热量衡算的作用通过物料和热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类型及台数提供定量依据；可以核查生产过程中各物料量及有关数据是否正常，有否泄露，热量回收、利用水平和热损失的大小，从而查找出生产中的薄弱环节和瓶颈部位，为改善操作和进行系统的最优化提供依据。空气、水在化工生产中的作用？（1）空气中的O2和N2是重要的化工原料；含碳物质在纯氧中燃烧（2）水作为溶剂溶解固液体、吸收气体，作为反应物水解水合；作为载体加热或冷却物料和设备；吸收反应热并汽化成高压蒸汽。什么是烃类热裂解，烃类热裂解制乙烯有哪些，烃类热裂解哪些是一次反应，哪些是二次反应，主反应是一次反应还是二次反应？烃类热裂解是将石油系列烃类燃料经高温作用，烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应生成相对分子量小的烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类；原料热裂解和裂解产物的分离；生成目的产物乙烯和丙烯的反应为一次反应；生成相对分子质量较大的液体产物以至于结焦生碳的反应为二次反应。主反应为一次反应。用来评价烃类热裂解原料的指标有哪些？这些指标的具体作用？（1）：族组成PONA:定性评价押题燃料的裂解性能；对裂解反应定量描述。（2）：氢含量：判断原料的裂解深度；评价原料裂解所得C4和C4以下烃的收率。（3）：特性因数K：反应烃的氢饱和程度。（4）：并联指数BMCI：评价重质馏分油性能。裂解气预分馏的目的和作用？裂解气净化的目的和原因？1：目的（1）：降低裂解气的温度（2）：分馏出裂解气的重组分（3）：分离回收裂解气中的稀释组分（4）：回收裂解气低能位热量2：作用（1）保证裂解气压缩机的正常运转（2）减少进入压缩机分离系统的负荷（3）减少污水排放量3;净化目的：使产品达到要求的规格，原因是杂质对液气分离有害，产品达不到标准。（1）脱酸的方法：碱洗法，以氢氧化钠为吸收剂，通过化学吸收使氢氧化钠与酸性气体发生化学反应，从而脱除酸性气体；乙醇胺法，乙醇胺为吸收剂出去CO2和H2S.（2）脱水：吸附干燥法以活性氧化铝和3A分子筛为吸收剂，吸收裂解气中的水分。（3）脱炔：溶剂吸收法，用溶剂吸收乙炔；催化加氢法，乙炔加氢变为乙烯或者乙烷。什么是裂解气的前加氢后加氢？什么是前冷和后冷？前加氢是指在氢气未分离出来前，对炔烃进行选择性加氢，以脱除炔烃；后加氢是指分离出C2和C3馏分，再分别对C2C3进行催化加氢以脱除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。前冷：塔顶馏分的冷量将裂解气预冷，分离大部分氢和部分甲烷，从而使H2/CH4比下降，提高乙烯回收率，减少了甲烷塔的进料量，节约能耗。后冷：将塔顶甲烷氢馏分冷凝而分离而获富甲烷馏分和富氢馏分。裂解气分离时能耗最大的两个塔是？脱甲烷塔和乙烯精馏塔什么是三苯三烯?三苯：苯、甲苯、二甲苯；三烯：乙烯、丙烯、丁二烯。制备各类芳烃的原料？介绍以石油为原料生产芳烃的方法？芳香烃和非芳香烃分离有哪2种方法？二者原理有什么不同？原料：煤、石油。方法：（1）催化重整（2）裂解汽油（3）轻烃芳构化和重烃轻质化分离方法：（1）溶剂萃取：利用萃取剂对芳烃和非芳烃选择性溶解分离芳烃（2）萃取蒸馏法：利用极性溶剂与烃类混合，能降低烃类蒸汽压使混合物沸点提高的原理进行分离。C8芳烃的四种异构体怎么分离，工业分离对二甲苯的三种方法及原理？邻二甲苯与间二甲苯的沸点差5.3℃采用精馏法分离，乙苯与对二甲苯的沸点差为2.2℃，用300-400块板的精馏塔分离。（1）深冷结晶分离法：根据熔点的不同进行分离（2）络合萃取分离法：利用一些化合物与二甲苯异构体形成配合物来分离（3）吸附分离法：利用固体吸附剂吸附二甲苯各异构体的能力不同进行分离有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些合成气新方法？他们与原生产方法相比有什么优点？原料：煤，天然气，重油和渣油方法：（1）以煤为原料：间歇式和连续式优点:H2和CO比小，适合有机化合物形成（2）天然气为原料：转化法和部分氧化法（水蒸气氧化法）H2/CO为3有利于来制造和合成氨气；（3）重油或渣油：部分氧化法优点热效率高H2/CO易调节，氧源廉价。以天然气为原料生产合成气的过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应条件有哪些要求？从动力学角度考虑，对反应条件有哪些要求？蒸汽转换法CH4+H2O=3H2+CO部分氧化法CH4+1/2H2O=CO+2H2天然气蒸汽转化法热力学要求：适当高温，稍低压力，高水碳比动力学要求：高温高压，适当水碳比为什么天然气-水蒸气转化需供热，供热形式是什么？一段转化炉有哪些形式？因为高温加快反应速率补偿加压对平衡的不利影响；反应是可逆吸热，高温可减少CO2的生成，，抑制CO歧化和还原C的副反应，但要适当高温，供热形式：管间换热，甲烷燃烧放热形式：顶烧炉和侧烧炉。由煤制合成气有哪些方法？这些法方法相比较有什么优点？较先进的方法是什么？（1）固定床间歇式气化制水煤气：只用空气不用纯氧，投资费用低（2）固定床连续式气化制水煤气：可连续制气，生产强度高，煤气质量稳定。（3）流化床连续式气化制水煤气：提高单炉生产能力，适应采煤技术发展，用小颗粒碎煤为原料，可用褐煤等高灰分煤。（4）气流床连续式气化制水煤气：扩散和反应速率均，生产强度大，C转化率高。为什么一氧化碳变换过程要分段进行，要用多段反应器，分段依据是什么？有哪些形式的反应器？因为反应放热要将热量排出以使温度下降，而实际中降温措施也不能符合最佳温度曲线，即采用多段冷却来降温使其最接近最佳温度曲线。依据：水煤气CO含量，转化率，催化剂活性温度范围，一般2-3段。反应器类型：（1）中间间接冷却式多段绝热反应器（2）原料气冷激式多段绝热反应器（3）水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器。一氧化碳变换催化剂有哪些类型，各适用于什么场合，使用中应注意哪些事项？（1）铁铬系变换催化剂：适用温度300-500℃（2）铜基变换催化剂：温度180-260℃，防止中毒，剧烈放热而烧坏催化剂；（3）钴钼系耐硫催化剂：160-500℃，耐硫抗毒寿命长。合成气制造过程中，为什么要有脱碳步骤，脱碳的方法有哪些？适用场合？因为合成气中生成了一定量二氧化碳含量达28％-30％，因此要脱碳（二氧化碳）以回收利用方法：化学吸收和物理吸收。近年出现了变压吸附法和膜分离法。化学吸收法即改良的热钾碱法有1)本菲尔法2）复合催化法3）空间位阻胺促进法4）氨基乙酸法。物理吸收法1）冷甲醇法2）聚乙二醇二甲醚法3）碳酸丙烯酯法。物理化学吸收法，变压吸附法。工业上气体脱硫有哪些方法，各适用于什么场合？干法：吸附法催化重整法；低含硫气体精脱硫。湿法：化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法、湿式氧化法；用于含硫高，处理量大的气体。影响氨平衡浓度的因素有哪些？（1）温度和压力（2）氢氮比（3）惰性气体惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响？惰性气体含量增加，反应速率下降，平衡氨浓度下降氨合成工艺中排放气为什么放在循环压缩前而氨冷放在循环压缩后？因为排放气中含有惰性气体，其达一定浓度会影响反应正常进行，降低合成产率和平衡氢含量，所以排放气要在循环压缩前，防止影响后续反应；氨冷在后是为对新鲜原料气和循