无机化工工艺学复习

无机化工工艺学复习1、罗列化学工业五大门类并例举典型产品？答：（1）基础无机化工：三酸两碱，合成氨，化肥（包括合氮肥、磷肥、钾肥），亦即大宗无机化工；（2）基础有机化工：生产有机小分子的工业部门，包括：乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等不饱和链烃或取代链烃，以及酯、醛、醇、酮、醚、酸等含氧衍生物以及苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等烃；（3）高分子化工：包括塑料、合成橡胶、合成纤维三个分支；（4）生物化工：泛指利用生物质为原料，或以生化反应方式生产，或产品具备特定的生化性能的工业部门，包括：医药、农药、食品、食品助剂（调味）等，可见，生物化工只是化学工业的一个小小分支，化工专业广度由此可见一斑。（5）精细化工：精细化工是一个与其他分支交叉最多，最难定义的门类，特殊用途的无机有机小分子，所有的制药、食品添加剂等均属于精细化工。日化用品：如洗发水、洗衣粉、香皂、肥皂、洗洁精、牙膏、化妆品。染料及中间体，药品及中间体，涂料（油漆和水性涂料）。颜料：钛白、铁红、铅铬黄等无机颜料，铁红、氧化铬等磁性颜料，以及大量的有机颜料。又是还包括碳酸钙、二氢磷酸钙、氧化铝、二氧化硅粉体等填料。催化剂：硫酸系列催化剂、合成氨催化剂、各种有机化工及精细化工用催化剂。3、化工工艺多样性主要体现在那些方面，举例说明化学工业原料、工艺、产品的多样化。答：可以从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品。（所举例子不限，合理即可）例如：（1）以乙烯为原料制得不同产品（同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）①乙烯高压法制低密度聚乙烯100~300MPa、200~300C，2O或过氧化物引发，管式、釜式反应器均可，单程转化率20%~30%，产品密度0.91~0.923/cmg，用于制薄膜、饮料瓶等。②乙烯流化床聚合2MPa、85~100C，铬系或钛系催化剂催化，此法可生产低密度，高密度（0.96~0.973/cmg）产品，投资低（高压法的30%）、操作费低（高压法的1/6）。③乙烯部分氧化制环氧乙烯、环氧乙烷水合乙二醇（合成无菌活性剂等）。④乙烯制苯乙烯⑤乙烯制氯乙烯32OAl氧化铜催化、200~230C、0.2~1MPa、242;;OHClHC=1.05；2.0；0.75~0.85（物质的量）流化床反应器中完成氯氧化反应（OHClHCOHClHC2242242212)。所得二氯乙烷在管式裂解炉中，于500~550C、0.6~1.5MPa下脱HCl得氯乙烯HClClHCClHC32242。（2）以钛铁矿为原料生产不同产品（从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）。①硫酸法钛白②酸溶渣制钛白③氯化渣或人造金红石→氯化钛白④氯化渣或人造金红石→海绵钛考虑到天然金红石和人造金红石及氯化渣的可替代性，钛原料→钛白粉或海绵钛体现了三种工艺多样性特征，甚至还多了不同原料可经同一工艺得到同一产品这一特点。（3）乙炔的生产方法（从不同原料经不同工艺得到同一产品）①电石法：生石灰与焦炭在2000~2200C下冶炼（电炉冶炼），得电石COCaCCCaO23,电石与水反应得乙炔，该工艺原料为生石灰、焦炭、水、产物为乙炔和基本无用的电石乳（含大量杂质的耗石灰乳）。②甲烷氧化法：天然气与氧预混和后，于1500燃烧数毫秒，出口气乙炔含量约8%，此法成本比电石法低一半多。（4）石脑油制甲醇（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）①高压工艺：30MPa以上，32OCrZnO复合氧化物为催化剂，330~400C，空速20000~4000033/mm催化剂h，所的出口气甲醇摩尔分数为0.05。②5~10MPa、约270C、CuOOCrZnO32复合氧化物为催化剂、空速1000033/mm催化剂h，出口气甲醇含量0.025，与高压法相比，产品杂质少、操作能耗低。（5）CO合成甲酸（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）①甲酸钠路线180C、2MP下，用烧碱吸收CO得甲酸钠HCOONaCONaOH，然后在40C下与硫酸发生复分解反应得甲酸HCOOHSONaSOHHCOONa224242，烧碱和硫酸经此工艺后成为基本无用的硫酸钠。②甲酸甲酯路线180C，2MPa，甲醇钠ONaCH3催化。用甲醇吸收CO得甲酸甲酯33HCOOCHCOOHCH,然后让甲酸甲酯在0.5~1.8MPa下水解得甲酸和甲醇HCOOHOHCHOHHCOOCH323，甲醇分离出来后循环使用，仅有少量工艺损耗。3、简述我国金属矿产资源特点？答：（1）大宗矿产数量相对不足，用量小的稀有、稀土金属矿产资源丰富。（2）金属矿产富矿少，贫矿多。（3）综合矿多，单一矿少。（4）大、中型矿床占有储量比例大，并有一批世界级的超大型金属矿床。6、进行新工艺开发时，对于反应AB，查得两个平衡常数文献值为100、125；对于反应CD，查得两个平衡常数文献值为1、1.05，如果对热力学数据的精度要求为1%，通过计算说明，哪个反应的平衡数据尚需进一步证实？答：对于所给反应AB，其平衡常数ABCCK，平衡转化率1KKCCCXBABe将K=100代入得，eX=99.01%，将K=125代入得，eX=99.21%。绝对偏差和相对偏差均约0.2%。对于CD，将K=1代入得，eX=50%，将K=1.05代入得eX=51.2%，绝对偏差1.2%，相对偏差约2.4%。故第二组数据需进一步核实。7、举例说明如何克服工艺中的热力学障碍？答：对于kJGmr40的反应，计算表明，平衡转化率太低，没有实用价值，可以采用以下办法克服气热力学障碍：（1）反应耦合——通过拼加一个0mrG的反应，使目标反应顺利进行。例如：以C为目标产物的目标反应——A+BC+DkJGmr40向系统中添加E，与D发生反应，生成F。E+DF0mrG总反应：A+B+EC+F0mrG工程上有很多这样的实例：a、富钛料的氯化；富钛料是2TiO含量在88%以上（一般90%~94%，金红石型）的复合氧化物，氯化的目的是获得4TiCl，进而制得海绵钛或钛白粉，目标反应：gOgTiClgClsTiO24222在温度T下KKTGmr2000400058.03.184即便将反应温度提高到2000K以上（反应器耐火材料无法在高温氯气环境下工作哦），mrG仍有较大的正值，在氯化钛白、海绵钛等工艺中，将富钛料与石油焦混和氯化，发生如下反应：gCOgTiClsCgClsTiO22242TGmr226.048同时伴随以下反应：gCOgTiClgCOgClsTiO242222TGmr125.01.389可见，拼加了2C+O2CO和2222COOCO以后，富钛料的氯化得以顺利进行。b、甲烷制乙炔目标反应：222432HHCCHmfH-74.85226.70mfS186.3200.8130.59mfG-50.84209.20molkjGmr/88.31084.5022.209TTGTr22.04.376)3.18628.20059.1303(1085.7427.2263（理论上要4211K才等于0）强放热反应，实际实施工艺时，将天然气与不足量氧预混和，于1500C反应数毫秒，出口气乙炔含量约8%。c、氧化铁的固相还原铁氧化物的固相还原是一个晶格脱氧过程，以生成金属铁的反应为例：25.0OFeFeOmolKJGKr/1991000拼加C氧化反应COOC25.0molKJGKr/6.2001000总反应COFeCFeOmolKJGKr/6.11000目前的研究热点——非高炉炼铁技术，就是依据上述原理。（2）分步反应——特点是反应分步，使每步反应都在较好的热力学态势下进行，绕过热力学障碍。例如：天然气制甲醇为例，目标反应：OHCHOHCOCH3224423mfH-74.85-393.5-248.1-239mfS186.3213.7188.72127.2mfG-50.84-394.4-228.6-166.8molKJGmr/8.3366.22824.39484.50348.166TTGTr641.01.233)72.18827.2133.18632.1274(101.24825.39385.74339.243由于热力学基本规律可知，这个反应在任何程度下都不会发生，工程上采用迂回策略，改变反应路线。第一步：32248423HCOOHCOCHmfH-74.85-393.5-248.1-110.50mfS186.3213.7188.72197.9130.6mfG-50.84-394.4-228.6-137.308.5056.22824.39484.50343.137mrGTTGTr686.015.634)3.18637.21372.18829.19746.1308(101.24825.39385.7435.11043工业反应在800C下进行，molKJGKr/93.1011073第二步：OHCHHCO322mfH-110.50-239mfS197.9130.6127.2mfG-137.30-166.85.29)3.137(8.166mrGTTGTr332.05.128)6.13029.1972.127(105.1102393工业反应在较低温度下进行（3）Solvay群——通过引入不消耗的循环物料参加子反应，回避热力学障碍。例如：Solvay制碱工艺：423去COCaOCaCO1000C（1）22OHCaOHCaO100C(2)OHNHCaClClNHOHCa23242222120C(3)342232222HCONHCOOHNH60C(4)ClNHNaHCONaClHCONH4334222260C(5)4)1(222323去去COOHCONaNaHCO200C(6)从1-6可以看出，利用3NH在体系内循环，可以实现以下反应：23232CaClCONaNaClCaCOmolKJGmr/3.408、简述催化剂的作用及基本特征。答：催化剂的作用：（1）提高反应速率和选择性可以使某些化学反应具有实用价值，实现工业化、规模化。322SOOSO无52OV催化剂时，即使加热也几乎不生成3SO。1838年，实现了工业规模合成3SO，化学工业进入第一个飞速发展时期。322NHHN若没有铁催化剂，在反应温度为400C时，其反应速度极慢，几乎不能觉接出来，而当有铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。1913年，实现了工业规模合成氨，Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药。提高速率意味着提高效率，提高选择性则可减少污染，减少分离工序的负担。（2）改进操作条件可以降低能耗，提高效率。例如高效催化剂的开发使得合成氨的操作压力从70~100MPa(高压法)向30MPa（中压法），再向10MPa（低压法）发展。（3）有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术1923年，实现了以煤为原料，通过合成气2HCO合成烃类，即所谓费托（F—T）合成，合成气在Cu系催化剂作用下制得了甲醇。（4）催化剂在能源开发和消除污染中发挥重要