化學工藝學課后習題及答案

1、化學工藝學課后習題及答案第2章化學工藝基礎(chǔ)2-3何謂化工生產(chǎn)工藝流程？舉例說明工藝流程是如何組織的？答：化工生產(chǎn)工藝流程一一將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程。教材上有2個例子。2-4何謂循環(huán)式工藝流程？它有什么優(yōu)缺點？答：循環(huán)流程的特點：未反應(yīng)的反應(yīng)物從產(chǎn)物中分離出來，再返回反應(yīng)器。循環(huán)流程的優(yōu)點：能顯著地提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，降低了原料消耗，也減少了對環(huán)境的污染。循環(huán)流程的缺點：循環(huán)體系中惰性物質(zhì)和其他雜質(zhì)會逐漸積累，對反應(yīng)速率和產(chǎn)品產(chǎn)率有影響，必須定期排出這些物質(zhì)以避免積累。同時，大量循環(huán)物料的輸送會消耗較多動力。2-5何謂轉(zhuǎn)化率？何謂選擇性？對于多反應(yīng)體系，為什么要同時考慮轉(zhuǎn)化率

2、和選擇性兩個指標？答：轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)物起始量的百分率。選擇性是指體系中轉(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。在復雜反應(yīng)體系中，選擇性表達了主、副反應(yīng)進行程度的相對大小，能確切反映原料的利用是否合理。有副反應(yīng)的體系，希望在選擇性高的前提下轉(zhuǎn)化率盡可能高。但是，通常使轉(zhuǎn)化率提高的反應(yīng)條件往往會使選擇性降低，所以不能單純追求高轉(zhuǎn)化率或高選擇性，而要兼顧兩者，使目的產(chǎn)物的收率最高。2-6催化劑有哪些基本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)中如何正確使用催化劑？答：三個基本特征：催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時，催化劑本身未發(fā)生化學性質(zhì)

3、和數(shù)量的變化。催化劑只能縮短達到化學平衡的時間，但不能改變平衡。催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)。在化工生產(chǎn)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：提高反應(yīng)速率和選擇性。改進操作條件。催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過程，發(fā)展新的化工技術(shù)。催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用。在生產(chǎn)中必須正確操作和控制反應(yīng)參數(shù)，防止損害催化劑。催化劑使用時，必須在反應(yīng)前對其進行活化，使其轉(zhuǎn)化成具有活性的狀態(tài)，應(yīng)該嚴格按照操作規(guī)程進行活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用。應(yīng)嚴格控制操作條件：采用結(jié)構(gòu)合理的反應(yīng)器，使反應(yīng)溫度在催化劑最佳使用溫度范圍內(nèi)合理地分布，防止超溫；反應(yīng)原料中的毒物雜質(zhì)應(yīng)該預先加以脫

4、除，使毒物含量低于催化劑耐受值以下；在有析碳反應(yīng)的體系中，應(yīng)采用有利于防止析碳的反應(yīng)條件，并選用抗積碳性能高的催化劑。在運輸和貯藏中應(yīng)防止催化劑受污染和破壞；固體催化劑在裝填時要防止污染和破裂，裝填要均勻，避免“架橋”現(xiàn)象，以防止反應(yīng)工況惡化；許多催化劑使用后，在停工卸出之前，需要進行鈍化處理，以免燒壞催化劑和設(shè)備。2-10假設(shè)某天然氣全是甲烷，將其燃燒來加熱一個管式爐，燃燒后煙道氣的摩爾分數(shù)組成（干基）為86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2o試計算天然氣與空氣的摩爾比，并列出物料收支平衡表。解：設(shè)煙道氣（干基）的量為100mo1。反應(yīng)式：CH4+202CO2+2H2O分子量：1632

5、4418反應(yīng)轉(zhuǎn)化的量：9.42X9.49.42X9.4則產(chǎn)物的量為：N2：86.4mo1X28=2419.2gO2：4.2mo1X32=134.4gCO2：9.4mo1X44=413.6gH2O:2X9.4mo1X18=338.4g原料的量為：N2：86.4mo1X28=2419.2gO2：（4.2+2X9.4）mo1X32=736gCH4：9.4mo1X16=150.4gCH4/空氣（摩爾比）=9.4/（86.4+23）X100%=8.6%列物料衡算表得組分輸入輸出molmol%gWt%molmol%gWt%N286.472.72419.273.286.472.72419.273.2O223

6、19.473622.34.23.5134.44.1H2O18.815.8338.410.2CH49.47.9150.44.5CO29.47.9413.612.5118.8100.03305.6100.0118.899.93305.6100.02-13一氧化碳與水蒸氣發(fā)生的變換反應(yīng)為CO+H2OCO2+H2,若初始混合原料的摩爾比為H2O/CO=2/1,反應(yīng)在500c進行，此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=P(CO2)P(H2)/P(H2O)P(CO)=4.88,求反應(yīng)后混合物的平衡組成和CO的平衡轉(zhuǎn)化率解：設(shè)初始原料中nco=1mol）則nH2O=2mol）達到平衡時)CO轉(zhuǎn)化了mmolo由CO+H

7、2OCO2+H2轉(zhuǎn)化量mmmm平衡時ns=1mnH2O=2m生成門血=nH2=m產(chǎn)物總量n=Eni=3PiyiP,平衡時iiyCO-(1m)yH2O-(2m)y=Yh2=m/333由4.88=丫雙P.y.PmyCOP.yH2O.P(1m)(2m)得m=0.865Xco=0.865/1=86.5%平衡組成：Yco=0.045yH2O=0.378yCO2=yh2=0.2882-15將純乙烷進行裂解制取乙烯，已知乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為60%,若每100Kg進裂解器的乙烷可獲得46.4Kg乙烯，裂解氣經(jīng)分離后，未反應(yīng)的乙烷大部分循環(huán)回裂解器（設(shè)循環(huán)氣只是乙烷）在產(chǎn)物中除乙烯及其他氣體外，尚含有4Kg乙烷。

8、求生成乙烯的選擇性、乙烷的全程轉(zhuǎn)化率、乙烯的單程收率、乙烯全程收率和全程質(zhì)量收率。解：進反應(yīng)器的乙烷量二100/30=3.333kmol產(chǎn)物中乙烷量=4/30=0.133kmol,生成乙烯46.4所轉(zhuǎn)化的乙烷量=46.4/28=1.657kmol轉(zhuǎn)化的乙烷量=60%X3.333=2.000kmol)未轉(zhuǎn)化的乙烷量=3.333-2.000=1.333kmol設(shè)未反應(yīng)的乙烷除了有0.133kmol隨產(chǎn)物乙烯帶走外，其余全部返回到反應(yīng)器中，即1.333-0.133=1.2kmol則新鮮乙烷量=3.333-1.2=2.133kmol,乙烯選擇性=1.657/2.0=82.9%乙烷的全程轉(zhuǎn)化率=2.0/

9、2.133=93.8%，乙烯的單程收率=1.657/3.333=49.7%乙烯全程收率=1.657/2.133=77.7%,乙烯全程質(zhì)量收率=46.4/(30X2.133)=72.5%第3章3-4提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵在何處？應(yīng)解決什么問題才能最大限度提高裂解溫度？答：裂解反應(yīng)的技術(shù)關(guān)鍵之一是采用高溫-短停留時間的工藝技術(shù)。提高裂解溫度，必須提高爐管管壁溫度，而此溫度受到爐管材質(zhì)的限制。因此，研制新型的耐熱合金鋼是提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵當爐管材質(zhì)確定后，可采用縮短管長（實際上是減少管程數(shù)）來實現(xiàn)短停留時間操作，才能最大限度提高裂解溫度?；蛘吒倪M輻射盤管的結(jié)構(gòu)，采用單排分支變徑管、混排分支變徑管

10、、不分支變徑管、單程等徑管等不同結(jié)構(gòu)的輻射盤管，這些改進措施，采用了縮小管徑以增加比表面積來提高傳熱面積，使壁溫下降，提高了盤管的平均傳熱強度，由此達到高溫-短停留時間的操作條件。3-5為了降低裂解燒分壓，通常加入稀釋劑，試分析稀釋劑加入量確定的原則是什么？答：工業(yè)上常用水蒸氣作為稀釋劑，加水蒸氣量的原則：水蒸氣的加入量隨裂解原料不同而異，一般是以能防止結(jié)焦，延長操作周期為前提。若加入過量的水蒸氣，可使爐管的處理能力下降，增加了爐子熱負荷，也增加了水蒸氣的冷凝量和急冷劑用量，并造成大量廢水。3-8裂解氣出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有幾種？你認為哪種好？為什么？若設(shè)計一個間接急冷換熱器

11、其關(guān)鍵指標是什么？如何評價一個急冷換熱器的優(yōu)劣？答：從裂解管出來的裂解氣是富含烯燒的氣體和大量水蒸汽，溫度在727-927C,由于烯煌反應(yīng)性強，若在高溫下長時間停留，仍會繼續(xù)發(fā)生二次反應(yīng)，引起結(jié)焦，并使烯燒收率下降，因此必須使裂解氣急冷以終止反應(yīng)。采取的方法有兩種：直接急冷和間接急冷。我認為間接急冷比較好。一般情況下，因為直接急冷的急冷劑是用油或水，急冷下來的油水密度相差不大，分離困難，污水量大，不能回收高品位的熱能。而間接急冷可回收高品位熱能，產(chǎn)生高壓水蒸汽作為動力能源以驅(qū)動三機等機械（三機：裂解氣壓縮機、乙烯壓縮機、丙烯壓縮機），可減少對環(huán)境的污染程度。關(guān)鍵指標是急冷換熱器的運轉(zhuǎn)周期應(yīng)不低

12、于裂解爐的運轉(zhuǎn)周期。為了減少裂解氣在急冷換熱器內(nèi)的結(jié)焦傾向，使之能正常操作，控制指標：一是增大裂解氣在急冷換熱器中的線速度，一般控制裂解氣在急冷換熱器中的停留時間小于0.04秒；二是必須控制裂解氣的出口溫度要高于裂解氣的露點。評價急冷換熱器的優(yōu)劣：急冷換熱器的結(jié)構(gòu)必須滿足裂解氣急冷的特殊條件：急冷換熱器管內(nèi)通過高溫裂解氣，入口溫度約827C,壓力約110KPa（表），要求在極短時間內(nèi)（0.1S）,將裂解氣溫度降到350-360C,傳熱的熱強度達400103KJ/m2?h;管外走高壓熱水，溫度約為320-330C,壓力8-13MPa,由此可知，急冷換熱器與一般換熱器不同的地方是高熱強度，管內(nèi)外必

13、須同時承受很大的溫度差和壓力差，同時又要考慮急冷管內(nèi)的結(jié)焦操作操作條件極為苛刻。3-9裂解氣進行預分離的目的和任務(wù)是什么？裂解氣中要嚴格控制是雜質(zhì)有哪些？這些雜質(zhì)存在的害處？用什么方法除掉這些雜質(zhì)，這些處理方法的原理是什么？答：任務(wù)：將急冷后的裂解氣進一步冷卻至常溫，并在冷卻過程中分僭出裂解氣中的重組分（如燃料油、裂解汽油、水分）。目的：經(jīng)預分儲處理，盡可能降低裂解氣的溫度，從而保證裂解氣壓縮機的正常運轉(zhuǎn)，并降低裂解氣壓縮機的功耗。裂解氣經(jīng)預分儲處理，盡可能分微出裂解氣的重組分，減少進入壓縮分離系統(tǒng)的負荷。在裂解氣的預分僭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

14、而大大減少污水排放量。在裂解氣的預分僭過程中繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量。裂解氣中含有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等氣體雜質(zhì)，若不脫除，進入到乙烯、丙烯產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，故必須脫除雜質(zhì)。酸性氣體的脫除裂解氣中的酸性氣體主要是指CO2和H2S,這些酸性氣體含量過多時，會帶來如下危害：H2S:能腐蝕設(shè)備管道，使干燥用的分子篩壽命縮短，還能使加氫脫煥和甲烷化用的催化劑中-figroCO2：在深冷操作中會結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道，影響正常生產(chǎn)。當乙烯、丙烯產(chǎn)品中的酸性氣體含量不合格時，可使下游加工裝置的聚合過程或催化劑中毒。所以，必須將這些酸性氣體脫除，要求將裂解氣中的H2s和CO2的摩爾含

15、量分別脫除至110-6以下。裂解氣中的酸性氣體，一般是用物理吸收法或化學吸收法脫除，應(yīng)用最廣泛的是以NaOH溶液作吸收劑的堿洗法，其次是以乙醇胺溶液作吸收劑的再生法。為避免低溫系統(tǒng)凍堵，要求將裂解氣中水含量（質(zhì)量分數(shù)）降至110-6以下。因為裂解分離是在-100C以下進行，此時水能結(jié)冰，也能與燒生成固體結(jié)晶水合物，這些物質(zhì)結(jié)在管壁上，輕則增大動力消耗，重則使設(shè)備和管道堵塞，影響正常生產(chǎn)，所以要進行干燥脫水處理。因為含水量不高（裂解氣中飽和水量為600-70010-6）,要求脫水后物料含水量極少，故工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是分子篩、活性氧化鋁硅膠為干燥劑的固體吸附法。裂解氣中含有少量的煥燒，乙煥富集于

16、C2微分，甲基乙煥和丙二烯富集于C3微分，若將它們混于乙烯、丙烯產(chǎn)品用于衍生物的生產(chǎn)過程，特別是用于聚合反應(yīng)時，影響聚合催化劑壽命，產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品，惡化產(chǎn)品質(zhì)量，形成不安全因素。因此，必須脫除，使乙烯產(chǎn)品中的乙煥（摩爾分數(shù)）低于510-6,丙烯產(chǎn)品中甲基乙煥低于510-6,丙二烯低于110-5。溶劑吸收法和催化加氫法。溶劑吸收法是使用溶劑吸收裂解氣中的乙煥以達到凈化目的，同時也回收一定量的乙煥。催化加氫法是將裂解氣中乙煥加氫成為乙烯或乙烷，由此達到脫除乙快的目的。3-10壓縮氣的壓縮為什么采用多級壓縮？確定段數(shù)的依據(jù)是什么？答：目前，工業(yè)上一般認為經(jīng)濟上合理而技術(shù)上可行的裂解氣壓縮機出口的

17、裂解氣壓力約為3.7MPa,而壓縮機的入口壓力一般為0.14MPa,提高入口壓力雖可節(jié)約壓縮機功率，但對裂解反應(yīng)不利，故為節(jié)約能量，采用多級壓縮。原因：節(jié)約壓縮功耗；降低出口溫度；實現(xiàn)段間凈化分離。壓縮段數(shù)應(yīng)滿足工藝要求，必須控制每段壓縮機出口的裂解氣溫度不高于100C,以避免發(fā)生二烯燒的聚合，由此根據(jù)下式計算出每段壓縮比，最終確定段數(shù)。3-12裂解氣分離流程各有不同，其共同點是什么？答：在分離順序上遵循先易后難的原則，先將不同碳原子數(shù)的脛分開，再分同一碳原子數(shù)的烯燒和烷脛；將生產(chǎn)乙烯的乙烯精儲塔和生產(chǎn)丙烯的丙烯精微塔置于流程最后，可確保這兩個主要產(chǎn)品純度，同時也減少分離損失，提高烯燒收率。3

18、-15何謂非絕熱精儲？何種情況下采用中間冷凝器或中間再沸器？分析其利弊？答：非絕熱精微一一在塔中間對塔內(nèi)物料進行冷卻和加熱的過程。使用條件：對于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精微塔。利：可降低分離過程的有效能損失，達到節(jié)省能量的目的。對中間再沸器而言，還可減小提僭段塔徑。弊：由于中間冷凝器和中間再沸器的設(shè)置，在降低塔頂冷凝器和塔釜再沸器負荷的同時，會導致精儲段回流和提儲段上升蒸氣的減少，故為了達到分離要求，就相應(yīng)增加塔板數(shù)，從而增加設(shè)備投資。第5章合成氣的生產(chǎn)過程5-3以天然氣為原料生產(chǎn)合成氣的過程有哪些主要反應(yīng)？從熱力學角度考慮，對反應(yīng)有哪些要求？從動力學角度考慮又有哪

19、些要求？答：主反應(yīng)：CH4+H2O?CO+3H2H298K206KJ/molCH4+2H2O?CO2+4H2H298K165KJ/mol(5-22)CO+H2O?CO2+H2H298K41.2KJ/mol(5-23)副反應(yīng)：主要是析碳反應(yīng)CH4?C+2H2H298K74.9KJ/molK3(5-24)歧化：2CO?C+CO2H298K172.5KJ/molK4(5-25)還原(消碳)：CO+H2?C+H2OH298K131.4KJ/molK5(5-26)從化學反應(yīng)平衡(熱力學角度)考慮：甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化過程條件是適當?shù)母邷亍⑸缘偷膲毫?、高水碳比。從動力學角度考慮：高溫、一定的壓力、適當?shù)乃急取?/p>

20、(1)溫度的影響：k隨溫度的升高而升高，反應(yīng)速率增大。(2)壓力的影響：總壓增高，則各組分分壓提高，反應(yīng)速率提高，同時使體積減少。（3）組成的影響（實質(zhì)由水碳比決定）：原料的組成由水碳比決定，H2O/CH4過高時，甲烷分壓過低，水蒸氣分壓高，則反應(yīng)速率不一定高；反之，H2O/CH4過低時，反應(yīng)速率也不會高，故水碳比要適當。5-5天然氣-水蒸汽轉(zhuǎn)化法制合成氣過程有哪些步驟？為什么天然氣要預先脫硫才能進行轉(zhuǎn)化？用哪些脫硫方法較好？答：基本步驟有：原料氣脫硫、脫硫后的原料氣與水蒸氣在一段轉(zhuǎn)化爐中進行反應(yīng)生成合成氣、未反應(yīng)的甲烷與補入的氧氣或空氣燃燒放熱，進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)、根據(jù)對合成氣使用目的不同選擇是否

21、進行變換反應(yīng)、脫除合成氣中的二氧化碳，使成品氣中只含有CO和H2。因為原料氣中的硫化物主要是硫化氫和有機硫化物，后者在高溫和水蒸氣、氫氣作用下也轉(zhuǎn)變成硫化氫，催化劑表面吸附硫化氫后反應(yīng)生成硫化銀，發(fā)生暫時性中毒，在輕微中毒后，當原料氣中清除了硫化物后，硫化銀會逐漸分解釋放出硫化氫，催化劑得到再生，但若頻繁的反復中毒和再生，銀晶粒要長大，活性降低。即極少量的硫化物就會使催化劑中毒，使活性明顯降低，時間不長就完全失活，所以必須先脫硫才能進行轉(zhuǎn)化。用天然氣制合成氣時，先將原料氣徹底脫硫，使總含硫量（體積分數(shù)）小于0.110-6,則采用鉆鋁加氫轉(zhuǎn)化-氧化鋅組合法較好。原因是：鉆鋁加氫脫硫劑先將原料中的

22、有機硫化物氫解，轉(zhuǎn)化成易于脫除的硫化氫，硫化氫再與氧化鋅發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫化鋅固體，由于硫化鋅難離解，凈化氣中總硫含量（體積分數(shù)）可降低至0.110-6以下，符合要求。5-6為什么天然氣-水蒸汽轉(zhuǎn)化過程需要供熱？供熱形式是什么？一段轉(zhuǎn)化爐有哪些型式？答：蒸汽轉(zhuǎn)化法是在催化劑存在及高溫條件下，使甲烷等燒類與水蒸氣反應(yīng)，生成H2、CO等混合氣，其主反應(yīng)為：CH4+H2O=CO+3H2H298K206KJ/mol從H?0可知，是強吸熱反應(yīng)，需外界供熱。轉(zhuǎn)化過程分為兩段進行，第一段轉(zhuǎn)化在多管反應(yīng)器進行，管間供熱（加熱爐），反應(yīng)器稱為一段轉(zhuǎn)化爐；由一段轉(zhuǎn)化爐出來的轉(zhuǎn)化氣絕熱進入二段轉(zhuǎn)化爐，補入氧氣，氧

23、氣與轉(zhuǎn)化氣中甲烷燃燒放熱，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)繼續(xù)進行。一段轉(zhuǎn)化爐主要有兩種爐型：一類是以美國凱洛格公司為代表所采用的頂燒爐，另一類是以丹麥托普索公司為代表所采用的側(cè)燒爐。5-7為什么說一段轉(zhuǎn)化管是變溫反應(yīng)器？為什么天然氣-水蒸汽轉(zhuǎn)化要用變溫反應(yīng)器？答：由于在一段轉(zhuǎn)化爐中可能會產(chǎn)生較多的碳，影響主反應(yīng)的進行，故操作中必須重視析碳反應(yīng)的產(chǎn)生條件，采用控制反應(yīng)溫度沿爐管軸向分布不同的方法，以減少析碳反應(yīng)的發(fā)生。A.在入口處，由于甲烷含量最高，在高溫下(700C),甲烷會均相裂解，析出大量碳，故應(yīng)著重降低裂解速率，降低溫度500C,因存在催化劑，故反應(yīng)速率不會太低，且析出的碳(少量)也及時氣化，不會積碳。B.

24、離入口1/3處，溫度必須嚴格控制在650C,使甲烷充分反應(yīng)，減少裂解反應(yīng)的產(chǎn)生。C.離入口1/3處以后，溫度高于650C,此時，生成的氫氣，可抑制甲烷的裂解析碳反應(yīng)；同時溫度逐步升高（副反應(yīng)放熱，加熱爐供熱），故有利于逆反應(yīng)的發(fā)生一一消碳反應(yīng)速率增加，不可能積碳。綜上所述，一段轉(zhuǎn)化爐只有采用變溫反應(yīng)器，才可以減少裂解反應(yīng)，保證低的甲烷殘余量。顯然，一段轉(zhuǎn)化爐是變溫反應(yīng)器，同時也說明了必須采用變溫反應(yīng)器。第6章加氫與脫氫6-4.氨合成反應(yīng)的平衡常數(shù)Kf隨溫度和壓力是如何變化的？答：Kf僅與溫度有關(guān)，與壓力無關(guān)。隨著溫度升Wj,Kf降低。6-6.溫度和壓力對氨合成反應(yīng)的平衡氨濃度及反應(yīng)速率的影響？

25、答：當溫度降低，或壓力增高時，都能使平衡氨濃度增大。當壓力增高時，正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢，凈反應(yīng)速率提高。合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，溫度對正逆反應(yīng)速率常數(shù)都有影響，存在最適宜溫度，具體值由氣體組成、壓力和催化劑活性而定。6-7.惰性氣體對氨合成反應(yīng)的平衡濃度及反應(yīng)速率的影響？答：惰性氣體的存在，會使平衡氨含量明顯下降，它雖然不參加反應(yīng)，也不毒害催化劑，但其量仍不能太高，否則，會影響氨的合成率，降低氨產(chǎn)量。隨著惰性氣體含量的增加，會使反應(yīng)速率下降，也使平衡氨濃度降低。6-11.合成氨與合成甲醇有哪些相似的地方？答：共有四處：都是可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。Kf僅與溫度有關(guān)，與壓力

26、無關(guān)。存在最適宜溫度曲線，催化劑床層的溫度分布要盡可能接近最適宜溫度曲線。由于受平衡條件限制，合成率不高，目的產(chǎn)物必須經(jīng)過冷凝分離后，才能將未反應(yīng)的原料氣進行循環(huán)，且循環(huán)氣需要放空一部分。6-13.根據(jù)熱力學分析，合成甲醇應(yīng)在低溫（100C,Kf值大）和高壓（30MPa,推動力大）下更為有利，工業(yè)上為什么不采用此工藝條件？答：由于反應(yīng)熱是隨溫度和壓力而變化的。隨著壓力的升高，反應(yīng)溫度低于200c時的反應(yīng)熱隨壓力變化較大，而溫度高于300c以上時，反應(yīng)熱隨壓力的變化顯著減少。也就是說高壓下，反應(yīng)溫度越低（200C）,反應(yīng)熱越大，在操作上就要求迅速、連續(xù)地將熱量移出，也即反應(yīng)物料和冷劑都要高速率操

27、作，一旦操作偶有變化，則影響反應(yīng)熱的移出，勢必影響反應(yīng)溫度，從而使反應(yīng)條件變化，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，最終導致反應(yīng)失控。因此，壓力為20MPa左右時，反應(yīng)溫度選擇300-400C為宜，此時反應(yīng)熱的數(shù)值比較穩(wěn)定，比較容易控制反應(yīng)。若想采用更低溫度進行反應(yīng)，則必須降低壓力，即低壓、低溫反應(yīng)時，反應(yīng)熱的數(shù)值才變化不大，易于控制。即低壓低溫反應(yīng)條件是合成甲醇的有利條件。6-14.乙苯脫氫制苯乙烯生產(chǎn)過程中溫度和空速對選擇性的影響？答：升高溫度，乙苯的轉(zhuǎn)化率增加而苯乙烯的選擇性下降；降低溫度，副反應(yīng)減少，有利于苯乙烯選擇性的提高?？账俚停磻?yīng)時間增加，轉(zhuǎn)化率高而選擇性顯著下降；空速過大，轉(zhuǎn)化率太小，選擇性高，產(chǎn)

28、物收率低。故最佳空速的選擇，必須綜合考慮原料單耗、能耗和催化劑的再生周期。第7章姓:類選擇性氧化7-1.分析氧化過程的和作用及其特點。答：作用：可生產(chǎn)比原料價值更高的化學品，不僅能生產(chǎn)含氧化合物(醇、醛、酮、酸等)，還可生產(chǎn)不含氧化物(丁二烯、丙烯睛等)。特點：(1)強放熱反應(yīng)。故反應(yīng)熱的移出是很關(guān)鍵的問題，必須迅速地將熱量移走，否則溫度迅速上升，導致大量完全氧化反應(yīng)發(fā)生，反應(yīng)選擇性顯著下降，嚴重時可能導致反應(yīng)溫度無法控制，甚至發(fā)生爆炸。氧化反應(yīng)放出的反應(yīng)熱可副產(chǎn)蒸汽，可回收能量。(2)反應(yīng)不可逆。燒類及其它有機化合物的氧化反應(yīng)的標準自由焰G。=0,故其平衡常數(shù)都很大，為不可逆反應(yīng)，理論上轉(zhuǎn)化

29、率為100%,但是為了保證較高的選擇性，轉(zhuǎn)化率需控制在一定范圍內(nèi)，否則會造成深度氧化而降低目的產(chǎn)物的產(chǎn)率。(3)氧化途徑復雜多樣因為目的產(chǎn)物都是部分氧化中間產(chǎn)物，由于催化劑和反應(yīng)條件的不同，氧化反應(yīng)可經(jīng)過不同的反應(yīng)路徑，轉(zhuǎn)化為不同的反應(yīng)產(chǎn)物，氧化的最終產(chǎn)物都是CO2和水。這些中間產(chǎn)物往往比原料的反應(yīng)性更強，更易發(fā)生深度氧化，因此要獲得所需的目的產(chǎn)物，必須選用合適的催化劑和反應(yīng)條件，而催化劑的選用是決定氧化路徑的關(guān)鍵。(4)過程易燃易爆燒類與氧或空氣容易形成爆炸混合物，因此，氧化過程在設(shè)計和操作時應(yīng)特別注意其安全性。7-12乙烯環(huán)氧化反應(yīng)工藝條件選擇的依據(jù)是什么？答：(1)反應(yīng)溫度：完全氧化副反

30、應(yīng)具有強烈的競爭力，而影響競爭的主要外界因素是反應(yīng)溫度。從動力學研究得到的結(jié)果是：環(huán)氧化反應(yīng)活化能小于完全氧化反應(yīng)的活化能，故反應(yīng)溫度增高，兩個反應(yīng)的速率都加快，而完全氧化反應(yīng)的速率增加更快。因此，選擇性必然隨溫度的升高而下降。選擇性下降，放出的熱量就愈大，控制不好就會產(chǎn)生“飛溫”。另外，溫度過高，使催化劑的活性衰退，使用壽命下降。而溫度過低，雖然可得到較多的環(huán)氧乙烷，但反應(yīng)速率很小，無工業(yè)價值，故為達到環(huán)氧乙烷的收率最高，工業(yè)上一般選擇反應(yīng)溫度在220260C。(2)空速：與反應(yīng)溫度相比，此因素是次要的?？账贉p小，轉(zhuǎn)化率提高，選擇性下降；空速提高，可增大反應(yīng)器中氣體流動的線速度，減小氣膜厚度

31、，有利于傳熱。工業(yè)上采用的空速與催化劑，反應(yīng)器和傳熱速率有關(guān)，一般在4000-8000h-1左右。(3)反應(yīng)壓力由于氧化反應(yīng)是熱力學上十分有利的反應(yīng)，故壓力對主副反應(yīng)的平衡和選擇性影響不大。但加壓可提高乙烯和氧的分壓，加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，故工業(yè)上大都采用加壓氧化法。然而壓力不能過高，否則設(shè)備耐壓要求提高，投資費用增加，因環(huán)氧乙烷在催化劑表面產(chǎn)生聚合和積碳，影響催化劑壽命。一般工業(yè)上采用2.0MPa左右。(4)原料配比及致穩(wěn)氣對于具有循環(huán)的乙烯環(huán)氧化過程，進入反應(yīng)器的混合氣由循環(huán)氣和新鮮原料氣混合形成，它的組成不僅影響過程的經(jīng)濟性，也與安全生產(chǎn)息息相關(guān)實際生產(chǎn)時，乙烯與O2的配比一定要在爆炸限以外。氧的含量必須低于爆炸極限濃度，乙烯的濃度也要控制。兩者濃度過低時