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对大批量生产的产品，工艺流程宜采用连续操作，设备大型化和仪表自动化控制，以提高产品产量和降低生产成本，如果条件具备还可采用计算机控制；
对精细化工产品以及小批量多品种产品的生产，工艺流程应有一定的灵活性、多功能性，以便于改变产量和更换产品品种。
（3）对易燃易爆因素采取安全措施原则
对一些因原料组成或反应特性等因素而潜在的易燃、易爆炸等危险性，在组织流程时要采取必要的安全措施。
如在设备结构上或适当的管路上考虑安装防爆装置，增设阻火器、保安氮气等。
另外，工艺条件也要作相应的严格规定，可能条件下还可安装自动报警及联锁装置以确保安全生产。
（4）适宜的单元操作及设备形式
要正确选择合适的单元操作。
确定每—个单元操作中的流程方案及所需设备的形式、合理安排各单元操作与设备的先后顺序。
要考虑全流程的操作弹性和各个设备的利用率。
并通过调查研究和生产实践来确定弹性的适应幅度，尽可能使各台设备的生产能力相匹配，以免造成浪费。
根据上述工艺流程的组织原则，就可以对某—工艺流程进行综合评价。
主要内容是根据实际情况讨论该流程有哪些地方采用了先进的技术并确认流程的合理性；
论证流程中有哪些物料和热量充分利用的措施及其可行性；
工艺上确保安全生产的条件等流程具有的特点。
此外，也可同时说明因条件所限还存在有待改进的问题。
3.某石化公司苯乙烯车间每年苯乙烯的生产能力为40000吨，年工作时间8000小时，原料乙苯的纯度为98%，甲苯含量2%（重）。
以反应乙苯计的苯乙烯产率为90%、苯产率3%、甲苯产率5%、焦油产率为2%。
以通入乙苯计的苯乙烯产率为40%、乙苯与水蒸气比为1：
1.5（重），试对乙苯脱氢炉进行物料衡算。
解：
⑴计算基准为每小时生产多少千摩尔产品
⑵化学反应式
⑶苯乙烯生产量为48.08kmol/h，参加反应的乙苯量为
需要加入的乙苯量为
未参加反应的乙苯量为
过程需加入水蒸气量为
需要消耗98%的乙苯量为
其中甲苯含量为
参加反应的乙苯为53.43kmol/h（5663kg/h）其中转化为苯乙烯
生成的甲苯为
生成的苯为
生成的焦油为
生成的乙烯为
生成的甲烷为
生成的氢为
⑷列物料衡算表如表所示。
表物料衡算汇总表
加入反应器
离开反应器
物料名称
数量，kg/h
%（重）
98%的乙苯
乙苯
甲苯
水蒸气
13002
12742
260
19113
40.49
59.51
未反应乙苯
水蒸气
苯乙烯
苯
乙烯
甲烷
甲苯
焦油
氢
7079
5001
125
45
60
506
89
97
22.04
15.57
0.39
0.14
0.18
1.59
0.28
0.30
合计
32115
100.00
4.催化剂的基本特征有哪些？
催化剂的评价指标有哪些？
催化剂有以下三个基本特征：
（1）催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。
因此催化剂在生产过程中可以在较长时间内使用。
（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡。
即当反应体系的始末状态相同时，无论有无催化剂存在，该反应的自由能变化、热效应、平衡常数和平衡转化率均相同。
因此催化剂不能使热力学上不可能进行的反应发生；
催化剂是以同样的倍率提高正、逆反应速率的，能加速正反应速率的催化剂，必然也能加速逆反应。
因此，对于那些受平衡限制的反应体系，必须在有利于平衡向产物方向移动的条件下来选择和使用催化剂。
（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。
催化剂的这一特性在有机化学领域中起了非常重要的作用，因为有机反应体系往往同时存在许多反应，选用合适的催化剂，可使反应向需要的方向进行。
对于副反应在热力学上占优势的复杂体系，可以选用只加速主反应的催化剂，则导致主反应在动力学竞争上占优势，达到抑制副反应的目的。
5.简述催化剂的化学组成与性能关系。
催化剂一般都由活性组分、助催化剂与载体等三部分组成。
（1）活性组分——主催化组分
活性组分指的是对一定化学反应具有催化活性的主要物质，一般称为该催化剂的活性组分或活性物质。
例如，加氢用的镍催化剂，其镍为活性组。
（2）助催化剂
助催化剂是催化剂中的少量物质，这种物质本身没有催化性能，但能提高活性：
组分的活性、选择性、稳定性和抗毒能力，一般称为助催化剂（又称添加剂）。
例如，脱氢催化剂，其中的CaO、MgO或ZnO就是助催化剂。
在镍催化剂中加入Al2O3和MgO可以提高加氢活性。
当加入钡、钙、铁的氧化物时，则对苯加氢的活性下降。
单独的钢对甲醇的合成无活性，当它与氧化锌、氧化铬组合时，就成为合成甲醇的良好助催化剂。
在催化裂化中，单独使用SiO2或Al2O3催化剂时，汽油的生成率较低，如果两者混合作催化时，则汽油的生成率可提高。
（3）载体
载体是把催化剂活性组分和其它物质载于其上的物质。
载体是催化剂的支架，又叫催化活性物质的分散剂。
它是催化剂组分中含量最多的一种组分，也是催化剂不可缺少的组成部分。
载体能提高催化剂的机械强度和热传导性，增大催化剂的活性、稳定性和选择性，降低催化剂成本。
特别是对于贵重金属催化剂，对降低成本作用更为显著。
6.绿色溶剂、催化剂都有哪些？
（1）超临界流体反应特性
超临界流体兼有气体和液体两者的特点，表1-3列出了气体、液体和超临界流体的典型性质比较。
超临界流体的密度接近于液体，具有与液体相当的溶解能力，可溶解大多数有机物；
黏度和扩散系数类似于气体，可提高溶质的传递速率。
表1.3气体、液体和超临界流体的典型性质比较
性质
气体
超临界流体
液体
密度/g·
cm-3
扩散系数/cm-2·
s-1
黏度/Pa·
s
（0.6~2.0）×
10-3
0.1~0.4
（1~3）×
10-5
0.2~0.9
（0.2~0.7）×
（1~9）×
0.6~1.6
（0.2~2.0）×
（0.2~0.3）×
根据超临界流体是否参与反应，可将超临界化学反应分为反应介质处于超临界状态和反应物处于超临界状态两大类，前者占大多数，后者研究的较少。
超临界流体反应具有常规条件下所不具备的许多特性。
①超临界流体对有机物溶解度大，可使反应在均相条件下进行，消除扩散对反应的影响；
②超临界流体的溶解度、黏度、介电性能等性质主要取决于其密度，而超临界流体的密度是温度和压力的强函数，因此可通过调节温度或压力改变反应的选择性，或改变反应体系的相态，使催化剂和反应产物的分离变得简单；
③对有机物的溶解能力强，可溶解导致催化剂失活的有机大分子，延长催化剂寿命；
④超临界流体的低黏度、高气体溶解度和高扩散系数，可改善传递性质，对快速反应，特别是扩散控制的反应和有气体反应物参与的反应及分离过程十分有利。
具有代表性的超临界流体有CO2、H2O、CH4、C2H6、CH3OH及CHF3。
理想的可用作溶剂的是超临界二氧化碳和水。
（2）超临界二氧化碳
二氧化碳无味、无毒、不燃烧，化学性质稳定，既不会形成光化学烟雾，也不会破坏臭氧层，气体二氧化碳对液体、固体物质无溶解能力。
二氧化碳的临界温度为31.06℃，是文献上所介绍过的超临界溶剂临界点最接近常温的，其临界压力为7.39MPa，也比较适中。
超临界二氧化碳的临界密度为448kg/m3，是常用超临界溶剂中最高的，因此超临界二氧化碳对有机物有较大的溶解度，如碳原子数小于20的烷烃、烯烃、芳烃、酮、醇等均可溶于其中，但水在超临界二氧化碳中的溶解度却很小，使得在近临界和超临界二氧化碳中分离有机物和水十分方便。
超临界二氧化碳溶剂的另一个优点是：
其可以通过简单蒸发成为气体而被回收，重新作为溶剂循环使用，且其汽化热比水和大多数有机溶剂都小。
这些性质决定了二氧化碳是理想的绿色超临界溶剂，事实上，超临界二氧化碳是目前技术最成熟、应用最广、使用最多的一种超临界流体。
表1.4列出了超临界二氧化碳的一些应用实例。
表1.4超临界二氧化碳的应用实例
应用领域
举例
化学反应
聚合反应：
丙烯酸及氟代丙烯酸酯的聚合、异丁烯的聚合、丙烯酰胺的聚合
羰基化反应
Diel-Alder反应
酶催化反应：
油酸与乙醇的酯化、三乙酸甘油酯与（D,L）薄荷醇的酯交换
CO2参加的反应：
CO2催化加氢合成甲酸及甲酸衍生物、CO2与甲醇合成DMC、CO2、H2和NH（CH3）2合成DMF
分离
天然产物中有效成分的萃取和微量杂质的脱除
超临界CO2反胶团萃取，如蛋白质、氨基酸的分离提纯（牛血清蛋白的萃取）
金属离子萃取及选择性分离，如UO22+Th4+的萃取
油品回收
喷漆技术
环境废害物的去除
其他
清洗剂（机械、电子、医疗器械、干洗等行业用）
灭火剂哈龙的替代物
塑料发泡剂
细颗粒包覆，如药物、农药的微细化处理
从表1.4实例可知，超临界二氧化碳适于作亲电反应、氧化反应的溶剂，如烯烃的环氧化、长碳链催化脱氢、不对称催化加氢、不对称氢转移还原、Lewis酸催化酰化和烷基化，高分子材料合成与加工的溶剂和萃取剂。
但是，由于二氧化碳是亲电性的，会与一些Lewis碱发生化学反应，故不能用作Lewis碱反应物及其催化的反应。
另外，由于盐类不溶于超临界二氧化碳，因此，不能用超临界二氧化碳作离子间反应的溶剂，或以离子催化的反应溶剂。
（3）超临界水
在温度高于647.3K、压力大于22.1MPa的超临界状态下，水表现出许多独特的性质，表1-5列出了常温水、过热水和超临界水的一些性质。
由表中数据可看出，超临界水的扩散系数比常温水高近100倍；
黏度大大低于常温水；
密度大大高于过热水，而接近常温水。
超临界水表现为强的非极性，可与烃类等非极性有机物互溶；
氧气、氢气、氮气、CO等气体可以任意比例溶于超临界水；
无机物尤其是盐类在超临界水中的溶解度很小。
传递性质和可混合性是决定反应速率和均一性的重要参数，超临界水的高溶解能力、高扩散性和低黏度，使得超临界水中的反应具有均相、快速，且传递速率快的特点。
目前，超临界水反应涉及重油加氢催化脱硫、纳米金属氧化物的制备、高效信息储备材料的制备、高分子材料的热降解、天然纤维素的水解、葡萄糖和淀粉的水解、有毒物质的氧化治理等领域，表1-6列出了超临界水中反应的实例。
表1.5常温水、过热水和超临界水的物理性质
常温水
过热水
超临界水
温度/℃
压力/MPa
介电常数
氢的溶解度/mg/L-1
氧的溶解度/mg/L-1
密度/kg·
m-3
黏度/MPa·
有效扩散系数/m2·
25
0.1
78
—
8
988
0.89
7.74×
10-10
450
1.4
1.0
∞
4.2
2.6×
1.79×
10-7
27.6
1.8
128
3.0×
10-2
7.57×
10-8
表1.6超临界水反应的实例
实例
烃类化合物的部分氧化
甲烷部分氧化制甲醇
Friedel-Crafts反应
叔丁醇脱水反应
苯酚与叔丁醇的烷基化反应
超临界水氧化技术（SCWO）
城市污水、人类代谢污物、生物污泥的处理
二噁英类化合物、苯酚、氯苯、氯代苯酚等的分解
重质矿物资源的转化
煤的液化和萃取，重质油的热裂化和催化加氢脱硫
纤维素、淀粉和葡萄糖的水解，高分子材料的热降解，纳米级金属氧化物的制备等
（4）离子液体
由含氮、磷的有机正离子和大的无机负离子组成，在室温或低温下为液体。
离子液体作溶剂的优点：
①离子液体无味、不燃，其蒸气压极低，因此可用在高真空体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题；
②离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应在均相条件下进行，同时可减少设备体积；
③可操作温度范围宽（-40~300℃），具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其他物质分离，可循环利用；
④表现出Brǒnsted、Lewis、Franklin酸的酸性，且酸强度可调。
上述优点对许多有机化学反应，如聚合反应、烷基化反应、酰基化反应，离子液体都是良好的溶剂。
除上述绿色溶剂外，无溶剂固态和液态反应也得到了广泛重视。
绿色催化剂：
（1）固体酸催化剂
固体酸催化剂是针对工业上广泛使用的液体酸催化剂存在的问题提出的。
所谓液体酸催化剂是指氢氟酸、硫酸、磷酸等无机酸，习惯上AlCl3也包括于此。
这类催化剂具有确定的酸强度、酸度和酸类型，且在低温下就具有相当高的催化活性。
但是，这类酸催化反应都是在均相条件下进行，与非均相相比，存在许多问题，如催化剂不易与原料和产物分离，产生大量酸性废水废渣，设备严重腐蚀等。
固体酸的问世是酸催化剂研究的一大转折，解决了原料和产物的分离以及设备腐蚀问题。
固体酸的种类有无机固体酸，包括简单和混合氧化物、杂多酸、分子筛、金属硫酸盐和磷酸盐、负载型无机酸等；
有机酸，主要是离子交换树脂。
已经用于催化反应的固体酸和今年开发的一些固体酸催化工艺见表1.1和表1.2。
表1.1一些用于催化反应的固体酸
酸类型
无机固体酸
简单氧化物：
Al2O3，SiO2，B2O3等
混合氧化物：
Al2O3/SiO2，Al2O3/B2O3，ZrO2/SiO2，MgO/SiO2
分子筛：
硅铝分子筛，钛硅分子筛，磷铝分子筛
金属磷酸盐：
AlPO4，BPO4，LiPO4，FePO4，LaPO4等
金属硫酸盐：
FeSO4，Al（SO4）3，CuSO4，Cr2（SO4）3等
超强酸：
ZrO2-SO4，WO3-ZrO2等
层柱状化合物：
黏土，水滑石，蒙脱土等
有机固体酸
离子交换树脂等
表1.2一些有代表性的固体酸催化工艺
反应类型
过程
催化剂
开发公司
烷基化
萘与甲醇合成甲基萘
酚（苯胺）与烷基苯合成烷基酚（烷基苯胺）
HZSM-5分子筛
多种分子筛
Hoechst
Mobil
异构化（歧化）
甲苯歧化生成苯和二甲苯
甲苯与C9芳烃合成二甲苯
HZSM-5
DcH-7、DcH-9
UOP
加成/消除
环己烯水合生成苯酚
甲醇与C5混合醚化合成TAME
分子筛
酸性树脂
旭化学
Exxon化学
缩合/聚合/环化
乙醇缩合生成乙醚
乙醚与甲醇合成汽油
由C3、C4烯烃合成芳烃和烷烃
ZSM-5
DHCD-2，DHCD-3
UOP/BP
裂解
烃类裂解
重烃馏分裂解
UCCLZ-210
Flexicat
ARTCAT
焙烧高岭土
Exxon
Engelhard
Ashland石油
（2）两相催化技术
20世纪70年代，过渡金属配位催化剂在有机反应中得到了广泛的研究。
这类催化剂的特点是可与反应物均匀混合，因而催化活性高；
可根据反应类型调变配体，因而催化剂的选择性高；
反应条件温和。
然而，与所有的均相催化反应一样，这类催化剂遇到的主要问题之一，是催化剂与产物的分离。
液液两相催化技术就是针对过渡金属配位催化剂的上述缺陷应运而生的。
均相催化多相化的新概念一经引出，立即得到学术界和工业界的高度重视，成为绿色化学的前沿研究领域之一。
两相催化主要指在某个液相或液液两相界面发生的催化反应。
在液液两相催化体系中，反应物和产物溶于一个液相，通过选择配体使催化剂溶解于另一个液相中，反应可在液液界面上进行，或通过温度变化调节催化剂在反应相中的溶解度使反应在一相中进行，由于催化剂与反应物和产物分别溶于不同的液相，因此易于分离回收。
目前，广泛研究的两相催化体系包括水/有机两相催化体系和氟/有机两相体系。
①水/有机两相催化体系
水/有机两相催化是指在水和有机两相体系中以不溶于有机相的水溶性过渡金属配位化合物为催化剂，发生在水相或两相界面的反应。
其特点是，反应结束后产物和催化剂分别处于有机相和水相中，通过简单的相分离就可将催化剂与产物分开。
同时，以水为反应介质，减少了有机溶剂的使用。
图1-4为非温控型水/有机两相催化体系作用原理。
在水/有机两相催化领域中，研究最多、成效最显著的是烯烃的羰基化过程。
从非温控型水/有机两相催化体系作用原理不难看出，反应物从有机相主体到有机/水两相界面的传质速率将对反应速率有很大影响。
对于水溶性差或完全不溶于水的有机反应物，由于其传质推动力低，而使反应速率受传质速率控制。
基于非离子表面活性剂膦配体的逆反“温度-水溶性”特性提出温控型水/有机两相催化概念，可解决反应速率受反应物水溶性限制的问题，其作用原理见图1-5。
低温下具有良好水溶性的催化剂C，当温度升高至浊点温度Tp时，从水中析出并转移到有机相中。
结果，反应开始前分别处于水相和有机相的催化剂和反应物S，在高于浊点时共处于有机相，反应在有机相中进行；
待反应结束冷却至浊点以下时，催化剂恢复水溶性，从有机相返回水相。
温控型水/有机两相催化体系和非温控型水/有机两相催化体系的根本区别是，前者反应发生在有机相；
后者反应发生在相界面。
因此，对于前者，反应不受反应物水溶性的限制，即使水溶性极小的反应物也可采用水/有机两相催化技术实现化学反应。
图1.4非温控型水/有机两相催化体系
图1-5温控型水/有机两相催化体系
S－反应物；
C－催化剂；
P－产物；
Tp－浊点
②氟/有机两相催化体系
前面提到，非水溶性反应物使水/有机两相催化技术的应用受到限制，另外，如果反应物是水敏感性化合物，也给这一技术的应用带来限制。
对此问题的深入研究促使了氟/有机两相催化技术的产生。
氟/有机两相催化体系由溶解催化剂的氟相和溶解反应物的有机相组成，图1-6为氟/有机两相催化作用原理。
低温时，氟相物质难溶于甲苯、丙酮、醇等有机溶剂，当温度升高到一定值后能够与有机相混溶而形成均相反应体系；
反应结束后降温，则均相体系又分为两相，从而可简单地实现催化剂与产物的分离。
氟相物质可以是全氟溶剂，也可以是氟化的长烷基链烃。
含氟溶剂具有密度高、热稳定性好、无毒和对气体溶解度高等特点，因此，特别适于有气体参与的化学反应，其中全氟溶剂性能更为优良，但价格较贵。
图1-6氟/有机两相催化体系
（3）仿生催化剂
在生物体细胞中发生着无数的生物化学反应，其中同样存在着催化剂，这种生物催化剂俗称为酶。
与化学催化剂相比，酶具有非常独特的催化性能。
首先，酶的催化效率比化学催化剂高得多，一般是化学催化得107倍，甚至可达1014倍。
其二，酶的选择性很高。
由于酶具有生物活性，其本身就是蛋白质，所以酶对反应底物的生物结构和立体结构具有高度的专一性，特别是对反应底物的手性、旋光性和异构体具有高度的识别能力，即，如果反应底物有多种异构体，且具有旋光性，那么一种酶只对其中一种异构体的一种旋光体起催化作用；
酶的另一种选择性称为作用专一性，即某种酶只能催化某种特定的反应。
其三，酶催化反应条件温和，可在常温、常压、pH接近中性的条件进行，且可自动调节活性。
但是，酶催化剂存在分离困难，来源有限，耐热，耐光性及稳定性差等缺陷。
那么，如何制备既具有化学催化剂合成及分离简单、稳定性好的优点，又具有生物催化剂高效、专一、催化活性可调控等特点的新型催化剂？
答案是仿生催化技术，即根据天然酶的结构和催化原理，从天然酶中挑选出起主导作用的一些因素来设计合成既能表现酶功能，又比酶简单、稳定的非蛋白质分子，模拟酶对反应底物的识别、结合及催化作用，合成人工仿酶型催化剂来代替传统的催化剂。
这种通过仿生化学手段获得的化学催化剂又称为人工酶、酶模型或仿生（酶）催化剂。
目前，较为理想的仿生体系主要有环糊精、冠醚、环番、环芳烃、钛箐和卟啉等大环化合物；
大分子仿生体系主要有聚合物酶模型、分子印记酶模型和胶束酶模型等。
采用这些仿生体系合成的仿生催化剂可用于催化氧化反应、还原反应、羰基化反应、脱羧反应、脱卤反应等多种类型反应。
其中金属卟啉化合物在以氧气（空气）为氧化剂的选择
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