化工工藝學(xué)輔導(dǎo)習(xí)題

1、一、填空題1. 化學(xué)工藝學(xué)是研究由 化工原料 加工成 化工產(chǎn)品 的化學(xué)生產(chǎn)過程的一門科學(xué)，內(nèi)容包括 生產(chǎn)方法 、 原理 、 流程 和 設(shè)備 。2. 化學(xué)工業(yè)的主要原料包括 化學(xué)礦 、 煤 、 石油 和 天然氣 。3. 化工生產(chǎn)過程一般可概括為 原料預(yù)處理 、 化學(xué)反應(yīng) 和 產(chǎn)品分離及精制 三大步驟。4. 化工中常見的三烯指 乙烯 、 丙烯 、 丁二烯 ；三苯指 苯 、 甲苯 、 二甲苯 。5. 為了充分利用寶貴的石油資源，要對石油進(jìn)行一次加工和二次加工。一次加工方法為 常壓蒸餾 和 減壓蒸餾 ；二次加工主要方法有： 催化重整 、 催化裂化 、 加氫裂化 和焦化 等。6. 天然氣的主要成分是 甲

2、烷 。7. 天然氣制合成氣的方法有 蒸汽轉(zhuǎn)化法 和 部分氧化法，主要反應(yīng)分別是 和 。8. 硫酸生產(chǎn)以原料劃分主要有 硫磺 制酸、 硫鐵礦 制酸、 冶煉煙氣 制酸和石膏 制酸等。9. 工業(yè)氣體或廢氣脫硫方法分為兩種，高硫含量須采用 濕法脫硫 ，低硫含量可以采用 干法脫硫 。10. 合成氨反應(yīng)方程式為 ，該反應(yīng)是一個(gè)可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)。11. 平衡氨濃度與溫度、壓力、氫氮比和惰性氣體濃度有關(guān)。當(dāng)溫度 降低 ，或壓力 升高 時(shí)，都能使平衡氨濃度增大。12. 目前合成氨生產(chǎn)的主要原料有兩種，它們是 煤 和 天然氣 。13. 甲烷化反應(yīng)是 CO+3H2=CH4+H2O 。14. 烴類熱裂解中一

3、次反應(yīng)的主要產(chǎn)物為 乙烯 和 丙烯 。15. 烷烴熱裂解主要反應(yīng)為 脫氫反應(yīng) 和 斷鏈反應(yīng) 。16. 羰基化最典型的應(yīng)用是 甲醇制醋酸 。17. 催化劑一般由 活性組分 、 載體 和 助催化劑 組成。18. 乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷催化劑的活性組分是 Ag 。19. 丙烯腈的主要生產(chǎn)方法是 氨氧化 ，主要原料是 丙烯 和 氨 。20. 環(huán)氧乙烷的主要生產(chǎn)方法是 乙烯環(huán)氧化 ，生產(chǎn)原料是 乙烯 和 氧 ，主要用途是 乙二醇 。21. 皂化反應(yīng)是指油脂在 堿性 條件下的水解反應(yīng)。22. 煤的化工利用途徑主要有三種，它們是 煤干餾 、 煤氣化 和 煤液化 。23. 已知有三種不同煤氣化工藝，它們是 固定

4、床 、 流化床 、和 氣流床 。24. 煤干餾產(chǎn)物有 焦炭 、 煤焦油 和 焦?fàn)t氣 。25. 水煤氣是以 水蒸氣 為氣化劑制得的煤氣，主要成分是 CO 和 H2 。半水煤氣是以 空氣和水蒸氣 作氣化劑制得的煤氣，主要成分是 CO 、 H2 和 N2 。26. 合成氣的主要成分是 CO 和 H2 。27. 煤氣化發(fā)生爐中煤層分為 灰渣層 、 氧化層 、 還原層 、 干餾層 和 干燥層 。28. 煤液化有兩種工藝，它們是 直接液化 和 間接液化 。36、目前，工業(yè)硝酸大多采用氨氧化法，該過程包括：氨的接觸氧化、一氧化氮的氧化和氮氧化物的吸收。37、煤氣化時(shí)根據(jù)氣化劑的不同，產(chǎn)物可分為 水煤氣 、

5、空氣煤氣 、 半水煤氣 。38、目前，國內(nèi)常用的甲烷化催化劑是以 三氧化二鋁為載體的 鎳系列催化劑，使用前應(yīng)進(jìn)行 還原 。39、氨合成反應(yīng)是在一定溫度、壓力和有 催化劑 存在下進(jìn)行的。40、基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)的原料有 天然氣 、 石油 、 煤、 農(nóng)副產(chǎn)品。41、裂解氣的凈化過程包括 脫酸性氣 、脫水 、 脫炔、 脫一氧化碳 。42、芳烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要有異構(gòu)化 、歧化與烷基轉(zhuǎn)移、 烷基化、 脫烷基 等。四、簡述題（40分。每題5分）1、簡述以煤為原料、間歇制取半水煤氣時(shí)，一個(gè)循環(huán)包括的過程及其作用。答：煤制氣操作中一個(gè)循環(huán)包括一下五個(gè)過程：(1)吹風(fēng)階段 空氣從爐底收入，進(jìn)行氣化反應(yīng)，提高燃料層的

6、溫度(積蓄熱量)，吹風(fēng)氣去余熱回收系統(tǒng)或放空。 (2)一次上吹制氣階段 水蒸氣相加氮空氣從爐底送入，經(jīng)灰渣區(qū)預(yù)熱進(jìn)入氣化區(qū)反應(yīng)，生成的煤氣送入氣柜。此過程中，由于水蒸氣溫度較低，加上氣化反應(yīng)大量吸熱，使氣化區(qū)溫度顯著下降，而燃料層上部卻因煤氣的通過，溫度有所上升，氣化區(qū)上移，煤氣帶走的顯熱損失增加，因而在上吹制氣進(jìn)行一段時(shí)間后，應(yīng)改變氣體流向。 (3)下吹制氣階段 水蒸氣和加氮空氣從爐頂自上而下通過燃料層，生成的煤氣也送入氣柜。水蒸氣下行時(shí)，吸收爐面熱量可降低爐頂溫度，使氣化區(qū)恢復(fù)到正常位置。同時(shí)，使灰層溫度提高，有利于燃盡殘?zhí)肌?(4)二次上吹制氣階段 下吹制氣后，如立即進(jìn)行吹風(fēng)，空氣與下行

7、煤氣在爐底相遇，可能導(dǎo)致爆炸。所以，再作第二次蒸汽上吹，將爐底及下部管道中煤氣排凈，為吹風(fēng)作準(zhǔn)備。 (5)空氣吹凈階段 二次上吹后，煤氣發(fā)生爐上部空間，出氣管道及有關(guān)設(shè)備都充滿了煤氣，如吹入空氣立即放空或送往余熱回收系統(tǒng)將造成很大浪費(fèi)，且當(dāng)這部分煤氣排至煙囪和空氣接觸，遇到火星也可能引起爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)階段之前，從爐底部收入空氣，所產(chǎn)生的空氣煤氣與原來殘留的水煤氣一并送入氣柜，加以回收。2、分別從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度闡述工業(yè)生產(chǎn)中氨合成反應(yīng)的特點(diǎn)。答：氨合成反應(yīng)的特點(diǎn)為：放熱、可逆、體積縮小、有催化劑。從平衡觀點(diǎn)看,氨合成是放熱反應(yīng)，低溫有利于NH3的生成,但在沒有催化劑的室溫條件下，氫氮

8、氣不能生成氨，因此氨合成反應(yīng)需要催化劑，當(dāng)溫度較低時(shí)催化劑的活性不能很好地發(fā)揮,不利于NH3的生成,所以反應(yīng)有一個(gè)最適宜溫度，生產(chǎn)中應(yīng)及時(shí)移走反應(yīng)熱.氨合成反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行，壓力愈高平衡時(shí)的NH3含量就愈高.另外，氣體成分對氨的合成也有影響，惰性氣含量高會(huì)降低有效氣體成分的分壓，不利于氨的合成；該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。 3、氨氧化反應(yīng)在沒有催化劑時(shí)，最終產(chǎn)物是什么？說明理由。答：氨和氧的氧化產(chǎn)物可能有NO、N2O、N2和水。如果對反應(yīng)不加任何控制，最終產(chǎn)物為氮?dú)夂退?。其原因是?NH3+5O2=4NO+6H2O, 4NH3+4O2=2N2O+6H2O, 4NH3+

9、3O2=2N2+6H2O以上各反應(yīng)可視為不可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)以生成氮?dú)庾畲?，所以最終產(chǎn)物為氮?dú)狻?、給出四種脫碳方法（物理法或化學(xué)法）及其原理。答：熱鉀堿法：溶解在水中的二氧化碳能和碳酸鉀溶液反應(yīng)，達(dá)到脫碳的目的MDEA法：N甲其二乙醇胺(R2CH3N) 是一種叔胺，它的水溶液呈弱酸性，可以與CO2反應(yīng)，達(dá)到脫出CO2的目的。碳酸丙烯酯法：碳酸丙烯酯是有機(jī)溶劑，對二氧化碳、硫化氫等酸性氣體有較大的溶解能力，而氫、氮、氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微，利用這一特點(diǎn)達(dá)到脫碳目的。低溫甲醇洗法：甲醇對二氧化碳，硫化氫，硫氧化碳等酸性氣體有較大的溶解能力，而氫、氯、氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微，因而甲

10、醇能從原料氣中選擇吸收二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，而氫氮?dú)鈸p失很小。NHD法：NHD溶劑對二氧化碳，硫化氫，硫氧化碳等酸性氣體有較大的溶解能力，而氫、氯、氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微。5、簡述氨氧化時(shí)加入蒸汽的原因。 有利于反應(yīng)物從催化劑表面解析出來，避免丙烯腈的深度氧化。可稀釋反應(yīng)物的濃度，使反應(yīng)趨于平穩(wěn)，并有利于防爆。水蒸氣熱容較大，可帶走大量反應(yīng)熱，便于控制反應(yīng)溫度?？梢郧宄呋瘎┍砻娴姆e碳。6、裂解反應(yīng)裝置必須具備哪些工藝要求？ 高溫、低烴分壓、短停留時(shí)間。7、通過合成甲醇的熱力學(xué)分析說明了哪些問題？ （1）壓力為20MPa左右，溫度在300-400反應(yīng)，此時(shí)，反應(yīng)熱隨溫度及壓力變化

11、小，反應(yīng)條件控制容易。（2）低溫高壓對合成甲醇有利。（3）一些副反應(yīng)在熱力學(xué)上比主反應(yīng)有利，因此，需要采用選擇性好的催化劑。8.合成氣為何精制？合成氨原料氣經(jīng)過脫硫、變換和脫碳工序后，合成氣中除了H2和N2外，仍然含有極少量的其他化合物，如CO，CO2，O2等，這些雜質(zhì)都是后續(xù)工序催化劑的毒物，其中CO+CO2>1020cm3m3就會(huì)使合成氨催化劑中毒，水分也會(huì)使催化劑中毒。因此，合成氣在進(jìn)入合成塔之前還必須進(jìn)步精制，除去這些雜質(zhì)。8、用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)綜合分析說明苯和乙烯液相烷基化反應(yīng)的溫度為什么控制在95左右。熱力學(xué)上：50-200K有利動(dòng)力學(xué)：低溫反應(yīng)速度慢 催化劑：熱穩(wěn)定性差，12

12、0以上樹脂化，有腐蝕性傳熱：放熱反應(yīng)，沸點(diǎn)移走反應(yīng)熱。9、對石油的一次加工和二次加工有哪些加工方法？ 一次加工方法為常壓蒸餾和減壓蒸餾。二次加工主要方法有：.催化重整；.催化裂化；.催化加氫裂化；烴類熱裂解；烷基化；異構(gòu)化；焦化等10、煤的加工路線有幾種？ 煤的高溫干餾(煉焦)；煤的低溫干餾；煤的氣化；煤的液化。 11、化學(xué)工業(yè)的原料資源有幾類？ 無機(jī)化學(xué)礦；石油；天燃?xì)?；煤；生物質(zhì)；再生資源；空氣和水。 12、化工生產(chǎn)過程一般可分為幾大步驟？ 化工生產(chǎn)過程一般可概括為原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品分離及精制三大步驟。 13、什么是轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率？ 轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占

13、該反應(yīng)物起始量的分率或百分率，用符號(hào)X表示。其定義式為 轉(zhuǎn)化率表征原料的轉(zhuǎn)化程度，反映了反應(yīng)進(jìn)度。 選擇性系指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的該反應(yīng)物總量之比。用符號(hào)S表示，其定義式如下 在復(fù)雜反應(yīng)體系中，選擇性是個(gè)很重要的指標(biāo)，它表達(dá)了主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的相對大小，能確切反映原料的利用是否合理收率亦稱為產(chǎn)率，是從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率。符號(hào)為y，其定義式為 根據(jù)轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的定義可知，相對于同一反應(yīng)物而言，三者有以下關(guān)系:Y=S·X 14.一氧化碳變換的反應(yīng)式為：影響該反應(yīng)的平衡和速度的因素有哪些？如何影響？為什么該反應(yīng)存在最佳反應(yīng)溫度？最佳反應(yīng)

14、溫度與哪些參數(shù)有關(guān)。一氧化碳變換的反應(yīng)式為：影響平衡因素有溫度、水碳比、原料氣中CO2含量等。影響速度因素有壓力（加壓可以提高反應(yīng)物分壓，在3.0MPa以下，反應(yīng)速率與壓力的平方根成正比，壓力再高，影響就不明顯了）、溫度（CO的變換反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，所以存在最佳反應(yīng)溫度Top）、水蒸氣（水蒸氣的用量決定了H2O/CO比值，在水碳比低于4時(shí)，提高水碳比，可使反應(yīng)速率增長較快，但水碳比大于4后，反應(yīng)速率的增長不明顯，故一般選用H2O/CO比為4左右）。因該反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，所以存在最佳反應(yīng)溫度Top，Top與氣體原始組成、轉(zhuǎn)化率及催化劑有關(guān)。  14、烯烴裂解的主要反應(yīng)有哪些？ (1

15、)斷鏈反應(yīng)；(2)脫氫反應(yīng)；(3)歧化反應(yīng)；(4)雙烯合成反應(yīng)；(5)芳構(gòu)化反應(yīng)15、什么是一次反應(yīng)？什么是二次反應(yīng)？ 一次反應(yīng)是指原料烴在裂解過程中首先發(fā)生的原料烴的裂解反應(yīng)，二次反應(yīng)則是指一次反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)生的后繼反應(yīng)。16、裂解氣預(yù)分餾處理后為何脫水？用何方法？ 水分帶入低溫分離系統(tǒng)會(huì)造成設(shè)備和管道的堵塞，除水分在低溫下結(jié)冰造成凍堵外，在加壓和低溫條件下，水分尚可與烴類生成白色結(jié)晶的水合物，如:CH4·6H2O，C2H6·7H2O，C3H8·8H2O，。這些水合物也會(huì)在設(shè)備和管道內(nèi)積累而造成堵塞現(xiàn)象，因而需要進(jìn)行干燥脫水處理。裂解氣中的水含量不高，但要求脫水

16、后物料的干燥度很高，因而，均采用吸附法進(jìn)行干燥。17、分離流程的主要評價(jià)指標(biāo)是什么？ (1)乙烯回收率 (2)能量的綜合利用水平18、天燃?xì)馑羝D(zhuǎn)化過程為何分二段進(jìn)行？ 從熱力學(xué)角度看，高溫下甲烷平衡濃度低，從動(dòng)力學(xué)看，高溫使反應(yīng)速率加快，所以出口殘余甲烷含量低。因加壓對平衡的不利影響，更要提高溫度來彌補(bǔ)。在3MPa的壓力下，為使殘余甲烷含量降至0.3(干基)，必須使溫度達(dá)到1000。但是，在此高溫下，反應(yīng)管的材質(zhì)經(jīng)受不了，因此，為滿足殘余甲烷0.3的要求，需要將轉(zhuǎn)化過程分為兩段進(jìn)行。第一段轉(zhuǎn)化在多管反應(yīng)器中進(jìn)行，管間供熱，反應(yīng)器稱為一段轉(zhuǎn)化爐，最高溫度(出口處)控制在800左右，出口殘余甲

17、烷10(干基)左右。溫度在800左右的一段轉(zhuǎn)化氣絕熱進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐.同時(shí)補(bǔ)人氧氣，氧與轉(zhuǎn)化氣中甲完燃燒放熱，溫度升至1000，轉(zhuǎn)化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，使二段出口甲烷降至0.3。若補(bǔ)入空氣則有氮?dú)鈳耍@對于合成氨是必要的，對于合成甲醇或其他產(chǎn)品則不應(yīng)有氮。 19、烴類熱裂解制乙烯的過程中，管式裂解爐的輻射管為什么用變徑管（前細(xì)， 后粗）比用均徑管有好處？反應(yīng)初期用小管有利于強(qiáng)化傳熱，使原料迅速升溫，縮短停留時(shí)間；裂 解管后部管徑變粗，有利于減小烴分壓，減少二次反應(yīng)，而且也不會(huì)因二次反應(yīng)生成的焦很快堵塞管道，因而延長了操作周期，提高了乙烯收率。20.附圖為以天然氣為原料的日產(chǎn)千噸的大型合成氨廠的轉(zhuǎn)化工

18、段流程圖。請參考此流程圖回答下列問題： 1.1#設(shè)備的作用是什么？ 2. 2#設(shè)備的作用是什么？ 3. 此工藝為何要設(shè)置二段轉(zhuǎn)化？4.為何要向二段轉(zhuǎn)化器中引入經(jīng)預(yù)熱至450左右的空氣？ 5. 此工藝的壓力為何選3MPa？21、裂解氣的預(yù)分餾有何作用？ 經(jīng)預(yù)分餾處理，盡可能降低裂解氣的溫度，從而保證裂解氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低裂解氣壓縮機(jī)的功耗。 裂解氣經(jīng)預(yù)分餾處理，盡可能分餾出裂解氣的重組分，減少進(jìn)入壓縮分離系統(tǒng)的進(jìn)料負(fù)荷。 在裂解氣的預(yù)分餾過程中將裂解氣中的稀釋蒸汽以冷凝水的形式分離回收，用以再發(fā)生稀釋蒸汽，從而大大減少污水排放量。 在裂解氣的預(yù)分餾過程中繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量。通常，可由急冷油回收的熱量發(fā)生稀釋蒸汽，由急冷水回收的熱量進(jìn)行分離系統(tǒng)的工藝加熱。22、合成氣為何精制？ 合成氨原料氣經(jīng)過脫硫、變換和脫碳工序后，合成氣中除了H2和N2外，仍然含有極少量的其他化合物，如CO，CO2，O2等，這些雜質(zhì)都是后續(xù)工序催化劑的毒物，其中CO+CO2>1020cm3m3就會(huì)使合成氨催化劑中毒，水分也會(huì)使催化劑中毒。因