(2025年)氧化工藝模擬及答案（一）單項選擇題（每題2分，共20分）1.丙烯催化氧化制丙烯酸過程中，工業(yè)上常用的主催化劑活性組分是A.鉬-鉍系復(fù)合氧化物B.釩-鈦系催化劑C.銅-鋅系合金D.鉑-銠貴金屬2.乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷反應(yīng)中，為抑制深度氧化副反應(yīng)，通常向原料氣中添加的抑制劑是A.二氯乙烷B.甲醇C.氮氣D.水蒸氣3.液相空氣氧化法生產(chǎn)環(huán)己酮時，反應(yīng)溫度控制在150-160℃的主要原因是A.避免環(huán)己烷過度蒸發(fā)B.抑制過氧化物分解產(chǎn)生酸類副產(chǎn)物C.提高氧氣在液相中的溶解度D.降低攪拌功率消耗4.固定床氧化反應(yīng)器設(shè)計中，催化劑床層徑向溫差應(yīng)控制在±5℃以內(nèi)，主要是為了A.減少催化劑熱失活B.避免局部過熱引發(fā)飛溫C.提高原料轉(zhuǎn)化率D.降低反應(yīng)器制造難度5.甲醇氣相氧化制甲醛時，采用鐵鉬催化劑的工藝中，原料氣空速通?？刂圃?000-5000h?1，其主要目的是A.提高甲醇單程轉(zhuǎn)化率B.避免催化劑床層超溫C.降低甲醇分解率D.增加甲醛選擇性6.天然氣部分氧化制合成氣工藝中，氧碳比（O/C）控制在0.8-0.9的關(guān)鍵原因是A.保證甲烷完全轉(zhuǎn)化B.防止炭黑提供C.提高H?/CO比例D.降低反應(yīng)壓力7.對二甲苯（PX）液相氧化制對苯二甲酸（PTA）時，采用的氧化介質(zhì)是A.純氧B.空氣C.富氧空氣D.臭氧8.催化氧化反應(yīng)中，當(dāng)催化劑表面出現(xiàn)硫中毒時，通常采用的再生方法是A.高溫通氫氣還原B.低壓水蒸氣吹掃C.常溫空氣氧化D.稀酸溶液浸泡9.流化床氧化反應(yīng)器中，催化劑顆粒的平均粒徑一般控制在50-150μm，主要考慮的是A.提高催化劑比表面積B.保證良好的流化質(zhì)量C.降低催化劑磨損率D.增加床層空隙率10.環(huán)己烷氧化制環(huán)己酮-環(huán)己醇混合物（KA油）時，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率通?？刂圃?-6%，其主要原因是A.受限于氧氣溶解度B.避免深度氧化導(dǎo)致收率下降C.降低反應(yīng)壓力等級D.減少催化劑用量（二）填空題（每空1分，共20分）11.丙烯氨氧化制丙烯腈的主反應(yīng)方程式為：2CH?=CH-CH?+2NH?+3O?→2CH?=CH-CN+6______。12.乙醛氧化制乙酸的反應(yīng)中，常用的催化劑是______，反應(yīng)溫度一般控制在70-80℃，壓力為0.2-0.3MPa。13.工業(yè)上乙烯氧化制環(huán)氧乙烷采用的是______（填“氣相”或“液相”）催化氧化工藝，反應(yīng)溫度通常為220-260℃，壓力為1.0-3.0MPa。14.苯氧化制順丁烯二酸酐的催化劑活性組分主要是______系復(fù)合氧化物，反應(yīng)過程中需要嚴格控制原料氣中苯的濃度，防止______。15.甲醇氧化制甲醛的銀法工藝中，反應(yīng)分為兩個階段：甲醇在過量空氣中的______反應(yīng)和甲醇在過量甲醇中的______反應(yīng)。16.天然氣氧化偶聯(lián)制乙烯工藝的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是提高______（填“甲烷轉(zhuǎn)化率”或“乙烯選擇性”），目前工業(yè)應(yīng)用的主要障礙是催化劑的______。17.對二甲苯氧化制PTA的工業(yè)裝置中，通常采用______（填“鼓泡塔”或“固定床”）反應(yīng)器，反應(yīng)介質(zhì)中需添加______作為促進劑以提高反應(yīng)速率。18.催化氧化反應(yīng)的動力學(xué)研究中，當(dāng)反應(yīng)處于擴散控制區(qū)時，提高反應(yīng)速率的有效措施是______或______。19.氧化反應(yīng)器的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中，通常設(shè)置______（至少2種）作為觸發(fā)停車的關(guān)鍵參數(shù)，以防止飛溫和爆炸事故。20.環(huán)己烷氧化工藝中，為提高KA油收率，需控制反應(yīng)體系中______的濃度，避免其分解提供羧酸類副產(chǎn)物，常用的抑制劑是______。（三）簡答題（每題8分，共40分）21.比較固定床氧化反應(yīng)器與流化床氧化反應(yīng)器在傳熱、傳質(zhì)和催化劑管理方面的差異。22.分析氧含量過高對氣相氧化工藝的安全風(fēng)險，并說明工業(yè)上常用的控制措施。23.簡述催化氧化反應(yīng)中“催化劑失活”的主要類型及對應(yīng)的再生方法。24.對二甲苯液相氧化制PTA時，為何需要加入溴化物（如HBr）作為促進劑？其作用機理是什么？25.天然氣部分氧化制合成氣與蒸汽重整制合成氣相比，在工藝條件、產(chǎn)物組成和能耗方面有哪些優(yōu)勢？（四）計算題（每題10分，共20分）26.某乙烯環(huán)氧化裝置中，原料氣組成為C?H?:30%（體積分數(shù)，下同），O?:8%，N?:62%，進料流量為10000Nm3/h。已知乙烯轉(zhuǎn)化率為30%，環(huán)氧乙烷選擇性為85%，計算每小時環(huán)氧乙烷的提供量（以kg/h為單位，環(huán)氧乙烷摩爾質(zhì)量為44g/mol）。27.乙醛氧化制乙酸的反應(yīng)熱為-294kJ/mol（以乙醛計），原料乙醛流量為5000kg/h（純度98%，摩爾質(zhì)量44g/mol），轉(zhuǎn)化率為95%。若反應(yīng)熱由冷卻水移除，冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為40℃，水的比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，計算所需冷卻水的流量（忽略熱損失）。二、氧化工藝模擬試題答案（一）單項選擇題1.A（鉬-鉍系催化劑是丙烯氧化制丙烯酸的典型催化劑，釩鈦系多用于SO?氧化，銅鋅系用于甲醇合成，鉑銠用于氨氧化）2.A（二氯乙烷作為抑制劑可吸附在銀催化劑表面，抑制深度氧化反應(yīng)）3.B（溫度過高會導(dǎo)致環(huán)己基過氧化氫分解提供己二酸等副產(chǎn)物，降低環(huán)己酮收率）4.B（徑向溫差過大易導(dǎo)致局部過熱，引發(fā)飛溫事故）5.B（空速過高可減少反應(yīng)物在催化劑床層的停留時間，避免因強放熱導(dǎo)致床層超溫）6.B（氧碳比過低會導(dǎo)致甲烷部分氧化不充分，提供炭黑堵塞催化劑；過高則可能引發(fā)甲烷完全燃燒）7.B（PTA生產(chǎn)采用空氣作為氧化介質(zhì)，通過鈷錳溴催化劑體系實現(xiàn)高效氧化）8.A（硫中毒通常為不可逆中毒，需通過氫氣還原去除硫化物）9.B（50-150μm的顆粒尺寸可保證良好的流化狀態(tài)，避免顆粒過細導(dǎo)致夾帶或過粗導(dǎo)致流化不均）10.B（環(huán)己烷轉(zhuǎn)化率過高會增加深度氧化概率，導(dǎo)致KA油收率下降，工業(yè)上通?？刂频娃D(zhuǎn)化率以提高選擇性）（二）填空題11.H?O（丙烯氨氧化反應(yīng)提供丙烯腈和水）12.醋酸錳（或鈷錳復(fù)合催化劑）（乙醛氧化常用過渡金屬醋酸鹽作為催化劑）13.氣相（乙烯環(huán)氧化為氣相催化反應(yīng)，催化劑為銀負載型）14.釩-磷（V-P）；爆炸（苯與空氣混合的爆炸極限為1.2-8.0%，需控制濃度在安全范圍）15.完全氧化；脫氫（銀法工藝利用銀的雙功能催化：高溫下甲醇部分完全氧化放熱，部分脫氫提供甲醛）16.乙烯選擇性；穩(wěn)定性（甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)中乙烯選擇性普遍低于60%，且催化劑易積炭失活）17.鼓泡塔；溴化物（或HBr）（鼓泡塔適合氣液固三相反應(yīng)，溴化物作為自由基引發(fā)劑促進氧化）18.減小催化劑粒徑；提高流體流速（擴散控制時，減小顆粒尺寸可縮短擴散路徑，提高流速可增大傳質(zhì)系數(shù)）19.床層溫度、氧含量、壓力（或任意兩種安全相關(guān)參數(shù)）20.環(huán)己基過氧化氫；氫氧化鈉（或堿性物質(zhì)）（環(huán)己基過氧化氫在酸性條件下易分解為羧酸，加堿中和抑制分解）（三）簡答題21.差異分析：①傳熱：流化床因顆粒劇烈運動，床層溫度均勻，傳熱系數(shù)高（約100-500W/(m2·K)）；固定床存在徑向溫度梯度，傳熱系數(shù)較低（約50-200W/(m2·K)）。②傳質(zhì)：流化床中氣固接觸更充分，傳質(zhì)阻力小；固定床因催化劑固定，存在邊界層效應(yīng)，傳質(zhì)效率略低。③催化劑管理：流化床催化劑易磨損，需連續(xù)補充；固定床催化劑裝填后可長期使用，更換周期長（通常1-3年）；流化床適合強放熱反應(yīng)（如丙烯氨氧化），固定床適合反應(yīng)熱較低或需精確控溫的反應(yīng)（如乙烯環(huán)氧化）。22.安全風(fēng)險：氧含量過高會使原料氣進入爆炸極限范圍（如乙烯-氧氣爆炸極限為2.7-80%），遇高溫或火花易引發(fā)爆炸；同時，氧濃度過高會加劇深度氧化，導(dǎo)致反應(yīng)放熱劇增，可能引發(fā)飛溫?？刂拼胧孩僭蠚庵屑尤攵栊詺怏w（如N?、CO?）稀釋，降低氧含量；②設(shè)置在線氧含量分析儀，聯(lián)鎖控制氧氣流量；③反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置溫度傳感器，超溫時自動切斷進料；④采用多級反應(yīng)，分段補充氧氣，避免局部氧濃度過高。23.失活類型及再生：①積炭失活：催化劑表面因副反應(yīng)提供炭沉積，覆蓋活性位點；再生方法為通空氣在400-500℃下燒炭。②中毒失活：硫、氯等雜質(zhì)與活性組分反應(yīng)提供穩(wěn)定化合物；可逆中毒（如氯中毒）可通過高溫吹掃再生，不可逆中毒（如硫中毒）需更換催化劑。③燒結(jié)失活：高溫導(dǎo)致催化劑晶粒長大，比表面積下降；再生困難，通常需重新焙燒或更換催化劑。④相變失活：活性組分晶型轉(zhuǎn)變（如V?O?轉(zhuǎn)變成V?O?）；再生需重新氧化恢復(fù)原晶型。24.溴化物的作用：PTA生產(chǎn)中，對二甲苯的甲基氧化需要自由基引發(fā)。溴化物（如HBr）在反應(yīng)條件下分解產(chǎn)生Br·自由基，與Co3+、Mn3+協(xié)同作用，促進甲基的C-H鍵斷裂，提供芐基自由基（·CH?C?H?CH?），進而與O?結(jié)合形成過氧自由基（HOO·CH?C?H?CH?），加速氧化反應(yīng)。溴化物的加入可將反應(yīng)溫度從200℃降至180℃左右，同時提高對苯二甲酸的收率（從85%提升至95%以上）。25.工藝優(yōu)勢對比：①工藝條件：部分氧化為強放熱反應(yīng)（ΔH≈-36kJ/mol），無需外部供熱，操作溫度（1200-1400℃）高于蒸汽重整（800-900℃），但壓力（3-5MPa）相近。②產(chǎn)物組成：部分氧化產(chǎn)物H?/CO≈1.0，適合合成甲醇或費托合成；蒸汽重整H?/CO≈3.0，適合制氫。③能耗：部分氧化利用反應(yīng)自身放熱，能耗比蒸汽重整低約30%；蒸汽重整需外加熱源（如天然氣燃燒），能耗較高。④裝置規(guī)模：部分氧化適合小規(guī)模、靈活生產(chǎn)；蒸汽重整適合大規(guī)模制氫。（四）計算題26.解：原料中乙烯流量：10000×30%=3000Nm3/h乙烯摩爾流量：3000/22.4=133.93kmol/h（標(biāo)準狀況下1kmol=22.4Nm3）轉(zhuǎn)化的乙烯量：133.93×30%=40.18kmol/h環(huán)氧乙烷提供量：40.18×85%=34.15kmol/h環(huán)氧乙烷質(zhì)量：34.15×44=1502.6kg/h答：每小時提供環(huán)氧乙烷約1503kg。27.解：乙醛摩爾流量：(5000×98%)/44=111.36kmol/h反應(yīng)的乙醛量：11