-
绪论
1
、
简述化学工程学和化学工艺学的研究范畴。
解：
化学工程学：
< br>以物理学、
化学和数学为基础的一门工程学科，
研究化学
工业中具有共同
特点的物理和化学变化过程及其有关的机理和设备。
化学工艺学：
是研究各种物质化的化学加工过程的科学，
在物理化学基本原理的指导下，
研究化学加工过程的方法原理，
操作条件、
流程组织、
环境影响等，<
/p>
化学工业各部门及各部
门的分支都有相对独立的工艺学。
2
、罗列化学工业的五大门类并列举典型产品
。
基础无机化工：三酸两碱、合成氨、化肥。
基础有机化工：低级烯烃、醇、脂、芳香烃等。
高分子化工：合成橡胶、塑料、化学纤维和歌给高分子树脂等；
生物化工：医用和农用抗生素、有机溶剂、调味剂、食品添加剂等。
精细化工：医药、农药、染料、表面活性剂、添加剂等。
2
、
举例说明化学工业原料、工艺、产品的多样性。
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的产
< br>品；同一原料可以经不同工艺得到同一产品。例举如下：
（
1
）以乙烯为原料制不同产品
(<
/p>
同一原料可以经不同工艺加工成不同的产品
)
a
．
乙烯高压法制低密度乙烯；
b
．
乙烯流化床聚合；
c
．
乙烯部分氧化制环乙烷；
d
．
乙烯制氯乙烯；
（
< br>2
）乙炔的生产方法（可以从不同原料经不同工艺得到同一产品）
a
．电石法；
b.
甲烷氧化法
（
3
）石脑油制甲醇（同一原料可以经不同工艺得到同一产品）
a.
高压工艺；
b
．甲酸甲酯路线。
4
、简述化工污染的层次并举例说明。
a
、经治理后达标排放。
（工艺尾气，提钒废水，钛白废水废酸等）<
/p>
b
、以某种工艺综合利用。
（高炉渣一类工业
固体废弃物）
c
、付出代价实现闭路循环。
（如洗煤水的循环，铸造水循环，焦化水循环等）
d
、改进工艺，避免污染。
（钒钛磁铁矿的新流程）
< br>
5
、简述我国工业现状。
（
1
）门类齐全，部分产品能居世界前列；
（
2
）市场规模大，部分产品仍依耐进口；
（
3
）引进
及自主创新促进技术进步。
6
、简述
21
世纪化学工业的发展趋势及我国化工业的发展要点。
（
1
）密集的研发投入和产业化投入；
（
2
）环保要求高；<
/p>
（
3
）与材料
生物等行业齐头并进
我国化学工业发展的重点：
(1)
化肥——发展高浓度化肥，包
括
DAP
,NPK
复合肥等
-
第
1
页
共
14
页
(2)
合成材料——提高高性能树脂的比例；
(3)
有机原料——淘汰陈旧落后的老工艺；
(4)
精细化工——加快精细化工的发展，提高化工的精细化率；
(5)
乙烯——国家将以乙烯为代表
的石油化工定位为国民经济基础产业之一而大力发
展。
二、资源概况
1
、化学工业原料的来源范围，矿产资源主要包括什么？
答
：化工原料包括无机非金属矿、金属矿、煤、石油，天然气、生物原料、空气、水、海
洋
资源。
除了生物原料、空气和水，其余均属矿产资源。
化学矿有哪些类型，列举并简述
5
种化学矿的资源、
理由情况。
答：化学矿的类型：中国化学矿资源丰富
.
建国以来
,
通过大量
地质勘探
,
已探明储量的有
20
多个矿种
,
即
:
硫铁矿
,
自然硫
,
硫化氢气藏
,
磷矿
,
钾盐
,
钾长石
< br>,
明矾石
,
蛇纹石
,
化工用石灰岩
,
硼
矿
,
芒硝
,
天然碱
,
石膏
,
钠硝石
,
镁盐
,
沸石岩
,
重晶石
,
碘
,
溴
,
砷
,
硅藻土
,
天青石等
.
a
、硫矿
:
b
、
硼矿
c
、
磷
矿
d
、
石墨
e
、萤石
f
、
硅藻土
3
、
我国金属矿资源特点？
答：
（
1
）大宗矿产数量相对不足，用量小的稀有稀
土金属矿资源丰富；
（
2
）金属
矿产富矿少，贫矿多；
（
3
）综合矿多，单一矿少；
（
< br>4
）大、中型的矿床占有储量比例大，并又一批世界级的超大型金属矿床。
4
、简述煤的分类及特征。
答：腐植煤：由高等植物形成的煤称为腐植煤。
残植煤：由高等植物中稳定的组分（角质，树皮，孢子，树脂等）富集而形成的煤称为
残植煤。
腐泥煤：主要由湖沼、泻湖中的藻类等浮游
生物在还原环境下经腐败分解而形成。
根据煤腐化程度的不同，对腐植煤进行二次分类：
泥炭
褐煤
腐植煤
烟煤
无烟煤
5
、
简述石油的组成和分类。
答：通常石
油是暗黄到黑色的液体，相对密度
0.75
——
1
，热值
43.5
——
46kj/kg
的多种
烷烃、环烷烃的混合物
，含
c85%
——
87%
，
H14%
，硫氧氮合计
1
%
工业分类：按化学成分分为石蜡，石蜡与环烷烃中间体，环烷类与环烷中间类；
按国际石油市场计价分类：
API
指数越小越粘稠，
S
含量以
< br>0.5%
、
2%
为限分为低硫含
硫
高硫三个品级，交易时也要按实际
S
含量
-
第
2
页
共
14
页
三，工艺开发知识
：
1
、
列举描述工艺工程的指标，并简述其含义。
答：传统指标：
a
、
转化率：反应转化部分的量占反应物得百分比；
b
、
选择率
：转化为目的产物的反应物的量占总反应物转化的量得比值；
c
、
收率：得到的产物的量与投入反应系统的原料量得比值；
d
、
单耗：生产每份产品所需的反应原料分数；
e
、
开工率：实际开工时间占设计开工时间比；
f
、
产能：按设计的开工时间正常组织生产达到的产量；
g
、
产量：实际生产量
新指标：
a
、
原子经
济性（原子效率）
：预期产物分子量；
b
、
能耗因
子：表征化工生产过程中共的能量总量和化石能源可再生能源的消耗
c
、
碳排量
：生产单位产品或实现单位产值所排放的温室效应气体量。
2
.
工艺过程是怎样开发的？简述你对各环节的认识。
答：化学实验——过程研究——工程设——施工——安装——
调试
过程研究：小试验——大型冷漠实验——中间试验
概念设计——各级经济评价——基础设计
工程设计：根据化学实验和过程研究对开发过程的设备、原料及反应的条件的设计。
施工：根据设计的工程相应施工。
安装：对施工的效果相应的安装各种设备及仪器。
调试：调试各种设备以及保证能正常运用，工艺工程能顺利进行。
3
举例说明单元工艺开发三要素。
a
、
工艺目的分析（进口料——加工——出口料）
b
、
辅剂的选择（如催化剂的选择）
c
、
设备选型和参数的选择（如换热器的选择）
4
、
通过计
算说明操作压力及惰性组分对不同化学计量数的气相反应的影响。
答：对于气相反应：
aA + bB
——
cC +
dD
；将
A
BCD
均视为理想气体，
则平衡常数
KP=
设平衡时各组分的量为
n
a
、
n
b
n
c
n
d
,
<
/p>
惰性组分为
ni,
系统总压为
P
，记
c+d-a-b=
Δ
n,
有：
KP=n
c
c.n
D
d/n
A
a.n
B
b(P/n
A
+n
B
+n
c
+n
d
)
Δ
n
为了达到反应的目的，
得到更多的产品，
可以更具反应的特点采取相应的措施
以回避热
力学劣势，
例如当
Δ
n
>0
时，
降低系统的总压，
增
加惰性组分含量可提
高平衡转化率，反之亦然；
5
、
如何通
过控制温度压力惰性组分原料配比，使得目标反应具有更大的热力学优势？
答：
（
1
）温度：放热反
应在低温度下进行，吸热反应在高温下进行。
（
2
）加压和惰性组分：对于产物计量数大于反应物的多相反应及分子数增大的
气
相反应，采用较低压力或加入易于分离的气相惰性组分：对于产物气体计量书小于反应
物得多相反应及分子数减少的气相反应，采取较高压力，减少体系惰性组分。
-
第
3
页
共
14
页
（
3
）进料组分：
6
对于新工艺开发时，对于
A
——
B
，查得两个平衡常数文献值为
100
,125
：对于
C
——
D
，
查的两个平衡常数文献值为
1,1.05
，如果对热力学数据要求为
1%
，通过计算说明，哪个反
应的平衡数据尚需进一步证实？
答：对于反应
A
——
B
，
K=[B]/[A];
当
K=100
时；
X1=[B]/[A
]+[B]=99.01%
同理：当
K=125
时；
X2=99.2%
；
相对偏差为：
（
99.2-99.1<
/p>
）
/
99.1=0.2%<1%
C
——
D;
当
[D]/[C]=1
时；
[D]/[C]+[
D]=50%
[C]/[C]+[D]=51.22%
所以
相对偏差为
2.44%>1%
；
所以
C
——
D
需要进一步证实。
7
举例说明怎样克服工艺中的热力学障碍。
答：
?
r
G
m
>40kj/mol
的反应，计算表明平衡转化率太
低，没有使用价值，可以采用以下
的办法克服热力学障碍。
<
/p>
（
1
）
、反应耦
合，及向反应中拼加一个
?
r
G
m
<0
的反应，是
原来的反应的热力学障碍降
低，如富钛料氯化；
原反应
:
TiO
2
?
2
Cl
2
?
TiCl
4
?
O
2
;
184
.3-0.058T(
当
T>200
时
，
?
r
G
m<
/p>
>0);
拼加一个反应：
TiO
2
?
2
Cl
2
?
2
C
?
TiCl
4
?
2
CO
;
?
r
G
m
=-40-0.226T;
总反应：<
/p>
TiO
2
?
2<
/p>
Cl
2
?
2
CO
?
TiCl
4
?
2
CO
2<
/p>
;
?
r
G
m
=-389
.7-0.125T<0
，具有热力学
优势；
< br>
（
2
）分步反应：对于反应物
复杂且难以分离，则次用这种方法来克服热力学障碍；
如：天然气制甲醇：
原反应：
3
CH
4
?
CO
2
?
2
H
2
O
?
4
CH
3
O
< br>H
;
?
r
G
m
=233.1+0.641T;(
不能反应
)
< br>；
将以上反应分步为：
3
CH
4
?
CO
2
?
2
H
2
O
?
4
CO
?
8
H
2
;
?
< br>r
G
m
=634.15-0.6
86T
；
CO
?
2<
/p>
H
2
?
CH
3
O
H
;
?
r
G
m
=-128.5+0.332T; <
/p>
(3)
索尔维群：通过引入不消耗的循环物料参加反应，回避热力
学障碍。
如
:
CaCO
3
?
2
< br>NaCl
?
CaCl
2
?
Na
2
CO
3
;
?
r
G
m
=40.2KJ/mol;
1000
C
?
0
?
?
< br>?
?
?
?
?
?
?
分步：
（
1
）
、
C
aCO
3
CaO
?
CO
2
;
0
?
Ca
(
OH
)
2
；
(2)
、
C
aO
?
H
2
O
?
?
?
?
CaCl
2
?
2<
/p>
NH
3
?
2
H
2
O
;
（
3
）
、
Ca
(
OH
)
2
?
NH
4
Cl
?
?
?
?
2
NH
4
< br>HCO
3
;
(4)
、
2
NH
3
?
2
H
2
< br>O
?
2
CO
2
?
?
?
-
第
4
页
共
14
页
6
0
C
0
100
C
120
C
0
(5)
NH
4
H
CO
3
?
NaCl
?
NaH
CO
3
?
NH
4
Cl
；
a
H
< br>C
O
（
6
）
、
2
N
3
?
N
?
?
aC
O
?
HO
?
C
O
2
3
2
?
2
；
8
、简述催化剂的作用及基本特征。
答：作用：
a
、
提高反应的速率和选择率；
b
、
改变反应的操作条件；
c
、
促进新技术的开发；
d
、
催化剂在能源开发污染自理中发挥重要的作用；
基本特征：催化剂是参加了反应，但是催化剂本身未发生化学性质和数量的改变；
催化剂只能缩短达到化学平衡的时间，而不能改变平衡；
具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应；
反应单元部分
一，
通用反应单元
1
，
氧化反
应可以分为哪些类型，简述其热力学、动力学特性。常用的氧化剂有哪些？
举常见的以氧
化为核心反应的工艺。
答：氧化反应类型：
a
、
氧原子直接引入作用的分子类；
b
、
作用分子只脱去氢，氢被氧化脱水；
c
、
作用分子脱去并同时部分加氧；
d
、
两个作用分子同时失去氢，氢被氧化成水；
e
、
碳——碳键部分氧化，作用物分子脱氢和碳键的断裂同时发生；
f
、
碳——
碳键完全氧化（完全降解氧化）
；
g
、
间接氧化
h
、
氮——氢键氧化
i
、
硫化物脱氢或氧化；
热力学特性：绝
大部分氧化反应都有显著的热效应，深度氧化的趋势明显。
动
力学特性：大部分有机物的反应都具有机理复杂，副产物多的特点；绝大部分氧
化反应都
具有连串平行的复合反应。
常见的以氧化为核心的反应工艺：
a
、
硫酸的生产；
b
、
硝酸的生产；
c
、
乙烯制取环乙烷；
d
、
丙烯胺氧化制取丙烯晴；
e
、
钒渣制钒化合物；
f
、
绿矾制氧化铁系颜料；
2
、
简述氢
化及脱氢反应的热力学、
动力学特性、
列举常见的氢化或脱氢为
核心的工艺。
答：氢化反应：
a
、
分子数减少的反应，加压和降低温度有利于提高转化率；
-
第
5
页
共
14
页
b
、
反应本
身熵变小于
0
，常为放热反应
c
、
催化剂种类多；
d
、
反应相态复杂；
脱氢反应：
a
、
分子数减少的反应，减压和升温对脱氢有力
b
、
反应吸热越少，温度越高，对反应优势越明显；
c
、
催化剂种类多；
d
、
常为气态反应加固态催化剂的反应
e
、
产物里必须有气体
典型工艺：
a
、
合成氨；
b
、
苯加氢制环己烷；
c
、
乙苯脱氢制苯乙烯
d
、
正丁烯脱氢制丁二烯；
e
、
原油加氢脱硫；
f
、
不饱和油脂加氢饱和
3.
解释电流效率、电压效率、电能效率。为什么电解过程中电能效率始终低
于
100%
。电解
过程如何提高电能效
率？列举常见的以电解为核心的反应的工艺。
答：电流效率：
工业上常用同一电荷量所得实际产量与理论计算所得量之比表示电流效率；
?
I
来表示；
电压效率：
电解槽两极上所加的电压称为槽电压，理论分解电业对槽电压
E
槽
之比；
?
E
电能效率：为电压效率也电流效率真的乘积；
?
=
?
I
?
E
;
或写成
?
=
生产比（产品）理论电能消耗
/
生产比（产品）实际电能消耗
原因
：在实际生产过程中，由于一部分电流消耗与电极上产生的副反应和漏电现象，所
以电流
不能
100%
的利用，自然电能效率始终低于
< br>100%
。
提高电能效率：可增大电板面积与电解槽体积之比。
列举：食盐水电解制氯气和烧碱，丙烯晴电解偶联法制乙二晴；
无机化工反应单元
：
1.
写出你对焙烧。煅烧、烧结的定
义，根据添加剂和工艺目的的不同，焙烧可以分为哪些
类型。列举各种焙烧及煅烧烧结的
工艺实例。
答：焙烧：矿石精矿在低于熔点的高温下，与空气
氯气氢气等气体或添加剂起反应，改
变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。
煅烧：不需要添加剂的焙烧。将固体物料在低于熔点的温度下加热分解
，出去二氧化碳
水分三氧化硫等挥发性物质的过程。
烧结：烧结是固相化学矿物配加其他氧化还原剂并添加助溶剂，在高于炉料熔点下发生
化学反应的过程。
焙烧分类：
a
、
氧化焙
烧；
（在硫酸生产中的二硫化铁的焙烧）
；
b
、
硫酸化焙烧；
（湿法处理锌的硫化矿及其精矿）
-
第
6
页
共
14
页
c
、
挥发焙
烧：
（火法炼锑中将锑矿石在空气中加热，氧化为易挥发的
Sb
2
O
3
）
d
、
氯化焙烧；
（菱镁矿与金红石的氯化，生产镁和钛）
e
、
还原焙烧；
（贫氧化镍矿的还原）
f
、
氯化钠
化的焙烧；
（湿法提过程中，加钠化剂）
工艺实例：煅烧：石灰石煅烧；重碱煅烧；
烧结：热法磷肥中的烧结脱氧磷肥，烧结钙钠磷肥
2.
什么叫浸取？浸取有哪些类型，如何选择浸取剂？罗列工艺实例。
答：浸取：是应用溶剂将固体原料中可溶组分提取出来的操作单元
。
类型：酸浸取（酸解）
。碱浸取（
碱解）
、水浸取
、盐浸取。
浸取剂的选择：
（
< br>1
）
、浸取剂对溶质的浸取应具有选择性，以减少浸取液
精制的费用；
（
2
< br>）
、对溶质的饱和溶解度大，可得到高浓度的浸取液，再生时消耗的能量小；
（
3
）
、要考虑浸取剂的物性；
（
< br>4
）浸取剂的价格、毒性、燃烧性、爆炸性、腐蚀性等性质。
工艺实例：酸解硼矿化工加工
碱解泡化碱（硅酸钠）生产
盐浸取硫化矿和氧化矿浸取
3.
工业结晶工程中如何控制条件获得不同粒度的晶体？
4
、硫酸分解磷矿生产磷酸的化学反应？产物中三种可能的硫酸钙晶体型是什么？
Ca
5
F
(
PO
4
)
< br>?
5
H
2
SO
4
?
nH
2
O
?
3
H
3
PO
4
?<
/p>
H
F
?
5
CaSO
4
?
nH<
/p>
2
O
Ca
5
F
(
PO
4
)
3
?
7
H
3
PO
4
?
5
Ca
(
H
2
PO
< br>4
)
?
H
F
;
5
Ca
(
H
2
PO
4
)
2
?
H<
/p>
2
SO
4
?
nH
2
O
?
2
H
3
PO
4
?
CaSO
4
?
nH
2
O
；
三类晶体：
CaS
O
4
?
2
H<
/p>
2
O
（二水石膏）
；
单斜晶系
?
?
CaS
O
4
?
0.5
H
2
O
（
?<
/p>
半水石膏）
；六方晶系；
CaSO
4
?
（硬膏∏）<
/p>
；斜方晶系
6
、
硫酸分解磷矿生产磷酸生产工艺主要由那几部分组成？
a
、
磷矿的磨碎
b
、
磷矿的浸取
c
、
料浆的冷却
d
、
料浆的过滤
e
、
回磷酸系统
f
、
湿法磷酸的浓缩
g
、
含氟气体的吸收
-
第
7
页
共
14
页