1、 简述碳三及其化工产品在化工生产中的作用。
解析:碳三系指含有三个碳原子的脂肪烃、脂肪族含卤化合物、脂肪醇、醚、环氧化合物、羧酸及其衍生物,他们均是重要的化工原料及产品。
在碳三中产量最大,用途最大的是丙烯。丙烯具有双键结构,因而它具有烯烃的反映,如加成反应、氧化反应、羧基化、烷基化及其聚合反应。主要的产品及用途如下所示:
2、阐述异丙苯生产工艺流程生产中的氧化操作的不正常现象及处理方法。
解析:
序号 | 不正常现象 | 发生原因 | 处理方法 |
1 | 氧化反应慢,过氧化氢异丙苯浓度低 | ⑴原料中杂质影响 ⑵加料量太大 ⑶反应温度低 | ⑴对原料进行碱洗 ⑵减少加料量 ⑶提高反应温度 |
2 | 尾气带出大量液体 | ⑴塔顶液面过满 ⑵顶压太低 ⑶尾气放空量突然增大 | ⑴加大釜液采出量 ⑵调节顶压在规定指标之内 ⑶调节尾气防空量 |
3 | 防爆膜爆破 | ⑴防爆膜被腐蚀坏 ⑵顶压仪表失灵 ⑶物料剧烈分解 | ⑴停止加料、降温、更换防爆膜 ⑵停止加料、检修仪表、更换防爆膜 ⑶立即停止加料降温停车处理 |
甲烷与反应 |
3、试分析异丙苯氧化制过氧化氢异丙苯过程中,为何过氧化氢异丙苯浓度偏低。
解析:在异丙苯氧化中,随着反应的进行,过氧化氢异丙苯浓度不断提高,这使得异丙苯的氧化速率加快和分解副反应加剧。结果,氧化液中过氧化氢异丙苯的产率下降。故在工业上异丙苯的单程转化率控制在25%左右,相应氧化液中过氧化氢异丙苯的浓度为25~30%。否则,会因剧烈分解而引起爆炸。
4、生产丙烯酸的两种方法有什么优缺点,并阐述二步法生产丙烯酸的工艺流程。
解析:丙烯氧化生产丙烯酸有一步法和两步法之分。一步法具有反应装置简单、工艺流程短、只需要一种催化剂,因而投资少。但一步法具有以下几个缺点:
(1)一步法把两种不同的反应放在一种催化剂上进行,强制一种催化剂去适应两个不同反应的要求,影响了催化剂作用的有效发挥,丙烯酸收率低。
(2)把两步反应变为一步反应,反应热增加。要降低反应热,只能通过降低原料丙烯酸的浓度,因而生产能力低。
(3)催化剂寿命短,导致经济上不合理。
生产丙烯酸分两步进行时,每步所用催化剂是不相同的。
第一步反应,丙烯氧化制所用催化剂大多为Mo~Bi体系,并以钼酸盐的形式表现出催化活性,而组成催化剂的基本元素则是Mo、Bi、Fe、Co等。
第二步反应为氧化制丙烯酸。从目前来看,活性高的丙烯酸催化剂均为Mo-V催化剂,通常用要在Mo-V系催化剂中添加助催化剂,使用较多的为W,另外还有Cr、Fe、Cu等。载体的选择对丙烯酸的选择性有较大的影响,比较好的载体有羰基化硅,硅与α-三氧化二铝。
5、丙烯酸生产工艺流程中,水洗塔为什么是下底部的容器直径大于上部的容器直径。
解析:由于由第二反应器送入的反应气体经丙烯酸水溶液吸收,温度急剧下降使得反应气体的压力减小,为此反应器的上部直径小余下部直径。
6、在丙烯氨氧化生产丙烯腈的过程中,会发生那些化学反应。为提高反应的产率应当注意什么问题。
解析:
主反应
副反应
以上副反应是在丙烯氨氧化反应达到中度和深度时所出现的典型副反应。其产物可分为三类:一类是,主要是氢氰酸和乙腈,的生成量甚少;第二类是有机含氧化合物,主要是,也可能有少量的丙酮以及其它含氧化合物;第三类是深度氧化产物一氧化碳
和二氧化碳。
第一类副产物中的乙腈及氨氰酸均为比较有用的副产物,应设法进行回收。第二类副产物中的虽然量不多,但不易除去,给精制带来不少麻烦,应该尽量减少。第三类副反应是危害性较大的副反应。由于丙烯完全氧化生成二氧化碳和水的反应热是主反应的三倍多,所以在生产中必须注意反应温度的控制。
7、在丙烯腈生产中,原料比和反应温度对产品收率有何影响?原料中加入水蒸气起什么作用?
解析:氨烯比小于1时,和深度氧化产物显著增加。这是因为氨的浓度高,抑制了吸附态丙烯和晶格氧之间的反应,减少了的生成;同时当反应物料中有适量的氨存在时,也可进一步氧化生成丙烯腈。另外,在高氨烯比条件下,易氧化的含量下降,稳定性较高的含氧化合物生成,使深度氧化物减少。反之,在低氨烯比条件下副产物含量上升。但过高的氨烯比将使氨耗上升,且会增加中和过程中硫酸的耗量。为此,按照氨耗最小,丙烯腈收率最高,生成量最少的要求,在工业生产中一般采用丙烯与氨之比为1:1.15~1.25。
反应温度 反应温度是丙烯氨氧化合成丙烯腈的重要指标。它对反应产物的收率、催化剂的选择性及寿命、安全生产均有影响。随着反应温度的升高,丙烯腈的收率增加,在500℃左右出现最大值,而副产物在420℃时出现极值,之后随温度的升高而下降。显然,较高的反应温度对丙烯腈的生产是有利的,但过高的温度对合成丙烯腈也是不利的。随着温度的升高,一氧化碳和二氧化碳含量随之增加,造成丙烯腈裂解而生成炭黑。炭黑附着在催化剂表面,会造成催化剂活性降低。温度过高还会造成氨分解,生成N2和H2O,当温度达到600℃时几乎100%的分解。氨分解将消耗大量的氧,引起催化剂内活性组分Bi2O3还原,使催化剂失活。目前,生产中控制反应温度在410~450℃之间。
主反应并不需要水蒸气参加。但由于选用了P-Mo-Bi-Ce催化剂,在原料中加入一定量的水蒸气,有多种好处:可以促使产物从催化剂表面解析出来,以免丙烯腈深度氧化,有利于提高丙烯的转化率和丙烯腈的收率;还能防止氨在催化剂上的氧化损失;又由于水蒸气稀释反应物,使反应趋于缓和,温度易于控制;能清楚催化剂表面积炭。另一方面水蒸气的加入,势必降低设备的生产能力,增加动力消耗。同时还可以防止反应气体倒流。
8、请简述制备环氧氯丙烷环化过程的影响因素。
解析:
1.反应温度 提高环氧氯丙烷的收率必须提高1,2-二氯丙醇的反应速度。在实际生产过程中,一般采用提高反应温度,达到提高l,2-二氯丙醇反应速度的目的。当升高反应温度时,1,2-二氯丙醇的反应速度比1,3-二氯丙醇增加得快,当反应温度为98~100℃时,两者的反应速度接近。因此,当反应温度太低时,环化的收率也低。
2.碱用量 要保证二氯丙醇环化反应完全,二氯丙醇与碱的配料比是一重要因素。过量的碱可以完全中和反应生成的氯化氢,使反应保持碱性。但碱也不宜过量太多,因为碱浓度过高,将促使水解反应发生,从而降低了环氧氯丙烷的收率,同时也造成碱的浪费。
环化碱使用量由碱倍率确定,即由碱的当量数与反应液中氯化氢当量数以及二氯丙醇当量数三者之比值确定,在生产中一般控制在1.2左右。
9、试阐述环氧丙烷生产的工艺流程。
解析:丙烯、和水按一定配比送进一台或多台串联的次氯酸化反应器,在45~80℃和略高于常压条件下进行反应。反应产物由塔顶溢出,出塔反应液中氯丙醇含量为4.5~5.0%,
氯丙醇收率为90%左右,主要副产物为二氯丙醇,每生成1千克氯丙醇约副产0.11千克二氯丙烷。在反应过程中要尽量减少丙烯与直接接触,以增加丙烯与次氯酸接触,防止副产物二氯丙烯的生成。
未反应的丙烯、氯化氢及少量二氯丙烷等自反应器顶部放出,经水洗、碱洗塔(5)除去氯化氢,并分离有机氯化物。部分气体放空,以防止系统中惰性气体和氢的积累,大部分丙烯循环返回次氯酸化反应器。
生成的氯丙醇用10%的石灰乳进行皂化。所用石灰乳要求氧化镁含量低于1%,且几乎不含氮化物,因为这些杂质的存在,会导致丙醛或聚合物的生成。为防止腐蚀,石灰乳应过量10~20%,皂化反应在常压和34℃下进行,pH值控制在8~9。生成的反应液用普通精馏法分离,得到精制的环氧丙烷。
10、铑络合物为催化剂的低压氢羰基化法生产丁、辛醇技术有何优缺点。
解析:(1) 由于低压法反应条件缓和,不需要特殊高压设备和特殊材质,耗电也少,操作容易控制,操作和维修费比高压法节约10~20%。
(2) 副反应少,每生产1000kg正丁醛消耗丙烯675kg,比其它方法少35%左右。
(3) 催化剂容易分离,利用率高,损失少,故虽然铑昂贵,但仍能在工业上大规模使用。
(4) 污染排放非常少,接近无公害工艺。
11、请简述丁辛醇生产过程中加氢反应过程中的影响因素。
解析:影响加氢过程的主要因素是浓度、系统的氢分压以及温度。据研究,加氢反应的动力学方程可由下式表示:
(3)
式中,T——反应温度,K;
——氢气和丁醛分压,Pa;
r——丁醛消失的速度,kg/(m3催化剂·h);
由方程可见,温度高,反应速度快;压力高,则丁醛和氢气的分压相应提高,有利于加快加氢的反应速度。另外,氢气浓度高,总压可适当降低,如氢气浓度低,则需在较高的总压下进行。但是,从反应方程可见,氢气的浓度对加氢反应速率影响不大,因为反应速率仅与氢分压的0.4次方成正比,只有在催化剂活性下降较大时,才有可能出现转化率下降的问题。但是,氢气浓度提高,可以降低动力消耗,减少排放量,降低成本。
另外,对氢气中的杂质应严格控制,如甲烷、硫、氯、一氧化碳、氧气等均对反应有不利影响。如甲烷的存在会使催化剂中毒,一氧化碳存在会使双键加氢受到阻碍,氧的存在会使金属型的催化剂氧化而失去活性,并且在催化剂作用下与氢反应生成水,导致催化剂强度下降。在生产中,一般控制硫、氯的含量在1ppm以下,一氧化碳含量在10ppm以下,氧含量要严格控制在5ppm以下。
12、丁辛醇生产过程中丁醛蒸馏过程中的不良现象及处理方法。
解析:
不正常现象 | 发生原因 | 处理方法 |
醇醛塔、醛醛塔产生液泛现象 | ⑴加热蒸汽量太大 ⑵加料量突然增加很大 ⑶回流量太大 | ⑴适当减少加热蒸汽量 ⑵严格控制加料量的均匀稳定 ⑶适当减少回流量 |
醇醛塔塔底温度低 | ⑴加料量过大 ⑵加热蒸汽量太少 ⑶回流量过大 ⑷回流物料温度低 | ⑴适当减少加料量 ⑵适当增加加热蒸汽量 ⑶适当的减少回流量 ⑷适当的提高回流物料的温度 |
醇醛塔塔顶温度过高 | ⑴回流量过小 ⑵加热蒸汽量过大 | ⑴适当的增加回流 ⑵适当的减少加热蒸汽量 |
醛醛塔的塔底温度过低,塔顶温度过高 | 同醇醛塔的发生原因 | 同醇醛塔的处理方法 |
正丁醛不合格(纯度低) | ⑴醛醛塔回流量过大 ⑵醛醛塔加热蒸汽量过少 ⑶醇醛塔的塔顶温度过高 | ⑴适当减少醛醛塔的回流量 ⑵适当增加醛醛塔的加热蒸汽 ⑶严格控制醇醛塔的塔顶温度 |
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