1、化學(xué)工藝學(xué)121、煤、石油和天然氣在開(kāi)采、運(yùn)輸、加工和應(yīng)用諸方面有哪些不同？煤、石油和天然氣在開(kāi)采、運(yùn)輸、加工和應(yīng)用諸方面有哪些不同？答：答：（1）開(kāi)采：一個(gè)煤礦往往有多層煤層。每煤層的厚度也不同，為此需建造長(zhǎng)長(zhǎng)的坑道，鋪上鐵軌，才能從各層將煤運(yùn)出。為運(yùn)送物資和人員，還需要建造豎井，裝上升降機(jī)。石油和天然氣，用鉆機(jī)鉆道并建立油井（或氣井）后，借用自身的壓力（開(kāi)采后期需抽汲），石油及天燃?xì)饧纯纱罅繌牡叵聡姵?，因此開(kāi)采比煤方便得多。（2）運(yùn)

2、輸：煤用鐵路或輪船運(yùn)輸，運(yùn)力受限制，石油和天然氣一般采用管道輸送，初期投資似乎較大，但從長(zhǎng)期看還是劃算的，管道輸送成本低、方便，也不受運(yùn)力限制。（3）加工：煤是高分子量縮聚物，一般用熱化學(xué)方法處理，將煤裂解，可得到氣體、液體和固體產(chǎn)物，由于成分復(fù)雜，從中制取純物質(zhì)難度較大。石油和天然氣是由許多小分子量有機(jī)物組成的混合物，一般采用物理方法將混合物分離和提純。為增加某一組分（或餾分）的產(chǎn)量，也常采用化學(xué)方法（如化學(xué)合成或化學(xué)熱裂解）。因此，

3、由石油和天然氣加工制得的化工產(chǎn)品，比煤多得多，生產(chǎn)成本也比煤低。（4）應(yīng)用：煤主要用作一次性能源。隨著石油資源日益枯竭，由煤合成液體燃料已引起世界各國(guó)的重視，并得到迅速發(fā)展，繼而帶動(dòng)煤化工工業(yè)的發(fā)展。煤化工產(chǎn)品的品種、品質(zhì)和數(shù)量不斷增加。人們指望在不久的將來(lái)，由煤化工和天然氣逐步取代石油化工，成為獲取化工產(chǎn)品的主要途徑。石油大量用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，由石油為原料形成的石油化工目前仍為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)的化工產(chǎn)品都由石化行業(yè)生產(chǎn)出

4、來(lái)。但隨著石油資源的枯竭，石油化工將逐步萎縮，并被煤化工和天然氣化工取代。天然氣目前大量用作民用燃料。但以天然氣為原料的C1化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，天然氣資源豐富，開(kāi)采和運(yùn)輸方便，以它為原料合成發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料，投資和生產(chǎn)成本也比較低廉。今后，天然氣化工和煤化工一樣，將逐步取代石油化工，成為化學(xué)工業(yè)的主要產(chǎn)業(yè)。22、試敘述煤化程度與煤的性質(zhì)及應(yīng)用的關(guān)系。試敘述煤化程度與煤的性質(zhì)及應(yīng)用的關(guān)系。答：答：在泥炭化階段，經(jīng)好養(yǎng)細(xì)菌和厭氧細(xì)菌分解，植物開(kāi)

5、始腐敗，植物中的蛋白質(zhì)開(kāi)始消失，木質(zhì)素、纖維素等大為減少，產(chǎn)生大量腐蝕酸。但植物殘?bào)w清晰可見(jiàn)，水分含量很高，這一階段得到的泥炭，大量用作民用燃料，工業(yè)價(jià)值甚小。在煤化階段，形成的泥炭在地?zé)帷⒌貕旱拈L(zhǎng)期作用下，開(kāi)始進(jìn)一步演變，首先有無(wú)定形的物質(zhì)轉(zhuǎn)換為巖石狀的褐煤，腐植酸大為減少，并發(fā)生脫水，增石炭作用（由縮合和疊合作用得到）氫和氧含量降低，褐煤水含量仍高，發(fā)熱量亦不高，由于縮合和疊合作用處于初級(jí)階段，用作民用燃料、煤氣化原料尚可，用作煉焦

6、原料則不宜。在地壓和地?zé)岬睦^續(xù)作用下，褐煤中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)，逐步形成凝膠化組份、絲炭組分和穩(wěn)定組份。由于成煤原料（植物）和成煤條件的差異，形成的上述組分的含量各不相同，所得的煙煤品質(zhì)也不同。隨著縮合和疊合作用持續(xù)地進(jìn)行下去，結(jié)果形成不同煤化程度的煙煤。如長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。處于焦煤階段的煤，由于縮合和疊合程度適宜，煤的粘結(jié)性好，適合用作煉焦原料。由煙煤演變成的無(wú)煙煤，分子疊合程度進(jìn)一步加深，H、O含量進(jìn)一步減少，凝膠化

7、組份和穩(wěn)定組分明顯減少，這種煤適合做民用燃料和煤氣化燃料，在化工上的應(yīng)用也不如煙煤重要。煤化程度演變到石墨階段，煤分子中H、O已消失，分子排列正規(guī)，用加熱的方法已不能將其分解，物理、化學(xué)性質(zhì)已同普通煤有相當(dāng)大的區(qū)別，似乎已是另類物質(zhì)，故不將它列為煤的一個(gè)品種。31氧化反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？這些特點(diǎn)與工藝流程的組織有什么氧化反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？這些特點(diǎn)與工藝流程的組織有什么具體的聯(lián)系？具體的聯(lián)系？答：氧化反應(yīng)的共同特點(diǎn)有：1屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)；2反映途徑

8、多樣化，副產(chǎn)品品種多；3生成CO2和水的傾向性（即深度氧化）大。在工藝流程中須考慮熱量的回收和合理利用，在設(shè)備的選用時(shí)，須考慮反應(yīng)熱的及時(shí)攜出問(wèn)題。由于生成的主、副產(chǎn)物品種多，含量不高（或集中度差），在工藝流程中須考慮產(chǎn)物的分離次序。分離設(shè)備的選用或設(shè)計(jì)時(shí)要考慮是否能達(dá)到分離要求的問(wèn)題。為減少CO2和水的生成，選擇氧化劑和氧化催化劑相當(dāng)重要，并在工藝流程組織重要考慮氧化劑和氧化催化劑的循環(huán)及回收利用問(wèn)題，為減少深度氧化反應(yīng)的發(fā)生，適時(shí)中

9、止氧化反應(yīng)相當(dāng)重要，為此，在工藝流程中須設(shè)置中止氧化反應(yīng)的設(shè)備，如急冷器等。32二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，為什么要在不同溫度條件下分段進(jìn)行？二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，為什么要在不同溫度條件下分段進(jìn)行？答:在二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的反應(yīng)中，反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間存在矛盾，即為達(dá)到高轉(zhuǎn)化率，希望反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行。為加快反應(yīng)速率，希望反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中，為兼顧資源利用、環(huán)境保護(hù)及企業(yè)生產(chǎn)能力，常將反應(yīng)分段

10、進(jìn)行。首先利用SO2初始濃度高，傳質(zhì)推動(dòng)力大的優(yōu)勢(shì)。在較低溫度下快速將反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提升至70%75%，然后快速升溫至較高反應(yīng)溫度，在此利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)，快速將反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提升至85%90%。進(jìn)入第三階段后，反應(yīng)又在較低溫度下進(jìn)行，利用反應(yīng)熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)，將轉(zhuǎn)化率再次提至97%98%。由于提升幅度不大，花費(fèi)的時(shí)間也不會(huì)很多。這種反應(yīng)順序的安排，既照顧了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，又兼顧了反應(yīng)速率。但若追求高轉(zhuǎn)化率（如達(dá)到99.5%），反應(yīng)需在更低的溫度下進(jìn)行，

11、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，將嚴(yán)重影響到企業(yè)的生產(chǎn)能力，此時(shí)需采用本教科書上介紹的“二轉(zhuǎn)二吸”工藝才行。34簡(jiǎn)述環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中車間的安全問(wèn)題。簡(jiǎn)述環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中車間的安全問(wèn)題。答：環(huán)氧乙烷生產(chǎn)車間采用的原料（以西）和產(chǎn)品（EO）都是易燃易爆物料，運(yùn)輸和儲(chǔ)存中，管路、容器和反應(yīng)器都不準(zhǔn)有溢流現(xiàn)象發(fā)生；車間動(dòng)力線路采用暗線埋設(shè)，設(shè)備采用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)備之間排列順序和間距要符合國(guó)家安全要求，不能用鐵器擊打設(shè)備和管道，不穿有鐵釘?shù)男印８鞴ざ沃g的間距也符合

12、國(guó)家安全要求。乙烯氧氣混和器，氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造要規(guī)范，嚴(yán)格符合工藝和安全要求，以避免混合器爆炸、氧化器“飛溫”和“尾燒”等事故發(fā)生。車間設(shè)置安全通道，配置滅火等消防設(shè)施。35丙烯腈反應(yīng)器改進(jìn)的方向以及目前遇到的困難丙烯腈反應(yīng)器改進(jìn)的方向以及目前遇到的困難答：目前廣泛采用的Sohio細(xì)粒子湍流床反應(yīng)器比固定床反應(yīng)器優(yōu)越，但實(shí)際操作與反應(yīng)原理之間存在不小的矛盾。從氧化還原機(jī)理及丙烯氨氧化的特性來(lái)看，要求床層下部處于低氧烯比狀態(tài)，在獲得

13、一定轉(zhuǎn)化率（如80%）的同時(shí)，提高反化學(xué)工藝學(xué)3量被釋放出來(lái)，變成更低溫度級(jí)別的冷量，使之得到回收和利用。53采用催化蒸餾法有哪些好處？采用催化蒸餾法有哪些好處？答:首先，催化蒸餾法將反應(yīng)器和蒸餾塔組合在一起，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)和蒸餾在同一設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，因而節(jié)約了設(shè)備投資費(fèi)。其次，可將反應(yīng)熱供給蒸餾和提餾段。節(jié)能效果明顯，也省去加熱設(shè)備和相應(yīng)管路。最后是因反應(yīng)產(chǎn)物能通過(guò)蒸餾和提餾快速離開(kāi)反應(yīng)區(qū)，有利于平衡向生成目的產(chǎn)物方向移動(dòng)，從而提高了反應(yīng)的平

14、衡轉(zhuǎn)化率。54解釋氣相乙烯水合法生產(chǎn)乙醇。乙烯轉(zhuǎn)化率僅為解釋氣相乙烯水合法生產(chǎn)乙醇。乙烯轉(zhuǎn)化率僅為4.5%~5.0%的原因。的原因。答：這可由平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓力的關(guān)系來(lái)確定（見(jiàn)本教材書圖5404）。由該圖可見(jiàn)，即使壓力升至14.7MPa。在300℃時(shí)，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率僅為22%，在此條件下，乙烯已發(fā)生猛烈的聚合反應(yīng)。另一方面，工業(yè)上應(yīng)用的磷酸硅藻土催化劑，只能在250~300℃時(shí)才能發(fā)揮正常活性。為防止聚合，工業(yè)上采用的壓力在7.0

15、MPa左右。250~300℃下相應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率為10%~20%?？紤]到動(dòng)力學(xué)因素（希望在稍高溫度下進(jìn)行），實(shí)際的轉(zhuǎn)化率很低，僅為5%左右61煤的熱分解過(guò)程條件的變化對(duì)煤的干餾和氣化有什么影響煤的熱分解過(guò)程條件的變化對(duì)煤的干餾和氣化有什么影響答:溫度：隨最終溫度的升高，煤干餾時(shí)，焦炭和焦油產(chǎn)率下降，煤氣產(chǎn)率增加而煤氣熱值降低，焦油中芳烴與瀝青含量增加，酚類和脂肪烴含量降低，煤氣中氫氣成分增加而多碳烴類減少。氣化時(shí)，煤焦的氣化速率增加，氣化

16、過(guò)程由化學(xué)控制向擴(kuò)散控制過(guò)渡，高溫氣化的煤氣中焦油和烴類物質(zhì)很少，接近平衡組成。升溫速率：隨加熱速率的增加，煤干餾時(shí)熱解的液體量增加、膠質(zhì)體溫度范圍擴(kuò)大，煤膨脹度增加，焦炭裂紋增加，塊度下降?？焖偕郎赜欣趽]發(fā)分析出，半焦氣孔率增加，可促進(jìn)氣化過(guò)程。壓力：在壓力下進(jìn)行熱解時(shí)，煤的粘結(jié)性得到改善，此時(shí)，裂解產(chǎn)生的液體產(chǎn)物數(shù)量以及液體產(chǎn)物的停留時(shí)間隨壓力增加而增加，從而有利于對(duì)固相的潤(rùn)濕作用的緣故。壓力增加同樣加速氣化反應(yīng)速率。但煤干餾時(shí)，

17、壓力增加干餾煤氣產(chǎn)率下降。氣氛：在氫氣氛中進(jìn)行熱裂解和在惰性氣氛中顯著不同，在加氫氣氛中裂解僅需幾秒鐘就能生成更多的揮發(fā)產(chǎn)物，加氫熱解后甲烷和輕質(zhì)油產(chǎn)率明顯增加，而干餾殘?zhí)慨a(chǎn)率明顯下降。同樣煤在二氧化碳?xì)夥蘸退魵鈿夥障碌臍饣俾室彩遣煌?，一般煤焦與水蒸氣的氣化速率大于煤焦與二氧化碳的氣化速率。62實(shí)行配煤煉焦有哪些積極意義實(shí)行配煤煉焦有哪些積極意義答:煉焦煤資源：國(guó)內(nèi)外都存在優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源不足，中國(guó)更是如此。焦炭質(zhì)量本身：?jiǎn)我幻悍N煉

18、焦只有焦煤合適，但隨著高爐大型化，單一煤種的焦炭不能滿足現(xiàn)代高爐要求。調(diào)整煉焦企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：在保證焦炭質(zhì)量前提下，盡量增加焦化產(chǎn)品收率，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益。63實(shí)現(xiàn)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有哪些好處實(shí)現(xiàn)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有哪些好處答:傳統(tǒng)煤化工主要是焦化、氣化、液化和電石乙炔。粗放式加工：以焦炭、煤氣為主要產(chǎn)品，為冶金和化工（化肥，芳烴，乙炔）提供原料；本質(zhì)是熱加工：基本不用催化劑和反應(yīng)器，采用高溫加熱的焦?fàn)t和煤氣爐。雖稱煤化工，但缺少化工特色；

19、工藝技術(shù)發(fā)展程度低，勞動(dòng)條件較差；規(guī)模小，增值少，環(huán)境污染嚴(yán)重。煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的好處：以煤氣化為龍頭，采用資源能源環(huán)境一體化的多聯(lián)產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)煤炭大規(guī)模、高效、清潔轉(zhuǎn)化和多聯(lián)產(chǎn)。①它是一個(gè)多元集成技術(shù)體系，并能根據(jù)市場(chǎng)需求把多種先進(jìn)技術(shù)組合成不同能源體系；②考慮工業(yè)生態(tài)學(xué)，可實(shí)現(xiàn)顆粒物、SO2、NO2和固體廢物等污染物的近零排放，通過(guò)提高效率和碳封存實(shí)現(xiàn)CO2零排放；③原料和產(chǎn)品的多元化，原料包括煤、天然氣、渣油、石油焦、生物質(zhì)、城市

20、垃圾等，產(chǎn)品有發(fā)電聯(lián)產(chǎn)蒸汽、液體燃料、合成氣、化學(xué)品、氫等；④先進(jìn)的系統(tǒng)集成及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。71寫出芳烴磺化反應(yīng)的主要副反應(yīng)以及克服這些副反應(yīng)的方法。寫出芳烴磺化反應(yīng)的主要副反應(yīng)以及克服這些副反應(yīng)的方法。答:芳烴的磺化最主要的副反應(yīng)是形成砜特別是再芳環(huán)過(guò)剩和磺化劑活性強(qiáng)的時(shí)候，如：用三氧化硫磺化時(shí)，極易形成砜，可以用鹵代烷烴為溶劑，也可以用三氧化硫和二氧六環(huán)、吡啶等的復(fù)合物來(lái)調(diào)節(jié)三氧化硫的活性。發(fā)煙硫酸磺

21、化時(shí)，可通過(guò)加入無(wú)水硫酸鈉，抑制砜的形成。75談?wù)劚江h(huán)反應(yīng)氨解時(shí)，苯環(huán)上原有取代基對(duì)氨解反應(yīng)的影響談?wù)劚江h(huán)反應(yīng)氨解時(shí)，苯環(huán)上原有取代基對(duì)氨解反應(yīng)的影響.答：由于苯環(huán)上引入氨基通常先引入吸電子基團(tuán)，降低苯環(huán)的堿性，再進(jìn)行親核取代引入基，因此苯環(huán)的直接反應(yīng)氨解，可以大大簡(jiǎn)化工藝過(guò)程。當(dāng)苯環(huán)上由吸電子基團(tuán)存在時(shí)，苯環(huán)的堿性降低，發(fā)生氨解反應(yīng)容易進(jìn)行；相反，當(dāng)苯環(huán)上存在供電子基團(tuán)時(shí)，氨解反應(yīng)難以進(jìn)行。81舉例說(shuō)明和區(qū)別線形和體形結(jié)構(gòu)，熱塑性和熱

22、固性聚合物，無(wú)定型和結(jié)晶聚合物。舉例說(shuō)明和區(qū)別線形和體形結(jié)構(gòu)，熱塑性和熱固性聚合物，無(wú)定型和結(jié)晶聚合物。答:線形和支鏈大分子依靠分子間力聚集成聚合物，聚合物受熱時(shí)，克服了分子間力，塑化或熔融；冷卻后，又凝聚成固態(tài)聚合物。受熱塑化和冷卻固化可以反復(fù)可逆進(jìn)行，這種熱行為特稱做熱塑性。但大分子間力過(guò)大（強(qiáng)氫鍵）的線形聚合物，如纖維素，在熱分解溫度以下，不能塑化，也就不具備熱塑性。帶有潛在官能團(tuán)的線形或支鏈大分子受熱后，在塑化的同時(shí)，交聯(lián)成體形