1、作 业一、简答题1.无机化工包括哪些类产品？答：1）三酸：硫酸 H2SO4、盐酸 HCl、硝酸 HNO3，两碱：烧碱 NaOH，纯碱Na2CO3；2）无机非金属材料：先进陶瓷，人造金刚石，碳材料，光纤材料等；3）化肥：氮肥（尿素、硝酸铵、氯化铵、硫酸铵） ，磷肥（过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥） ，钾肥（氯化钾、硫酸钾、草木灰） ，复合肥（偏磷酸钾、磷酸铵） ；4）无机盐产品：电池原料（锌锰电池、锂离子二次电池） ，水处理剂（杀菌剂，絮凝剂） ；5）气体：氯气 Cl2、氨气 NH3、SO 2 等。2.无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？答：1）先进陶瓷（精细陶瓷或特种陶瓷）：可作汽车部件，
2、电视机等；2）高温结构陶瓷：氮化硅（Si 3N4）陶瓷，可制作轴承、发动机；碳化硅（SiC）陶瓷，可涡轮叶片；3）功能陶瓷：可作半导体材料。3.烧碱是用什么方法生产的？烧碱的制备方法有两种：苛化法和电解法。现代工业主要通过电解饱和NaCl 溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法和离子膜法。目前国内的烧碱生产主要采用的是离子膜电解法生产烧碱，根据生产工艺中的耗能情况，将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产和废气吸收工序等七个流程。下图是电解法生产烧碱的工艺流程图。1-整流 2-盐水精制3-电解4-氯氢处理5-液碱蒸发6-固碱生产图 1 电解法生产烧碱的工艺流程4
3、.三酸两碱都包括哪些酸和哪些碱？答：三酸：硫酸 H2SO4、盐酸 HCl、硝酸 HNO3；两碱：烧碱 NaOH，纯碱 Na2CO3。5.最重要的氮肥是什么？其含氮量大概是多少？答：尿素 CO(NH2)2，其含氮量为 46.7%。二、论述题1.简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。在硫酸生产历史上，出现过三种方法，即塔式法、铅室法和接触法。塔式法和铅室法是古老的生产方法，现在基本都用接触法生产硫酸。接触法生产硫酸工艺主要工序包括硫铁矿的焙烧、炉气精制、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收。1）焙烧硫铁矿石制备 SO2：4FeS 211O 22Fe 2O38SO 2(硫铁矿焙烧)
4、目的是在氧气过剩，焙烧温度 600以上的条件下，使矿物中的硫全部转化为SO2。2）炉气精制目的是除去各种杂质，如三氧化二砷、二氧化硒、氟化氢、矿尘、水蒸气和酸雾等。3）SO 2 的转化：2SO 2+O2=2SO3目的是借助钒催化剂，利用炉气中剩余的氧气（或补充少许空气）将 SO2 转化SO3。通常 SO2 的转化率可达 99%以上。该工序是整个工艺中最为关键的，因为该工序必须使用催化剂，而催化剂的性能及消耗又直接影响到 SO2 的利用率和生产成本。4）SO 3 的吸收：SO 3+H2O=H2SO4目的是制备所需硫酸，吸收时一般用硫酸（浓度为 98.5%）吸收 SO3 制得商品级浓硫酸或发烟硫酸
5、。因为用浓硫酸吸收比用水吸收 SO3 更容易，而且不会产生酸雾。2.简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。答：煤气化法是我国合成氨的主要制气方法，也是未来更替天然气和石油资源所必将采用的制气方法。即利用无烟煤、蒸汽和空气在碳发生炉内生产合成氨所需要的气体，俗称半水煤气。在已制得的半水煤气中，除了含有按合成工艺所需要的氮气和氢气外，还含有许多杂质和有害气体。由于这些杂质和有害气体很容易使合成触媒中毒而降低触媒效能。为保护触媒，延长其使用寿命，保证合成氨生产的正常进行，半水煤气中的杂质和有害气体必须在合成之前及时清除。合成氨的过程一般可分为六个步骤：1）造气：目的是制备出含
6、有氮一定比例的原料气。合成氨的原料氢氮可以用下列两种方法取得：以焦碳与空气、水蒸气作用；将空气分离制取氮，由焦炉气分离制氢，采用煤焦固定床间歇式汽化法。反应方程如下：C+H 2O=CO+H2 (1)CO+O2=CO2 (2) 2）脱硫：目的是保护催化剂的活性，减少铜耗。无论以固体煤作原料还是以天然气、石油为原料制备氢氮原料气都含有一定成分的硫元素，无机硫主要含有硫化氢；有机硫主要含有二硫化碳、 硫化氧碳等。硫化氢能够进入变换及合成系统能使铁催化剂中毒，进入铜洗系统使铜液的低价铜生成硫化亚铜沉淀，使操作恶化，铜耗增加。所以半水煤气总的无机碳化物和有机硫化物必须在进入变换、合成系统前除去。以煤为原
7、料采用间歇式造气炉制半水煤气时，通常先将煤气进行湿法氧化法脱硫，使硫化氢含量降低至 3050mg/m 3 以下，然后经中温变换，使有机硫转化为硫化氢。然后，在脱除二氧化碳过程中和铜氨液洗涤过程中进行更精细的除净。3）变换：目的是将 CO，O 2，甲烷等杂质气体转化为 CO2，以便去除。变化方法：CO(g)+ H 2O(g)=CO2+ H2 (g)4）脱碳：目的是去除气体中大量的 CO2 和少量的 CO。经变换二次脱硫后气体中含有大量 CO2，还有少量的 CO 等其它有害气体，它们会使氨的合成催化剂中毒，必须除去。工业上脱碳的方法很多，通常用碳酸丙烯酯（PC）法脱 CO2。5）铜洗：目的是去除气
8、体中还含有的少量 CO、CO 2、O 2、H 2S 等有害气体，精制原料气。铜洗法的溶液醋酸铜氨溶液是又醋酸铜和氨通过化学反应后制成的一种溶液，简称铜液，其组成为 Cu(NH3)2Ac（醋酸亚铜络二氨）吸收 CO、CO 2 和 O2、H 2S。6）合成：目的制备目标产物。反应方程式：3H 2+N22NH3+Q氨的合成是高温高压（500，2050Mpa） ，以铁为催化剂的条件下而生成的。由上式可知反应产生较大的热量，我们采用后置式废热式锅炉回收，并副产蒸汽。为了保持合成塔塔壁温度不合成过高，冷态气体先从塔壁自上而下，然后经塔外预热器预热后进入合成塔出口气经废热式锅炉回收热量后，进塔外预热器预热为
9、入塔气体。3.简述烃类裂解生产乙烯的过程，裂解气的分离与净化的几个主要步骤和每个步骤的目的。答：1.烃类裂解生成乙烯的过程烃类裂解是指烃在高温下（600800 ）发生碳氢键和碳碳键的断裂，一般可分为一次反应和二次反应。一次反应，即由原料烃（特别是烷烃）经裂解生成乙烯和丙烯的反应。二次反应，即一次反应的生成物进行进一步的反应生成多种产物，甚至最后生成焦或碳。这类反应不仅消耗了原料，降低了烯烃的产率，而且反应生成的焦和碳又会堵塞设备和管道，影响裂解操作的稳定，所以这一类反应是我们不希望发生的。1）链烷烃裂解的一次反应生成乙烯链烷烃裂解的一次反应主要有：脱氢反应 这是碳氢键的断裂反应，生成碳原子数相
10、同的烯烃和氢，其通式如下：CnH2n+2 CnH2n+H2断链反应 这是碳碳键断裂反应，反应产物是碳原子数较少的烷烃和烯烃，其通式为：RCH2CH2R RCH=CH2+ RH环烷烃裂解的一次反应原料中的环烷烃可以发生断链和脱氢反应，生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等。例如环己烷裂解：2）烃类裂解二次反应生成乙烯烯烃在裂解条件下，可以分解生成较小分子的烯烃或二烯烃。例如戊烯可以按下式分解：裂解的结果，可以增加乙烯、丙烯收率。此反应在热力学上是有利的。丙烯裂解主要产物是乙烯和甲烷。2.裂解气的分离与净化1）组成：低级烃类，如 CH4、C 2H2、C 3H6、C 3H8、C 4 等，氢气，水蒸气，CO，
11、CO 2，H 2S 和少量杂质。2）分离与净化裂解气的提浓、提纯工作，是以精馏方法完成的。精馏方法要求将组分冷凝为液态。工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离和油吸收精馏分离两种。深冷分离深冷分离是在-100左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。实际上，C2H4+C4H8C2H4+C4H6+H2C4H6+C2H63/2C4H6+3/2H2C6H12 C6H6+3H2C6H12C2H4+C3H6C4H6+CH4C5H10此法为冷凝精馏过程。工业上把冷冻温
12、度高于-50称为浅度冷冻(简称浅冷)；在-50-100之间称为中度冷冻；(简称中冷)；等于或低于-100称为深度冷冻(简称深冷)。深冷分离过程主要由压缩制冷、气体净化、低温精馏分离组成。压缩制冷是根据物质的冷凝温度随压力增加而升高的规律，可对裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，即提高深冷分离的操作温度，这既有利于分离，又可节约冷冻量和低温材料。此外，对裂解气压缩冷却，还能除掉相当量的水份和重质烃，以减少后继干燥及低温分离的负担。但不能任意加压，压力增高，对设备材料强度要求增高，动力消耗增大。气体净化是使裂解气在深冷精馏前首先要脱除其中所含杂质。常用的方法：有用 NaOH 溶液吸收 H2S、C
13、O 2 等酸性气体；采用固体吸附方法脱水，常用的吸附剂有硅胶活性氧化铝，分子筛等；采用催化加氢的方法脱炔。低温精馏分离就是根据裂解气中各低碳烃相对挥发度的不同，用精馏的方法逐一进行分离，最后获得纯度符合要求的乙烯和丙烯产品。目前具有代表性三种分离流程是：顺序分离，前脱乙烷分离和前脱丙烷分离。油吸收精馏分离用吸收剂吸收除甲烷和氢气以外的其它组分，然后精馏，把各组分从吸收剂中逐一分离。该方法流程简单，动力设备少，投资少，但技术经济指标和产品纯度差。4.试论环氧乙烷生产的主要步骤及每个步骤的目的，写出主要反应方程式。环氧乙烷(EO)又名氧化乙烯，是最简单的环状醚。环氧乙烷是石油化学工业的重要产品，也
14、是一种基本有机化工原料，广泛地用于生产乙二醇、非离子表面活性剂、乙醇胺、乙醇醚溶剂、医药中间体、油田化学品、农药乳化剂等各种精细化学品。5 1 P% G, / 1 / Q# m4 I& X1 d环氧乙烷的生产主要有氯醇法和乙烯直接氧化法，其中乙烯直接氧化法又包括空气法和氧气法。由于氯醇法制备环氧乙烷存在污染严重、产品总收率较低且产品中含甲醛较高，在一定程度上限制了其用途，因此企业不常采用此种方法。目前企业生产环氧乙烷采用较广泛的方法是乙烯直接氧化法。1.反应机理乙烯直接氧化法所用的催化剂为银催化剂。乙烯在银催化剂上气相氧化发生下列反应：主反应 C2H4+1/2O2 +106.9J/mol副反应
15、 C2H4+3O22CO 2+2H2O+1323KJ/mol+5/2O22O 2+2H2O+1218KJ/molC2H4+1/2O2CH 3CHOC2H4+O22CH 2OCH 3CHO2.主要工艺流程乙烯直接氧化法生产环氧乙烷流程主要由乙烯氧化反应、循环气压缩、二氧化碳吸收、 解吸、环氧乙烷吸收解吸和再吸收、二氧化碳脱除、环氧乙烷精馏等工艺过程构成。下面是直接氧化法生产环氧乙烷工艺流程图。到混合器 循环水 工艺水 乙烯 混合氧气 不含 CO2 去 E 储存图 2 直接氧化法生产环氧乙烷工艺流程1）环氧乙烷反应系统乙烯、氧气和含二氯乙烷的氮气，在循环压缩机的出口侧，与循环气混合，混合气中乙烯和
16、氧控制一定的浓度（含乙烯 20%，含氧 7%） ，通过气气热交换器管程与反应器出口气体换热后，进入填充银催化剂的列管式固定床反应器，在银催化剂的作用下，在一定温度（235273 ）和压力（2.06MPa ）下，进行氧化反应。从反应器出来的生成气体通过反应器出口气体冷却器冷却后，再经气气热交换器壳程，被反应原料气进一步冷却到约 102后，进入环氧乙烷水洗塔，在这里与贫循环水逆流接触，吸收其中的环氧乙烷和其他一些反应产物。2）二氧化碳脱除系统来自循环气压缩机的气体和来自尾气压缩机的气体汇合后，进入接触塔，与来自再生塔的热碳酸钾溶液接触，二氧化碳经化学吸收，即与碳酸钾反应生成碳酸氢钾，使二氧化碳含量
17、下降到大约 3%，经气体冷却器冷却到 45后，再经分离缶，分离出夹带的液体后返回循环气系统。来自二氧化碳接触塔塔釜的富碳酸氢钾溶液，经过减压阀后进入再生塔，闪蒸析出部分二氧化碳，通过加热使碳酸氢钾还原成碳酸钾，放出二氧化碳气体。3）环氧乙烷解吸和再吸收系统来自环氧乙烷水洗塔塔釜的富循环水，经循环水热交换器与解吸塔釜液进行热交换，再经减压闪蒸后，进入解吸塔顶部，环氧乙烷以及其他轻组分和不凝气体被解吸。被解吸出来的环氧乙烷和水蒸气通过解吸塔顶部凝缩器，大部分水和重组分被冷凝，返回到解吸塔顶部塔盘。未冷凝的气体和来自乙二醇原料解吸塔的塔顶蒸汽混合进入再吸收塔，蒸汽中所含的环氧乙烷，在再吸收塔中被水吸
18、收。4）环氧乙烷精制系统来自乙二醇原料解吸塔的釜液，经釜液泵一部分送入热交换器，精制塔釜液与原料换热器预热到 95，进入环氧乙烷精制塔。此塔共有 95 块塔盘，从第 86 块塔盘抽出总醛含量最大为 1ppm 的高纯度的环氧乙烷产品。从第 21 块氧化 洗涤 解吸 再吸收乙二醇解吸环氧乙烷精制环氧乙烷成品塔盘上抽出大约相当于原料中 15%的环氧乙烷的侧线馏出物，以脱除乙醛和少量的水。产品馏出口以上的 9 块塔盘，用于提浓塔顶馏出物中的甲醛和二氧化碳，塔顶气体在塔顶冷凝器中冷凝，进入回流缶中，用回流泵进行塔的回流，多余部分相当于含有大量原料的 10%的环氧乙烷作为塔顶馏出物采出，用以脱除甲醛。塔顶
19、采出与来自第 21 块塔盘的含乙醛的馏出物汇合，返回的乙二醇原料解吸塔中不含环氧乙烷的塔釜液（水） ，用釜液泵经精制塔进料和釜液换热器冷却后，送到再吸收塔冷却器。5.ABS 树脂怎么生产？答：ABS 树脂的生产方法很多，目前在全世界范围内工业装置中应用较多的是乳液接枝掺合法、连续本体法等。1.乳液接枝掺合工艺：乳液接枝掺合法是在 ABS 树脂的传统方法-乳液接枝法的基础上发展起来的，根据 SAN 共聚工艺不同又可分为乳液接枝乳液 SAN 掺合、乳液接枝悬浮 SAN 掺合、乳液接枝本体 SAN 掺合三种，其中后两者在目前工业装置上应用较多。这三种乳液接枝掺合工艺都包括下面几个中间步骤：丁二烯乳胶
20、的制备、接枝聚合物的合成，SAN 共聚物的合成，掺混和后处理。1）丁二烯胶乳的合成：丁二烯胶乳的合成是 ABS 生产过程中的一个主要单元，一般采用乳液聚合工艺生产。2）接枝聚合物的合成：聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈接枝是 ABS 生产工艺中的核心单元。粒径呈双峰分布的聚丁二烯胶乳连续送入乳液接枝反应器与苯乙烯和丙烯腈单体混合物进行接枝共聚反应。3）SAN 共聚物的合成：苯乙烯与丙烯晴共聚物合成方法有三种：乳液法、悬浮法和本体法。4）掺混和后处理：最后将得到的 ABS 接枝聚合物与 SAN 共聚物以不同比例进行掺混，可以得到多种 ABS 树脂产品，掺混方法使产品具有很大的灵活性。SAN 与接枝聚合物
21、的掺混和后处理工艺有“湿工艺”和“ 干工艺”两种方法。2.连续本体工艺：近年来连续 ABS 工艺进一步完善，已逐步确立了其为主要ABS 生产工艺的地位，从环保和投资的观点看本体法是最佳期的 ABS 生产工艺，本体工艺的主要缺点是所生产的产品有局限性，如在高抗冲产品的生产上有局限性。本体工艺与乳液工艺不同，乳液工艺在水相中进行，反应体系粘度较低，传热较好，而在本体工艺生产 ABS 树脂时，为了粘度容易控制，对橡胶含量控制在 15%以内，最多不超过 20%，而且普通本体工艺生产的 ABS 树脂中橡胶粒子较大，因此表面光泽差。大部分本体工艺采用 3-5 个连续反应器串联的反应器体系，反应器可以是搅拌槽式、塔式、管式或组合式。
