化工工艺学考试复习资料

-- 1 / 1 化工工艺学考试复习资料 第一章 绪论 1、化学工程学:以物理、化学、数学、工程经济学等学科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的工程规律。 2、化学工艺学:研究各种物质的化学加工过程的科学,在物理、化学基本原理指导下，研究化学加工过程的方法原理、操作条件、流程组织、设备、环境影响等。 3、具体而言,对某一化工过程进行工艺学研究,要完成：(1）根据资源、投资能力、国际关系、地域等条件选择合适原料;（2）根据所选择的原料,确定适当的生产方法，并分析工艺原理；(3)根据所选择的生产方法,确定原则流程,并确定设备、催化剂等工艺要素；(4)确定相关操作条件，组织流程，提出工艺实施方案和工程控制指标；(5)工艺评价或称工艺分析。 4、化学工业分类:基础无机化工、基础有机化工、高分子化工、生物化工、精细化工。 5、化学工业的特点:原料、工艺、产品的多样性和复杂性。 6、大宗产品即通用化学品，其特点是通过对已有工艺进行优化、开发新工艺等不断降低生产成本，同时不断推出各种高附加值的产品。 7、污染控制分以下几个层次：(1)经过治理，达标排放；（2)以某种工艺进行综合利用；(３）付出一定代价,实现闭路循环，这是更高层次的综合利用，相对而言，不太容易产生二次污染；(４)改进工艺，避免产生污染。 8、工艺过程指标 (１)传统指标 转化率、收率、选择率（反应工程已学) 单耗——生产单位量(通常为１ｔ)的产品消耗的某项原料或能源的量。 开工率——其一为设计的每年开工时间,通常为300～３30天;其二为实际开工时间占设计开工时间的比例。 产能——(１)设计产能:按照设计的开工时间、正常组织生产所能达到的生产能力；（2)实际产能：正常生产后标定出来的产能。 产量——实际生产量,小于实际产能。 (2)新指标 原子经济性（原子效率）：原子经济性的概念是１991年美国著名有机化学家Troｓt提出的,他以原子利用率衡量反应的原子经济性。 原子利用率= (预期产物的分子量/反应物质的分子量总和)×１0０％ 原子利用率越高,反应产生的废弃物越少,对环境造成的污染也越少。通常,化合、加成一类反应的原子经济性好,而复分解、取代等反应的原子经济性差。 能耗因子：表征化工生产过程的能量总量和化石能源、可再生能源的消耗,也有以能量等级评定的。 碳排量：指生产单位量产品或实现单位量产值所排放的温室气体量(折合ＣO2）。 9、实验是指人们根据一定的研究目的,借助一定的仪器、装置，在人为指定的条件下，模拟过程或现象,从而认识研究对象的过程,实验是研究方法的一种。 其主要功能如下: (1)纯化和简化研究对象;（2）定向强化;(3)模拟功能；(４)可重复性。 1０、实验方法 -- 1 / 1 基本原则：正确的工程理论指导；正确的制定实验计划、开展实验和分析结果。简单的说,包括以下要点: （1)分阶段认识开发对象的特征;(2)工艺工程结合；（3)合理简化；（4）命题转化;（5)实验设计；(6)参数估计。 11、过程分析及合成方法: (首先明确,以下方法不是选用，而是先后都要用。) (１）推论分析；(2)功能分析;(３)形态分析;(４)调优设计；(5)过程分解、数学模拟;(6)流程模拟。 12、(1）全面实验：该方法将每一个因素的不同水平组合做同样数目的实验。 (2)多次单因素实验。 １3、小试开发:小试的任务是反应器选型、工艺条件优选、放大依据确定等,通常由预实验和系统实验两个研究环节组成。 预实验:预实验的目的是比较全面的了解所开发的工艺，又可分为认识、析因、鉴别实验三个阶段。 系统实验：系统实验的目的是获取定量的放大依据。 １4、中试的必要性:(1）通过中试可以取得物料循环、杂质累计、设备腐蚀和运行稳定性等资料;（2)只有在中试装置上才能得到传递方面的数据;（3)只有通过中试,才能在较为稳定的工况下得到一定量的产品，进行应用实验和进一步开发;(4）只有通过中试，才能在较长时间连续稳定的条件下检验模型的有效性。 中试的任务：(1)检验和完善过程数学模型、校核概念设计中技术措施的可行性;(2)检验系统长期运行的可靠性、安全性，确定将来的工业生产所采取的控制方法;(3)为基础设计提供较为全面和准确的数据；(4)考察杂质对过程的影响，特别是经过物料循环累计的杂质的影响，并由此提出优化的原料预处理方案或者新增除杂手段,有时可以通过调整循环量得以解决;(5)考察设备形式和材质的适用性；(6)验证分离及后处理方案的可行性(主要是以反应为核心的技术)；（7)在较为稳定的工况下得到一定量的产品,进行应用实验和进一步开发;(8)确定“三废”治理或综合利用方案；(９)确定在中试规模下的消耗定额、技术经济指标等，作为对工业规模下的相关指标进行预测的依据;(10)提供开车、停车、自动控制等方案。 中试原则:(１）规模;(2)完备性;(３)运行周期和检测控制。 １5、勒沙特列原理对反应过程优化的指导 (1)压力及惰性组分 对于气相反应dD＋cCbB＋aA,将A、Ｂ、Ｃ、Ｄ均视为理想气体,则平

衡常数为：bBaAdDcCpPPPPK 设平衡时各组分物质的量为nＡ、nB、ｎC、nD，惰性组分为nI，系统总压为P,记c+ｄ-a-b＝Δn,有：

nIDCBAbBaAdDcCpnnnnnPnnnnKΔ 为了达到化学反应的目的——获得更多的产品,可根据反应的特点采取相应措施,以回避热力学劣势。例如，当Δｎ＞0时,降低系统总压,增加惰性组分含量可提高平衡转化率，反之亦然。 (2)温度:根据勒沙特列原理，升高温度有利于吸热反应向正方向移动,降低-- 1 / 1 温度有利于放热反应向正方向移动。 1６、平衡常数的问题 能不能的问题 一个反应的mrG<0时,热力学优势较显著; 0＜mrG<４0ｋJ时,由于平衡混合物中仍含有一定量的产物,故值得进一步研究;（这里要注意mrG-KP－平衡组成三者之间的关系,反应自发与否或者说反应方向的判据是mrG而非mrG。） mrG>4０kJ,反应的热力学劣势明显,除极少数情况外，必须设法回避热力

学障碍。 17、热力学障碍的处理 (1)反应耦合 通过拼加一个mrG＜<0的反应，使目标反应顺利进行。 (2)分步反应 当耦合后产生的副产物F与Ｃ难于分离,或者耦合反应成本很高时，就不能采用上述策略了，此时可考虑分步反应。 （３)Solｖaｙ群 比利时化学家Soｌvay兄弟开发了一个化学反应群。 18、催化剂的作用 目前的化学工业中，约有90%的工艺包含催化环节。催化剂在化学工业中的作用主要体现在: （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。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。 (3)有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术 (４）催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用 1９、催化剂基本特征 （1）催化剂是参与了反应的,但反应终了时,催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。 (２)催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(动力学效应)，但不能改变平衡(热力学效应)。其动力学效应对正、逆反应都是一致的。 (3)催化剂具有明显的选择性,特定的催化剂只能催化特定的反应。(不过，催化剂的选择性也具有一定的通性，例如，加氢催化剂通常就是脱氢催化剂。) 20、催化剂分类 (1)按催化反应体系的物相均一性:均相催化剂、非均相催化剂 (２)按反应类别：加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化 (3)按反应机理:氧化还原型催化剂、酸碱催化剂 (４)按使用条件下的物态:金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、络合物催化剂和生物催化剂 21、工业催化剂的使用 (１）使用性能指标 -- 1 / 1 ①活性:给定条件下,使原料转化为目标产物的能力。(转化率) ②选择性:给定条件下,使转化物料变成目标产物的能力。 ③寿命：给定条件下，维持足够的活性和选择性的使用时间。 （2)活化、失活、再生

第二章 化工资源及其初步加工 1、我国化学矿的资源特点和分布状况: （１)资源比较丰富,但分布不均衡; （2)高品味矿储量比较少; (3)选矿比较困难,利用比较复杂。 2、煤一般可以分为三大类：腐植煤、残植煤和腐泥煤。 ３、腐植煤类及特征： （１）泥炭 又称草炭，是棕褐色或黑褐色的不均匀物质。含水量高达ω(水）=85％－９5％,经自然风干燥后水分可降至ω(水)＝25%-35%。含碳量为ω(碳)＜５0％。 （2)褐煤 大多呈褐色或暗褐色。含碳量为ω(碳）=60%-7０％。 （３)烟煤 灰黑色至黑色，燃烧时火焰长而多烟。多数能结焦，含碳量为ω(碳)=75%-9０％。 (4)无烟煤 俗称白煤或红煤，呈灰黑色，带有金属光泽，是腐植煤类中最年老的一种煤。燃烧时无烟，火焰较短,不结焦，含碳量一般在ω(碳)=90%以上。 无烟煤不是腐植煤煤化程度最深的煤种，它还可转化为石墨。 表2-2-0２ 各种腐植煤的主要特征 特 征 泥 炭 褐 煤 烟 煤 无烟煤 颜色 棕褐色为主 褐色、黑褐色 黑色 灰黑色 光泽 无 大多数暗 有一定光泽 有金属光泽 外部条带 有原始植物残体 不明显 呈条带状 无明显条带 燃烧现象 有烟 有烟 多烟 无烟 水分 多 较多 少 较少 相对密度 -- 1.1-1．４ １.2-1.５ 1.4－1．８ 硬度 很低 低 较高 高 热值MJ/Kｇ -- 23－27 27.2-37．2 33.4-３３.５

4、煤的分子结构随煤化程度的加深而愈来愈复杂，但多以芳核结构为主，还具有烷基侧链和含氧、含氮、含硫基团，近似组成为(C１35H97O９NS)n。 5、从植物死亡到堆积转变成煤的两个阶段:泥炭化阶段和煤化阶段。 （1)泥炭中的杂质,如硫含量，与聚集地的地理位置有关，近海的由泥炭演化得到的许多煤层,硫含量都相当高,这是因为海水中的硫酸根离子，受脱硫弧菌的作用,使硫酸盐还原成为硫化氢，后者与沉积物中的铁离子作用形成水陨硫铁(FｅS·nH2O），水陨硫铁再进一步转化成黄铁矿，后者沉积在煤层中，形成煤中的无机硫。有时硫化氢与植物分解产物作用从而形成煤中的有机硫化合物。 （2)煤化阶段包括成岩作用阶段和变质作用阶段。 一般认为从泥炭转变为褐煤是成岩作用阶段,而从褐煤开始转变为更高级煤的阶段是变质作用阶段；