無機化工作業(yè)

1、作 業(yè)一、簡答題1.無機化工包括哪些類產品？答：1）三酸：硫酸H2SO4、鹽酸HCl、硝酸HNO3，兩堿：燒堿NaOH，純堿Na2CO3；2）無機非金屬材料：先進陶瓷，人造金剛石，碳材料，光纖材料等；3）化肥：氮肥（尿素、硝酸銨、氯化銨、硫酸銨），磷肥（過磷酸鈣、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥），鉀肥（氯化鉀、硫酸鉀、草木灰），復合肥（偏磷酸鉀、磷酸銨）；4）無機鹽產品：電池原料（鋅錳電池、鋰離子二次電池），水處理劑（殺菌劑，絮凝劑）；5）氣體：氯氣Cl2、氨氣NH3、SO2等。2.無機非金屬材料中的硅酸鹽材料包括哪幾種？答：1）先進陶瓷（精細陶瓷或特種陶瓷）：可作汽車部件，電視機等；2）高溫結構陶瓷：

2、氮化硅（Si3N4）陶瓷，可制作軸承、發(fā)動機；碳化硅（SiC）陶瓷，可渦輪葉片；3）功能陶瓷：可作半導體材料。3.燒堿是用什么方法生產的？燒堿的制備方法有兩種：苛化法和電解法?，F(xiàn)代工業(yè)主要通過電解飽和NaCl溶液來制備燒堿。電解法又分為水銀法、隔膜法和離子膜法。目前國內的燒堿生產主要采用的是離子膜電解法生產燒堿，根據(jù)生產工藝中的耗能情況，將燒堿制法分為整流、鹽水精制、鹽水電解、液堿蒸發(fā)、氯氫處理、固堿生產和廢氣吸收工序等七個流程。下圖是電解法生產燒堿的工藝流程圖。1-整流2-鹽水精制3-電解    4-氯氫處理  5-液堿蒸發(fā)

3、0; 6-固堿生產圖1 電解法生產燒堿的工藝流程4.三酸兩堿都包括哪些酸和哪些堿？答：三酸：硫酸H2SO4、鹽酸HCl、硝酸HNO3；兩堿：燒堿NaOH，純堿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，其含氮量為46.7%。二、論述題1. 簡述硫酸生產的主要步驟和每個步驟的目的，寫出主要反應方程式。在硫酸生產歷史上，出現(xiàn)過三種方法，即塔式法、鉛室法和接觸法。塔式法和鉛室法是古老的生產方法，現(xiàn)在基本都用接觸法生產硫酸。接觸法生產硫酸工藝主要工序包括硫鐵礦的焙燒、爐氣精制、二氧化硫的轉化和三氧化硫的吸收。1）焙燒硫鐵礦石制備SO2：4FeS211O

4、22Fe2O38SO2(硫鐵礦焙燒) 目的是在氧氣過剩，焙燒溫度600以上的條件下，使礦物中的硫全部轉化為SO2。2）爐氣精制目的是除去各種雜質，如三氧化二砷、二氧化硒、氟化氫、礦塵、水蒸氣和酸霧等。3）SO2的轉化：2SO2+O2=2SO3目的是借助釩催化劑，利用爐氣中剩余的氧氣（或補充少許空氣）將SO2轉化SO3。通常SO2的轉化率可達99%以上。該工序是整個工藝中最為關鍵的，因為該工序必須使用催化劑，而催化劑的性能及消耗又直接影響到SO2的利用率和生產成本。4）SO3的吸收：SO3+H2O=H2SO4目的是制備所需硫酸，吸收時一般用硫酸（濃度為98.5%）吸收SO3制得商品級濃硫酸或發(fā)煙

5、硫酸。因為用濃硫酸吸收比用水吸收SO3更容易，而且不會產生酸霧。2. 簡述合成氨生產的主要步驟和每個步驟的目的，寫出主要反應方程式。答：煤氣化法是我國合成氨的主要制氣方法，也是未來更替天然氣和石油資源所必將采用的制氣方法。即利用無煙煤、蒸汽和空氣在碳發(fā)生爐內生產合成氨所需要的氣體，俗稱半水煤氣。在已制得的半水煤氣中，除了含有按合成工藝所需要的氮氣和氫氣外，還含有許多雜質和有害氣體。由于這些雜質和有害氣體很容易使合成觸媒中毒而降低觸媒效能。為保護觸媒，延長其使用壽命，保證合成氨生產的正常進行，半水煤氣中的雜質和有害氣體必須在合成之前及時清除。合成氨的過程一般可分為六個步驟：1）造氣：目的是制備出

6、含有氮一定比例的原料氣。合成氨的原料氫氮可以用下列兩種方法取得：以焦碳與空氣、水蒸氣作用；將空氣分離制取氮，由焦爐氣分離制氫，采用煤焦固定床間歇式汽化法。反應方程如下：C+H2O=CO+H2 (1) CO+O2=CO2 (2) 2）脫硫：目的是保護催化劑的活性，減少銅耗。無論以固體煤作原料還是以天然氣、石油為原料制備氫氮原料氣都含有一定成分的硫元素，無機硫主要含有硫化氫；有機硫主要含有二硫化碳、 硫化氧碳等。硫化氫能夠進入變換及合成系統(tǒng)能使鐵催化劑中毒，進入銅洗系統(tǒng)使銅液的低價銅生成硫化亞銅沉淀，使操作惡化，銅耗增加。所以半水煤氣總的無機碳化物和有機硫化物必須在進入變換、合成系統(tǒng)前除去。以煤為

7、原料采用間歇式造氣爐制半水煤氣時，通常先將煤氣進行濕法氧化法脫硫，使硫化氫含量降低至3050mg/m3以下，然后經(jīng)中溫變換，使有機硫轉化為硫化氫。然后，在脫除二氧化碳過程中和銅氨液洗滌過程中進行更精細的除凈。3）變換：目的是將CO，O2，甲烷等雜質氣體轉化為CO2，以便去除。變化方法：CO(g)+ H2O(g)=CO2+ H2 (g)4）脫碳：目的是去除氣體中大量的CO2和少量的CO。經(jīng)變換二次脫硫后氣體中含有大量CO2，還有少量的CO等其它有害氣體，它們會使氨的合成催化劑中毒，必須除去。工業(yè)上脫碳的方法很多，通常用碳酸丙烯酯（PC）法脫CO2。5）銅洗：目的是去除氣體中還含有的少量CO、CO

8、2、O2、H 2S等有害氣體，精制原料氣。銅洗法的溶液醋酸銅氨溶液是又醋酸銅和氨通過化學反應后制成的一種溶液，簡稱銅液，其組成為Cu(NH3)2Ac（醋酸亞銅絡二氨）吸收CO、CO2和O2、H2S。6）合成：目的制備目標產物。反應方程式：3H2+N22NH3+Q氨的合成是高溫高壓（500，2050Mpa），以鐵為催化劑的條件下而生成的。由上式可知反應產生較大的熱量，我們采用后置式廢熱式鍋爐回收，并副產蒸汽。為了保持合成塔塔壁溫度不合成過高，冷態(tài)氣體先從塔壁自上而下，然后經(jīng)塔外預熱器預熱后進入合成塔出口氣經(jīng)廢熱式鍋爐回收熱量后，進塔外預熱器預熱為入塔氣體。3.簡述烴類裂解生產乙烯的過程，裂解氣的

9、分離與凈化的幾個主要步驟和每個步驟的目的。答：1.烴類裂解生成乙烯的過程烴類裂解是指烴在高溫下（600800）發(fā)生碳氫鍵和碳碳鍵的斷裂，一般可分為一次反應和二次反應。一次反應，即由原料烴（特別是烷烴）經(jīng)裂解生成乙烯和丙烯的反應。二次反應，即一次反應的生成物進行進一步的反應生成多種產物，甚至最后生成焦或碳。這類反應不僅消耗了原料，降低了烯烴的產率，而且反應生成的焦和碳又會堵塞設備和管道，影響裂解操作的穩(wěn)定，所以這一類反應是我們不希望發(fā)生的。1）鏈烷烴裂解的一次反應生成乙烯鏈烷烴裂解的一次反應主要有：脫氫反應 這是碳氫鍵的斷裂反應，生成碳原子數(shù)相同的烯烴和氫，其通式如下： CnH2n+2 CnH2

10、n+H2斷鏈反應 這是碳碳鍵斷裂反應，反應產物是碳原子數(shù)較少的烷烴和烯烴，其通式為： RCH2CH2R RCH=CH2+ RH環(huán)烷烴裂解的一次反應C2H4+C4H8 原料中的環(huán)烷烴可以發(fā)生斷鏈和脫氫反應，生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烴等。 例如環(huán)己烷裂解：C2H4+C4H6+H2C6H12C4H6+C2H63/2C4H6+3/2H2C6H12 C6H6+3H22）烴類裂解二次反應生成乙烯C2H4+C3H6烯烴在裂解條件下，可以分解生成較小分子的烯烴或二烯烴。例如戊烯可以按下式分解：C5H10C4H6+CH4裂解的結果，可以增加乙烯、丙烯收率。此反應在熱力學上是有利的。丙烯裂解主要產物是乙烯和甲烷

11、。2.裂解氣的分離與凈化1）組成：低級烴類，如CH4、C2H2、C3H6、C3H8、C4等，氫氣，水蒸氣，CO，CO2，H2S和少量雜質。2）分離與凈化裂解氣的提濃、提純工作，是以精餾方法完成的。精餾方法要求將組分冷凝為液態(tài)。工業(yè)生產上采用的裂解氣分離方法，主要有深冷分離和油吸收精餾分離兩種。深冷分離深冷分離是在-100左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部冷凝下來。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來，達到分離的目的。實際上，此法為冷凝精餾過程。工業(yè)上把冷凍溫度高于-50稱為淺度冷凍(簡稱淺冷)；在-50-100之間稱為

12、中度冷凍；(簡稱中冷)；等于或低于-100稱為深度冷凍(簡稱深冷)。深冷分離過程主要由壓縮制冷、氣體凈化、低溫精餾分離組成。壓縮制冷是根據(jù)物質的冷凝溫度隨壓力增加而升高的規(guī)律，可對裂解氣加壓，從而使各組分的冷凝點升高，即提高深冷分離的操作溫度，這既有利于分離，又可節(jié)約冷凍量和低溫材料。此外，對裂解氣壓縮冷卻，還能除掉相當量的水份和重質烴，以減少后繼干燥及低溫分離的負擔。但不能任意加壓，壓力增高，對設備材料強度要求增高，動力消耗增大。氣體凈化是使裂解氣在深冷精餾前首先要脫除其中所含雜質。常用的方法：有用NaOH溶液吸收H2S、CO2等酸性氣體；采用固體吸附方法脫水，常用的吸附劑有硅膠活性氧化鋁，

13、分子篩等；采用催化加氫的方法脫炔。低溫精餾分離就是根據(jù)裂解氣中各低碳烴相對揮發(fā)度的不同，用精餾的方法逐一進行分離，最后獲得純度符合要求的乙烯和丙烯產品。目前具有代表性三種分離流程是：順序分離，前脫乙烷分離和前脫丙烷分離。油吸收精餾分離用吸收劑吸收除甲烷和氫氣以外的其它組分，然后精餾，把各組分從吸收劑中逐一分離。該方法流程簡單，動力設備少，投資少，但技術經(jīng)濟指標和產品純度差。4.試論環(huán)氧乙烷生產的主要步驟及每個步驟的目的，寫出主要反應方程式。環(huán)氧乙烷(EO)又名氧化乙烯，是最簡單的環(huán)狀醚。環(huán)氧乙烷是石油化學工業(yè)的重要產品，也是一種基本有機化工原料，廣泛地用于生產乙二醇、非離子表面活性劑、乙醇胺、

14、乙醇醚溶劑、醫(yī)藥中間體、油田化學品、農藥乳化劑等各種精細化學品。5 1 P% G, / 1 / Q# m4 I& X1 d環(huán)氧乙烷的生產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氣法和氧氣法。由于氯醇法制備環(huán)氧乙烷存在污染嚴重、產品總收率較低且產品中含甲醛較高，在一定程度上限制了其用途，因此企業(yè)不常采用此種方法。目前企業(yè)生產環(huán)氧乙烷采用較廣泛的方法是乙烯直接氧化法。1.反應機理乙烯直接氧化法所用的催化劑為銀催化劑。乙烯在銀催化劑上氣相氧化發(fā)生下列反應：主反應 C2H4+1/2O2 +106.9J/mol副反應 C2H4+3O22CO2+2H2O+1323KJ/mol +5

15、/2O22O2+2H2O+1218KJ/mol C2H4+1/2O2CH3CHO C2H4+O22CH2O CH3CHO2.主要工藝流程乙烯直接氧化法生產環(huán)氧乙烷流程主要由乙烯氧化反應、循環(huán)氣壓縮、二氧化碳吸收、 解吸、環(huán)氧乙烷吸收解吸和再吸收、二氧化碳脫除、環(huán)氧乙烷精餾等工藝過程構成。下面是直接氧化法生產環(huán)氧乙烷工藝流程圖。 到混合器 循環(huán)水 工藝水 再吸收解吸洗滌氧化乙烯 混合氧氣 環(huán)氧乙烷成品乙二醇解吸環(huán)氧乙烷精制 不含CO2 去E儲存 圖2 直接氧化法生產環(huán)氧乙烷工藝流程1）環(huán)氧乙烷反應系統(tǒng)乙烯、氧氣和含二氯乙烷的氮氣，在循環(huán)壓縮機的出口側，與循環(huán)氣混合，混合氣中乙烯和氧控制一定的濃度

16、（含乙烯20%，含氧7%），通過氣氣熱交換器管程與反應器出口氣體換熱后，進入填充銀催化劑的列管式固定床反應器，在銀催化劑的作用下，在一定溫度（235273）和壓力（2.06MPa）下，進行氧化反應。從反應器出來的生成氣體通過反應器出口氣體冷卻器冷卻后，再經(jīng)氣氣熱交換器殼程，被反應原料氣進一步冷卻到約102后，進入環(huán)氧乙烷水洗塔，在這里與貧循環(huán)水逆流接觸，吸收其中的環(huán)氧乙烷和其他一些反應產物。2）二氧化碳脫除系統(tǒng)來自循環(huán)氣壓縮機的氣體和來自尾氣壓縮機的氣體匯合后，進入接觸塔，與來自再生塔的熱碳酸鉀溶液接觸，二氧化碳經(jīng)化學吸收，即與碳酸鉀反應生成碳酸氫鉀，使二氧化碳含量下降到大約3%，經(jīng)氣體冷卻器

17、冷卻到45后，再經(jīng)分離缶，分離出夾帶的液體后返回循環(huán)氣系統(tǒng)。來自二氧化碳接觸塔塔釜的富碳酸氫鉀溶液，經(jīng)過減壓閥后進入再生塔，閃蒸析出部分二氧化碳，通過加熱使碳酸氫鉀還原成碳酸鉀，放出二氧化碳氣體。3）環(huán)氧乙烷解吸和再吸收系統(tǒng)來自環(huán)氧乙烷水洗塔塔釜的富循環(huán)水，經(jīng)循環(huán)水熱交換器與解吸塔釜液進行熱交換，再經(jīng)減壓閃蒸后，進入解吸塔頂部，環(huán)氧乙烷以及其他輕組分和不凝氣體被解吸。被解吸出來的環(huán)氧乙烷和水蒸氣通過解吸塔頂部凝縮器，大部分水和重組分被冷凝，返回到解吸塔頂部塔盤。未冷凝的氣體和來自乙二醇原料解吸塔的塔頂蒸汽混合進入再吸收塔，蒸汽中所含的環(huán)氧乙烷，在再吸收塔中被水吸收。4）環(huán)氧乙烷精制系統(tǒng)來自乙二

18、醇原料解吸塔的釜液，經(jīng)釜液泵一部分送入熱交換器，精制塔釜液與原料換熱器預熱到95，進入環(huán)氧乙烷精制塔。此塔共有95塊塔盤，從第86塊塔盤抽出總醛含量最大為1ppm的高純度的環(huán)氧乙烷產品。從第21塊塔盤上抽出大約相當于原料中15%的環(huán)氧乙烷的側線餾出物，以脫除乙醛和少量的水。產品餾出口以上的9塊塔盤，用于提濃塔頂餾出物中的甲醛和二氧化碳，塔頂氣體在塔頂冷凝器中冷凝，進入回流缶中，用回流泵進行塔的回流，多余部分相當于含有大量原料的10%的環(huán)氧乙烷作為塔頂餾出物采出，用以脫除甲醛。塔頂采出與來自第21塊塔盤的含乙醛的餾出物匯合，返回的乙二醇原料解吸塔中不含環(huán)氧乙烷的塔釜液（水），用釜液泵經(jīng)精制塔進料和釜液換熱器冷卻后，送到再吸收塔冷卻器。5.ABS樹脂怎么生產？答：ABS樹脂的生產方法很多，目前在全世界范圍內工業(yè)裝置中應用較多的是乳液接枝摻合法、連續(xù)本體法等。1.乳液接枝摻合工藝：乳液接枝摻合法是在ABS樹脂的傳統(tǒng)方法-乳液接枝法的基礎上發(fā)展起來的，根據(jù)SAN共聚工藝不同又可分為乳液接枝乳液SAN摻合、乳液接枝懸浮SAN摻合、乳液接枝本體SAN摻合三種，其中后兩者在目前工業(yè)裝