2025年氧化工藝新版試題及氧化工藝找答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下屬于部分氧化反應(yīng)的是（）。A.甲烷燃燒生成CO?和H?OB.乙烯氧化制環(huán)氧乙烷C.葡萄糖完全氧化為CO?和H?OD.硫磺燃燒生成SO?答案：B解析：部分氧化反應(yīng)指反應(yīng)物未完全氧化，生成含氧化合物（如醇、醛、酮、環(huán)氧化物等）；完全氧化反應(yīng)則生成CO?、H?O等最終產(chǎn)物。選項(xiàng)B中乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷（C?H?O），屬于部分氧化；其余選項(xiàng)均為完全氧化。2.工業(yè)上乙烯氧化制環(huán)氧乙烷常用的催化劑是（）。A.銀催化劑（Ag/α-Al?O?）B.鐵系催化劑（Fe?O?）C.銅基催化劑（Cu/ZnO）D.釩催化劑（V?O?）答案：A解析：乙烯環(huán)氧化反應(yīng)需高選擇性催化劑，銀催化劑（負(fù)載于α-Al?O?載體）能有效促進(jìn)乙烯與O?反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，抑制深度氧化副反應(yīng)；鐵系催化劑用于合成氨，銅基催化劑用于甲醇合成，釩催化劑用于SO?氧化制SO?。3.氧化反應(yīng)中，若反應(yīng)溫度過高，最可能導(dǎo)致的后果是（）。A.反應(yīng)速率降低B.催化劑活性位點(diǎn)被覆蓋C.副反應(yīng)加劇，選擇性下降D.反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大幅降低答案：C解析：溫度升高通常會(huì)加快反應(yīng)速率，但氧化反應(yīng)的副反應(yīng)（如深度氧化）對(duì)溫度更敏感。溫度過高時(shí)，副反應(yīng)速率增加更快，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降；催化劑活性位點(diǎn)被覆蓋多因積碳或中毒，與溫度無直接關(guān)聯(lián)；轉(zhuǎn)化率一般隨溫度升高而增加（除非受平衡限制）。4.某氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa（表壓），正常操作壓力應(yīng)控制在（）。A.1.5~2.0MPaB.2.0~2.5MPaC.2.5~3.0MPaD.3.0~3.5MPa答案：A解析：為確保設(shè)備安全，操作壓力需低于設(shè)計(jì)壓力，通?？刂圃谠O(shè)計(jì)壓力的60%~80%。2.5MPa×60%=1.5MPa，2.5MPa×80%=2.0MPa，因此正常操作壓力應(yīng)在1.5~2.0MPa之間。5.氧化工藝中，用于吸收反應(yīng)熱的冷卻水突然中斷，應(yīng)優(yōu)先采取的措施是（）。A.提高進(jìn)料量以稀釋反應(yīng)熱B.立即切斷進(jìn)料并啟動(dòng)緊急泄壓C.增大攪拌速率促進(jìn)熱量分散D.通知維修人員檢修冷卻系統(tǒng)答案：B解析：冷卻水中斷會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器熱量無法移除，溫度急劇上升，可能引發(fā)超溫、超壓甚至爆炸。此時(shí)應(yīng)立即切斷進(jìn)料（停止反應(yīng)放熱），并通過緊急泄壓降低系統(tǒng)壓力，避免事故擴(kuò)大；提高進(jìn)料量會(huì)加劇放熱，增大攪拌無法解決根本問題，通知維修屬于后續(xù)處理。二、判斷題（每題1分，共10分。正確填“√”，錯(cuò)誤填“×”）1.氧化反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，因此無需外界供熱即可持續(xù)進(jìn)行。（）答案：×解析：多數(shù)氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，但初始階段需加熱至反應(yīng)起始溫度（如乙烯氧化需180~280℃），反應(yīng)啟動(dòng)后放熱維持溫度；若放熱不足（如低濃度反應(yīng)物），仍需外界供熱。2.催化劑再生的目的是恢復(fù)因積碳或中毒失去的活性，再生方法包括高溫?zé)?、化學(xué)清洗等。（）答案：√解析：催化劑失活常見原因?yàn)榉e碳（覆蓋活性位點(diǎn)）或中毒（雜質(zhì)與活性組分反應(yīng)），高溫?zé)靠扇コe碳，化學(xué)清洗（如酸/堿溶液）可脫除中毒物質(zhì)，恢復(fù)催化活性。3.氧化反應(yīng)器的攪拌速率僅影響物料混合均勻性，與反應(yīng)速率無關(guān)。（）答案：×解析：攪拌速率不僅影響混合，還影響氣-液或氣-固相傳質(zhì)效率（如氧氣在液相中的溶解速率）。傳質(zhì)速率是氧化反應(yīng)的關(guān)鍵控制步驟之一，攪拌速率不足會(huì)導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增大，反應(yīng)速率降低。4.為提高目標(biāo)產(chǎn)物收率，氧化反應(yīng)應(yīng)盡可能在高壓下進(jìn)行，壓力越高越好。（）答案：×解析：壓力升高可能提高反應(yīng)物濃度（如氣體反應(yīng)物），加快反應(yīng)速率，但需考慮設(shè)備耐壓能力、副反應(yīng)趨勢（如高壓可能促進(jìn)深度氧化）及經(jīng)濟(jì)性。需通過實(shí)驗(yàn)確定最佳操作壓力。5.氧化工藝中，安全閥的起跳壓力應(yīng)高于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力。（）答案：×解析：安全閥的起跳壓力需低于設(shè)計(jì)壓力（通常為設(shè)計(jì)壓力的90%~95%），以確保在超壓前泄壓，保護(hù)設(shè)備安全；若高于設(shè)計(jì)壓力，可能導(dǎo)致設(shè)備先于安全閥失效。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述氧化工藝中“選擇性”的定義及其影響因素。答案：選擇性指目標(biāo)產(chǎn)物的生成量與反應(yīng)消耗的原料總量的比值（或目標(biāo)產(chǎn)物的摩爾數(shù)與轉(zhuǎn)化的原料摩爾數(shù)的比值），反映反應(yīng)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的專一性。影響因素包括：①溫度：高溫可能促進(jìn)副反應(yīng)，降低選擇性；②催化劑：高選擇性催化劑可抑制副反應(yīng)；③反應(yīng)物濃度：過高濃度可能加劇副反應(yīng)（如局部過熱）；④停留時(shí)間：過長停留時(shí)間可能導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)一步氧化。2.列舉氧化反應(yīng)器常見的溫度控制手段，并說明其原理。答案：常見溫度控制手段包括：①夾套/盤管冷卻：通過循環(huán)冷卻水（或?qū)嵊停┪辗磻?yīng)熱，維持溫度；原理是利用流體相變或顯熱交換移熱。②外循環(huán)冷卻：將反應(yīng)物料引出反應(yīng)器，經(jīng)換熱器冷卻后返回，適用于放熱劇烈的反應(yīng)；原理是通過外部換熱增大移熱面積。③進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)：控制原料預(yù)熱溫度，間接調(diào)節(jié)反應(yīng)起始溫度；原理是通過輸入或移出熱量平衡反應(yīng)熱。④惰性氣體稀釋：通入N?等惰性氣體降低反應(yīng)物濃度，減緩反應(yīng)放熱速率；原理是通過稀釋降低單位體積放熱量。3.分析氧化反應(yīng)中催化劑失活的主要原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。答案：主要失活原因及預(yù)防措施：①積碳（結(jié)焦）：反應(yīng)中生成的高沸點(diǎn)副產(chǎn)物沉積在催化劑表面，覆蓋活性位點(diǎn)；預(yù)防措施為控制反應(yīng)溫度（避免局部過熱）、定期通入O?或水蒸氣燒炭再生。②中毒：原料或雜質(zhì)（如S、P、As化合物）與催化劑活性組分反應(yīng)，形成穩(wěn)定化合物；預(yù)防措施為原料預(yù)處理（如脫硫、脫磷）、使用抗中毒催化劑（如添加助劑提高抗毒性）。③燒結(jié)：高溫導(dǎo)致催化劑晶粒長大，比表面積減小；預(yù)防措施為控制反應(yīng)溫度（避免超溫）、選擇高熔點(diǎn)載體（如α-Al?O?）。④機(jī)械磨損：催化劑顆粒碰撞破碎，活性組分流失；預(yù)防措施為優(yōu)化反應(yīng)器流場（減少湍流沖擊）、選擇高強(qiáng)度催化劑。4.簡述氧化工藝中“氧含量聯(lián)鎖”的作用及觸發(fā)后的應(yīng)急操作。答案：氧含量聯(lián)鎖是安全控制措施，用于監(jiān)測反應(yīng)體系（如氣相或液相）中的氧氣濃度，防止因氧含量過高引發(fā)爆炸（如可燃?xì)怏w與O?混合達(dá)到爆炸極限）。觸發(fā)條件通常為氧含量超過安全閾值（如乙烯氧化中氧含量＞8%）。觸發(fā)后的應(yīng)急操作：①立即切斷氧氣進(jìn)料閥，停止O?供應(yīng)；②開啟惰性氣體（N?）吹掃，稀釋體系中的O?濃度；③降低反應(yīng)器溫度（如增大冷卻介質(zhì)流量），抑制反應(yīng)速率；④檢查氧含量檢測儀表是否故障，若為誤報(bào)則復(fù)位聯(lián)鎖；若確認(rèn)為異常，需排查O?泄漏或進(jìn)料比例失調(diào)原因。5.對(duì)比“空氣氧化法”與“純氧氧化法”的優(yōu)缺點(diǎn)（以乙烯氧化制環(huán)氧乙烷為例）。答案：空氣氧化法：優(yōu)點(diǎn)為原料（空氣）成本低，安全性較高（O?濃度低，爆炸風(fēng)險(xiǎn)?。蝗秉c(diǎn)為N?等惰性氣體含量高，反應(yīng)器體積大，后續(xù)分離（脫除N?）能耗高，環(huán)氧乙烷收率較低（因O?濃度低，反應(yīng)速率慢）。純氧氧化法：優(yōu)點(diǎn)為O?濃度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)器效率高，產(chǎn)物濃度高，分離能耗低，環(huán)氧乙烷收率高；缺點(diǎn)為純氧制備（空分裝置）成本高，體系中O?濃度接近爆炸極限（乙烯-氧爆炸極限為2.7%~80%），需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)（如溫度、壓力、乙烯/O?比例），安全風(fēng)險(xiǎn)大。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某丙烯氧化制丙烯酸裝置，丙烯進(jìn)料量為2000kg/h（純度99%），O?進(jìn)料量為1200kg/h（純度99.5%）。已知丙烯轉(zhuǎn)化率為90%，丙烯酸選擇性為85%，計(jì)算丙烯酸的實(shí)際產(chǎn)量（丙烯分子量：42，丙烯酸分子量：72）。解析與答案：①丙烯的摩爾進(jìn)料量：2000kg/h×99%÷42kg/kmol≈47.14kmol/h②轉(zhuǎn)化的丙烯摩爾量：47.14kmol/h×90%≈42.43kmol/h③丙烯酸的理論生成量（按選擇性計(jì)算）：42.43kmol/h×85%≈36.07kmol/h④丙烯酸的實(shí)際產(chǎn)量：36.07kmol/h×72kg/kmol≈2597.04kg/h2.某環(huán)己烷氧化制環(huán)己酮反應(yīng)器，反應(yīng)熱為-1200kJ/mol（放熱）。環(huán)己烷進(jìn)料量為500kmol/h，轉(zhuǎn)化率為30%，反應(yīng)溫度需控制在160℃（熱容為2.5kJ/(kg·℃)）。若冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為60℃，求冷卻水的最小流量（水的比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，環(huán)己烷密度為780kg/m3）。解析與答案：①反應(yīng)放熱量：500kmol/h×30%×1200kJ/mol=500×103mol/h×0.3×1200kJ/mol=1.8×10?kJ/h②假設(shè)反應(yīng)熱全部由冷卻水移除，冷卻水需吸收的熱量Q=1.8×10?kJ/h③冷卻水的溫差ΔT=60℃-25℃=35℃④冷卻水流量m滿足：Q=m×c×ΔT→m=Q/(c×ΔT)=1.8×10?kJ/h÷(4.18kJ/(kg·℃)×35℃)≈1.23×10?kg/h≈1230t/h五、案例分析題（20分）某廠苯氧化制苯酚裝置運(yùn)行中，DCS系統(tǒng)顯示反應(yīng)器溫度從180℃快速升至210℃（設(shè)定值185±5℃），同時(shí)壓力從1.2MPa升至1.5MPa（設(shè)計(jì)壓力1.8MPa），現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)循環(huán)冷卻水出口溫度從55℃升至70℃。試分析可能原因及應(yīng)急處置措施。答案：可能原因分析：①冷卻水系統(tǒng)故障：冷卻水流量不足（如泵故障、管道堵塞）或冷卻水進(jìn)口溫度升高（如冷卻塔效率下降），導(dǎo)致移熱能力降低，反應(yīng)熱累積，溫度、壓力上升。②進(jìn)料異常：苯或O?進(jìn)料量突然增大（如流量計(jì)故障、調(diào)節(jié)閥失控），反應(yīng)速率加快，放熱增加；或原料中夾帶易氧化雜質(zhì)（如甲苯），額外放熱。③催化劑活性異常：催化劑再生后活性過高（如燒炭不徹底，殘留活性組分），反應(yīng)速率遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，放熱加劇。④儀表故障：溫度/壓力傳感器誤報(bào)（如線路短路），但冷卻水出口溫度同步升高可排除儀表誤報(bào)。應(yīng)急處置措施：①立即啟動(dòng)聯(lián)鎖：若溫度超過200℃（聯(lián)鎖觸發(fā)值），自動(dòng)切斷苯和O?進(jìn)料閥，停止反應(yīng)放熱。②增大冷卻能力：檢查冷卻水系統(tǒng)，若為泵故障則啟動(dòng)備用泵；若為管道堵塞，開啟旁路閥或切換備用管線；若冷卻水進(jìn)口溫度高，增大冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率或補(bǔ)充低溫水。③泄壓操作：若壓力持續(xù)上升接近1.8MPa，緩慢開啟安全閥前手閥（或緊急泄壓閥），將氣體導(dǎo)入火炬系統(tǒng)燃燒，防止超壓爆炸。④監(jiān)測產(chǎn)物組成：取樣分析反應(yīng)器出口物料，確認(rèn)是否因雜質(zhì)導(dǎo)致副反應(yīng)（如苯酚深度氧化為CO?），若雜質(zhì)超標(biāo)，需切換原料罐并清洗進(jìn)料管線。⑤催化劑活性排查：若