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江苏自学考试化工工艺学教材大纲

2006-11-27 14:05   【 】【我要纠错

27057 化工工艺学

南京工业大学编 (高纲号 0321)

  Ⅰ、课程性质、地位和任务

  本课程为化工工艺专业学生必修的专业课程,是从事化工生产和管理的必备基础。它使学生掌握化工工艺学的基本原理和有代表性的化工产品及其加工过程,培养其分析和解决实际问题的能力。

  通过本课程的学习,学生应结合化学工程基本知识(化工原理)掌握基本的物料和热量衡算方法,典型的化学工艺过程的原理、生产方法、工艺流程及主要设备;工艺过程操作及其分析与综合的方法;化工技术经济分析与评价方法。

  本课程的先修课程为:高等数学、无机化学、有机化学、物理化学、化工原理。

  Ⅱ、考核目标(考核知识点、考核重点和考核要求)

  第一章    概论

  (一)考核知识点

  1、化学工业的分类及特征

  2、化工原料与产品

  3、化工工艺计算

  4、化工技术经济分析与评价方法

  (二)考核重点

  1、化工工艺计算

  2、化工技术经济分析

  (三)考核要求

  1、化学工业的分类及特征

  了解化学工业的分类及特征

  2、化工原料与产品

  了解主要化工原料(有机、无机)基本组成、性质及主要化工产品。了解煤、油、气原料的互换性。

  3、化工工艺计算

  掌握物料衡算、热量衡算的基本方法,能进行简单工艺计算。

  4、化工技术经济分析与评价方法

  掌握化工技术经济静态与动态分析方法基本概念,记识有关还本期、投资回收率、现金流通图,记识化工生产成本估算和工厂利润计算方法及有关内容。

  第二章    合成氨

  (一)考核知识点

  1、合成氨原料气的制取

  2、合成氨原料气的净化

  3、氨的合成

  (二)考核重点

  1、原料气制取、净化、氨合成过程中的主要化学反应及催化剂

  2、合成氨生产的工艺过程及主要工序的工艺条件

  3、基本的工艺计算

  (三)考核要求

  1、原料气的制取

  (1)烃类蒸汽转化

  掌握烃类蒸汽转化的基本原理,甲烷蒸汽转化主要反应;温度、压力、水碳比的影响及转化工艺条件;催化剂及催化剂的使用条件。了解二段转化过程、转化工艺流程及转化炉。

  (2)重油部分转化

  了解重油部分氧化反应、工艺条件及流程。

  (3)固体燃料气化

  识记以空气、水蒸汽及空气和水蒸汽制得煤气的种类;固体燃料的主要气化反应;制气循环工作的五个阶段及作用;了解间歇制气的特点、气化工艺流程及主要设备。

  2、原料气的净化

  (1)脱硫

  掌握干法脱硫、湿法脱硫的脱硫剂及适用场合,了解氧化锌法、ADA法的主要反应。

  (2)一氧化碳变换

  掌握中温变换、低温变换的反应温度,变换后一氧化碳的含量;一氧化碳变换反应;一氧化碳变换率的计算;中温变换和低温变换所用催化剂。了解变换工艺条件及工艺流程。

  (3)二氧化碳的脱除

  了解常用的脱碳方法种类:碳酸丙烯酯法。掌握碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应;转化度、再生度的计算方法。了解碳酸钾溶液脱除二氧化碳的工艺流程。

  (4)少量碳氧化物的清除

  掌握原料气净化对一氧化碳、二氧化碳总含量的要求;掌握铜氨液吸收法溶液的组成;吸收一氧化碳的活性组分;总铜、铜比的定义,铜比控制范围;氨在铜液中的三种形式。了解铜氨液吸收一氧化碳的反应、铜洗工艺条件及流程。掌握甲烷化法的适用场合及甲烷化反应。了解甲烷化法工艺条件。掌握铜洗法、甲烷化法脱除碳氧化物所能达到的净化度。

  (5)热法与冷法流程的比较

  了解热法与冷法流程各自的特点及缺点。

  3、氨的合成

  (1)氨合成反应的化学平衡

  掌握氨合成反应、用逸表示的平衡常数表达式,了解平衡氨含量及反应热的计算。

  (2)氨合成反应动力学

  了解氨合成反应机理、动力学方程的形式、催化剂的反应速度常数。

  (3)催化剂

  掌握氨合成反应所用催化剂、催化剂活性组分、还原反应、还原温度空速。了解引起催化剂中毒的毒物。

  (4)工艺条件的选择

  掌握操作压力的确定、氨合成反应温度、空速、氨净值定义,空速、氢氮比的选择。了解催化剂生产强度的计算,惰性气含量及初始氨含量的确定。

  (5)氨合成工艺流程

  了解大型氨厂流程。掌握中型氨厂的合成工艺流程,能对合成回路进行物料衡算。

  (6)氨合成塔

  掌握氨合成塔的一般结构、内件与外筒的作用;并流双套管式氨合成塔的结构、气体流路。了解冷激式合成塔的结构、气体流路。

  第三章    硫酸

  (一)考核知识点

  1、二氧化硫炉气的制备

  2、二氧化硫炉气的净化

  3、三氧化硫的催化氧化

  4、三氧化硫的吸收

  (二)考核重点

  1、硫铁矿焙烧过程

  2、二氧化硫的催化氧化过程

  (三)考核要求

  1、二氧化硫炉气的制备

  (1)硫铁矿的焙烧过程

  掌握硫铁矿焙烧过程的化学反应、炉气的组成、温度条件。了解焙烧速度及影响因素。

  (2)沸腾焙烧与焙烧炉

  掌握气流速度确定的条件,了解沸腾焙烧炉的结构。

  (3)焙烧工艺条件

  了解硫铁矿焙烧过程的工艺条件。

  2、炉气的净化

  (1)炉气净化的方法

  掌握炉气净化的基本方法及作用。

  了解旋风除尘、电除尘及文丘里除尘的工作原理。掌握旋风除尘、电除尘的特点及适用场合,文丘里的优缺点。

  掌握炉气中不分的危害,转化对水分的要求,干燥所用吸收剂、硫酸浓度的确定、干燥条件。

  (2)炉气净化的工艺流程

  了解水洗流程和酸洗流程的组成、优缺点。

  3、二氧化硫的催化氧化

  (1)二氧化硫氧化反应的化学平衡

  掌握二氧化硫氧化反应及平衡转化率的表达式。

  (2)二氧化硫氧化反应速度与催化剂

  了解二氧化硫催化氧化机理;反应速度。了解二氧化硫氧化反应催化剂及活性组分、国内常用的催化剂。

  (3)氧化工艺条件的选择

  掌握确定反应温度的原则、二氧化硫初始浓度、最终转化率的选择。

  (4)二氧化硫转化器

  掌握多段间接换热式转化器的工作原理。了解多段冷激式转化器的工作原理。

  (5)二氧化硫氧化的工艺流程

  了解一次转化工艺流程。掌握二次转化工艺流程。

  4、三氧化硫的吸收

  (1)吸收原理

  掌握三氧化硫吸收过程吸收剂的选择;吸收酸浓度、吸收酸温度、进塔气体温度的确定。

  (2)吸收流程

  了解浓硫酸吸收工艺流程。

  5、三废治理

  了解硫酸生产过程产生的尾气、烧渣和废液的处理方法。

  第四章    纯碱与烧碱

  (一)考核知识点

  1、氨碱法制纯碱

  2、联合法抽取纯碱和氯化铵

  3、烧碱

  (二)考核重点

  1、氨碱法生产纯碱的主要生产步骤、氨盐水的碳酸化

  2、联合制碱生产原理

  (三)考核要求

  1、氨碱法制纯碱

  掌握氨碱法生产纯碱的主要生产步骤。

  (1)石灰石的煅烧与石灰乳的制备

  了解石灰石的煅烧反应和反应温度、氧化钙的消化反应;了解煅烧设备。

  (2)盐水的精制与吸氨

  了解盐水精制的目的、常用方法。了解盐水也氨及CO2的化学反应、反应条件及主要设备。

  (3)氨盐水的碳酸化

  掌握氨盐水碳酸化的化学反应,Na+、NH4+‖、Cl-、HCO3——H2o四元体系相图,P1、P2代表的意义,碳酸化过程的工艺条件的分析。了解氨盐水碳酸化过程的反应机理,碳化塔的结构及操作。

  (4)重碱的煅烧

  掌握重碱煅烧反应及操作条件,了解煅烧设备、重质纯碱的制造。

  (5)氨的回收

  了解蒸氨的原理、母液的蒸馏设备及工艺条件。

  (6)氨碱法制碱生产总流程

  了解氨碱法制碱生产总流程。掌握氨碱法制碱的特点和总的反应式。

  2、联合制取纯碱和氨化铵

  掌握联合制碱法中的制碱、制铵两个过程构成的循环。

  (1)联合法制碱生产原理

  掌握联合制碱循环生产原理,能将两个过程在示意相图(图4-16)中标出。了解氯化铵结晶原理及相图分析。掌握循环过程中的三相工艺指标。

  (2)联合制碱法工艺流程

  了解联合制碱法工艺流程。

  (3)联合法与氨碱法的比较

  掌握联合法也氨碱法各自生产过程的优缺点。

  3、烧碱

  识记食盐水溶液电解制取烧碱的反应,电解制碱的常用方法。

  (1)电解过程的基本原理

  识记民解过程的基本定律、阳极、阴极上发生的电极反应。了解理论分解电压、超电压、槽电压等定义。

  (2)隔膜法电解的工艺流程

  了解隔腊法电解的工艺流程及电解槽工作原理。

  (3)烧碱溶液的蒸发和固碱的生产

  了解多数蒸发器的蒸发流程、降膜法制固碱的流程。

  第五章    化学肥料

  (一)考核知识点

  1、尿素

  2、碳酸氢铵

  3、过磷酸钙

  4、氯化钾

  (二)考核重点

  1、尿素生产的原理、工艺条件、气提法生产工艺

  2、氨水碳化过程原理

  3、过磷酸钙生产原理

  (三)考核要求

  1、尿素

  识记尿素的性质、生产过程的步骤。了解尿素生产全循环的流程。

  (1)尿素生产的基本原理

  掌握尿素合成的总反应,了解尿素合成反应机理及合成速度。

  (2)合成过程的适宜条件

  掌握尿素合成反应中温度、氨碳比、压力的选择。

  (3)甲铵水溶液循环生产工艺

  了解甲铵水溶液循环法尿素生产工艺条件及生产流程。

  (4)二氧化碳气提法生产工艺

  掌握二氧化碳气提法的原理。了解气提法生产流程。

  2、碳酸氢铵

  (1)氨水碳化过程原理

  掌握氨水吸收二氧化碳的反应、碳化度、碳化过程工艺条件。

  (2)碳化工艺流程

  了解碳化工艺流程。

  3、过磷酸钙

  (1)过磷酸钙生产原理

  掌握硫酸分解磷矿制造过磷酸钙的总反应,了解反应的两个阶段。

  (2)生产工艺条件

  掌握硫酸用量确定的依据及用酸浓度,了解酸温度、磷矿粉细度等条件。

  (3)生产工艺流程

  了解过磷酸钙生产流程的主要工序。

  4、氯化钾

  (1)溶解结晶法抽取氯化钾

  了解溶解结晶法抽取氯化钾的原理及工艺流程。

  (2)浮选法抽取氯化钾

  了解浮选法抽取氯化钾的原理及工艺流程。

  第六章    石油炼制

  (一)考核知识点

  1、原油加工方法及煤油厂类型

  2、常减压蒸馏

  3、催化裂化

  4、催化重整

  (二)考核要求

  1、原油加工方法及煤油厂类型

  了解原油的三类加工方法及其所采用的加工过程和所得产品。了解煤油厂类型及其主要产品。

  2、常减压蒸馏

  了解常压蒸馏和减压蒸馏的区别和作用,掌握常减压蒸馏工艺过程及操作条件。掌握原油蒸馏馏分分布及其用途。了解蒸馏塔及加热炉主要结构。

  3、催化裂化

  了解热裂化与催化裂化的区别。掌握催化裂化主要反应机理。了解裂化催化剂的主要类型及成分。掌握催化裂化工艺过程及其工艺参数对催化裂化过程的影响。了解提升管裂化反应装置主要结构及其作用。

  4、催化重整

  了解催化重整工艺的生产目的。掌握催化重整主要反应机理。了解各反应的热力学数据及相对反应速率。了解原料油预处理及目的。掌握重整典型工艺及其工艺参数的选择。了解重整反应器的主要结构。

  第七章    烃类裂解及裂解气分离

  (一)考核知识点

  1、烃类热裂解的理论

  2、原料性质指标及工艺参数

  3、裂解工艺过程及设备

  4、裂解气的净化与分离

  (二)考核重点

  1、裂解过程的热力学分析与动力学分析

  2、原料性质指标及工艺参数对裂解过程的影响

  (三)考核要求

  1、烃类热裂解的理论基础

  了解烃类裂解工艺的生产目的和各类化学反应原理,应用反应的标准自由焓变化来判断反应进行的可能性和难易程度。掌握裂解自由基反应机理。应用反应动力学计算转化率。

  2、原料性质指标及工艺参数

  (1)记识族组成(PONA值)、氢含量、芳烃指数(BMCI值)、特性因素K,掌握这些原料性质指标及对裂解过程的影响。应用氢衡算方法计算裂解产气率。

  (2)掌握各工艺参数对裂解反应的影响,记识动力学裂深度函数KSF及其作用。

  3、裂解工艺过程及设备

  了解管式炉裂解法的工艺过程、工艺参数及主要裂解炉型(如詹姆斯SRT型炉、三菱M-TCF倒梯台炉、凯洛格MSF裂解炉及斯通-韦勃斯特USC裂解炉)。

  4、裂解气的净化与分离

  了解裂解气的一般组成情况及裂解气净化、分离方法及工艺流程,掌握精留分离的工艺参数。

  第八章    烷烃系产品

  (一)考核知识点

  1、甲醇

  2、甲醛

  3、醋酸

  4、甲烷氧化物

  (二)考核重点

  1、甲醇

  2、醋酸

  (三)考核要求

  1、甲醇

  掌握合成甲醇的反应机理及所用的催化剂。掌握甲醇反应热效应、平衡常数及平衡组成的计算。掌握工艺条件对甲醇合成反应的影响及低、中压法合成甲醇与联醇法合成甲醇的工艺流程。

  2、甲醛

  了解甲醇过量法与空气过量法生产甲醛的工艺参数及流程和主要技术经济指标。

  3、醋酸

  掌握甲醇低压羰化汉及乙醛氧化法生产醋酸的主副反应,反应机理及其动力学,所用催化剂,工艺流程及其技术经济指标。

  4、甲烷氧化物

  (1)了解甲烷氧化机理及产物分布。了解热氯化方法及其工艺流程。

  (2)了解三氯乙醛三氯甲烷反应及简单工艺流程。

  第九章    烯烃系产品

  (一)考核知识点

  1、乙醇

  2、环氧乙烷和乙二醇

  3、1,2-二氯乙烷和氯乙烯

  4、丙烯腈

  (二)考核重点

  1、乙醇

  2、环氧乙烷

  3、1,2-二氯乙烷

  4、丙烯腈

  (三)考核要求

  1、乙醇

  了解硫酸水合法生产乙醇方法。了解直接水合法生产乙醇工艺流程,掌握反应机理、热力学及动力学,能进行反应平衡常数Kp及反应速度r的计算,能分析工艺参数对乙烯平衡转化率和动力学速度常数的影响,掌握烯烃水合催化剂的组成及影响催化剂活性的因素。

  2、环氧乙烷和乙二醇

  (1)了解环氧乙烷与水、苯、醇类、二氧化碳、氨、卤化氢的反应式。了解氯醇法生产环氧乙烷方法。掌握乙烯直接氧化法生产环氧乙烷反应机理、催化剂及各组成成分的作用,能分析工艺参数对乙烯氧化过程的影响,掌握其工艺流程及原料消耗定额。

  (2)了解乙二醇生产方法及工艺流程。

  3、1,2-二氯乙烷和氯乙烯

  (1)了解乙烯直接氯化(低温氯化与调温氯化)制1,2-二氯乙烷的生产方法及工艺流程,掌握乙烯氧氯化法反应及其机理,能分析催化剂作用及工艺参数对反应的影响。

  (2)了解乙炔加成氯化法制氯乙烯采用的催化剂及工艺流程。掌握平衡氧氯化法制氯乙烯的反应过程、原理及工艺流程,能分析工艺参数对裂解反应的影响。

  4、丙烯腈

  了解丙烯腈的生产方法,掌握丙烯氨氧化主副反应及工艺流程,所用催化剂构成、作用及反应机理和动力学,能分析工艺参数对反应的影响。

  第十章    芳烃系产品

  (一)考核知识点

  1、环丁砚法抽提芳烃

  2、乙苯和苯乙烯

  3、苯酚和丙酮

  (二)考核重点

  1、环丁砚法抽提芳烃

  2、苯乙烯

  3、异丙苯法生产苯酚、丙酮

  (三)考核要求

  1、环丁砚法抽提芳烃

  (1)了解芳烃抽提过程原理及常用的芳烃抽提溶剂。

  (2)掌握选择萃取剂的要求。

  (3)掌握环丁砚的物理性质及其特点与环丁砚工艺流程及影响因素。

  2、乙苯和苯乙烯

  (1)了解苯与乙烯烷基化制乙苯方法。

  (2)了解乙苯生产苯乙烯的四要工艺路线,掌握乙苯脱氢工艺参数对反应热力学影响及乙苯脱氢反应动力学,了解乙苯脱氢催化剂组成和性能、等温反应器乙苯脱氢流程和绝热反应器乙苯脱氢流程及有关工艺参数。

  3、苯酚和丙酮

  (1)了解苯酚的生产方法和丙酮的生产方法。

  (2)掌握异丙苯法生产苯酚和丙酮的方法。

  ——异丙苯的合成(气相法)工艺流程及工艺参数。

  ——异丙苯氧化制过氧化氢异苯(CHP)液相氧化过程、反应机理与动力学,反应条件对氧化过程的影响。

  ——过氧化氢异丙苯的催化分解反应过程、反应机理与动力学,反应条件对CHP催化分解的影响。

  ——异丙苯过氧化、CHP分解工艺流程及有关参数。

  第十一章    化工工艺过程的分析与综合

  (一)考核知识点

  1、工艺过程分析

  2、分离方法的选择

  3、工艺过程中的换热及换热网络

  4、工艺过程优化组合方法

  (二)考核重点

  1、工艺过程分析

  2、分离方法的选择

  (三)考核要求

  1、工艺过程分析

  了解工艺流程的设置及工艺过程中的动力消耗,记识反应与分离过程操作参数的关系。

  2、分离方法的选择

  了解化工生产中常用的分离方法,掌握选择分离方法的一般经验规则。

  3、工艺过程中的换热及换网络

  了解组织换热网络的作用及“挟点法”。

  4、工艺过程优化组合方法

  了解功能分析与过程调优基本概念。

  Ⅲ、有关说明与实施要求

  (一)关于考核要求的说明

  为了使考核内容具体化,本大纲对各章规定了考核要求,使自学者能够进一步明确考核内容的要求,更有目的地系统学习教材,使社会助学者能更全面地有针对性地分层次进行辅导,使考试命题能够明确范围,更准确地安排试题的知识能力层次和难易度。

  本大纲在考核目标中按了解、识记、掌握、应用四个层次规定应达到的能力层次要求。其含义是:

  了解:要求一般了解有关概念原理、公式结论的形式、意义和导出过程,不要求记忆。

  识记:要求对有关基本概念、基本原理、基本定义和基本公式能熟记。

  掌握:在熟记的基础上能全方位地把握基本概念、原理、定义和公式,懂得其物理意义,有关概念的区别和联系,有关热量、物料衡算,反应热力学平衡和反应动力学原理的初步应用。

  应用:在俯的基础上能应用热量、物料衡算,反应热力学平衡,动力学反应速度公式结论对化工工艺过程实际问题进行分析计算。

  (二)关于自学教材

  本大纲主要教材是“化工工艺学”,姚虎卿、刘晓勤、吕效平编,河海大学出版社,1994年版。

  主要参考书:

  1、“无机化工工艺学”(一)合成氨;(二)硫酸与硝酸;(三)化学肥料;(四)纯碱与烧碱,陈五平主编,化学工业出版社,1989年,第二版。

  2、“小合成氨工艺计算”,姚虎卿等编,江苏科技出版社,1981年。

  3、“工业化学与化工计算”,陈之川主编,化学工业出版社,1992年。

  4、“工业化学过程与化工计算”,陈应祥主编,成都科技大学出版社,1989年。

  5、“工业化学”,吴志泉等编,华东化工学院出版社,1991.

  6、“基本有机化工工艺学”,吴指南主编,化学工业出版社,1990年。

  (三)自学方法指导

  应全面系统地学习教材内容,注意掌握化学反应热力学、化学反应动力学基本概念、基本方法及在化工工艺过程中应用;应掌握化工工艺计算的基本方法(热量与物料衡算);注意催化剂性能、组成在化学反应中的作用;注意各化工工艺过程的个性与其性;应了解有关化工产品的技术经济指标,注意化工技术经济分析在化工生产中的重要性,掌握化工生产成本和工厂利润的计算方法。

  (四)命题要求

  1、本课程的命题考试,应根据本大纲所规定的考试内容和考试目标来确定考试范围及考核要求,不任意扩大或缩小考试范围,不任意提高和降低考核要求。考试命题覆盖到各章,并适应突出重点章节,体现课程重点内容。

  2、本课程考试试卷采用的题型一般有:选择题、填充题、改错题、判断题、简答题和计算题。

  (五)附录

  题型举例

  一、选择题:(将正确答案前的字母填入括号内)

  1、甲醇过量法抽取甲醛,目前国内所用催化剂主要为

  a、Cu催化剂    b、Ag催化剂    c、Fe-Mo催化剂

  二、填充题:

  1、化学工业按原料性质来源可分为    、    、    等五类。

  三、改错题:

  1、以煤为原料制半水煤气,其气化剂为水蒸汽。

  四、判断题:(对的在括号内打“√”,错的在括号内划“×”)

  1、无论以何种原料抽取合成氨原料气,脱硫过程均在制气之后进行。(    )

  五、简答题:

  指高合成塔的空速,对氨合成生产有何影响?

  六、分析题:

  1、试分析联醇生产中,原料气组成与单纯生产合成氨的原料气组成有什么不同?

  七、计算题:

  1、测得某一氧化碳高温变换炉原料气体中含CO为13%(干基),出变换炉的CO含量为0.3%(干基),求一氧化碳变换率。

江苏省教育考试院

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