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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 應(yīng) 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(yīng) : 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 。 K2O9%～ 13% NaO1%～5%， 堿 金 屬 鹽 為 助 催 化 劑 。 SO3 10%— 20% SiO250%～ 70%， 為 載 體 。 制 成 環(huán) 形 、 球 形 、 或 粒 狀2) 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 佳 反 應(yīng) 溫 度 Tma（ 反 應(yīng) 速 率 最 大 ）反 應(yīng) 溫 度 原 則 ： 在 催 化 劑 活 性 溫 度 范 圍 內(nèi) 催 化 劑 床 層溫 度 應(yīng) 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(fèi) 用 最 少 原 則 ， 進(jìn) 入SO2轉(zhuǎn) 化 器 濃 度 存 在 最 佳 濃 度 ： 7%～ 7.5%4) 壓 力 ： P↑ → X*↑ SO2↑ ， 設(shè) 備 尺 寸 減 小 。 不 利 條 件 ：加 壓 對(duì) 設(shè) 備 要 求 提 高 ， 反 應(yīng) 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(duì) 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 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(xué) 和 動(dòng) 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 應(yīng) 是 SO2的 催 化 氧 化 是 一 個(gè) 放 熱 反 應(yīng) ， 所 以 為 了 讓 平 衡 向 正 方 向 移 動(dòng) 應(yīng) 該 降 低 溫 度 更 能 夠 提 高 轉(zhuǎn) 化 率 ；動(dòng) 力 學(xué) ： 反 應(yīng) 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(shí) ， 反應(yīng) 速 率 就 會(huì) 下 降 甚 至 停 止 反 應(yīng) 。 綜 上 所 述 ， 從 熱 力 學(xué) 和 動(dòng) 力 學(xué) 充 分 考 慮 到 產(chǎn) 率 和 速 率 的 最 優(yōu) 值 來 確 定 反 應(yīng) 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 5ч m 的 液 體 顆粒 的 氣 溶 膠 SO3（ g） +H 2O(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(shè) 備 清 除 較 大 的 粒 子 （ >2ч m） 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 （ <2ч m） 采 用 先 增 濕 后 清 除 。 即 增 大 霧粒 直 徑 ， 再 用 相 應(yīng) 的 設(shè) 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(jìn) 入 后 制 酸 系 統(tǒng) ， 則 會(huì) 堵 塞 設(shè) 備 和 管 道 ， 且 使 催 化 劑 失 活 或 中 毒凈 化 原 則 ： 1) 懸 浮 微 粒 ， 應(yīng) 先 大 后 小 ， 先 易 后 難 進(jìn) 行 分 級(jí) 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(shè) 備7、 在 制 取 硫 酸 過 程 中 ， 如 何 提 高 焙 燒 反 應(yīng) 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(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 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(duì) 氨 合 成 反 應(yīng) 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(duì) 設(shè) 備 材 質(zhì) ， 加 工 制 造 要 求 高 ， 必 須 綜 合 利 用 ， 一 般 20~30MPa2) 溫 度 ： 必 須 保 持 在 催 化 劑 反 應(yīng) 活 性 溫 度 范 圍 內(nèi) 反 應(yīng) ， 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 應(yīng) P83圖 3— 15）3) 空 間 速 度 ： v 越 大 ， 反 應(yīng) 接 觸 時(shí) 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(duì) 于 反 應(yīng) 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 SO 2氧 化 兩 個(gè) 反 應(yīng) 過 程 的 異 同 或 特 點(diǎn) 。 （ 20分 ）一 氧 化 碳 變 換 ： CO 是 氨 合 成 的 毒 物 ， 在 原 料 中 含13~30℅ ， 必 須 清 除 。 CO+H2O（ g） CO2+H2+QCO變 換 成 CO2易 于 吸 收 清 除 ， 同 時(shí) 生 成 原 料 氣 H2。特 點(diǎn) ： 都 是 氣 固 相 催 化 ， 可 逆 放 熱 反 應(yīng) ； 溫 度 、 反 應(yīng) 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(shí) 變 換 過 程 中 也 產(chǎn) 生 了 反 應(yīng) 物 H2， 而 SO2的 氧 化 是 為 了 制 得 中 間 產(chǎn) 物 SO3； 同 時(shí) ， CO 的 變換 壓 強(qiáng) 對(duì) 反 應(yīng) 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(yīng) 速 率 和 減 少 催 化 劑 用 量 ， 而 SO2的 氧 化 增 大 壓 強(qiáng)有 利 于 反 應(yīng) 平 衡 向 正 方 向 移 動(dòng) 。 前 者 需 要 過 量 的 水 蒸 氣 ， 減 少 CO， 變 換 反 應(yīng) 前 催 化 劑 要 進(jìn) 行 還 原 ， 而 SO 2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(gè) 階 段 ？ 各 個(gè) 階 段 起 什 么 作 用 ？ （ 10分 ）工 作 循 環(huán) — 間 歇 式 氣 化 時(shí) ， 開 始 進(jìn) 入 空 氣 到 下 一 次 進(jìn)放 空 氣 時(shí) 為 上 ， 稱 為 一 個(gè) 工 作 循 環(huán) 。 每 個(gè) 工 作 循 環(huán) 包 括 五 個(gè) 階 段 ： 1) 吹 風(fēng) ： 從 下 而 上 通 入 空 氣 ， 提 高 燃 料 層 溫 度 。 吹 風(fēng)氣 放 空 。2) 一 次 上 吹 制 氣 ： 從 下 而 上 通 入 水 蒸 汽 進(jìn) 行 氣 化 反 應(yīng) ，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(jìn) 行 氣 化 反應(yīng) 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(zhǔn) 備 ， 否 則 爐 底剩 余 的 煤 氣 與 下 次 吹 入 的 空 氣 相 遇 ， 會(huì) 發(fā) 生 爆 炸 。5) 空 氣 吹 凈 ： 吹 風(fēng) 氣 回 收 （ 從 下 而 上 ） ， 作 為 半 水 煤 氣的 氮 氣 的 主 要 來 源 。4. 實(shí) 現(xiàn) 氨 合 成 和 氨 分 離 ， 包 括 哪 五 個(gè) 基 本 流 程 環(huán) 節(jié) ？ 試簡 述 兩 級(jí) 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(yù) 熱 與 氨的 合 成 3.反 應(yīng) 熱 的 回 收 及 氨 的 分 離 4.未 反 應(yīng) 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(chǔ) 存 ） -（ 壓 縮 ） 氣 氨 進(jìn) 冷 凝 塔 -液 氨 儲(chǔ) 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 180~220℃ （ 2） 壓 力 ， 實(shí) 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(dòng) 力 消 耗 、 氨 損 失 及 反 應(yīng) 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 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(yīng) ， 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(gè) 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 應(yīng) 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 )＋ 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(jià) 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(dòng) 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 加 入 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(shí) 的 溶 解度 則 比 NaCl 小 。 在 低 溫 條 件 下 ， 向 濾 液 中 加 入 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 干 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(shí) 生 產(chǎn) 出 : 純 堿 和 氯 化 銨 ， 將 氨 廠 的 廢 氣 CO2轉(zhuǎn) 變 為 堿 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(jià) 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(xué) 反 應(yīng) 式 。 （ 20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 。 （ 20分 ） NaCl(飽 和 )＋ NH3＋ H2O＋ CO2＝ NaHCO3↓＋ NH4Cl 2NaHCO3＝ Na2CO3＋ H2O＋ CO2↑ 再 加 一 個(gè) 氯 化 銨 的 分 離5、 離 子 交 換 膜 制 燒 堿 的 優(yōu) 勢(shì) 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 應(yīng) ？ 并 舉 例 寫 出 化 學(xué) 反 應(yīng) 式 。 （ 14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 。1. 分 解 反 應(yīng) ： 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(gè) 小 分 子 烯 烴 。2. 異 構(gòu) 化 反 應(yīng) ： 骨 架 異 構(gòu)雙 鍵 移 位 異 構(gòu)幾 何 異 構(gòu) 3. 氫 轉(zhuǎn) 移 反 應(yīng) ：4. 芳 構(gòu) 化 反 應(yīng)5. 疊 合 反 應(yīng) :烯 烴 與 烯 烴 結(jié) 合 成 較 大 分 子 的 烯 烴6. 烷 基 化 反 應(yīng) ：? 2. 何 為 催 化 重 整 ？ 催 化 重 整 有 哪 幾 類 反 應(yīng) ？ 并 舉 例 寫 出 化 學(xué) 反 應(yīng) 式 。 （ 14分 ）323223 3222223 CHCHCHCHCHCHCH CHCHCHCHCHCHCH ?????? ??????? 32233 322223 CHCHCHCHCHCHCHCH CHCHCHCHCHCHCHCH ??????? ?? ???????? 斷 裂??CH 3CH 3 CH 3 322332222 CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH ???????????H - C = C - H H - C = C - H C C C CCH 3 CH 3+CH 3-CH =CH -C H3 +CH 3-CH 2-CH 2- C H 3CH 3 C H 3 -C H = C H -C H 2 -C H 2 -C H 2 -C H 3 CH 3 + 6 H 32232323 CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH ??????????? CH- CH 2 - CH 3CH 3CH 3CH 3 + C H 2 = C H - C H 2 -C H 3 在 一 定 溫 度 、 壓 力 下 ， 汽 油 中 的 直 鏈 烴 在 催 化 劑 表 面 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 。（ 1） 芳 構(gòu) 化 反 應(yīng) ， 脫 氫 環(huán) 化 （ 2） 異 構(gòu) 化 反 應(yīng) （ 3） 加 氫 裂 化 反 應(yīng)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(fù) 合 塔 結(jié) 構(gòu) (與 一 般 蒸 溜 相 比 較 ， 圖 (8-3）2) 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 ℃ 。3) 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 。4) 適 當(dāng) 的 過 汽 化 率 。 適 當(dāng) 的 過 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(gè) 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(yù) 汽 化 塔 具 有 哪 些 優(yōu) 點(diǎn) ？1.新 設(shè) 計(jì) 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 辦 法 達(dá) 到 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(huì) 隨 溫 度 升 高 而 分 解 汽 化 時(shí) ， 則 需 要 設(shè) 置 初 餾 塔 ； 2） 其次 是 在 加 工 含 硫 含 鹽 均 較 高 時(shí) ， 為 減 少 塔 頂 低 溫 部 位 的 腐 蝕 ， 設(shè) 置 初 餾 塔 ； 3） 再 就 是 原 油 較 輕 時(shí) ， 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(gè) 主 要 部 分 ， 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) ：1) 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 合 乎 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 ？2) 預(yù) 脫 砷 ： 清 除 有 毒 物 重 金 屬 砷3) 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 部 分 烯 烴 飽 和 反 應(yīng) ， 提 高 汽 油 辛 烷 值 和 易于 同 芳 烴 分 離 。4) 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 ：1) 重 整 ： 得 到 重 整 芳 烴 原 料 。 見 圖 7-152) 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 。 R R R O RR R O RC 7H16 H C H3 O C H3 ′ ′ + 3H 2 （六 元 環(huán)）′ + 3H 2 （五元 環(huán)）n 2 3H 2 （烷烴） 3H 2 3H C H 3O C H 3C H 3 O C H 3C H 3 OC H 3C H 3C 7 H 1 6 C 7 H 1 6On niC 7 H 1 6 C 3 H 8 C 4 H 1 0O C HC H 3 C H 3 H O C 3 H 8n + H 2 n + i+ 2 + ? 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(shí) ， 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(duì)流 中 可 帶 走 一 部 分 的 熱 量 。鹵 系 阻 燃 劑 體 系 ， 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(shí) 質(zhì) 就 是 冷 凝 精 餾 過 程 。 分 離 原 理 ： 利 用 各 種 烴 類 相 對(duì) 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 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(jìn) 入 C2、 C3、 C4等 精 餾 塔 進(jìn) 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(yīng) 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 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 。 空氣 氧 化 的 能 力 較 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 分 離 法 、 過 濾 法 、 生 物 法 。 化 學(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 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(xué) 轉(zhuǎn) 化 和 中 和法 。 第 十 章 、 精 細(xì) 化 學(xué) 工 業(yè)1. 闡 述 表 面 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 達(dá) 到 平 衡 時(shí) ， 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(huì) 定 向 排 列 成 分 子 層 ；生 成 膠 束 。 達(dá) 到 臨 界 膠 束 濃 度 （ CMC） 時(shí) ， 會(huì) 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=20 M H/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(duì) 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(tuán) 與 被 乳 化 結(jié) 構(gòu) 相 似 時(shí) 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(qiáng) ， 若 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(shí) 要 選 用 部 分 HLB值 小 的 乳 化 劑 進(jìn) 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(yīng) （ 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 R— OSO 3Na， 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(dòng) 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(dá) 到 洗 滌 去 污 效 果 ， 請(qǐng) 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(yīng) 。 陰 離 子 ， 非 離 子 ， 陽 離子 ： 4． 美 白 化 妝 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(duì) 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)將 FGM用 作 涂 層 和 界 面 層 可 以 減 小 殘 余 應(yīng) 力 和 熱 應(yīng) 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(diǎn) 以 及 應(yīng) 力 自 由 端 點(diǎn) 的 應(yīng) 力 奇 異 性 ;4)用 FGM代 替 傳 統(tǒng) 的 均 勻 材 料 涂 層 ,既 可 以 增 強(qiáng) 連 接 強(qiáng) 度 也 可 以 減 小 裂 紋 驅(qū) 動(dòng) 力 。 ? 六 、 納 米 材 料 的 四 種 效 應(yīng) 是 什 么 ？ 試 解 釋 其 中 兩 種 效 應(yīng) 最 基 本 的 特 性 。 （ 10分 ）一 、 小 尺 寸 效 應(yīng) ； 二 、 表 面 效 應(yīng) ； 三 、 量 子 尺 寸 效 應(yīng) ； 四 、 宏 觀 量 子 隧 道 效 應(yīng)量 子 尺 寸 效 應(yīng) --是 指 當(dāng) 粒 子 尺 寸 下 降 到 某 一 數(shù) 值 時(shí) ， 費(fèi) 米 能 級(jí) 附 近 的 電 子 能 級(jí) 由 準(zhǔn) 連 續(xù) 變 為 離 散 能 級(jí) 或 者 能 隙 變 寬的 現(xiàn) 象 。 當(dāng) 能 級(jí) 的 變 化 程 度 大 于 熱 能 、 光 能 、 電 磁 能 的 變 化 時(shí) ， 導(dǎo) 致 了 納 米 微 粒 磁 、 光 、 聲 、 熱 、 電 及 超 導(dǎo) 特 性與 常 規(guī) 材 料 有 顯 著 的 不 同 。表 面 效 應(yīng) ： 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(dāng) 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(huì) 顯 著 增 大 ， 說 明 表 面 原 子 所 占 的 百 分 數(shù) 將 會(huì) 顯 著 地 增 加 。 對(duì) 直 徑 大 于 0.1微 米 的 顆粒 表 面 效 應(yīng) 可 忽 略 不 計(jì) ， 當(dāng) 尺 寸 小 于 0.1微 米 時(shí) ， 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(dá)100平 方 米 ， 這 時(shí) 的 表 面 效 應(yīng) 將 不 容 忽 略 。 4、 何 為 納 米 材 料 的 表 面 效 應(yīng) ？ 在 化 學(xué) 工 業(yè) 領(lǐng) 域 ， 試 舉 例 說 明 如 何 利 用 材 料的 表 面 效 應(yīng) (15分 )？ 表 面 效 應(yīng) ： 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(dāng) 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(huì) 迅 速 氧 化 而 燃 燒 。 如 要 防 止 自 燃 ， 可 采 用 表 面 包 覆 或 有 意 識(shí) 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(diǎn) 材 料 。