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化学工业的范围、现状和发展方向?①范围按学科分:无机化工、有机化工、高分子化工、精细化工、生物化工②现状A.属多品种、多行业、服务而广和配套性强的部门，增长速度多高于国民经济增长速度。B,结构大调整，重点或开发采用新工艺和催化剂的通用高附加值产品C、产品生产能力和技术研发取得长足进步。D、我国有10余种主要化工产品的产量居世界前列。石油化工已成为国民经济的四大支柱产业之一。存在的问题和差距：规模小，成本高，大型装置和设备主要依靠进口：产品品种少，功能化和差别化率低:环境污染严重:能耗较高等③发展方向环保问题:化学与其它科学结合以合成食品:新能源:化工新材料:生物化工产品精细化:化工工作者学术水平和商业头脑的统一。(2)无机化工、精细化工、生物化工、有机仕工、煤化工和高分子化工等概念的含义无机化工:指利用无机化学反应生产化工产品的工业部门。精细化工:指生产具有特定功能、用途，而产量小、生产技术较复杂和产品质量要求甚高的一类化工产品.生物化工:利用生什厂应制取生化制品的工业部门。有机化工:常指生产有机小分子的工业部门。煤化工:煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体烘料以及化学品的过程。高分子化工:利用聚合和缩聚反应生产分子量高达几千到几百万的工业部门。(3)化学工艺学和化学工业以及化学工艺、化学工程、工业催化和应用化学等学科的关系?化学工艺学:研究由化工原料加工成化工产品的化学生产过程的一门科学，内容包括生产方法、原理、流程和设备。化学工业:借助化学反应使原料的组成或结构发生变化，从而制得化工产品.化学工程:研究化学工业及其它过程工业生产过程中的化学和物理过程及其所用设备的设计、操作和优化规律的一门工程学科。化学工艺:化工生产技术，从原料到制备化学产品的方法、过程和技术:化学工程是基础，化学工艺是应用，化学工业是结果.应用化学:根据化学的基本理论和方法，对工业生产中与化学有关的问题，进行应用基础理论和方法的研究以及实验开发研究的一门科学。工业催化:在现代的大型化工生产过程中，催化过程达到90%以上，并已渗透到精细化学品的合成、药物中间体的合成及环境保护等领域。从化工角度出发，研制、开发新型催化剂和新催化工艺，目前的重点己转向研究与能源、环境等相关的催化新材料和环境友好的催化新反应。这些学科的发展是紧密联系在一起的，相互依存相互促进。他们随着化学工业的的发展产生发展和壮大，反过来它的发展壮大，又促进化学工业的迅猛发展。(1)为什么说石油、天然气和煤是现代化学江业的重要原料资源?它们的综合利用途径有哪些?石油是工业的粮食、血液，是世界上最重要能源之一，再加上它的不可再生，决定了他天生的重要性。天然气是埋藏于地下的一种可燃性气体，被称为最清洁的能源之一，主要应用于燃料、发电及制造一些化工产品。煤炭及其加工副产品用作化工原料已有相当长的历史，并为有机化学工业的发展作出了巨大贡献。石油的综合利用途径:一次加工(常减压蒸馏)，二次加工(裂化加氢)。天然气综合利用途径:制合成气(H2+CO);氧化制乙炔热裂解制乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和乙炔:直接制造化工产品。煤综合利用途径:泥炭直接利用或不用化学处理而经过其他方法的间接利用、从泥炭中离出有价值的产品、泥炭的化学处理、泥炭的热加工:褐煤直接利用、热加工、化学加工:烟煤和无烟煤用于然料和发电。(2)试述煤化程度与煤性质及其应用的关系随煤化程度升高依次分为:泥炭、褐煤、烟煤及无烟煤。泥炭:含碳量 W<50%,棕褐色，无光泽，有未分解植物残体:主要用作姗料和农用肥料。褐煤:含碳量W=60% 70%,褐色或黑褐色，大多数暗:主要用作燃料、土壤改良剂、复合肥料. 烟煤:含碳量W=75%-90%,黑色，有一定光泽:主要用作燃料和建筑材料无烟煤:含碳量90%以上，灰黑色，有金属光泽，硬度高:主要用于合成氮肥，活性炭原料，还原剂。(4)组成煤和石油的元素、化合物各有哪些?煤和石油在组成、结构和性质上有何差别?目前合成有机化工产品原料路线多以石油和天然气为主的原因?煤组成元素:C, H, 0及少量N, P, S;分子结构:芳烃为主，有烷基侧链和含氧含氮含硫基团。石油组成元素:C, H及少量0, S, N:分子结构:是多种烃类(烷烃环烷烃、芳烃)的复杂混合物。煤与石油相比:1}H/C原子比远低于石油，含氧量远高于石油。②主题是高分子聚合物，而石油主体是小分子聚合物。③煤中矿物质较多。石油天然气开采运输和加工方便，而价廉易得。石汕和天然气是由低相对分子量有机化合物组成的混合物，可以用简单的物理和化学加工方法将它们分离或改变结构，得到大量有机化工产品。而煤是高分子质量化合物，必须经过深度加工才能打破分子链获得低分子量化合物，值得纯品困难。5为多产芳烃，在催化重整中要控制哪些工艺参数? 催化重整时主要存在六元环烷烃的脱氢、五元环烷烃异构化后再脱氢和烷烃环化后再脱氢等生成芳烃的芳构化反应，这些反应强吸热并且体积增大。①增加重整原料“烃组成”中的环烷烃含量，如选用窄馏分油；②重整前除去原料油中的砷、铝、钼、汞、硫和氮等可能使催化剂中毒的杂质；③加热并适当加压，因低压下催化剂表面容易因结焦而失活；④从采用单一的Pt/Al2O3催化剂到采用Pt-Ir-Zn/Al2O3等多组分催化剂，以延长催化剂的使用寿命，减少贵金属Pt用量，在较温和工艺条件下获得理想的芳烃产率和组成。6石油分类?①国际石油市场常用的计价标准，按比重指数°AP工，轻质原油(>34)，中质原油(34-20)，

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重质原油（20-10)，特稠油（<10）②按含硫含量③按原油化学组成④根据沸程的不同⑤美国矿务局关键馏分法7围绕原油的常减压流程图①简述流程②原油为什么要进行预处理③蒸馏后为什么还要经过减压蒸馏①原油预热至200-240℃后，入初馏塔，轻汽油和水蒸气由塔顶蒸出，冷却至常温，经分离器分离掉水和未凝气，得轻汽油。初馏塔底油料经常压加热炉2加热至360-370'C后，入常压塔3,塔顶出直馏汽油.第一、二侧线分别出直馏煤油和柴油。常压塔釜重油在减压加热炉4中加热至380-400℃，进入减压蒸馏塔5。减压操作的目的是避免重组分在高温下分解(裂解)。常压塔三、四线油和减压塔侧线油总称“常减压馏分油”，用作炼油厂催化裂化等装置的原料②原料中水分会增加燃料消耗和蒸馏塔顶冷却负荷:NaCl等无机盐受热易水解成盐酸，腐蚀设备，还会在换热器和加热炉管壁上结垢，影响传热效果:重馏分油和渣油中残有的盐会影响二次加工及产品质量。③采用减压蒸馏是为了避免在高温下重组分的分解(裂解) (7)衡量汽油的质量指标有哪些?馏分组成、辛烷值、安定性8.什么是辛烷值?提高汽油辛烷值的方法有哪些?如何测定辛烷值?辛烷值是汽油在内燃机中燃烧时衡量抗暴振性能的指标，和汽油组分有关，通常，直链烷烃的暴振大，而芳烃、环烷烃和异构烷烃等暴振小。辛烷值越高，汽油质量越好。将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准燃料汽油。然后在标准汽油机中，将待测汽油和标准汽油相比，若两者在标准汽油机中的抗暴振性能一样，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量。提高辛烷值方法:添加四乙基铅:增加芳烃、环烷烃和异构烷烃，尤其是芳烃量:添加烷基醚或烷基醇，尤其是甲基叔丁基醚。测定辛烷值方法:马达法和研究法。9什么是热裂化、催化裂化和加氢裂化?催化裂化和加氢裂化各有哪些特点?热裂化:由大分子烃受热裂解为小分子烃，同时伴有脱氢、环化、聚合和缩合等反应。催化裂化:通过加入催化剂，使裂化反应可以在较低压力下进行。加氢裂化:在临氢条件下进行催化裂化，可抑制催化裂化时发生的脱氢缩合反应，避免了焦炭的生成。催化裂化特点:烷烃链多在中间断裂，产物以C3, C4和中等大小的分子(即从汽油到柴油)居多，C1, C2产率减少:异构化,芳构化（如六充环烷烃催化脱氢生成苯)和环烷化(如烷烃生成环烷烃)加强，汽油辛烷值提高:因氢转移反应(缩合反应中产生的氢原子和稀烃结合成饱和烃的反应)致汽油产物中易聚合的二希烃类大为减少，安定性较好。仍存在聚合和缩聚等反应.催化剂表面易结焦。加氢裂化特点:生产灵活性大，原料油范围广，高硫，高氮和高芳烃等劣质重馏分均能加工，产品结构可调:产品收率高，质量好，产品中不饱和烃、重芳烃和非烃类杂质少，产品安定性好，无腐蚀:无焦炭沉积，催化剂无需再生，可使用固定床反应器:反应放热，无需加热:汽油辛烷值较催化裂化低，需再重整提高，操作费用较高，可作为催化裂化的补充.(10)什么是催化重整?其主要反应有哪些?简述催化重整催化剂的组成、作用及其发展趋势?催化重整:将轻质原料油经过催化剂的作用，使油料中心的烃类重新调整结构，生成大量芳烃的工艺过程。主要反应:六元环烷烃脱氢、五元环烷烃异构化后再脱氢、烷烃环化后再脱氢、烷烃异构化、加氢裂化。催化剂组成:≈0.5 %Pt/A1203→Pt-Re、 Pt-Sn、Pt-Ir/A1203→Pt-Ir-Zn,Pt-Pb-K/A1203和非铂重整催化剂。 作用:减少Pt用量，并延长催化剂的使用寿命，在温和条件下得到理想的芳烃产率和组成。为增强催化剂的异构化功能，需提高酸度，常添加以氟化物或氯化物（0.1-0.8%)状态存在的卤素。最简单的方法是用氯铂酸(H2PtC16)浸渍氧化铝，生成的AlC13保留在催化剂表面。发展趋势:使用寿命延长、价格低廉、工艺条件缓和、芳烃产率提高。一次加工过程:利用原油中各组分沸点的差别进行分离，包括常压蒸馏、减压蒸馏，主要得到直馏汽油。二次加工过程:将一次加工的剩余物进行催化裂化、加氢裂化、催化重整等，主要得到裂化汽油三次加工过程主要指将二次加工生产的各种气体进一步加工，以生产高辛烷值汽油组分和各种化学品，包括石油烃烷基化、烯烃叠合、石油烃异构化等。加氢精制属二次加工过程，主要于油品精制，以除掉油品中的硫、氮、氧杂原子。有时还会对部分芳烃加氢，改善油品的使用性能。原料有重整原料、汽油、煤油、各种中间馏分油、重油及渣油(12)什么是芳烃抽提?芳烃抽提：催化重整油经脱戊烷等低分子烃类后，芳烃含量约30-60%，非芳烃(主要为烷烃和环烷烃)含量约40-70%。选用三乙二醇醚或四乙二醇醚等极易溶解芳烃，而不太能溶解非芳烃的抽提剂，通过连续或间歇式多次抽提得到富含芳烃的油提相以及含少量芳烃和抽提剂的抽余相 原油的馏分在一定温度范围内蒸馏出的油品，馏分沸点升高，碳原子数和平均分子量均增加。(1)氧化反应单元的含义、特点，这些特点和工艺流程的组织有什么具体的联系?氧化反应单元工艺中如何合理利用反应热?含义:化合物中引入氧原子或除去氢原子，制取诸如硫酸、硝酸和醇等的中要方法。使用催化剂时称催化氧化。特点:1.强放热反应，应及时移走反应热。氧化反应器设计上应考虑足够的传热面积，2.反应途径多样，副产物也多，导致后续分离工序困难，工艺流程组织也较复杂。3.控制不当容易造成深度氧化，故应选择性能优良的催化剂并及时终止氧化反应合理利用反应热:1、反应温度在300℃以上者，反应热可副产中、高压水蒸气，或带动空气压缩机的透平和其他大功率泵，或用来发电。从背压抽出的0.5-1.5 MPa左右压力的水蒸气用于装置的加热，2、对低压水蒸气和80-100℃左右的

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热水等低位废热，采用沸点低于100℃工作介质带动透平的研究正进行中。2)生产硫酸的主要原料和选择原则?主要生产原料有硫磺、有色金属冶炼烟气和硫铁矿，由硫磺和硫铁矿制得硫酸分别占其总产量的65%和16%;我国制造硫酸的主要原料是硫铁矿，其次是冶炼烟气、硫磺、石膏和H2S等(3)围绕接触法制硫酸的工艺流程图:①简述流程:1.造气。在氧过剩和600℃以上时，硫铁矿(或硫磺)在沸腾炉中转化为SO2. 2,净化。炉气经冷却、除尘后用低温稀酸(30-60℃)洗涤，以除去As203、Se02、HF、矿尘、水蒸气和酸雾等，稀酸可以循环使用，多余者外送(如送磷肥厂)。3,转化。在接触室内，精制炉气在钒催化剂作用下，利用炉气中剩余氧(或补充少许空气)将S02较完全转化为S03, 4,吸收。吸收塔中用98.5%浓硫酸吸收S03制得商品级浓硫酸或发烟硫酸(w硫酸=104.5%，含游离Φ(S03)=20%)。②SO2催化氧化生成S03的机理?1,钒催化剂上的活性中心吸附氧后， 0=0键受到破坏甚至断裂，形成活泼的原子氧：催化剂+0.5O2→催化剂·S02。2、SO2吸附在钒催化剂的活性中心，S原子受活性中心的影响被极化，易和氧原子结合，在催化剂表面形成络台状态的中间物种.催化剂·0+ S02→催化剂·S02·0。3.络合状态的中间物种经内部电子重排后，生成性质相对稳定的吸附态物种 催化剂·SO2·O→催化剂·SO3。4、吸附态物种在催化剂表而解吸进入气相③SO2催化氧化生成SO3时，为什么要在不同温度条件下分段进行?低温下升温对反应速率增加的影响较升温引起平衡常数下降导致反应速率降低的影响为大，反应速率净值随温升而增加，反应速率-温度曲线向上:当温度超过最适宜反应温度后，对后者的影响超过对前者的影响，反应速率净值随温升而下降，反应速率一温度曲线向下④接触法生产硫酸时SO2转化反应的温度应如何控制?常用“二转二吸工艺”的\流程，即二次转化、二次吸收，第一次转化分三段，第二次转化分二段。先在410-430℃的较低温度下，将约70-75%的S02转化为S03:第二段在450-490℃下快速反应，S02转化率提高到85-90%;最后第三段在430℃下反应，S02转化率提高到97-98%,5)三废如何治理? 废渣：沸腾炉渣和旋风除尘器下来的粉尘含铁>45%，作炼铁原料:电除尘器和净化工序稀酸沉淀池沉淀物等固体粉尘，作水泥厂原料等。废水：主要来自净化焙烧炉气体的洗涤水，可以用稀酸洗涤。废气：烟气脱硫后由烟囱入高空，稀释后排入大气(4)表述催化剂活性的概念有哪些?转化率，体积空速或质量空速，空时，空时得率，选择性，收率，单程收率。对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标? 对于多反应体系，若只考虑转化率而不考虑选择性，反应物的转化量大，反应速度快但副产物多，影响反应物的精制，目的产物收率也不高；若只考虑选择性而不考虑转化率，则副产物的产量少易于分离，但反应物转化比较少，反应物利用不高或循环量较大，增加能耗反应速度慢，达到目的产量时间长。(5)结合乙烯环氧化制环氧乙烷反应的特点，简述:①环氧乙烷生产中车间的安全问题1、应严格控制影响热点温度高低和位置的因素，如原料气入口温度、起始浓度和壁温等2、为防止反应器因“尾烧”现象导致爆炸，催化剂要达到规定强度，保证长期运转而不易粉化:气流自上而下以减少对催化剂的冲刷和粉尘量:在气流出口处采取冷却措施，如喷入少量冷水降温。3、采用传热系数较大的加压水替代导生油和煤油等作冷却剂，避免了导生油对人体的毒害和热煤油万一泄露燃烧产生的危险性。4、为避免混合器内氧浓度局部区域过高发生着火和爆炸，设计和制造时需使含氧气体从喷嘴高速喷出5、应防止含乙烯循环气返回到含氧气体的配管中。②对氧化反应器的要求：强放热反应，故要求氧化反应器能及时移走反应热为发挥催化剂最大效能和获得高的选择性，要求反应器内温度分布均匀，避免局部过热③工艺条件，尤其是反应温度的控制：原料：空气或氧气。空速，与催化剂有关，兼顾转化率和选择性。原料维度和配比：考虑安全生产，杂质，氧气量和乙烯浓度需严格控制，原料气中杂质会使催化剂中毒，选择性下降，热效应增大。反应温度:因乙烯深度氧化活化能较生成环氧乙烷主反应高，兼顾反应速率条件下较低温度反应有利，02氧化法控制在204一 270℃。否则将因深度氧化反应过于激烈，产生飞温，导致催化剂因烧结而失活，甚至造成爆炸事故。压力:适当加压，1.0-3.0MPa,④管式反应器壳程冷却液传统采用导生油或煤油，为何现多改用沸水反应器?答:水的比热较导生油或煤油大，相同温差下可移走更多反应热，因此可增加反应管管径，相应空速降低，原料乙烯浓度提高，在环氧乙烷生产能力相同情况下，成本下降。(6)氢化和脱氢反应单元各有哪些特性?1,氢化是一个可逆、放热、体积缩小的过程，加压和低温有利操作:所需温度由催化剂活性决定，活性高者温度可较低2、采用过量氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，利于导出反应热，还可循环使用3、气相氢化常采用固定床和流化床反应器，反应热可通过器外冷却或反应器内设置冷却构件移走，液相氢化常在鼓泡床、移动床和流化床反应器中进行，反应热移走较方便，但操作压力稍高。影响氢化和脱氢反应单元的因素各有哪些?氢化:温度、压力、搅拌、催化剂浓度、空速、溶剂类型脱氢:反应温度、操作压力、水蒸气分压、空速如何抑制脱氢反应过程中的结焦副反应?法1:催化剂中加K20, K2CO3或MgO等。法2:降低原料气压力或添加水蒸气稀释反应物。(7)氢有哪些制各方法?答:1、气态烃和轻油转化制氢2、水蒸气转化法3、部分燃烧法4、水电解制氢5、副产氢的回收6、由煤制氢7、生物质产氢烃类水蒸

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